涪江上游泥石流灾损土地资源化利用模式

杨顺， 黄海， 田尤， 谢忠胜

(中国地质科学院探矿工艺研究所，中国地质调查局地质灾害防治技术中心，成都 611734)

0 引言

泥石流是我国山区，尤其是西部山区常见的地质灾害，泥石流可造成严重的灾害，但由于其含沙量高，往往在流域中下游沟道及进入主河前的平缓地带淤积，形成一定面积的泥石流滩地。已有研究表明，泥石流滩地往往具有地势平缓、水源充足、热量丰富等特点，是山区较好的土地资源，具有广阔的开发利用前景。泥石流滩地多分布于山区主河道两侧，由于滩地平坦开阔的地形条件及相对较好的水热条件，山区居民常常在稳定的滩地上建设村落，开展各种农业生产活动，修筑道路等。目前，泥石流滩地的开发利用已成为贫困山区发展经济和改善生态环境的重要途径。2012年，国土资源部发布了《关于低丘缓坡等未利用地开发利用试点工作的指导意见(国发【2012】2号)》[1]，并确定了贵州、湖北等11个省(直辖市、自治区)作为政策实施的试点省份，之后在全国逐步进行推广，旨在合理确定开发利用的用途、规模、布局和时序。

泥石流灾损土地是泥石流灾害对流域内具有开发利用价值的土地有直接破坏作用的土地类型。近年来，针对泥石流滩地的研究越来越受到国内外学者的重视，许多学者在泥石流滩地的特征、分类、沉积过程、危险性分区、土壤肥力评价等方面进行了深入的研究[2-10]。为提高山区经济效益，减少地质灾害造成的损失，陈宁生[11]在1993年就以云南蒋家沟为例，在泥石流危害频率、危害程度和土地利用方式等方面对蒋家沟下游滩地的危险度进行区划研究，为滩地后续开发利用、灾害防治和风险评价提供了参考； 山区泥石流沟暴发泥石流后，在堆积区不同位置泛滥成灾的程度及威胁程度差异较大，泥石流对堆积区的破坏程度主要取决于泥石流的冲击力和流速等动力因素，基于此，唐川等[12]选用流速和泥深作为泥石流危险度评价指标，将泥石流堆积区灾损土地划分为极端危险区、高度危险区、中度危险区和轻度危险区4个等级，并用二维非恒定流物理模型进行验证，取得了较好效果； 谭万沛[13]对泥石流扇的类型和土地利用模式进行了归纳，提出高级、中级、低级3种泥石流扇地开发利用模式及相应的土地利用建议，具有宏观指导意义； 韩用顺等[14]以蒋家沟为例，阐述了泥石流滩地农业资源化的原则，探讨了泥石流滩地未来资源化的思路和对策，提出了进行深度农业化利用的前提是加强泥石流灾害防治并提高当地群众的防灾减灾意识； 柳金峰等[15]以白龙江中游泥石流冲积扇坡耕地为研究对象，对泥石流堆积扇坡耕地的分布、开发利用现状和开发潜力进行了分析和评价，研究表明整个白龙江中游区泥石流冲积扇具有很好的开发利用潜力； 刘清华等[16]通过聚焦资料缺乏地区单沟泥石流堆积区，假定泥石流运动过程中流量、流深不变，忽略泥石流摆动的影响，基于地形图对单沟泥石流堆积区淤积的危险性进行了快速评价，取得了较好的效果，但该方法缺乏物理力学意义，针对泥石流淤积危险仍需开展进一步研究。

总体来说，泥石流灾损土地是山区居民重要的生活生产场所，已引起国内外泥石流学者的广泛关注。开发利用泥石流堆积区灾损土地，一方面有助于改善山区泥石流频发区的生态环境，另一方面还能促进当地经济的发展。汶川地震后涪江流域上游泥石流灾害频发，各条沟道在强降雨刺激下都可能暴发泥石流，尤其是北川地区，严重威胁当地居民的生命财产安全[17]。结合“汶川地震地质灾害调查评价”项目，殷跃平等[18]调查研究了汶川震区泥石流灾害发育特征及其分布情况，但目前该区泥石流灾损土地资源化利用研究程度仍然不高，存在泥石流灾损土地现状不明确、土地利用模式认识不清等问题。通过前期对涪江上游泥石流灾损土地的调查，得知涪江上游泥石流灾损土地具有分布零散、可利用程度较高等特点[19]。本文基于涪江流域1∶5万环境地质调查项目，通过近年来涪江流域泥石流灾害的研究和实地调查，发现该区域泥石流灾损土地利用主要以农业耕种为主，且集中在春秋两季。为实现该区域土地资源利用最大化，亟待开发渐趋稳定的泥石流灾损土地和潜在泥石流滩地灾损土地。

1 涪江上游泥石流灾损土地分布及利用现状

1.1 灾损土地调查及分布

涪江发源于四川省平武县雪宝顶，流经平武县、江油市、绵阳、三台县、射洪县、遂宁市、潼南县，最后于重庆市合川区汇入嘉陵江，主河全长超过670 km，流域面积3.64万km2。其中，涪江上游以高山峡谷为主，各类地质灾害如泥石流、滑坡、崩塌等均有发育； 中下游以平坝丘陵为主，主要存在地下水污染、土地质量不佳等环境地质问题。

本文泥石流灾损土地调查范围在涪江上游平武县和北川县境内，涉及河流包括涪江上游通口河流域、百草河流域、平通河流域、南坝至擂鼓段以及平武县以上干流和火溪河流域，共计42处。各泥石流灾损土地调查点所在涪江流域位置见图1。

图1 涪江流域上游灾损土地调查点位置Fig.1 Field survey location of debris flow disaster areasin the upper reaches of Fujiang River Basin

1.2 灾损土地利用现状

通过对涪江上游42处泥石流灾损土地调查统计，发现该区灾损土地利用类型主要为耕地(缓坡/陡坡)、林地(乔木、灌木)、建筑用地3类。其中，耕地占整个调查区灾损土地利用情况的41.5%，林地占32.8%，当地居民建筑用地占12.1%，其余草地、荒地及其他土地利用类型占13.6%。农耕地利用以种植应季农作物为主，如玉米、花生、蔬菜等。为充分利用土地资源，当地居民甚至在泥石流拦挡坝下和排导槽中种植农作物(图2)。

图2 拦挡坝及沟道内土地利用情况Fig.2 Land utilization in the check dam and gully

根据统计的泥石流灾损土地扇形特征参数，可计算出42处泥石流灾损土地总面积为2.47 km2。通过土地利用情况及前期各灾损土地危险性分析，计算出42处泥石流灾损土地可利用面积为2.12 km2(含已利用建筑用地等)，占42处灾损土地调查总面积的86%。而涪江上游这样的土地还有很多，因此，其潜在可利用面积较高，开发前景较广阔。

2 灾损土地资源化利用评价

2.1 评价因子

为评价涪江上游泥石流灾损土地资源化利用情况，选择了土壤肥力、水土保持特性以及工程地质特性3个因素。此次泥石流灾损土地主要为泥石流滩地，土地利用水热条件较好，故未作为影响土地利用的因素。根据灾损土地具体情况及泥石流灾害特征，结合前期泥石流危险性评价[2]，对上述3个参数进行分级，半定量确定3个参数与土地利用方式评价方法。

2.1.1 土壤肥力(X1)

土壤肥力参数众多，如全氮、全磷、全钾、有机质、速效磷、速效钾等。其中，有机质含有植物生长所需的丰富养分，可调节土壤理化性状，提高土壤保肥性，是衡量土壤养分的标志性物质，可作为评价土壤肥力的重要指标。根据全国第二次土壤普查养分分级标准，土壤养分推荐划分为6级，本研究通过重新分类，将其划分为好、良好、一般和差4个等级。根据有机质含量不同进行土壤肥力评价，并结合土地开发利用初级要求，按照土壤肥力等级，初步确定适宜涪江上游泥石流灾损土地的农作物、植物、不可利用土地及荒地土地利用形式(表1)。

表1 土壤肥力与种植类型Tab.1 Soil fertility and planting type

2.1.2 水土保持特性(X2)

水土保持特性是泥石流灾损土地利用又一重要指标，水土流失程度可反映泥石流滩地可利用潜力和土地利用的可持续性。其中，颗粒组成会直接影响泥石流灾损土地水土保持特性，尤其是细颗粒物质。因此，根据水土流失程度的难易性，按照细颗粒物质流失比例，将其划分为好、良好、一般和差4类。以此为基础，采用流域内水土流失百分含量衡量水土保持，按水土流失程度划分不同等级，结合水土保持措施把潜在土地利用类型划分为耕地、林地和建设用地等(表2)。

表2 水土保持特性与土地利用类型Tab.2 Soil and water conservation and land utilization type

2.1.3 工程地质特性(X3)

泥石流堆积区灾损土地是山区居民主要的生产、生活场所，因此灾损土地的工程地质特性会直接影响山区居民的房屋建设和生产活动。灾损土地工程地质特性复杂，其中土地地基承载力是一项重要的定量指标，可直接反映灾损土地的土体强度。在山区，一般情况下房屋等建筑物的地基承载力为100～260 kPa。因此，可选择地基承载力作为衡量灾损土地工程地质特性的指标，根据承载力大小划分为好、良好、一般、差4类(表3)。其中，地基承载力越大，可用建设类型重要性越高，承载力越小，则不建议作为建设用地。承载力主要针对泥石流新近堆积层，通过现场对土地地基承载力进行测试，确定建设用地适宜性。

表3 工程地质特性与建筑类型Tab.3 Engineering geology capacity and building type

2.2 评价方法

灾损土地资源化利用评价指标确定后，需对土壤肥力、水土保持特性和工程地质特性3个因子进行量化分级(表4)，进而获得涪江流域灾损土地利用潜力的评价方法。

表4 土地资源化利用潜力参数分级Tab.4 Parameter grading of potential land utilization

为确定各个评价因子的权重，构造以下矩阵，

(1)

式中：A为灾损土地资源化评价方法矩阵;aij为评价因子，此处i、j取1、2、3。

通过分析计算，确定泥石流灾损土地的土壤肥力、水土保持特性和工程地质特性的权重系数分别为： 0.63，0.26，0.11。通过检验该矩阵的最大特征根，3个因子权重系数基本合理，因此，可采用以下方法来评价涪江上游灾损土地资源化利用模式，

P=0.63X1+0.26X2+0.11X3。

(2)

式中：P为灾损土地资源化评价方法;X1、X2、X3分别为土壤肥力、水土保持特性和工程地质特性。

据此可将评价结果分为4级： 灾损土地资源化利用潜力程度低(0～1)、灾损土地资源化利用潜力程度较低(1～2)、灾损土地资源化利用潜力程度中等(2～3)和灾损土地资源化利用潜力程度高(3～4)。

2.3 评价结果

根据上述评价方法，对前期调查的42处泥石流灾损土地利用模式进行评价，评价结果见表5。

表5 灾损土地资源化利用评价结果Tab.5 Evaluation result of the debris flow disaster areas

从表5可知，涪江上游泥石流灾损土地可利用潜力主要以中等和较低程度为主，占调查总数的88.09%，表明涪江上游泥石流灾损土地资源具有较大的开发潜力。

3 涪江上游土地资源化利用模式及建议

3.1 灾损土地利用模式

黄家坝位于老北川县城东北方向10 km处，泥石流堆积扇正对湔江和都坝河交汇处。受地质构造和地震影响，黄家坝后方发育2条泥石流沟，分别为青地沟和黄家坝沟。2010年以来，针对黄家坝泥石流灾害频发状况，当地政府进行了泥石流防治工程治理和土地整治，目前黄家坝灾损土地利用程度较高。因此，以黄家坝村落型灾损土地利用为例，结合前期泥石流危险性分析及灾损土地利用评价方法，将黄家坝泥石流堆积区进行分类，得到4种土地利用模式，具体流程见图3。

图3 土地利用模式流程Fig.3 Workflow of land utilization mode

针对目前黄家坝村落型灾损土地利用情况，得出4种灾损土地利用模式。

(1)村落聚集优化区模式。已有民用建筑区及地基承载力较好(承载力达到100 kPa以上)的潜在民用建筑区等。

(2)现代农业耕作区模式。土地坡度相对平缓，土壤肥力评价(如有机质含量达到1.5%)较高的区域。

(3)水土保持缓冲区模式。泥石流规模越大，堆积区覆盖面积越大，以100 a一遇泥石流暴发频率下泥石流规模为依据，其覆盖范围，尤其是堆积扇主沟两侧可作为水土保持缓冲区域。

(4)工民建设潜力区模式。堆积扇上土壤肥力一般、位置适宜、相对安全的区域可作为工业、民用建筑用地区域。

根据上述定性和半定量的定义，按照充分利用土地的原则，黄家坝土地利用模式可表示为图4。

图4 涪江流域典型小流域黄家坝灾损土地利用模式Fig.4 Land utilization mode of debris flowdisaster areas in Huangjiaba, a typical smallwatershed of Fujiang River Baisn

3.2 灾损土地利用建议

根据黄家坝各灾损土地利用模式，提出4点建议。

(1)村落聚集优化区模式。针对已有建筑区，可保持现状或根据美丽乡村计划重新规划； 对于潜在民用建筑区，可根据实际需求，测试地基承载力条件，合理进行乡村布局(图5)。

图5 村落聚集优化区Fig.5 Village gathering and optimization area

(2)现代农业耕作区模式。根据测试，黄家坝堆积区扇缘土壤肥力较好，但由于靠近湔江，有被湔江冲毁淹没的风险，故可将此区域设置为应急农作物和经济作物种植区。结合当地条件规划土地，种植时令蔬菜，在区域周围种植观赏植物或经济植物(图6)。

图6 现代农业耕作区Fig.6 Modern agriculture area

(3)水土保持缓冲区模式。根据目前比较成熟的中小流域山洪、泥石流计算，以100 a一遇(p=1%)、50 a一遇(p=2%)和20 a一遇(p=5%)泥石流暴发频率为基础，以前期泥石流泥深、流量为依据[2]，划分泥石流堆积区危险范围。将1%～2%涉及区域种植观赏乔木，2%～5%涉及区域种植灌木、开设道路(乡道)或者设置廊道，5%以内区域留足泥石流过流通道，按实际情况修建泥石流排导槽、导流堤等工程，确保泥石流堆积区安全、稳定(图7)。

图7 水土保持缓冲区Fig.7 Water and soil conservation area

(4)工民建设潜力区模式。此处工民建设主要考虑的是基础设施，如村道、管线和厂房等。在泥石流危险性评估基础上，通过采样测试，取土壤肥力较差、地形相对平缓、地形坡降在20‰～100‰的区域，结合乡村规划发展，开设厂房，如养猪场、养鸡场、沙场等，促进乡村经济大发展(图8)。

图8 工民建设潜力区Fig.8 Potential civil construction area

此外，山区泥石流灾损土地开发利用过程中仍需注意： ①加强规划及防治。泥石流灾损土地受泥石流灾害的潜在危害，其开发利用存在一定的风险，因此，需做好前期规划并确定土地利用模式，有针对性地设置泥石流防治工程，最大限度降低泥石流风险。②科学合理利用泥石流灾损土地。改良灾损土地土壤肥力，如增施肥料等，利用先进生产技术，探索适合当地的生物物种，实现灾损土地利用最大化。③提高当地群众的防灾意识。针对具体泥石流灾损土地，根据泥石流风险和水土保持缓冲建议，提高当地群众防范泥石流等灾害的意识，最大限度预防并减轻泥石流灾害造成的损失。

山区泥石流灾损土地大小不一，水热条件各不相同，应具体情况具体分析，采取科学、合理的措施，提高土地利用效率，促进当地生态、经济可持续发展。

4 结论

通过开展涪江上游泥石流灾损土地调查及资源化利用评价，初步取得如下结论：

(1)涪江上游42处泥石流灾损土地利用类型主要为耕地、林地和建筑用地，分别占调查总数的41.5%、32.8%和12.1%。这42处泥石流灾损土地总面积为2.47 km2，可利用面积为2.12 km2(含已利用建筑用地等)，占调查总面积的86%，潜在可利用面积较高，开发前景较广阔。

(2)通过选取土壤肥力、水土保持特性及工程地质特性3个因子对泥石流灾损土地资源化利用进行评价，得出涪江上游泥石流灾损土地资源化利用模式。评价结果表明，涪江上游泥石流灾损土地可利用潜力主要以中等和较低程度为主，占调查总数的88.09%。因此，涪江上游泥石流灾损土地资源具有较大的开发潜力。

(3)本文以涪江上游黄家坝为例，得出4种灾损土地利用模式，即村落聚集优化区模式、现代农业耕作区模式、水土保持缓冲区模式及工民建设潜力区模式，并在此基础上提出相应的灾损土地利用建议，为山区土地资源化开发利用提供指导。