蔣清明,鄧英爾,王軍朝,張佳佳,陳龍

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059；

2.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，成都 611734)

1 引言

西藏林芝地區(qū)受印度洋暖流影響，因特殊地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造，該地區(qū)泥石流災(zāi)害發(fā)育。天磨溝泥石流位于西藏林芝地區(qū)波密縣古鄉(xiāng)松饒村，如圖1。處于易貢藏布-帕隆藏布深切割斷裂帶上，此處也為我國現(xiàn)代冰川和海洋性冰川比較發(fā)育的地區(qū)。主溝溝谷形態(tài)呈“V”型，匯水面積達(dá)17.4 km2，溝道上游海拔3 800 m以上發(fā)育有現(xiàn)代冰川，如圖2。冰川面積達(dá)8.63 km2，主溝長約4 km，主溝縱坡降約256‰，流域內(nèi)最高海拔為5 560 m，相對高差達(dá)到3 100 m。天磨溝在冰川的發(fā)育下形成了大量的冰磧物、巖崩冰崩碎屑物及殘坡積物，固體松散物儲量在5×107m3以上，大量的松散堆積物及良好的匯水條件為泥石流的發(fā)生提供了非常有利的條件[1]。2007年9月4日波密縣天磨溝發(fā)生特大型泥石流災(zāi)害，造成1人死亡，7人失蹤，9人受傷，318國道中斷近43 h，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500余萬元。鑒于該泥石流地理位置的特殊性及較大危害性，對其進(jìn)行危險性綜合評判及風(fēng)險性分析是十分必要的。

泥石流危險性綜合評判及風(fēng)險性分析是個十分復(fù)雜的問題。目前有部分學(xué)者利用模糊綜合評判方法對泥石流的危險性進(jìn)行評判，王春山[2]等人詳細(xì)討論了該方法對泥石流危險性評判的運用。模糊綜合評判法是在“泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范”中使用的數(shù)量化綜合評價方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，此方法的結(jié)果是以概率的形式呈現(xiàn)出來的，避免了數(shù)量化綜合評價方法結(jié)果的絕對性。劉希林[3]通過大量的泥石流實例，總結(jié)出了評價泥石流風(fēng)險的模型，該模型選擇泥石流物源儲量、一次性最大沖出方量、流域面積等10個主要因子對泥石流的風(fēng)險進(jìn)行評價，該模型在實際運用中得到了較為理想的效果。該模型尚未對林芝地區(qū)的泥石流進(jìn)行評價，本文將通過該模型對天磨溝泥石流進(jìn)行風(fēng)險性評價，并對結(jié)果進(jìn)行分析。本文將運用模糊綜合評判方法及泥石流風(fēng)險評價模型對天磨溝泥石流的危險性及風(fēng)險進(jìn)行量化分析。

圖1 天磨溝地理位置

圖2 冰川發(fā)育圖

2 地質(zhì)環(huán)境背景條件

2.1 地形地貌

研究區(qū)位于青藏高原東南部，受青藏高原在新構(gòu)造運動中快速抬升的緣故，河流強(qiáng)烈下蝕，形成高山與峽谷相間的地貌，山脈與河谷受斷裂構(gòu)造控制，延伸方向為北西向及東西向。該區(qū)為峽谷深切，高山陡峭，高山與峽谷相對高差大，這樣的地形地貌有利于泥石流災(zāi)害的形成[4]。

2.2 地層巖性

天磨溝下伏基巖地層較復(fù)雜，溝頂形成區(qū)位置主要發(fā)育念青唐古拉b巖群，巖性主要為黑云斜長片麻巖；溝道中下部地層為念青唐古拉c巖群，巖性主要以長石石英變粒巖，條帶狀黑云鉀長片麻巖為主；溝道下部泥石流堆積區(qū)地層為侏羅系，巖性主要為石英閃長巖[5]。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)整體位于岡底斯-念青唐古拉板塊，是印度板塊與歐亞板塊碰撞的前緣地帶，發(fā)育的嘉黎斷裂走向SSE向，總體表現(xiàn)為左旋走滑性質(zhì)，受斷裂影響，天磨溝下伏基巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育[6]。

2.4 水文條件

天磨溝泥石流地區(qū)主要受印度洋季風(fēng)氣候的影響，印度洋孟加拉灣暖濕氣流沿雅魯藏布大轉(zhuǎn)彎及其山口向北進(jìn)入該區(qū)域，致使該區(qū)域雨季較長，雨量較多，年降雨量在1 000 mm以上，這里不僅夏季降雨量豐富，冬季降雪量也大。由于冰川區(qū)降雨量豐富，氣溫相對較高，位置相對較低，故冰川消融強(qiáng)烈，為冰川泥石流的發(fā)生提供了極為充沛的水源條件[6]。

3 天磨溝泥石流類型與分區(qū)特征

3.1 泥石流類型

天磨溝泥石流為典型的冰水混合型泥石流，泥石流暴發(fā)誘因主要為冰雪融水及暴雨，物源豐富，主要為冰磧物。天磨溝泥石流最近暴發(fā)大規(guī)模泥石流過程是在2007年9月4日，最近幾年基本均暴發(fā)過不同程度的泥石流過程，但規(guī)模較小，屬于高頻泥石流溝。

3.2 泥石流分區(qū)特征

(1) 物源區(qū)

天磨溝形成區(qū)主要集中在溝道中上游，海拔區(qū)間在2 700～5 560 m之間，區(qū)域面積約15.1 km2；溝道為 “V”型谷，兩側(cè)斜坡坡度較陡，平均坡度在40°以上，溝道比降約532 ‰；溝域內(nèi)松散物質(zhì)非常豐富，松散物源在3×107m3以上，主要為冰磧物，易啟動物源較多，最近一次啟動物源估算為18×104m3。

(2) 流通區(qū)

流通區(qū)主要位于溝道中下游段，海拔區(qū)間在2 500～2 600 m之間，面積約1.2 km2，溝道長約560 m，溝道比降為179 ‰，溝道平均寬度約30 m，溝道右側(cè)有基巖出露，巖性為花崗片麻巖，基巖上部為少量泥石流堆積以及坡積物(圖3)；溝谷呈典型的“V”字型，兩岸坡度較陡，平均坡度在50°以上，植被發(fā)育，覆蓋率在70%以上，主要為喬灌木。

圖3 流通區(qū)圖

(3) 堆積區(qū)

堆積區(qū)位于溝道的下游段，海拔區(qū)間在2 460～2 600 m之間，面積約1.1 km2，溝道長度約1 100 m，溝道比降為127 ‰，溝道平均寬度約50 m；堆積區(qū)形態(tài)呈扇形，長1 965 m，寬778 m，擴(kuò)散角為30°，扇形地完整性為80%，扇面發(fā)展趨勢為下切；溝道左側(cè)可見三期泥石流堆積，最老一期泥石流堆積物可見高度為24 m，次一期泥石流堆積物可見高度為8 m，最新一期泥石流堆積物厚度為1 m，主要為碎塊石夾砂，碎塊石占比約為70%，整體呈次棱角-次磨圓狀，碎塊石粒徑在2～30 cm之間，偶見直徑為2 m左右的大漂石；堆積區(qū)植被發(fā)育較好，覆蓋率在60%以上，主要為喬灌木。

4 天磨溝泥石流危險性的綜合評判

模糊綜合評判法是運用模糊數(shù)學(xué)的原理對災(zāi)害危險性進(jìn)行綜合評價的一種方法[2]。泥石流的發(fā)生受松散物儲量、流域面積、一次性沖出方量等多種因素的影響，利用模糊綜合評判法來確定最大隸屬度，根據(jù)隸屬度值的大小來判斷泥石流的危險性等級。此方法的結(jié)果是以概率的形式呈現(xiàn)出來，避免了以數(shù)量化綜合評價方法得出的結(jié)果的絕對性。

4.1 數(shù)量化綜合評價結(jié)果

利用規(guī)范[7]中泥石流溝易發(fā)程度量化評分表對天磨溝泥石流的危險性進(jìn)行評價，對影響天磨溝泥石流發(fā)生的各個因素進(jìn)行評分(表1)，綜合評分結(jié)果為116分。根據(jù)規(guī)范評分表評分結(jié)果，天磨溝泥石流屬于極易發(fā)泥石流溝。

4.2 災(zāi)害因素隸屬度函數(shù)的確定

根據(jù)各個影響因素的數(shù)量化標(biāo)準(zhǔn)和模糊模式識別理論，記隸屬函數(shù)分別為u1，u2，u3，u4，則各隸屬函數(shù)為

(1)

(2)

(3)

(4)

式(1)～(4)中x為泥石流各影響因素歸一化后的評分值；e1，e2，e3，e4為各影響因素歸一化后的評判數(shù)值，其中e1

表1 泥石流溝易發(fā)程度數(shù)量化綜合評判

4.3 模糊子集矩陣和權(quán)重子集的生成

根據(jù)表1中的評判分?jǐn)?shù)和標(biāo)準(zhǔn)，通過隸屬函數(shù)式(1)～(4)計算，可得到天磨溝泥石流各個影響因素的模糊子集矩陣：

從表1中可以看出，規(guī)范中各個因素的最高評分不同，最高評分的大小代表了該因素對災(zāi)害發(fā)生的影響程度，即對災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)度，將各個因素評分進(jìn)行歸一化后作為權(quán)重子集，則權(quán)重子集W為：W=[0.16,0.12,0.11,0.09,0.07,0.07,0.06，0.05,0.05,0.05,0.04,0.04,0.04,0.03,0.03]。

4.4 危險性模糊綜合評判

泥石流的危險性評價結(jié)果為權(quán)重子集與模糊子集矩陣的乘積，即B=W·R。B=[不易發(fā)，輕微易發(fā)，中等易發(fā)，易發(fā)]。經(jīng)計算，得到天磨溝泥石流危險性模糊綜合評判的結(jié)果，見表2。由表2可知，天磨溝泥石流目前有69%的概率屬于易發(fā)泥石流，12%的概率屬于中等易發(fā)泥石流，這與規(guī)范中數(shù)量化評判的結(jié)果幾乎一致。

表2 模糊綜合評判結(jié)果

5 泥石流的風(fēng)險性分析

泥石流風(fēng)險度是指在一定的區(qū)域范圍和時間段內(nèi)，因泥石流災(zāi)害造成的生命財產(chǎn)和社會經(jīng)濟(jì)活動的期望損失值[8]。泥石流自身的危險性與承災(zāi)體的易損性的乘積即為泥石流的風(fēng)險性。泥石流的危險性是自身的自然屬性，承災(zāi)體的易損性是自身的社會屬性，泥石流的風(fēng)險分析即為自然屬性與社會屬性的綜合分析。劉希林教授提出的泥石流風(fēng)險評價模型在實踐運用中取得了較為理想的結(jié)果[9]，本文將采用該風(fēng)險評價模型對天磨溝泥石流進(jìn)行風(fēng)險評價。

5.1 泥石流危險度評價

表3列出了影響泥石流危險度的7個主要因素及其權(quán)重系數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)、實際值及轉(zhuǎn)換值。將各個因素的轉(zhuǎn)換值代入泥石流危險度評價公式：

H單=0.29M+0.29F+0.14S1+0.09S2

+0.06S3+0.11S4+0.03S5

(5)

式中,H單為泥石流的危險度(0～1)；M為泥石流規(guī)模；F為泥石流發(fā)生頻率；S1為流域面積；S2為主溝長度；S3為流域相對高差；S4為流域切割密度；S5為不穩(wěn)定溝床比例。通過式(5)可得天磨溝泥石流的危險度為0.804。由單溝泥石流的危險度分級標(biāo)準(zhǔn)可得出天磨溝泥石流屬于極高危險泥石流。

表3 單溝泥石流危險度評價的權(quán)重系數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)及轉(zhuǎn)換值

5.2 泥石流易損度評價

泥石流的易損度評價主要包括物質(zhì)易損度評價、經(jīng)濟(jì)易損度評價、環(huán)境易損度評價和社會易損度評價，這4個方面包括若干子項目[3,10-11]。單溝泥石流的易損度計算公式為：

V1單=I+E+L單

(6)

Fv1單=1/(1+exp(-1.25(logV1單-2)))

(7)

Fv2單=1-exp(0.003 5V2單)

(8)

(9)

式中,I為物質(zhì)易損度；E為經(jīng)濟(jì)易損度；L單為環(huán)境易損度；V單為單溝泥石流易損度；Fv1單為財產(chǎn)指標(biāo)V1單的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值；Fv2單為人口指標(biāo)V2單(人/km)的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值。

根據(jù)表4～5中的具體數(shù)據(jù)(據(jù)走訪調(diào)查)及公式6～9，可計算得到天磨溝泥石流易損度為0.65，據(jù)表6可判斷天磨溝泥石流溝易損度為高度易損。

表4 易損度各個子項數(shù)值列表

表5 易損度評價指標(biāo)及結(jié)果

表6 單溝泥石流易損度分級標(biāo)準(zhǔn)

5.3 泥石流風(fēng)險度評價

根據(jù)單溝泥石流風(fēng)險度計算公式[12,13]，可計算得到天磨溝泥石流風(fēng)險度為：

R單=H單·V單=0.804×0.65=0.52

(10)

由表7可知，天磨溝泥石流屬于高度風(fēng)險的泥石流溝。

表7 單溝泥石流風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)[14]

6 結(jié)論

(1) 天磨溝泥石流溝域面積較大，相對高差達(dá)到3 100 m，主溝縱坡降為256 ‰，松散物源豐富，這些條件均有利于泥石流的發(fā)生，對附近松饒村村民、318國道及帕隆藏布主河構(gòu)成極大威脅。

(2) 通過數(shù)量化綜合評價及模糊數(shù)學(xué)綜合評判，得到該泥石流溝易發(fā)概率為69%，中等易發(fā)概率為12%，輕微易發(fā)概率為19%。結(jié)果顯示天磨溝泥石流屬于易發(fā)泥石流，需對其保持密切關(guān)注。

(3) 對天磨溝泥石流進(jìn)行風(fēng)險性分析，結(jié)果顯示其危險度為0.804，屬于極高危險泥石流；易損度為0.65，其承災(zāi)體高度易損；風(fēng)險度為0.52，屬于風(fēng)險度高的泥石流溝。

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[2] 王春山,巴仁基,劉宇杰，等.低頻泥石流特征及其危險性的模糊綜合評判[J].人民長江,2012,43(5):42-46.

[3] 劉希林,莫多聞,泥石流風(fēng)險評價[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

[4] 高鵬.藏東南地質(zhì)災(zāi)害危險性評估及預(yù)測[D].中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2010.

[5] 劉洋.基于RS的西藏帕隆藏布流域典型泥石流災(zāi)害鏈分析[D].成都理工大學(xué),2013.

[6] 郭國和.川藏公路南線泥石流堵塞壩潰決機(jī)理與洪水特征研究[D].重慶交通大學(xué),2009.

[7] 中華人民共和國國土資源部.泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[8] 倪化勇,巴仁基,劉宇杰.四川省石棉縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的雨量條件與氣象預(yù)警(報)[J].水土保持通報,2010,(30)6:112-118.

[9] 劉希林,莫多聞.泥石流風(fēng)險及溝谷泥石流風(fēng)險度評價[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2002,(10)3:266-273.

[10] 劉希林.我國泥石流危險度評價研究:回顧與展望[J].自然災(zāi)害學(xué)報,2002,(11)4:1-8.

[11] 劉希林,唐川.泥石流危險性評價[M].北京：科學(xué)出版社,1995:1-93.

[12] United Nations, Department of Humanitarian Affairs. Mitigating Natural Disasters: Phenomena, Effects and Options-A Manual for Policy Makers and Planners [M].New York: United Nations,1991:1-164.

[13] United Nations, Department of Humanitarian Affairs. Internationally Agreed Glossary of Basic Terms Related to Disaster Management,DNA/93 /36,Geneva,1992.

[14] 丁繼新,楊志法,尚彥軍,等.區(qū)域泥石流災(zāi)害的定量風(fēng)險分析[J].巖土力學(xué),2006,27(7):1071-1076.