小容河流域沟谷泥石流地质灾害形成条件分析及风险评价

孙健，刘海，刘钦，卢玲

(1.安徽省地质矿产勘查局332地质队，安徽黄山245000；2.安徽省公益性地质调查管理中心，安徽合肥230040)

0 引言

2013年6月30日上午7～9时，黄山市徽州区北部山区突发强降雨，约2个小时降雨量达200mm[1]，引发大面积山洪泥石流灾害，次生滑坡、崩塌、坡面泥石流、沟谷泥石流地质灾害随处可见，可谓千疮百孔、满目疮痍，安徽省将此次灾害定为“2013.6.30”徽州区山洪灾害，简称“2013.6.30”。呈坎镇小容自然村上部半个村庄被充填掩埋（图1），小容河流域自小容自然村至外曹家棚一线河床淤积，道路冲毁，受灾严重。小容泥石流为皖南较为典型的沟谷型泥石流，由于小容自然村民房阻水严重，造成泥石流在自然村中上部提前堆积，客观上形成了小容泥石流较为封闭的体系，但“2013.6.30”小容自然村下部及其下游沿小容河很长一段地区均受到泥石流的影响，遭受损失。因此，对小容河流域整体进行沟谷泥石流特征研究及泥石流风险评价有着十分重要的意义。

1 小容河流域泥石流形成条件分析

1.1 自然地理概况

小容河流域位于呈坎镇容溪村北西方向约10km处，为一近南北向转北北西向狭长沟谷，流域最高点位于小容北侧山脊海拔766.6m，沟口最低点位于丰乐水库沟口海拔197m，长度自766.6高地至丰乐水库沟口约8.21km，宽度在石排尖东西向1.8km，瑶坪尖东西向约1.5km。小容自然村向上变窄，为典型的低山沟谷地貌，流域面积近6.6km2，按中科院地理所及国内水利系统小流域定义[14～15]——流域面积在5～30km2的自然闭合集水区，小容河流域为一典型小流域概念的集水盆地。主要河流及次级沟谷为小容河、里曹冲沟等，沟谷基本平直，纵坡降较大；主要自然村由里向外依次为小容、汪坞口、新安、里曹家棚、方家坞、外曹家棚、葛坞段等7个自然村，现有住户186户486人。

1.2 流域集水盆地形态特征

小容河流域总体较为平直，从沟谷演化可分为小容自然村以上为切沟，小容自然村以下—外曹为冲沟，外曹—葛坞段—沟口为坳沟；纵坡降大致可分为四段，即分水岭—小容自然村中部为沟源区，纵坡降485‰～550‰，坡角约28°～35°；小容自然村中部—范培杰段主沟总体纵坡降14°（分段350‰～133‰，见图2～4）；范培杰—新安—外曹段，纵坡降130‰～73‰；外曹—葛坞段—沟口段，纵坡降25.5‰；里曹上游至里曹自然村段，纵坡降150‰。其沟谷形态特征高度符合泥石流沟谷形态，以沟谷型泥石流分区，可将流域大致分为：范培杰户以上为泥石流物源区及形成区；范培杰—里曹沟口—葛坞段—外曹为泥石流流通区；外曹下游为泥石流堆积区。

图1 小容自然村泥石流村内淤积掩埋Photo 1. Siltation and burial caused by debris flow in natural village Xiaorong

图2 小容泥石流主沟的纵向坡度[6]Photo 2. Longitudinal slope of main gully of debris flow in Xiaorong[6]

图3 小容泥石流狭长地形及左岸坡度[6]Photo 3. Narrow landform and left bank slope of debris flow in Xiaorong[6]

1.3 集水盆地物源条件

集水盆地[14]固体物源主要可分为三种类型：一类为集水盆地两侧斜坡的残坡积层松散碎石土及全、强风化层；二类为沟道内碎石及块石的再搬运；三类为洪水对沟岸的侵蚀、剥蚀。野外调查发现小容河流域断裂构造对集水盆地内工程地质岩组及其分布有较强的控制作用，主要表现在对残坡积碎石土厚度异常区和强风化岩体分布有较强的控制作用，从而对流域地质灾害也有较强的控制作用，在此本文重点分析断裂构造条件提供的物源和其他工程地质岩组提供的物源。

（1）断裂构造提供物源 野外调查发现，小容河流域断裂构造形成的破碎带极易风化且控制着大面积松散碎石土的分布，对集水盆地固体物源储量起着重要控制作用，而强风化且松散的破碎带本身也是泥石流固体物源的重要来源。因此，流域内断裂构造是提供泥石流固体物源的重要条件之一。野外调查小容河流域查证3条规模较大的断裂，断裂特征及其对岩土体影响和提供可搬运物源见表1。

（2）其他工程地质岩组提供的物源 小容河流域对泥石流物源贡献较大的工程地质岩组主要有：

松散残坡积碎石土岩组：主要分布于小容自然村右岸北侧山脊及里曹冲沟右岸，总体分布面积约50000～60000m²，厚度1～2.5m，局部3m，将地形坡度大于30°、厚度大于1.5m、横向微凹的区域作为可搬运物源参与估算，该破碎带控制的碎石土岩组约可提供可搬运物源40000m³，强降雨条件下，坡面侵蚀均可提供可搬运物源。

冲洪积砂砾石岩组：分布于冲沟沟底，结构松散，流域厚度一般0.5～1.5m，强降雨条件下以沟底再搬运形式成为泥石流优质物源。

（3）地质灾害及隐患分布 小容河流域地质灾害发育，是徽州区地质灾害分布密度较高的区域，也是因灾损失较大的区域。现状地质灾害种类较多，对流域泥石流风险评价有重要影响的地质灾害主要有：小容主沟泥石流、小容东坞泥石流、小容村内祠堂现状崩塌-滑坡隐患、老虎头滑坡、吴飞散体碎石斜坡崩塌隐患、范小雨坡面泥石流、汪坞泥石流、新安坡面泥石流、里曹滑坡、里曹滑坡隐患、里曹崩塌碎块岩带等。在强降雨条件下，这些地质灾害将可能进一步活动并发展，为其下游泥石流提供大量物源。

2 流域沟谷型泥石流易发初步评判

泥石流之所以成灾，给人民生命财产带来损失，其本质是大量固体冲洪积物堆积于沟口，超过了沟口和部分流通区允许容纳的量，造成沟道堆积、抬升并对附近房屋及设施带来破坏的现象。由此，本次调查引入“可搬运物源储量”和“可淤积容量”的概念，用于泥石流沟谷简易初步评判。“可搬运物源储量”是指分布于泥石流集水盆地范围内可以搬运成为泥石流固体物源的量，一般由沟底冲洪积物的量、沟谷两侧坡体崩塌滑坡提供的固体碎屑量、沟谷内残坡积碎石土可以搬运的量组成；“可淤积容量”特指对威胁对象有影响的沟口堆积区可以容纳固体碎屑堆积、淤积而不形成危害的量。

通过43 个沟谷调查的检验，最终确定“可搬运物源储量”与“可淤积容量”比值系数为泥石流易发风险性初步评判标准（表2）。

本文尝试对小容河流域进行分段计算泥石流初步评判系数K，泥石流初步评判系数K为上游累计可搬运物源储量除以累计可淤积容量，得到小容河流域分段易发性初步评判结果（表3），泥石流易发性初步评判，评判系数及结论符合“2013.6.30”特大降雨引发该流域泥石流客观实际。

鉴于前文物源分析及村史调查回顾了解，本文将小容河流域分段易发性初步评判结果（表3）的高易发确定为二十年一遇，即：遇二十年一遇强降雨，可能形成泥石流淤积。

表2 泥石流易发风险初步评判系数表Table 2. Preliminary evaluation coefficient of debris flow risk

3 小容河流域泥石流地质灾害风险分析及评价

按照《地质灾害风险调查评价技术要求（1∶50000）》（2020年3月）及成都理工大学等最新研究成果，本文尝试进行小容河流域泥石流地质灾害风险评价，按照易发性评价、易损性评价、危险性评价的程序最终进行泥石流单灾种风险评价，其中：易损性评价分为宏观易损性分析及易损性量化评价；危险性评价从地质灾害频率、地质灾害强度、地质灾害影响范围、诱发因素等四个方面进行宏观分析并进行量化加权计算得到评价结果；风险评价则根据流域地质灾害易发性评价、承灾体易损性评价、流域危险性评价结果综合分析形成定性分析结果。

3.1 小容河流域地质灾害易发性评价

小容自然村及新安上游为小容河源头区，面积0.87km2，中低山地貌地形切割大，相对高差200～700m，斜坡坡度在30°以上。区域岩体较破碎，强风化岩体分布较广且存在大量顺向节理结构面及卸荷裂隙等不稳定结构斜坡和散体碎石斜坡；由于切坡修路、切坡建房，造成区内大量边坡岩土体临空。区内崩塌滑坡泥石流发育，共有地质灾害及隐患点10处，其中滑坡2 处、崩塌4 处、泥石流4 处，点密度为11.49处/km2。源头区地质灾害高度易发为小容河流域泥石流的高易发提供了物源基础。

小容河流域之小容自然村—新安范培杰段为崩塌滑坡泥石流高易发区，里曹自然村为崩塌滑坡泥石流中易发区，外曹—新安范培杰段为泥石流中易发区，其他地段为泥石流低易发区（表3）。

3.2 小容河流域泥石流地质灾害承灾体易损性分析评价

以研究区最常见的房屋、人口和道路作为易损性评价因子进行易损性评价。其中房屋根据当地政府危房改造调查数据结合现场实际调查形成，砖混结构易损性低，自然村以砖木结构为主，易损性中等，山里村落泥坯房屋多见，易损性高的规律，分别赋值1、3、6，通过遥感技术得到房屋赋值单元；人口根据各乡镇的统计及实际调查相结合，按年龄、文化水平确定易损性，小于14岁、大于60岁年龄段赋值为3，15～59岁赋值为1，病残人口赋值为6，人口的分布与房屋的分布存在相关性，通过实际调查将人口与具体房屋相关联；将区内道路分为省道县道、一般公路、山村道路，分别赋值2、3、5[21]，根据遥感影像确定道路赋值单元（15m×15m）。

（1）通过层次分析法获得各评价指标的权重为：房屋0.2，人口0.6，道路0.2。

（2）通过核密度算法得到各评价指标的密度值，三个指标归一化密度值乘各自权重求和为易损性指数[21]，易损性指数越高，表示地质灾害发生时，损坏程度越高。

X1为房屋归一化密度值，X2为人口归一化密度值，X3为道路归一化密度值。

本文以泥石流为灾种，威胁对象以临沟两排为主进行计算，小容泥石流灾害对自然村民房进行易损性评价，村内民房易损性存在沿沟分带性，即临沟房屋易损性及损毁概率大于远离冲沟房屋，各段具体易损性指数见表3。小容河流域地质灾害易损性总体较高；由于地处深山，避险困难，人口易损性较大。

3.3 小容河流域地质灾害危险性分析评价

根据地质灾害频率、地质灾害强度、地质灾害影响范围、诱发因素等方面综合分析，加权计算得出小容河流域地质灾害危险性评价结果（表3）。

3.4 小容河流域泥石流地质灾害风险评价

风险评价分为风险分析和风险评价两个阶段，风险分析包括灾害（隐患）点识别、发生概率估计、承灾体判定、承灾体时空概率估计、易损性估计、风险计算等；风险评价是用风险分析结果与允许风险标准对比，以决定目前的风险是否是可以容许的，或者现有的风险控制措施是否可行[1～2，17～18]。

地质灾害风险评价是在危险性评价的基础上进行的，叠加了承灾体的相关内容，包括承灾体的时空概率、易损性、数量（对于人员来说）或经济价值（可货币化的物体）。风险区划应在地质灾害危险性区划图基础上进行，在野外调查中核查每一个可能造成风险的危险坡段的影响范围、威胁对象，评估其易损性，并评价其风险级别，分为高风险、中风险、低风险三个级别。

小容自然村，面积0.200km2，岩体破碎风化较强，土体厚度异常，滑坡危险性较大，区内地质灾害密度高。小容主沟泥石流，地形高差大，危险性大，人口密度大，砖木结构房屋为主，民房阻水严重，易损性较高，为滑坡泥石流高风险亚区；里曹自然村为滑坡泥石流中风险亚区，范培杰—外曹沿小容河段为泥石流中风险亚区；其他地段为泥石流低风险亚区（图5）。

小容河流域泥石流地质灾害易发性、易损性、危险性、风险性存在由里到外分段递减的现象或规律。

表3 小容河流域泥石流风险分段综合评判表Table 3. Segmented comprehensive evaluation of debris flow risk in the Xiaorong River basin

4 风险控制及流域综合治理设想

4.1 小容河流域泥石流单灾种气象预警及风险管控

根据“2013.6.30”强降雨气象数据，上表所列沟段及评判结果仅为直观判断结果，实际冲出量应根据雨强和综合降雨量大小确定，因此应根据雨强及综合降雨量数据，分段进行泥石流淤积可能预测，并设置预警级别[11，17～19]。

建议根据雨强及降雨量分段设置气象预警，实施分段风险管控措施，具体措施为：

设定雨强大于100mm、降雨量大于200mm，对应百年一遇降雨工况，风险存在的沟段将会出现泥石流堆积，对沿沟靠山居民实施避让；雨强大于75mm、降雨量大于170mm，对应五十年一遇降雨工况，风险较大的沟段将会出现泥石流堆积，对沿沟靠山居民实施避让；雨强大于50mm、降雨量大于150mm，对应二十年一遇降雨工况，风险大的沟段将会出现泥石流堆积，对沿沟靠山居民实施避让；雨强大于40mm、降雨量大于120mm，对应十年一遇降雨工况风险极大的沟段将会出现泥石流堆积，沿沟靠山居民实施避让。

目前小容自然村地质灾害防治工作得到了政府高度重视，实施了严格的网格化管理，增加了自动雨量站，初步具备了地质灾害预警条件，每遇强降雨政府均组织力量将村内居民撤离到呈坎镇政府设置的安置点进行避让，每年投入大量的政府资源实施地质灾害防治，取得了明显的防治工作成效。除此之外，认为应该实施整个流域地质灾害风险管控，做到几个加强：

（1）加强地质灾害预警研究，按照从里到外分段递减的预警模式进行气象预警，降低地质灾害预防成本；

（2）加强预防地质灾害知识的宣传，加强避险能力的培训，增强村民自我防灾意识，提高村民避险能力；

（3）加强搬迁避让工作力度，根本上降低防灾减灾难度；

（4）加强财产保险工作力度转移因灾致贫风险；

图5 小容河流域沟谷型泥石流风险评价示意图Figure 5. Schematic diagram of gully debris flow risk assessment in the Xiaorong River basin

（5）强化流域综合治理意识，实施流域综合治理。

4.2 流域综合治理设想及建议

小容河流域是项目区地质灾害发育较高的区域，地质灾害种类多，防治难度大，岩体破碎、强风化，有地形切割强烈等，地质环境条件脆弱；陡坡垦荒种植茶叶、陡坡烧山垦荒建设大面积香榧基地造成大量水土流失，人为对自然环境干扰大，是造成环境恶化的重要因素。因此，小容河流域的治理不能仅仅局限于河道的清淤，不能局限于单个地质灾害点的治理与监测，应该建立在人与自然和谐相处的层面上，尽可能降低人类生产活动对自然环境的干扰。

建议在小容河流域实施国土、水利、农业部门多部门联合的综合治理，坚决制止烧山种榧，实施退耕还林，减少水土流失；逐步搬迁避让，以降低人类活动对自然环境的干扰。

5 结论

（1）小容河流域集水盆地流域具有良好的汇水条件，沟谷基本平直，纵坡降较大，为泥石流提供了良好的水动力条件；断裂构造控制着大面积松散碎石土的分布成为泥石流潜在物源，松散冲洪积物以沟底再搬运形式成为泥石流优质物源，广泛分布的崩塌滑坡隐患及崩滑堆积体是泥石流重要物源；特殊的地形条件和物源条件决定了泥石流成灾的可能性。

（2）根据小容河流域可搬运物源储量及可淤积容量进行分段易发性初步评判，小容河流域泥石流地质灾害易发性存在由里到外分段递减的规律；进行分段易损性、危险性、风险性综合评价，也存在由里到外分段递减的规律。

（3）建议小容河流域地质灾害预警设置降雨量和雨强双指标，按“十年一遇—百年一遇”从里到外分段递减的预警模式；建议加强小容河流域地质灾害风险管控；建议加强小容河流域以防止水土流失为主要目的的综合治理。