双沟、滩山沟泥石流流域特征及危险性评价研究

柳 军，王梅香，成子宇，邹转妮

(1.甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020； 2.甘肃省小陇山林业实验局林业科学研究所，甘肃 天水 741020)

天水地区自古以来就是滑坡、泥石流等自然灾害多发地，历史上曾多次暴发灾害性泥石流[1]。据调查，1965—1999年秦州区罗玉沟先后发生4次泥石流灾害[2]；1990年麦积区锻压机床厂暴发泥石流灾害；受2008年汶川地震和2013年7月极端天气影响，接连暴发麦积区大沟泥石流、秦州区娘娘坝泥石流和龙王沟泥石流灾害，造成巨大损失。关于天水地区泥石流灾害的成因和特征，学者们进行了大量研究：1988年李树德等[3]分析了天水刘家堡泥石流的地貌特征和灾害特点，提出了滑坡型泥石流的概念；2003年吴玮江[1]研究了天水地区泥石流灾害特征、分布范围、灾害类型和成灾原因，提出了切实可行的防治措施；2017年翟张辉等[4]基于LS_RAPID模型重现了天水市大沟泥石流的发生、发展，模拟了致灾范围并开展了验证；2018年罗健等[5]分析了天水龙王沟泥石流的形成条件，计算了其运动参数，并进行了危害分区。基于上述研究背景，本研究选取麦积区西北部历史上曾多次发生泥石流灾害的双沟、滩山沟，在实地调查的基础上分析了流域特征和流域内泥石流孕灾条件，采用刘希林等[6]提出的单沟泥石流危险性分析方法分析泥石流危险性，确定了危险性分区，希望能为麦积区泥石流灾害危险性研究提供参考。

1 研究区概况

1.1 流域特征

双沟、滩山沟地处麦积区琥珀镇境内，流域总面积1.2 km2。两泥石流沟距离较近，且以滩山沟为主沟，故通常作为一个流域进行分析。流域内交通条件便利，沟口处有乡镇公路通过，距镇政府约1 km，距麦积区城区约50 km，陇海铁路线自沟口200 m处通过，此外G310国道在流域南侧的渭河右岸通过。据记载，双沟、滩山沟流域泥石流灾害频发，1998年以后更是平均每2年暴发1次，其中2018年7月10日发生的泥石流灾害对沟口处长达350 m的排洪渠造成了严重破坏，造成沟口两侧民房大量倒塌，道路及果园、农田被掩埋，损失巨大。

1.2 分区特征

根据现场调查及分区原则，将双沟、滩山沟流域划分为泥石流形成区、流通区和堆积区(图1)。其中，形成区包括清水汇集区和固体物质补给区。清水补给区为流域内的滑坡发育区，面积0.064 km2，占流域总面积的5.33%。固体物质补给区面积0.946 km2，占流域总面积的78.83%，主要包括流域内的滑坡发育区及主沟中游的面蚀区域；坡面相对陡峻，绝大部分地段坡度在30°左右，主沟形态为V形；降水充沛，清水汇集条件良好；植被茂密，植被类型主要为低山草甸；坡面物质松散，面状侵蚀较强，受构造、地形、地层岩性等因素影响，滑坡和崩塌较为发育且规模不等；主沟沟口处堆积有冲洪积物，挤占沟道，形成卡口壅流，现虽被主流切开，但主沟道仍显狭窄；松散固体物质储量占流域内总储量的75%以上，是泥石流固体物质的主要补给区域。流通区位于流域沟口至中部，面积0.030 km2，占流域总面积的2.50%；区内沟床比降97.51‰，沟谷形态呈V形，沟道以直线展布为主，时宽时窄，平均宽度3～5 m；松散物源较少，能够转换为泥石流的松散物质也相对较少，是泥石流的运行通道。堆积区分布于流通区的下游至渭河，两条沟泥石流堆积扇连为一体，形成一个山前规模较大的整体性堆积扇；该堆积扇群长170～2 220 m、宽250 m，纵坡降47‰～83‰，总面积0.160 km2，占流域总面积的13.33%。

图1 流域分区概况

2 泥石流成因分析

2.1 物源储量

勘查分析表明，双沟、滩山沟流域内松散固体物源丰富，岩性以泥盆系板岩、片麻岩为主，第四系残坡积层分布范围广，沟道堆积物积累丰富，物源补给条件优越。因其软硬相间的地层岩性组合，加之构造运动、降水、风化等内外动力作用，沟坡两岸山体容易沿软弱结构面发生滑移产生崩塌滑坡。

根据双沟、滩山沟流域物源特征、类型、沟坡侵蚀等调查数据，计算得到流域内固体物源储量约122.5万m3。其中：发育滑坡9个、塌方1处，体积约5.8万m3，占总物源储量的4.73%；坡面物源约110.0万m3，占总物源储量的89.80%；沟道堆积物质约为6.7万m3，占总物源储量的5.47%。

2.2 地形条件

双沟、滩山沟流域平面形态为不规则的骨头形(见图1)，主沟(滩山沟)长1.12 km，流域整体高差365 m，沟坡坡降大，切割强烈，其中中、下游段坡度较缓，高差361 m，纵坡降51.16‰，较为顺直。两沟上游坡面均呈V形，冲蚀较强，底部宽1～5 m、深3～4 m，中游也呈V形，但冲蚀较弱，底部宽8～15 m、深4～6 m。这种地形条件对物质补给和水流汇集均十分有利，且主沟道内局部地段被挤占形成峡谷，为流体能量聚集和释放提供了条件，非常有利于泥石流的形成并致灾。

2.3 水源条件

双沟、滩山沟流域地处秦岭北麓，暴雨频发，且降水主要集中在每年6—9月份，期间降水量可达全年65%以上。这种集中式、高强度降水容易汇聚形成地表径流，为泥石流的发育提供了可靠的水源条件。

3 泥石流多因子综合危险性评价

泥石流危险性是指泥石流对下游受灾体造成损失的可能性大小，是定性表述，危险度则是其定量表述，其值在[0,1]之间[6]。泥石流危险性评价是对泥石流发育地质环境及灾害可能造成的不良效应进行综合判定，其结果为泥石流预警预测、灾害防治、救灾减灾提供支撑。目前，常用的评价方法有单沟泥石流危险性评价法、模糊综合评判法、层次分析法、灰色关联度法、基于GIS的信息量叠加法、数值模拟法等。刘希林是较早开展泥石流危险性研究的学者之一，其成果泥石流多因子综合危险性评价模型应用广泛。因此，本研究采用刘希林等[6]提出的泥石流多因子综合危险性评价模型进行双沟、滩山沟流域泥石流危险性评价。

3.1 评价因子

结合流域地形和堆积特征并经现场调查，选取以下10项危险性评价因子，见表1。其中L1、L2为主要因子，其余为次要因子。根据刘希林等[6]提出的泥石流多因子综合危险性评价模型，结合何添杰[7]在桂林七分水村泥石流危险性评价中对危险因子权数的赋值，得到双沟、滩山沟泥石流危险性评价因子权数、权重、等级及权重赋值，见表1。

表1 泥石流多因子综合危险性评价因子权数、权重、等级及其权重赋值标准

将各危险性评价因子的定量赋值与其权重相乘再求和便得到研究区泥石流危险度，计算公式[2]为

Rd=0.235 3GL1+0.235 3GL2+0.117 6GS1+

0.088 2GS2+0.073 5GS3+0.102 9GS4+0.014 7GS5+

0.058 8GS6+0.044 3GS7+0.029 4GS8

(1)

式中：Rd为泥石流危险度；Gi为各项危险性评价因子的定量赋值。

危险度是对泥石流影响范围和演进趋势评估的定量化表示[8]，数值越大，泥石流危险度越高。根据上述标准对双沟、滩山沟泥石流进行评价，结果见表2。双沟、滩山沟泥石流危险度均为0.5，介于0.33～0.60之间，说明两泥石流沟均为中度危险，存在发生重大灾害的可能性，有必要进行治理。

表2 双沟、滩山沟泥石流危险性评价因子权重赋值及危险度计算结果

3.2 危险性分区

根据研究区泥石流灾害的危害程度、特征、发展趋势、预估经济损失及危害对象的重要性，将双沟、滩山沟泥石流灾害活动范围划分为极危险区、危险区和影响区，见图2。由于两沟沟口紧临，危险性分区存在重叠，因此对泥石流分区进行统一划分，双沟、滩山沟泥石流危险性分区见表3。

图2 双沟、滩山沟泥石流危险性分区

表3 双沟、滩山沟泥石流危险性分区

4 结 论

(1)双沟、滩山沟流域地势陡峻，沟道纵坡降大，植被覆盖率低，地表固体物质松散破碎，降雨集中且频发，具备暴发泥石流的有利条件。

(2)基于刘希林等提出的泥石流多因子综合危险性评价模型，确定两沟危险度均为0.5，为中度危险，存在暴发较大规模泥石流的可能性，因此有必要进行治理。