草科-田湾泥石流风险性评价

王春山，巴仁基，周洪福，刘宇杰，邓国仕

（成都地质矿产研究所，四川 成都610081）

泥石流的发生，不仅会造成严重的水土流失［1-3］，而且会威胁人民的生命财产的安全。草科-田湾地区位于四川省石棉县西北部，多年来泥石流频发，作为泥石流危害的重点地区，准确的风险评价是监测、预警、减灾、防灾的基础。目前对于泥石流的风险评价成果丰富，既有区域上风险性评价［4-8］也有单沟风险性评价［9-11］参考。本研究在此研究基础上，对石棉县草科-田湾地区的泥石流进行了分析，为该区地质灾害预警预报提供参考。

1 研究区概况

1.1 地形地貌

草科乡区域位于大渡河西南侧，地势西高东低，海拔970～5 760m，最大高差为4 790m，切割深度大于2 500m，属于极高山。主沟名为田湾沟，沟床全长27.3km，弯度系数为1.31，总体坡降为4%～10%。区域内支流密布，较大的一级支沟有26条，二级支沟数以百计（图1）。草科乡流域面积为401km2。

1.2 地层岩性

研究区大部分地区为二叠系的大理岩、砂岩和花岗岩，近东北部出露泥盆系的变质砂砾岩、变质石英砂岩、石英片岩、绢云母石英片岩、硅质白云质大理岩。地层产状倾向NNE或SSW，倾角在50°～80°之间。第四系松散堆积物主要分布在沟道两侧边坡表部和沟口处，主要包括泥石流堆积物、滑积物和残坡积物等（图1）。

1.3 地质构造

受鲜水河断裂带、龙门山构造带和安宁河构造带的影响，使得研究区地质构造复杂。在研究区中部有草科向斜，核部为上二叠统，两翼为下二叠统，北端被花岗岩破坏，东翼多被磨西断裂破坏而残缺不全，且地层甚陡，一般60°～80°，局部直立倒转，西翼稍缓，一般50°～60°，局部亦见倒转，为一轴面略向东的紧密线状褶皱。在研究区东北部有草科断裂带和磨西断裂带通过（图1）。由于区域内构造复杂导致附近岩体破碎，形成大量的松散物质，为泥石流的发生提供了丰富的物源。

1.4 降雨条件

多年平均年降水量为1 200.9mm，但分布不均，主要集中于5-9月，占全年降水量的86.4%。同时，山地降雨多于河谷地带，且多以暴雨或阵雨出现。年蒸发量达1 573.9mm，为降雨量的1.31倍。

图1 草科乡地质图Fig.1 The geologic map of Caoke Country

2 泥石流灾害风险评价方法

2.1 泥石流风险性评价方法

对于风险的概念联合国给出这样的定义，在一定区域或给定时间段内，由于特定灾害而引起的人们生命财产和经济活动的期望损失值［12］。针对泥石流灾害的风险而言，就只是指一定区域和时段内，由于泥石流灾害而引起的生命财产和经济活动的期望损失值。泥石流风险包括泥石流的危险性和承载体的易损性两部分。相应的风险度计算公式为：

式中：R为泥石流灾害的风险性（风险度）；H 为泥石流灾害的危险性；V为泥石流灾害的社会经济易损性。对于小流域多沟泥石流而言，应先将研究区简化为由1个主沟和若干个一级支沟组成的体系，然后对各条支沟进行风险性评价，在支沟的风险性评价的基础上在对主沟进行风险评价。

2.2 泥石流危险性评价方法

目前研究的成果中关于危险性评价方法较多，在影响因子的选择上也多有不同。黄江成［13］等运用“3S”技术选用流域面积、纵比降和相对高差对白龙江干流的泥石流危险性进行的分析。程礼来［14］等采用单沟泥石流危险度评价方法，选取泥石流规模、发生频率、流域面积、主沟长度、相对高差流域切割密度和不稳定沟床比例这7个影响因子对大渡河左岸小河沟泥石流进行的危险性评价。一些学者对目前应用较多的评价方法进行了分类总结，结果显示各评价方法具有其优缺点［15］。

本次研究采用刘希林［16］等提出的泥石流风险评估方法，据目前的研究情况来看该方法可以得到较好的成果［17］。该模型采用的是多因子综合定量判定模式和计算公式，选择了一次泥石流（可能）最大冲出量、泥石流发生的频率和流域面积等10个主要的因子，对这10个因子的评判标准在相关著作中给出［18］。利用评判标准可以将泥石流的各项数据进行转换。由于危险性是自然灾害的属性，因此对其评价的因子中不应包含社会属性相关的因子，为此将刘希林教授的评估模型稍作调整，去掉了人口密度这一项。泥石流危险度评价公式：

式中：H单表示泥石流危险度；L1为一次泥石流（可能）最大冲出量；L2为泥石流发生频率；S1为流域面积；S2为流域切割密度；S3为主沟长度；S4为流域最大相对高差；S5为泥沙补给段长度比；S6为24 h最大降雨量；S7为主沟床弯曲系数。

表1 泥石流沟各因子实际值Table 1 The actual value of each factor of debris flow gully

2.3 泥石流易损性评价方法

易损性评价的因子选择和评价角度在各文献中也有所不同。刘丽［19］等首先进行经济易损性与社会易损性评判，然后进行综合易损性评判，选择的因子为平均生产总值、平均固定资产投资、人口密度和人口增长率。陈红旗［20］等将易损度用遭遇特征指数Li和脆弱性Fi的乘积来确定。为了更全面地反映当地的社会经济情况，本次研究将易损度评价总体上分为4个部分，即物质易损度评价（I）、经济易损度评价（E）、环境易损度评价（L单）和社会易损度评价（V2单）。各项中还包括建筑资产、交通设施资产、生命线工程资产等12个子项［19］。根据单沟泥石流易损度评价模型，单沟泥石流的易损度计算公式为：

式中：V单为单沟泥石流易损度；FV1为财产指标V1单（万元）的转换函数赋值（0～1）；FV2单为人口指标V2单（人·km-2）的转换函数赋值（0～1）。

3 泥石流风险性评价

3.1 泥石流危险性评价

在石棉县地质灾害详细调查的基础上，提取了草科-田湾地区26条泥石流沟的数据（表1），利用评判标准将各因子转换后的结果（表2）带入式（3），便可以得到泥石流沟的危险度（表3）。利用泥石流危险度分级标准［18］进行分级后，可以得到草科乡泥石流沟的危险度。危险性评价结果显示26条一级支沟中，有4条是高度危险，11条是中度危险，11条是低度危险。其中2008年和2012年发生大型泥石流的和平村的龚家沟就在4条高度危险的泥石流之中，由此可见危险性评价的结果是可信的。

表2 各因子转换值及评价结果Table 2 The transformation value of each factor and evaluation results

表3 单沟泥石流危险度分级标准Table 3 Grading standards of single debris flow risk

3.2 泥石流易损性评价

通过对草科乡地区社会经济等情况的调研研究，得到了各项指标的数据（表4），其中调查的土地等级均为高度适宜，65岁以上和15岁以下人口比例（a）为28%，初中及以下学历人口比例（b）为80%，人口自然增长率（r）为0.7%。将数据带入式（2）～式（5），可得到各条泥石流沟的易损度，参照单沟泥石流易损度分级标准及实际意义［15］，由表5可以看出，草科乡各条一级支沟中有16条为高度易 损，10条为中度易损。

表4 易损度各子项数值Table 4 Values list of vulnerability subprojects

表5 单沟泥石流易损度分级标准及实际意义Table 5 The vulnerability classification standard and practical significance of single debris flow

3.3 泥石流风险性评价

根据泥石流风险度计算公式（1），可得最终得到各条泥石流沟风险度（表6）。根据单沟泥石流的风险分级标准［18］：极低风险0＜H单＜0.04，低度风险0.04＜H单＜0.16，中度风险0.16＜H单＜0.36，高度风险0.36＜H单＜0.64，极高风险0.64＜H单＜1。26条泥石流沟中有5条沟为高风险，其他21条为中等风险。以上研究仅针对各条支沟进行了风险评价，对于主沟风险性的评价将采用相关沟谷段内支沟的风险指标的加权结果加以代替，具体的做法是对于主沟内的某一点风险度为该点以上各支沟风险指标与该点到支沟的距离乘积的总和，然后再除以各支沟到该点距离之和。

式中：R主为主沟某点的风险指标，Ri为该点以上第i个支沟的风险指标，Li为第i条支沟到该点的距离。

结合现场调查和卫星遥感解译成果，制成草科-田湾泥石流风险评价分区图（图2）。受上游龚家沟高风险的影响，主沟沟谷为高风险区域，向山谷两侧逐渐过渡为中度风险和低度风险。

表6 风险性评价结果Table 6 The evaluation results of hazard risk

图2 草科乡风险性分区图Fig.2 Zonation of debris flow risk in Caoke Country

4 结论

通过对研究范围内26条泥石流沟的研究表明，泥石流的危险性以中度危险和低度危险为主，有4条支沟为高度危险。在高度危险的泥石流沟中就包括多次发生大型泥石流并造成严重生命财产损失的龚家沟。

居住在各支沟人口较为分散，因此易损性的评估结果表明受泥石流威胁的承灾体均有3／5为高度易损，其余2／5为中度易损。

综合分析表明，26条泥石流沟多数为中等风险，有5条泥石流沟为高风险。危险性的分区显示不同风险分区的位置，其评价结果为该汛期地质灾害预警预报及今后治理次序提供参考依据，并为该县预警体系建设提供良好的建议指标。

草科-田湾范围内的人口主要密集的分布在主沟的两侧，受高风险支沟的影响，应将主沟整个沟段定为高风险区域，且有由高程向低高程地区逐渐扩大趋势。

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