安康市汉滨区西部山区暴雨型泥石流频发性研究

赵学理　李强　王滔　闫昱睿

摘要：通过对安康市汉滨区西部山区泥石流理论及实际治理工程的研究，以野外地质调查为基础，建立以地形-结构面-汇水面积-松散体物源为泥石流爆发频率主要评价因子的评价体系；根据泥石流发生的有关活动因素，建立在暴雨或其他水动力因素作用后动态变化的综合模型，以研究安康市汉滨区西部山区暴雨型泥石流频发性。

关键词：安康市西部山区；暴雨型；泥石流；频发性

引言

地质灾害的防治及研究工作，以2009年5月国土资源部部长令44号为标志，越来越受到国家的重视，笔者是在从事安康市汉滨区多个地质灾害防治项目基础上，研究此课题，将总结工作经验，积累后续在安康地区地质灾害工作的基础资料。项目研究地域框定在汉滨区西部地区，介于东经108°30′～109°25′，北纬32°22′～33°17′之间，面积约263km2。是由于本区地处秦巴山区腹地，南接紫阳，北靠汉江，区内地形地貌复杂，地质构造众多，多年来本区域在暴雨型泥石流领域取得的成果少，研究程度低，其不可预见性大，研究的空间大，成果便于得到实践的检验。

1.泥石流目前的研究现状

许多发达国家（如美国、加拿大、澳大利亚、南非、俄罗斯）和一些经济技术比较发达的国家（如日本、德国、英国等）都高度重视泥石流的形成条件和防治技术，理论研究层面具有普遍性的指导意义，对某个地区的研究，一般只能在本国的基础性资料中具有。对单片区域低频泥石流的研究，很难找到一致性的意见。

一般认为，在重力、动水压力、地震或其他某些力的作用下，产生于沟谷中或坡地上的一种饱含大量泥砂石块和巨砾的固液两相流体称之为泥石流，以临界降雨量和地形地貌要素，采用模糊数学的方法判断泥石流频发性和形成机制为理论上的可靠考虑，生产和应用上则以要素评分法进行判定，例如，伏列什曼夫认为泥石流指的是固体物质含量高，泥位剧增的暂时性山地河床型洪流，以物源条件为主；日本水土保持学会认为泥石含量多于水体，含水的粥状泥沙在其自重作用下产生运动的现象，以水源条件为主；英国地质学会工程组指出泥石流是介于水流与滑坡之间的一系列过程，因而包括有重力作用下松散物质、水体和空气三者构成的块体运动，为综合考虑。

经过多年的环境影响评价实践，我国已形成了一套较为完整的评价体系。但是，由于岩性差异、地形地貌差异，使泥石流的形成机制和频发性评价工作还处于研究阶段，还有许多需要完善的地方。

2.地质环境背景

汉滨区西部位于秦巴山区，汉江与月河之间，山高沟深。区内地貌按形态类型分为河谷盆地、低山、中山三大类型。

河谷盆地：盆地内漫滩、阶地、台地、丘陵等地貌均有发育。丘陵分布于恒河以西地区，绝对高程<500m，相对高差50-60m。主要由下第三系砂、砾岩、粉砂岩、泥岩组成。地形呈波状起伏，丘顶浑圆，坡度平缓，整个地形向南西微倾，呈单面山。

低山：山势低矮，脊峰平缓，切割深度一般100-500m，谷坡坡度多在25°-40°，剥蚀和堆积作用强烈，河流弯曲系数大；汉江、月河较大支流，在低山段为箱状谷，近似南北流向。

中山：山坡陡峻，山峰突兀多齿状和刃状脊，物理风化和流水下切作用十分强烈，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.泥石流灾害特征概述

3.1泥石流的分布特征

安康汉滨区西部山区共分布泥石流（滑坡泥石流）灾害36处，据统计，流水镇5处，大竹园镇6处，洪山镇4处，牛蹄镇5处，新坝镇6处，石转镇10处。

3.2地质灾害发育特征

地质灾害的发育受控于地形地貌、地质构造、岩土体类型、斜坡结构、水文地质、植被等地质环境条件和降雨、人类工程活動等影响。通过野外调查，经对地质环境条件的综合分析研究，将安康市汉滨区西部山区泥石流的发育特征归纳如下：

3.2.1群发性

群发性在汉滨区表现在两个方面：一是在雨季或多雨年份，一次连阴雨夹暴雨，或突降强暴雨，都可能诱发大面积的滑坡、泥石流地质灾害的发生。二是受地质环境影响较大，地质环境恶劣的地段地质灾害越集中。

3.2.2周期性

降雨是地质灾害发生的最主要的诱发因素，降雨与地质灾害的关系十分密切，因此，地质灾害的发育周期，尤其是泥石流的发育周期，基本上与降雨周期同步。首先表现在丰水年，多为地质灾害的活跃期。其次在同一年份，雨季是地质灾害的多发期，尤其是7-9月降水高峰期更为集中，发生时间大多和降雨同步或短期滞后。

3.2.3突发性

是指遇到大暴雨时突然暴发的地质灾害。对于全区来说，这种灾害包括泥石流、崩塌及小型高速堆积层滑坡。因其致灾时间十分短暂，事前又无变形迹象，使居住于坡脚的村民猝不及防，更容易形成灾害。泥石流的形成更具流动速度快、历时短的特点，上游宽阔的汇水面积、狭窄的沟谷地形，使得泥石流的形成十分突然，更容易造成人员伤亡和财产损失。正是由于这种突发性，不仅加重了灾情，而且难以进行准确的预报和有效的防治。

4.泥石流频发性分析

泥石流按爆发频率划分为：高频泥石流（一年多次至5年一次）、中频泥石流（1次/5年～20年）、低频泥石流（1次/20年～50年）和极低频泥石流（>1次/50年）。而泥石流的爆发频度与地形地貌、降雨条件有着紧密的联系。本文依托已实施的项目为基础，选取典型泥石流沟道，结合调查、勘查，从地形地貌、临界降雨两个方面对汉滨区西部山区泥石流频发性进行论述。

4.1泥石流形成的地形地貌条件分析

4.1.1设定变量

选出流域面积、沟网密度、流域圆状率、形成区平均坡度、流域谷坡平均坡度、流通段沟床比降、堆积段沟床比降、流域高差这8个独立变量。

尽管各沟谷具有不同的泥石流堆积量，同一泥石流溝的不同爆发场次中，堆积扇的冲淤特性也不尽相同。但从总体和历史角度看，泥石流堆积模数：

M=沟口固体物质对计量（万立方米）流域面积（平方公里）

M能综合反映该沟泥石流发生频率、爆发规模和活动历时等泥石流本身的活动特征（即活动性）。在堆积条件相似的情况下，相邻沟谷的堆积模数也可以相互比拟。再次前提下，可用M作为衡量泥石流活动性的指标，作为因变量。

4.1.2选取对象

本研究区内共分布泥石流沟道共36处，10条沟道已进行详细工作，其他通过在五万分之一地形图上分别测算各沟的独立变量。

4.1.3统计分析

根据泥石流的基本特征，参照相关资料[4]，用所选8个变量，以典型泥石流沟为基础，建立判别方程，将泥石流沟分为沟谷型和山坡型，用逐步判别法[1]分别对两种类型的泥石流沟进行逐步分析，结果如下表：

通过以上归类统计，安康汉滨区西部山区对泥石流发生贡献最大的地形地貌要素为流域面积、流域圆状率、沟床比降。对比规范中15项评分要素，流域面积和流域相对高差的评分比重应大幅度增大，而泥沙沿程补给长度比和沟口泥石流堆积活动程度要素在本地区不是主要控制因素。36条泥石流沟道中21条属易发程度，比例为60%，15条属轻度易发程度，比例为40%，说明选取的沟道具备了泥石流发生的主要地形地貌要素，且主要因素的贡献率较大。

4.2临界降雨量分析

4.2.1对象流域特性及泥石流活动调查

泥石流的发生，有一个最低的激发雨量，这个雨量，称为泥石流的临界雨量。泥石流的临界雨量，是对泥石流进行发生可能性判断的重要依据。因此，开展泥石流频发性预测，首先要研究泥石流的临界雨量。本文将以大竹园镇七堰沟等为代表的泥石流沟的观测资料进行对比分析，研究不同泥石流临界雨量的差别及其原因。

大竹园镇七堰沟，位于大竹园镇境内，为蒿坪河支流。该沟山体较破碎，不良地质现象相当发育。沟内崩塌、滑坡可提供的松散固体物质约有38万立方米。半湿润气候类型，年降水量970毫米左右。雨季降雨日数特多，6—8月降雨日占同期总日数的70%，植被覆盖度达80%以上，土壤含水量较高，常处于临界饱和状态，雨季土壤的含水量高达11.7—10.8%。据调查，1990—2010年两年共发生泥石流2场，活动频率较低。

新坝镇后沟，为晓道河的一级支沟。该沟有大小崩塌、滑坡数处，较大的活动滑坡两个，可供给的松散物质约70万立方米。流域属暖温带半湿润山地气候，年降水量在1030毫米左右。森林植被差，除少量林地外，皆为草地和农耕地。据调查，1990—2010年两年共发生泥石流2场，活动频率较低。

洪山镇魏家埫沟，为五堰河的一级支沟，该沟泥石流物质主要由沟床堆积物和沟岸坍塌物供给，流域暖温带半湿润山地气候，年降水量在1030毫米左右，植被覆盖度为70%。据调查，该沟隔3—5年发生一场坡面泥石流，活动频率较低。

石转镇脂肪沟，为五堰河的一级支沟，该沟山体岩层破碎，古滑坡发育，方量达68万立方米，现代滑坡活动强烈。流域暖温带半湿润山地气候，年降水量在900毫米左右，据调查，1990—2010年共发生泥石流1场，活动频率低。

由上述看出，大竹园镇七堰沟和新坝镇后沟，洪山镇魏家埫沟和石转镇脂肪沟为是中～低频率泥石流沟。

4.2.2泥石流临界雨量分析

（1）前期雨量

泥石流的发生，不仅仅是当场降雨的作用，前期降雨（前期土壤含水量）也有一定影响，即泥石流的临界雨量，与前期土壤的含水量有关。从道理上讲，前期土壤的含水量多，发生泥石流的当场降雨量偏低。反之，前期土壤的含水量少，发生泥石流的当场降雨量偏高。因此，分析泥石流的临界雨量，通常应把前期土壤含水量和当场降雨量作为整体因素来考虑。由于前期土壤含水量实际测定比较困难，一般是利用前期降雨量进行计算，用前期降雨量的计算值，来间接表示前期土壤含水量的多少。利用降雨量计算前期土壤含水量，存在计算方法问题。这里计算前期土壤含水量的公式引用云南水利科学研究院的经验公式，如下：

Pa=∑14t=1atpt（式一）

式中，αt=0.5/2t；t为日数，前1，2，…，14；pt为前t日的降雨量。

αt称为雨量衰减系数，其值随着日数的前推越来越小。即降到土壤里的雨量，通过渗漏、蒸发、植物吸收等，残留在土壤里的雨量，随着时间的推移就越来越少。Pt一般应根据土壤岩性和气候类型等有所不同，为计算方便，Pt取安康地区的日平均降水量2.73mm。Pa为前14天内降雨残留在土壤里的总雨量，称为前期雨量。这样，本文所述西部山区的前期雨量就可以迭代计算出来，数值为9.58mm。

（2）雨强

由以上计算的前期雨量加上连续雨量，认为是对该场泥石流发生和全过程起作用的雨量，称为总实效雨量。这里，雨强的选定是利用当地多年的气象资料（1990～2011），在续降雨过程中，选择出1小时最大降雨量，作为本文进行分析的雨强值，其超越概率P相当于20年一遇的降水。这样，当连续降雨超过一定量值，理论上将发生泥石流。

（3）泥石流临界雨量的确定及其表达式

直线方程的一般表达方式为：

y=kx+b式中，y表示雨强，x表示总雨量，b为前期雨量，k是待定常数。

这条直线方程的物理意义是：当降雨强度和总实效雨量的相关点超过这条直线时，该沟就有发生泥石流的可能性。不超过这条直线，则不会发生泥石流。因此，这条直线（方程），应是泥石流发生的最低雨量分界线，称为泥石流的临界雨量线，或叫安全线。

根据计算公式模拟，本区域发生泥石流时的临界雨量大致相当，泥石流的发生在区域上亦具有时间上的同步性。由于最大雨强是参考1990～2011年来的最大雨力进行计算的，可以考虑为20年一遇的降水，相比之下，安康汉滨区西部山区的暴雨性泥石流发生频率较低，应考虑为1次/5年～20年，属中～低频。

5.结论

针对安康汉滨区西部山区泥石流频发性，以地质环境背景条件为基础，以配套项目为支撑，结合资料收集与野外调查，探索安康汉滨区西部山区泥石流及滑坡型泥石流形成的条件，合理的选择评价因子，从地形地貌、临界降雨两个方面对汉滨区西部山区泥石流频发性进行论述，以期研究暴雨过程中泥石流地质灾害的爆发频率。通过分析，安康汉滨区西部山区的36条泥石流沟道具备了泥石流发生的主要地形地貌要素，由于临界雨量数值较大，总体泥石流的频发性偏低，属中～低频。

参考文献：

[1]《云南省水力科学研究所》，水利科技资料选编

[2]《降雨泥石流的临界雨量研究》，谭万沛，第二届全国泥石流学术会论文集

[3]《泥石流的发生和降雨》，孟河清，第二届全国泥石流学术会论文集

[4]《泥石流地貌要素的统计分析》，崔鹏，中国科学院—成都山地灾害与环境研究所

[5]《泥石流的预防和治理》，谢洪.山洪、中国减灾

[6]《陕西省安康市汉滨区“十二五”地质灾害防治规划》

[7]《陕南山洪地质灾害受灾地区安康市汉滨区地质灾害详细调查报告》陕西地矿局第一工程勘察所

[8]《金川八步里沟流域的泥石流与降雨的关系》谭万沛、唐邦兴，山地世界

[9]《宝成铁路泥石流灾害与降雨条件的分析》孟河清，第二届全国泥石流学术会论文集

[10]《泥石流防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）

[11]《泥石流灾害治理工程设计规范》（DZ/T0239-2004）

[12]中国土木工程学会.注册岩土工程师专业考试复习教程（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社