米林比定沟泥石流运动参数特征及危险性评价

何夏裕 刘蕾 王勇智

收稿日期：2023-12-10

作者简介：何夏裕（1999—），男，浙江绍兴人，主要从事地质工程研究。#通信作者：刘蕾 ，E-mail：769245865@qq.com。

摘 要：泥石流运动参数特征及危险性评价是对米林比定村段内活动人员和公路等设施安全的重要依据。为了研究比定沟对区域内的影响，采用实地勘察、室内试验、遥感分析等相结合的方法，分析了泥石流沟运动参数和危害特点，对沟道进行泥石流危险性评价，为米林的灾害防治提供科学依据。

关键词：泥石流；运动参数；危险性

中图分类号：P642.23 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-03

米林位于西藏东南地区，是我国泥石流灾害最为严重的地区之一，这与其特殊的地理、气候和地质条件密不可分[1]。位于雅鲁藏布江中段、念青唐古拉山与喜马拉雅山交汇处，由于地震活动频繁，导致该区域地质岩层较为破碎。同时，因为该地区降雨量较为丰富，而泥石流作为一种具有突发性、高度破坏性、淤积性等特性的自然灾害，给国家带来巨大的损失，甚至威胁人民的生命安全[2]。目前，许多专家先后提出过一些泥石流危险评价的方法，如模糊数学法、投影追踪法

等[3-4]。基于上述方法的研究，以米林市比定沟作为研究对象，借用熵理论并选取一定的评价因子作为评价指标进行危险性评价，为比定沟后期治理提供依据[5]。

1 研究区概况

1.1 位置与地形地貌

比定沟流域位于西藏自治区米林市比定村向西1.8 km处，沟口坐标为94°5′41.140"E，29°11′38.806"N

（图1）。该流域整体由西南—北东向展布，山体被深而长的纵谷所切割，地势陡峭，地形崎岖，属于复合山地地貌和河谷地貌，沟谷形态呈“I”字形。该流域面积0.635 km2，主沟长度为1.978 km，流域内高差为1 155 m，

地势南高北低，纵坡降为584‰，平均坡度为38°，低坡度主要集中在沟槽和分水岭地带，而高坡度主要集中分布在山坡两岸不同的高度带上。

1.2 地质及气候水文条件

在构造条件上该区域位于南迦巴瓦楔形构造的西侧，并从附近露出的地层可以得到，该区域地层岩性为新元古界—中元古界念青唐古拉岩群八拉岩组（Pt2-3b）的片岩，及第四系全新统风积层（Q4heol）。片岩主要分布于流域的主支沟沟道内；风积层主要分布于流域沟口山体斜坡地带，多为块石与颗粒物。

在气候上属于高原温带半湿润季风气候区，气候特点为降水集中，雨热同季，蒸发量大。因沟道与米林市距离较近，因此引用米林气象站1987—2020年的降雨数据统计，降雨多集中在6—9月，年平均气温8.6 ℃，平均年降水量为702 mm，年降雨量最高为891.9 mm。

该流域内蒸发量大、水汽充沛，夏季雨水集中，在干湿交替的作用下，容易使得土体失去稳定性，从而变得松散，加大泥石流的物源量。

2 泥石流运动参数的计算

2.1 泥石流容重

泥石流容重的大小直接反映了泥石流对周围环境的影响程度，同时也反映了泥石流混合物中含有固体物质的数量。鉴于比定沟没有相关的历史纪录，且时间跨度较长，根据黏粒含量计算泥石流容重和泥石流沟的易发程度进行数值评估，以便更精确地测定泥石流的容重[6]。通过现场采集到的样品，并进行筛分，并利用马尔文激光粒度仪器测量样品中黏粒含量，结果见图2。

rc=-1.32×103x7-5.13×102x6+8.91×102x5-55x4+34.6x3-67x2+12.5x+1.55（1）

式（1）中，rc为泥石流容重g/cm3；x为泥石流土样中黏粒占的含量。

比定沟根据计算得出：黏粒含量为83.99%，对应容重为1.651 g/cm3；综合得分为98分，对应容重为1.676 g/cm3。因土样在现场长期受到雨水的影响，容易导致样品中黏粒含量的减少，与实际容重存在偏差。故选取较大的值作为泥石流容重的最终值，泥石流容重为1.676 g/cm3。

2.2 暴雨洪峰流量

根据条件分析，该沟道为暴雨型泥石流沟。由于比定沟泥石流发生时间过于久远，已经无法准确确定。因选用“小流域暴雨洪峰流量计算方法”算出暴雨洪峰流量，通过米林气象站1987—2020年的数据分析所得年最大日降雨量均值（H24）和变差系数（H6），再利用P-Ⅲ曲线理论的相关方法可确定工作区1 h和6 h最大降雨量均值（H1和H6）和变差系数（CV1和CV6）。计算结果见表1。

QP=0.278ψF（2）

式（2）中，QP为暴雨洪水设计流量（m3/s）；ψ为洪峰径流系数；s为暴雨雨力；τ为汇流时间（h）；n为暴雨指数；F为流域面积。

2.3 泥石流峰值流量

该沟采用雨拱法，根据不同频率下的暴雨洪峰流量，选用合适的沟道堵塞系数，计算出泥石流峰值流量。考虑到沟槽弯道发育但曲率不大，沟道宽度有一定变化，局部有陡坎、卡口分布，还聚集着较丰富的松散堆积物源，并对沟道造成一定程度的堵塞，因此确定沟床堵塞情况为中等，取值2.0～2.5。

QC=（1+φ）QP·DC（3）

φ=（γC -γW）/（γH -γC）（4）

利用式（3）和式（4），计算比定沟100年一遇的峰值流量，φ为泥沙修正系数取0.51；γH为固体物质比重取26.5 kN/m3；γW为清水重度9.8 kN/m3；DC为流堵塞系数取2.41，经计算得出比定沟百年一遇的泥石流峰值流量为16.93 m3/s。

2.4 一次泥石流总量和冲出固体物质

基于固体物质总量和泥石流峰值流量统计关系的经验模型、五边形法和依据流域面积增加系数的修正五边形法估算，公式如下：

WC=0.264TQC（5）

WS=（γC -γW）WC/（γH -γW）（6）

式（5）中，WC为一次泥石流总量；T为泥石流历时取1 200 s。经计算，比定沟泥石流一次总量为0.54万m3，

固体物质总量为0.22万m3。

2.5 泥石流流速

由以上数据可知，该流域为稀性泥石流沟，道内较为粗糙，现场可见多个由于大颗粒聚集而形成的陡坎，通用计算公式如下。

VC=R2/3IC1/2（7）

式（7）中，VC为断面平均流速（m/s）；R为水力半径；IC为流域比降为0.095；泥沙深度取3 m；φC为泥沙修正系数0.65；n为粗糙系数7.8，根据式（7）可得泥石流断面流速为3.03 m/s。

2.6 泥石流最大冲起高度与冲压力

鉴于比定沟没有相关的历史记录，且时间跨度较长无法核实，故按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》提供的计算公式计算泥石流动力学特征，得到最大冲起高度和整体冲压力。

?HC=（8）

δ=λV 2C sinα（9）

式（8）和式（9）中，?HC为最大冲起高度（m）；δ为整体冲压力（Pa）；α为建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角，取90°；λ为建筑物形状系数，矩形取1.33。 计算结果表明，比定沟的最大冲起高度0.47 m、冲击力为20.46 kPa。

3 泥石流危险性评价

泥石流的危险评价是对其发展趋势的预测，而在泥石流的形成过程中，其影响因素较多，这些因素在不同的时空条件下，它的影响程度又大不相同。将危险度作为一个定量，系统地借助了熵理论用以表达各因子的效用价值，以此准确评价泥石流的危险性。

在刘希林等[7]提出的泥石流危险评价方法的基础

上，选用容重、流域面积、主沟长度、单位面积物源量、泥石流整体冲压力、流域相对高差、流域切割密度、不稳定沟床比例8个因素作为危险度评价因子，其中，泥石流规模按照100年一遇取值（表2）。

采用熵值法对泥石流沟的危险性评价，因熵值法的系数K需要2个以上对象时才能计算，故将比定沟相邻的双溪沟和牌林沟参与运算[8-10]。

3.1 评价指数标准

通过对原始数据的处理，达到消除量纲的目的。本文以大者为优的指标。

γij=（10）

式（10）中，γij为量纲化处理后的数据；min（ j）为某项因子中最小值；max（ j）为某项因子中最大值；xij为原始数据。

3.2 熵值计算公式

Ej=KPijlnPij（11）

（12）

式（11）和式（12）中，Ej为第j项因子熵值；Pij为第i项指标在泥石流灾害中出现的频率；m为样本的个数；n表示因子的个数[11-13]。

3.3 计算评价指标权重值

（13）

3.4 计算危险性值

Fj=Wjrij（14）

确定各因子权重值：U={0.15，0.08，0.19，0.08，0.15，0.13，0.13，0.10}，最终计算得到泥石流危险值分别为0.40，按照泥石流危险性分级所示：0.4～0.6属于中度危险，可知比定沟属于中度危险。

4 结论

基于上述泥石流运动参数计算与熵值法对比定沟8个影响因子进行分析，得出以下结论：

（1）该流域的地形地貌、地质情况及水源条件皆有利于泥石流的形成。根据比定沟泥石流发育特征与参数计算得知，在规模上属于小型泥石流。

（2）基于熵值法对该流域的危险度评价结果，其处于中度危险之中，会对区域内活动人员和公路等设施安全产生较大影响。

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