安康市漢濱區西部山區暴雨型泥石流頻發性研究

趙學理　李強　王滔　閆昱睿

摘要：通過對安康市漢濱區西部山區泥石流理論及實際治理工程的研究，以野外地質調查為基礎，建立以地形-結構面-匯水面積-松散體物源為泥石流爆發頻率主要評價因子的評價體系；根據泥石流發生的有關活動因素，建立在暴雨或其他水動力因素作用后動態變化的綜合模型，以研究安康市漢濱區西部山區暴雨型泥石流頻發性。

關鍵詞：安康市西部山區；暴雨型；泥石流；頻發性

引言

地質災害的防治及研究工作，以2009年5月國土資源部部長令44號為標志，越來越受到國家的重視，筆者是在從事安康市漢濱區多個地質災害防治項目基礎上，研究此課題，將總結工作經驗，積累后續在安康地區地質災害工作的基礎資料。項目研究地域框定在漢濱區西部地區，介于東經108°30′～109°25′，北緯32°22′～33°17′之間，面積約263km2。是由于本區地處秦巴山區腹地，南接紫陽，北靠漢江，區內地形地貌復雜，地質構造眾多，多年來本區域在暴雨型泥石流領域取得的成果少，研究程度低，其不可預見性大，研究的空間大，成果便于得到實踐的檢驗。

1.泥石流目前的研究現狀

許多發達國家（如美國、加拿大、澳大利亞、南非、俄羅斯）和一些經濟技術比較發達的國家（如日本、德國、英國等）都高度重視泥石流的形成條件和防治技術，理論研究層面具有普遍性的指導意義，對某個地區的研究，一般只能在本國的基礎性資料中具有。對單片區域低頻泥石流的研究，很難找到一致性的意見。

一般認為，在重力、動水壓力、地震或其他某些力的作用下，產生于溝谷中或坡地上的一種飽含大量泥砂石塊和巨礫的固液兩相流體稱之為泥石流，以臨界降雨量和地形地貌要素，采用模糊數學的方法判斷泥石流頻發性和形成機制為理論上的可靠考慮，生產和應用上則以要素評分法進行判定，例如，伏列什曼夫認為泥石流指的是固體物質含量高，泥位劇增的暫時性山地河床型洪流，以物源條件為主；日本水土保持學會認為泥石含量多于水體，含水的粥狀泥沙在其自重作用下產生運動的現象，以水源條件為主；英國地質學會工程組指出泥石流是介于水流與滑坡之間的一系列過程，因而包括有重力作用下松散物質、水體和空氣三者構成的塊體運動，為綜合考慮。

經過多年的環境影響評價實踐，我國已形成了一套較為完整的評價體系。但是，由于巖性差異、地形地貌差異，使泥石流的形成機制和頻發性評價工作還處于研究階段，還有許多需要完善的地方。

2.地質環境背景

漢濱區西部位于秦巴山區，漢江與月河之間，山高溝深。區內地貌按形態類型分為河谷盆地、低山、中山三大類型。

河谷盆地：盆地內漫灘、階地、臺地、丘陵等地貌均有發育。丘陵分布于恒河以西地區，絕對高程<500m，相對高差50-60m。主要由下第三系砂、礫巖、粉砂巖、泥巖組成。地形呈波狀起伏，丘頂渾圓，坡度平緩，整個地形向南西微傾，呈單面山。

低山：山勢低矮，脊峰平緩，切割深度一般100-500m，谷坡坡度多在25°-40°，剝蝕和堆積作用強烈，河流彎曲系數大；漢江、月河較大支流，在低山段為箱狀谷，近似南北流向。

中山：山坡陡峻，山峰突兀多齒狀和刃狀脊，物理風化和流水下切作用十分強烈，切割深度500-1000m，河谷多呈“V”型，坡度多在30°-40°以上，多直型坡和凹型坡。

3.泥石流災害特征概述

3.1泥石流的分布特征

安康漢濱區西部山區共分布泥石流（滑坡泥石流）災害36處，據統計，流水鎮5處，大竹園鎮6處，洪山鎮4處，牛蹄鎮5處，新壩鎮6處，石轉鎮10處。

3.2地質災害發育特征

地質災害的發育受控于地形地貌、地質構造、巖土體類型、斜坡結構、水文地質、植被等地質環境條件和降雨、人類工程活動等影響。通過野外調查，經對地質環境條件的綜合分析研究，將安康市漢濱區西部山區泥石流的發育特征歸納如下：

3.2.1群發性

群發性在漢濱區表現在兩個方面：一是在雨季或多雨年份，一次連陰雨夾暴雨，或突降強暴雨，都可能誘發大面積的滑坡、泥石流地質災害的發生。二是受地質環境影響較大，地質環境惡劣的地段地質災害越集中。

3.2.2周期性

降雨是地質災害發生的最主要的誘發因素，降雨與地質災害的關系十分密切，因此，地質災害的發育周期，尤其是泥石流的發育周期，基本上與降雨周期同步。首先表現在豐水年，多為地質災害的活躍期。其次在同一年份，雨季是地質災害的多發期，尤其是7-9月降水高峰期更為集中，發生時間大多和降雨同步或短期滯后。

3.2.3突發性

是指遇到大暴雨時突然暴發的地質災害。對于全區來說，這種災害包括泥石流、崩塌及小型高速堆積層滑坡。因其致災時間十分短暫，事前又無變形跡象，使居住于坡腳的村民猝不及防，更容易形成災害。泥石流的形成更具流動速度快、歷時短的特點，上游寬闊的匯水面積、狹窄的溝谷地形，使得泥石流的形成十分突然，更容易造成人員傷亡和財產損失。正是由于這種突發性，不僅加重了災情，而且難以進行準確的預報和有效的防治。

4.泥石流頻發性分析

泥石流按爆發頻率劃分為：高頻泥石流（一年多次至5年一次）、中頻泥石流（1次/5年～20年）、低頻泥石流（1次/20年～50年）和極低頻泥石流（>1次/50年）。而泥石流的爆發頻度與地形地貌、降雨條件有著緊密的聯系。本文依托已實施的項目為基礎，選取典型泥石流溝道，結合調查、勘查，從地形地貌、臨界降雨兩個方面對漢濱區西部山區泥石流頻發性進行論述。

4.1泥石流形成的地形地貌條件分析

4.1.1設定變量

選出流域面積、溝網密度、流域圓狀率、形成區平均坡度、流域谷坡平均坡度、流通段溝床比降、堆積段溝床比降、流域高差這8個獨立變量。

盡管各溝谷具有不同的泥石流堆積量，同一泥石流溝的不同爆發場次中，堆積扇的沖淤特性也不盡相同。但從總體和歷史角度看，泥石流堆積模數：

M=溝口固體物質對計量（萬立方米）流域面積（平方公里）

M能綜合反映該溝泥石流發生頻率、爆發規模和活動歷時等泥石流本身的活動特征（即活動性）。在堆積條件相似的情況下，相鄰溝谷的堆積模數也可以相互比擬。再次前提下，可用M作為衡量泥石流活動性的指標，作為因變量。

4.1.2選取對象

本研究區內共分布泥石流溝道共36處，10條溝道已進行詳細工作，其他通過在五萬分之一地形圖上分別測算各溝的獨立變量。

4.1.3統計分析

根據泥石流的基本特征，參照相關資料[4]，用所選8個變量，以典型泥石流溝為基礎，建立判別方程，將泥石流溝分為溝谷型和山坡型，用逐步判別法[1]分別對兩種類型的泥石流溝進行逐步分析，結果如下表：

通過以上歸類統計，安康漢濱區西部山區對泥石流發生貢獻最大的地形地貌要素為流域面積、流域圓狀率、溝床比降。對比規范中15項評分要素，流域面積和流域相對高差的評分比重應大幅度增大，而泥沙沿程補給長度比和溝口泥石流堆積活動程度要素在本地區不是主要控制因素。36條泥石流溝道中21條屬易發程度，比例為60%，15條屬輕度易發程度，比例為40%，說明選取的溝道具備了泥石流發生的主要地形地貌要素，且主要因素的貢獻率較大。

4.2臨界降雨量分析

4.2.1對象流域特性及泥石流活動調查

泥石流的發生，有一個最低的激發雨量，這個雨量，稱為泥石流的臨界雨量。泥石流的臨界雨量，是對泥石流進行發生可能性判斷的重要依據。因此，開展泥石流頻發性預測，首先要研究泥石流的臨界雨量。本文將以大竹園鎮七堰溝等為代表的泥石流溝的觀測資料進行對比分析，研究不同泥石流臨界雨量的差別及其原因。

大竹園鎮七堰溝，位于大竹園鎮境內，為蒿坪河支流。該溝山體較破碎，不良地質現象相當發育。溝內崩塌、滑坡可提供的松散固體物質約有38萬立方米。半濕潤氣候類型，年降水量970毫米左右。雨季降雨日數特多，6—8月降雨日占同期總日數的70%，植被覆蓋度達80%以上，土壤含水量較高，常處于臨界飽和狀態，雨季土壤的含水量高達11.7—10.8%。據調查，1990—2010年兩年共發生泥石流2場，活動頻率較低。

新壩鎮后溝，為曉道河的一級支溝。該溝有大小崩塌、滑坡數處，較大的活動滑坡兩個，可供給的松散物質約70萬立方米。流域屬暖溫帶半濕潤山地氣候，年降水量在1030毫米左右。森林植被差，除少量林地外，皆為草地和農耕地。據調查，1990—2010年兩年共發生泥石流2場，活動頻率較低。

洪山鎮魏家埫溝，為五堰河的一級支溝，該溝泥石流物質主要由溝床堆積物和溝岸坍塌物供給，流域暖溫帶半濕潤山地氣候，年降水量在1030毫米左右，植被覆蓋度為70%。據調查，該溝隔3—5年發生一場坡面泥石流，活動頻率較低。

石轉鎮脂肪溝，為五堰河的一級支溝，該溝山體巖層破碎，古滑坡發育，方量達68萬立方米，現代滑坡活動強烈。流域暖溫帶半濕潤山地氣候，年降水量在900毫米左右，據調查，1990—2010年共發生泥石流1場，活動頻率低。

由上述看出，大竹園鎮七堰溝和新壩鎮后溝，洪山鎮魏家埫溝和石轉鎮脂肪溝為是中～低頻率泥石流溝。

4.2.2泥石流臨界雨量分析

（1）前期雨量

泥石流的發生，不僅僅是當場降雨的作用，前期降雨（前期土壤含水量）也有一定影響，即泥石流的臨界雨量，與前期土壤的含水量有關。從道理上講，前期土壤的含水量多，發生泥石流的當場降雨量偏低。反之，前期土壤的含水量少，發生泥石流的當場降雨量偏高。因此，分析泥石流的臨界雨量，通常應把前期土壤含水量和當場降雨量作為整體因素來考慮。由于前期土壤含水量實際測定比較困難，一般是利用前期降雨量進行計算，用前期降雨量的計算值，來間接表示前期土壤含水量的多少。利用降雨量計算前期土壤含水量，存在計算方法問題。這里計算前期土壤含水量的公式引用云南水利科學研究院的經驗公式，如下：

Pa=∑14t=1atpt（式一）

式中，αt=0.5/2t；t為日數，前1，2，…，14；pt為前t日的降雨量。

αt稱為雨量衰減系數，其值隨著日數的前推越來越小。即降到土壤里的雨量，通過滲漏、蒸發、植物吸收等，殘留在土壤里的雨量，隨著時間的推移就越來越少。Pt一般應根據土壤巖性和氣候類型等有所不同，為計算方便，Pt取安康地區的日平均降水量2.73mm。Pa為前14天內降雨殘留在土壤里的總雨量，稱為前期雨量。這樣，本文所述西部山區的前期雨量就可以迭代計算出來，數值為9.58mm。

（2）雨強

由以上計算的前期雨量加上連續雨量，認為是對該場泥石流發生和全過程起作用的雨量，稱為總實效雨量。這里，雨強的選定是利用當地多年的氣象資料（1990～2011），在續降雨過程中，選擇出1小時最大降雨量，作為本文進行分析的雨強值，其超越概率P相當于20年一遇的降水。這樣，當連續降雨超過一定量值，理論上將發生泥石流。

（3）泥石流臨界雨量的確定及其表達式

直線方程的一般表達方式為：

y=kx+b式中，y表示雨強，x表示總雨量，b為前期雨量，k是待定常數。

這條直線方程的物理意義是：當降雨強度和總實效雨量的相關點超過這條直線時，該溝就有發生泥石流的可能性。不超過這條直線，則不會發生泥石流。因此，這條直線（方程），應是泥石流發生的最低雨量分界線，稱為泥石流的臨界雨量線，或叫安全線。

根據計算公式模擬，本區域發生泥石流時的臨界雨量大致相當，泥石流的發生在區域上亦具有時間上的同步性。由于最大雨強是參考1990～2011年來的最大雨力進行計算的，可以考慮為20年一遇的降水，相比之下，安康漢濱區西部山區的暴雨性泥石流發生頻率較低，應考慮為1次/5年～20年，屬中～低頻。

5.結論

針對安康漢濱區西部山區泥石流頻發性，以地質環境背景條件為基礎，以配套項目為支撐，結合資料收集與野外調查，探索安康漢濱區西部山區泥石流及滑坡型泥石流形成的條件，合理的選擇評價因子，從地形地貌、臨界降雨兩個方面對漢濱區西部山區泥石流頻發性進行論述，以期研究暴雨過程中泥石流地質災害的爆發頻率。通過分析，安康漢濱區西部山區的36條泥石流溝道具備了泥石流發生的主要地形地貌要素，由于臨界雨量數值較大，總體泥石流的頻發性偏低，屬中～低頻。

參考文獻：

[1]《云南省水力科學研究所》，水利科技資料選編

[2]《降雨泥石流的臨界雨量研究》，譚萬沛，第二屆全國泥石流學術會論文集

[3]《泥石流的發生和降雨》，孟河清，第二屆全國泥石流學術會論文集

[4]《泥石流地貌要素的統計分析》，崔鵬，中國科學院—成都山地災害與環境研究所

[5]《泥石流的預防和治理》，謝洪.山洪、中國減災

[6]《陜西省安康市漢濱區“十二五”地質災害防治規劃》

[7]《陜南山洪地質災害受災地區安康市漢濱區地質災害詳細調查報告》陜西地礦局第一工程勘察所

[8]《金川八步里溝流域的泥石流與降雨的關系》譚萬沛、唐邦興，山地世界

[9]《寶成鐵路泥石流災害與降雨條件的分析》孟河清，第二屆全國泥石流學術會論文集

[10]《泥石流防治工程勘查規范》（DZ/T0220-2006）

[11]《泥石流災害治理工程設計規范》（DZ/T0239-2004）

[12]中國土木工程學會.注冊巖土工程師專業考試復習教程（第三版）[M].北京：中國建筑工業出版社