泥石流分布與環境因子的關系——以綿陽市北部縣區為例

葉 蕾

（云南師范大學，云南 昆明 650500）

泥石流是一種介于流水與滑坡之間的地質作用[1]，主要發生在山區地區，是我國最常見的地質災害之一。其形成過程主要是由于大量的水體浸透山坡或溝床中的固體堆積物質，使其穩定性降低，飽含水分固體堆積物質在自身重力作用下發生運動，就造成了泥石流[2]。泥石流災害的發生常常具有突發性，且來勢迅猛，作為一種災害性的地質現象，由此引發的危害也十分巨大[3]，其在發生時不僅會沖毀沿線公路[4、5]、橋梁[6]、房屋等設施，還有可能淹沒農田、掩埋村莊，造成人員傷亡以及經濟財產損失[7、8]。據不完全統計，從2005年-2015年，僅僅十一年時間，我國共發生泥石流災害10 927起，造成人員死亡（失蹤）3 000人，直接經濟損失約142億元[9]。國內學者關于泥石災害的探究主要集中于泥石流災害的成因[10-13]，而對環境因子與泥石流災害分布的關系的研究較少。在我國西南地區泥石流災害尤為典型，以四川、云南、西藏為主要分布區域[9]，綿陽市北部山區位于四川省西北部，屬于泥石流高易發區域[14]。通過對該區域泥石流分布密度與環境因子的關系進行研究，不僅有助于我們了解環境因子對泥石流的影響，同時可以為泥石流災害的預防與整治提供參考。

1 研究區概況

1.1 地理位置

綿陽市位于四川省西北部，居涪江的中上游地區，西北部與阿壩藏族羌族自治縣相連，東部與廣元市毗鄰，西南部靠近德陽市，東南部與南充市、遂寧市接壤。綿陽市北部區縣包括平武縣、北川羌族自治縣、安州區。

平武縣位于綿陽市的北部地區，涪江上游地區，東連青川縣，南接北川縣，西鄰松潘縣，北靠甘肅省，東南臨江油市，西北抵九寨溝縣。

北川羌族自治縣位于綿陽市西北部地區，東鄰江油市，南接安州區，西抵茂縣，北靠松潘、平武縣，轄區面積共3 084 km2。

安州區位于綿陽市西南部，龍門山脈中段，東抵江油市，東南與涪城區接壤；南至德陽市羅江縣，西南與綿竹市相連；北靠北川縣，西北與阿壩藏族羌族自治州茂縣毗鄰，轄區面積1 189 km2。

1.2 地形地貌

綿陽市的地形大體上是自西北向東南傾斜，地貌類型也由山地逐漸向丘陵過渡。

平武縣地形主要以山地為主。其中山地主要包括南北走向的岷山山脈以及東西走向的摩天嶺山脈和近北東至南西走向的龍門山脈。地勢呈現西北高、東南低的趨勢，在其西北部主要分布的是極高山、高山，向東南漸次過渡為中山、低中山和低山[15]。

北川羌族自治縣地形也是以山地為主。平均海拔較高，層巒疊嶂，山峰交錯，境內山脈主要包括西部的岷山山脈和東部的龍門山脈。地勢呈現西北高，東南低的態勢，地勢的遞降較快，從其西北部到西南部每隔1 000 m海拔大概下降46 m。境內水文條件良好，河溝縱橫，主要的水系包括湔江、平通河、安昌河和蘇寶河，皆依地形地勢從東南方向流出，最終注入涪江。

安州區西北部系龍門山脈，地勢較高，根據地貌成因和地表形態，安州區地貌可分為平壩、丘陵（臺地）、低中山三種類型。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

1）源自綿陽市國土資源局的綿陽市2017年主要泥石流災害分布數據。

2）綿陽市1∶50萬分辨率為30 m×30 m DEM數字高程圖。

3）根據綿陽市北部縣區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）的地形和地勢，對其高程進行分級，每500 m為一級，共分為11級；對坡度進行分級，每10度為一級，共分為9級；根據綿陽市北部縣區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）的水文特征對與水系歐氏距離進行分級，每0.5 km為一級，分為<0.5 km，0.5～1 km，1～1.5 km，>1.5 km；共4級。

2.2 研究方法

2.2.1 頻率比數研究法

首先對連續變量（高程、坡度、去水系距離）進行分級，計算每個不同變量的不同等級占綿陽市典型地區的頻率。其公式為：

該公式中：Di為環境因子的第i個分級（或類型）在總面積的分布頻率（%）；di為第i個分級（或類型）的土地分面積；A為總面積。

其次，將每個因子的每個級（或類型）的泥石流災害發生次數占災害點總數的百分比作為該分級（或類型）上泥石流災害的發生頻率。其公式為：

式中：Hi為某環境因子第i個分級（或類型）上泥石流災害的分布頻率（%）；hi為某環境因子第i個分級（或類型）上災害發生的次數；S為泥石流災害總次數。

2.2.2 緩沖區分析

緩沖區分析是空間分析的一種。空間分析是對于地理空間現象的定量研究，其常規能力是操縱空間數據使之成為不同的形式，并且提取其潛在的信息[16]。緩沖區分析通過對是指以點、線、面實體為基礎，自動建立其周圍一定寬度范圍內的緩沖區多邊形圖層，然后建立該圖層與目標圖層的疊加，進行分析而得到所需結果[17]。

3 結果與分析

3.1 高程與泥石流災害的關系

根據綿陽市北部縣區平（武縣、北川羌族自治縣、安州區）的地形，將高程以每500 m為分級，共分為11級：<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，1 500～2 000 m，2 000～2 500 m，2 500～3 000 m，3 000～3 500 m，3 500～4 000 m，4 000～4 500 m，4 500～5 000 m，5 000～5 500 m。

通過計算，綿陽市北部縣區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）不同高程分級所占的面積及泥石流發生頻數結果，如表1所示：

表1 綿陽市北部縣區不同高程分級所占的面積及泥石流分布頻數

根據公式（1）、（2）結合表（1）分別計算11個級別高程所對應的分布頻率、泥石流災害的發生頻率，其結果見表2和圖1、圖2。

表2 泥石流災害在綿陽市北部縣區與高程的頻率比數

圖1 綿陽市北部縣區泥石流災害分布與高程的關系圖

圖2 綿陽市北部縣區泥石流災害分布與高程的關系曲線圖

根據表1、表2結合圖1、圖2可知，綿陽市北部縣區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）的泥石流災害與高程的關系可以概括為以下幾點：

泥石流災害的分布的頻率比數隨著高程的增加而逐漸增多，在高程達到1 000～1 500m時達到一個極大值；

在極大值區段內泥石流災害的發生頻率占泥石流災害總數的50.19%；

隨著高程的增加頻率比數逐漸減小，在高程超過5 000 m后，泥石流災害不再發生。

由此可知，泥石流災害在綿陽市北部縣區的分布主要集中在1 000～1 500 m的高峻山體上；其次，在高程500～1 000 m的丘陵到高山的過渡帶，泥石流災害的發生頻率也比較高；在海拔超過5000 m的極高山，泥石流基本不發生。

3.2 坡度與泥石流災害的關系

根據綿陽市平武縣、北川羌族自治縣、安州的坡度圖，將坡度以每10度為一級進行分級，共分為9級：0～10 °，10～20 °，20～30 °，30～40 °，40～50 °，50～60 °，60～70 °，70～80 °，80～90 °。

通過計算，不同坡度等級占綿陽市典型地區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）的面積及泥石流發生頻數如下：

根據公式（1）、（2）結合表3分別計算8個級別坡度所對應的分布頻率、泥石流災害的發生頻率，其結果見表4，圖2、圖3所示。

表3 綿陽市北部縣區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）不同坡度所占面積

表4 綿陽市北部縣區泥石流災害在不同坡度的頻率比數

根據表3、表4和圖3、圖4可以看出，綿陽市北部縣區泥石流災害的分布的頻率比數與坡度的關系可以概括為以下幾點：

圖3 綿陽市北部縣區泥石流災害分布與坡度的關系圖

圖4 綿陽市北部縣區泥石流災害分布與坡度的關系曲線圖

隨著坡度的增加，泥石流災害的分布頻率比數逐漸增加，在坡度到達20～30°時達到極大值；

在極大值區段內，泥石流災害的發生次數占泥石流災害發生總次數的頻率比數為29.81%；

隨著坡度的增加，泥石流災害的發生頻率逐漸減少，在坡度超過60°后，泥石流災害幾乎不再發生，在坡度超過70°，泥石流災害不再發生。

由此可知，泥石流災害的在綿陽市北部縣區的發生主要集中于坡度10～50°的山坡上，其中最主要的集中區域是坡度20～30°的較陡坡。當坡度過高時，泥石流災害不再發育。

3.3 水系距離與泥石流災害分布的關系

根據綿陽市北部縣區（平武縣、北川羌族自治縣、安州區）的水系分布圖，以水系為指標，進行緩沖區分析，以每500 m為一級進行分級，共分為4級：<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，>1 500 m。由于每個分級所占的面積相同，所以不需計算單位面積上泥石流災害的發生頻率比數。只需根據公式（1）分別計算四個等級所對應的分布頻率、泥石流災害的發生頻率。其結果見表5。

表5 泥石流災害與水系距離的頻率比數

根據表5和圖5、圖6可以看出，綿陽市北部縣區的泥石流災害與水系的關系可以概括為以下幾點：

圖5 綿陽市北部縣區泥石流災害分布與水系距離的關系圖

圖6 綿陽市北部縣區泥石流災害分布與水系距離的關系曲線圖

水系距離與泥石流災害分布并沒有極其密切的關系；

泥石流災害與水系距離的相關關系主要分為兩個極端，即在<500 m的范圍內，是泥石流災害的高發區域，可是隨著水系距離的增加，它們的頻率比數呈現先減少后增加的趨勢，即當水系距離>1 500 m后，泥石流災害廣泛發育。

由此可知，造成該結果的原因可能是在距離水系極近的區域，有利于泥石流災害的發育，而隨著水系距離的增加，水系不再是影響泥石流災害發育的主導因子，其他因子主導泥石流災害的發生。

4 泥石流災害防治對策

泥石流災害是我國山區發生頻率較高的一種地質災害，由于其往往會造成較為嚴重的經濟財產的損失和人員傷亡而受到人們的廣泛關注，而由于其發生時的突然性與驚人的破壞力又使得對其進行預防與監測變得困難。基于對綿陽市北部縣區泥石流災害的分布與環境因子的關系的分析，提出以下幾條泥石流災害的防治的關鍵及對策。

泥石流主要發生的高程1 000～1 500 m的山區地區，所以該高程范圍內的山區地區更應該加強對泥石流災害的監測工作，注意泥石流災害的發生動向。此外，為了減少泥石流災害造成的損失，也可以盡可能地減少鄉鎮、村莊等在該高程范圍內的分布。

在坡度較大的區域泥石流災害更易發生，所以在山地坡度較大的地區，可以采取工程措施來防治泥石流災害。比如，在陡坡處修筑泥石流防護坡、擋墻以及采取生物措施進行泥石流災害的防御工作，減少山坡地區泥石流災害的發生。

在近水系區域泥石流災害發生頻率較高，水流為泥石流災害的發生提供了外在能量條件。因此在近水系區域可以采取修筑攔擋壩、儲淤場等工程措施來削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以減少泥石流的沖刷、撞擊和淤埋。

5 結論

泥石流災害的發育與高程、坡度和水系都有極其密切的關系，隨著高程、坡度、水系距離的變化，泥石流災害的發生頻率也發生明顯的變化；泥石流災害在綿陽市北部縣區的發育主要集中于高程500～1 000 m的陡峻山體之上，陡峻的山體是形成泥石流災害的初始條件；泥石流災害發育主要集中在坡度20～30°的區域，此坡度一方面使泥石流的松散物質不易集中，一方面也使泥石流物質有了向下坡滑動的充足動力；泥石流災害的發育與水系距離的關系出現明顯兩極化變化，一方面在距離水系極近的區域發生頻率較高，水系為泥石流的發育提供了誘發條件；另一方面，隨著水系距離的增加，泥石流頻率也增大，證明水系距離增大到一定程度后，水系將不再是影響泥石流災害發生的原因。