浅析兰州市安宁区关山沟泥石流风险性

鲁得方，魏玉涛

(甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州730050)

关山沟位于安宁区十里店东端，北起山麓，南穿安宁东路入黄河，总流域面积3.06 km2，流域长度4.41 km，其中沟谷长3.6 km，阶地长 0.81 km，共有支沟 5条，最高点海拔1 857.8 m，最低点海拔1 550 m，相对高差307.8 m。关山沟沟道和沟口处有大量城建设施，沟谷泥石流通过沟道排洪道自居民区穿过而汇于黄河。

图1 兰州市安宁区关山沟泥石流流域示意图

关山沟泥石流形成区总面积0.965 km2，区内沟壑密集，地形破碎，下切侵蚀强烈，各支沟沟谷沟床平均纵比降在0.56～11.11%，谷坡坡度多大于10°，汇流面积大，沟程较短，产生泥石流的地形地貌条件和水动力条件优越。表层松散土体丰富，植被覆盖率低，面状冲蚀强烈，区内可补给泥石流的固体松散物质均集中在该区，因此具备良好的松散固体物质补给条件。

关山沟山前切割河谷三级阶地的沟段为流通区，面积1.027 km2，沟道长 650～750 m，沟道纵比降 0.56% ～16.67%。各沟谷流通区下游段经人为开挖坡体，掏窑建房，现成为梯形的沟槽地形，其底部总体宽8～14 m，深5～7 m之间，两侧坡度约25°左右，由于人为建房占据、挤压沟道，目前实际过流宽度仅在3～7 m之间。

1 泥石流灾害形成条件

1.1 地形条件

关山沟流域平面形态呈不规则形状，面积3.16 km2，主支沟组合形态呈折线型。该沟支沟发育较多但是规模都较小，主沟上游呈较开阔的“V”型，两侧谷坡坡度20°～30°，沟床纵比降7.5%;中游由于两侧谷坡的重力侵蚀强烈，谷型呈囊状，谷底宽在6～14 m之间，而沟床受两岸滑坡堵塞沟道形成的堆土坝的回淤，其比降为9.23%;下游沟谷呈“U”型，谷底宽3～6 m，平均比降3.44%。

1.2 固体松散物质补给条件

固体松散物质是泥石流的重要组成部分，是泥石流形成的基本条件之一，其储量大小及补给条件控制着泥石流的性质和规模，根据实际调查，关山沟泥石流的固体松散物质主要来源于崩塌、滑坡及坡面松散物质等。

1.2.1 崩塌、滑坡

区内共发育大小崩塌滑坡7个，总体积19.5×104m3，如表1所示。

表1 流域内崩塌、滑坡统计表

图2 关山沟流域灾害体位置示意图

1.2.2 坡面松散物质

流域内主要为片岩、片麻，岩体裂隙发育，加之沟谷切割强烈，地形破碎，沟坡陡峻，植被覆盖率低，保水能力差，所以均极易被水流直接冲蚀，特别是表层坡积等次生黄土，其质地松散，厚度较大，土体粘结力差，极易被水流直接冲蚀、搬运。加之流域内随着经济的发展，人口的增加，坡面开垦指数日趋增加，不断开垦黄土坡地作为农耕区，同时在沟谷内(下游及沟头)开挖斜坡建窑，将土体直接堆积于坡面及坡脚，使区内坡面松散物质十分丰富，在暴雨条件下，这些物质被面状冲蚀汇入沟道内，成为该区泥石流的主要物源之一。据当地水保资料和调查分析，侵蚀模数为每年2 000 t/hm2～5 000 t/hm2，坡面水土流失面积占到坡面总面积的60% ～70%。根据坡面松散层厚度、堆积位置、植被覆盖率及人类作用强度等因素，估算流域内可转化泥石流的坡面松散物质总量 1.4 ×104m3。

2 泥石流风险性评价

2.1 风险评价体系的建立

按照2005年温哥华国际滑坡风险管理会议倡导的理论框架，滑坡灾害风险管理包括危险性分析、危害性分析、风险分析、风险评价和风险管理五个有机组成部分。其中，风险分析是风险管理的重要组成部分，按照Fell等(2005):

1)财产风险按下式计算:

式中:R(prop)财产年损失;P(L)滑坡发生概率;P(T:L)滑坡到达承灾体概率;P(S:T)承灾体时空概率;V(prop:S)承灾体易损性;E承灾体价值。

2)单人生命风险按下式计算:

式中:P(LOL)单人年死亡概率;V(D:T)人的易损性;其它定义同上。

(1)、(2)两式是滑坡风险分析的理论基础，在风险分析的基础上，再进行风险评价和采取相应的风险减缓措施等，就构成了地质灾害风险管理的整体框架。

2.2 风险分级

地质灾害的风险分级可由危害可能性和引起的后果严重程度综合确定，前者由地质灾害发生的概率、到达承灾体的概率、以及承灾体的时空概率确定，后者由承灾体的经济价值和易损性大小确定。其中危害可能性的分级参照澳大利亚地质力学联合会的规定(AGS，2007a)划分为6级(每级相当的年概率有一个量化的范围值)，危害程度分级根据受威胁人数和直接经济损失参照《滑坡崩塌泥石流灾害1∶50000调查规范》的规定划分为4级，综合给出一个定性的地质灾害风险分级方案(表2)、或根据单人生命风险进行定量分级(表 3)。

表2 地质灾害风险分级表

(2)小型 ＜3人，＜100万元;中型3～10人，100～500万元;大型10～30人，500～1 000万元;特大型 ＞30人，＞1 000万元。

表3 各受险区单人生命风险

2.3 地质灾害风险性调查的主要内容

泥石流风险调查的内容设置应以能满足获取评价风险所需的各种参数为目的，除常规调查的地质灾害形成条件、地质灾害基本特征、影响因素、稳定性状况外，还应主要调查5类数据:达到一定体积规模的地质灾害发生的年频率，潜在地质灾害隐患的影响范围，承灾体及经济价值，承灾体时空概率和承灾体易损性。通过对各项调查要素的确定，通过3.1节的公式(1)、(2)确定财产年损失和单人年死亡概率，最终根据风险性划分等级依据划分调查区泥石流地质灾害风险性分区。

2.4 场地风险详细调查

2.4.1 灾源区调查

灾源区，指可能发生泥石流的区域，即泥石流本身的流域，以1:10 000地形图为底图，对场地进行了详细的地质灾害风险调查。关山沟流域平面形态呈不规则形状，面积3.16 km2，主沟长度850 m，主沟上游呈较开阔的“V”型，两侧谷坡坡度20°～30°，沟床纵比降7.5%;中游由于两侧谷坡的重力侵蚀强烈，谷型呈囊状，谷底宽在6～14 m之间，而沟床受两岸滑坡堵塞沟道形成的堆土坝的回淤，其比降为9.23%;下游沟谷呈“U”型，谷底宽3～6 m，平均比降3.44%。沟口处城区建筑及农田较密集，一旦发生泥石流灾害，对出沟口城区建设及人类活动等将产生严重的危害。

2.4.2 风险要素调查

1)泥石流发生概率P(L)

泥石流发生概率与其诱发因素、地质环境条件关系密切，主要取决于诱发因素如降雨、工程活动强度等。由于适合本地区的他们之间的关系很难详细确定，所以泥石流的发生概率仍以实地调查和走访当地老人为主，根据实地走访和调查，关山沟泥石流发生的可能性为“可能”，相当于年概率10－2。

2)灾害到达承灾体的概率P(T:L)

灾害到达承灾体的概率主要由承灾体距离灾害源的远近所决定。对于大沟泥石流，野外调查时根据致灾体可能的体积规模和地形地貌，使用阴影角的办法简单确定致灾体到达承灾体的概率，如依据西安地研所张茂省等根据黄土地区的滑坡、泥石流的经验数据所确定的滑坡、泥石流阴影角与灾害到达承灾体的概率P(T:L)的简单关系:泥石流阴影角α的最大值、中间值和最小值分别为25°、20°和15°，相应的概率 P(T:L)分别为 0.67、0.25 和 0.08，适用于各泥石流沟口堆积区。

3)承灾体及经济价值E

承灾体及经济价值是在收集场地规划资料基础上确定的。根据一定的房屋使用模式估算承灾的人口数量，住宅楼按每户平均5人计算，由住户数量和建筑面积确定承灾人口。根据建筑物的概算价格确定经济价值，在此仅考虑了直接的建筑成本，未考虑其它财产价值和间接损失。计算时承灾体的经济价值参照表3。

表4 承灾体分类及其时空概率和易损性一览表

___4)承灾体时空概率P(S:T)

承灾体时空概率按如下办法估计:固定承灾体时空概率为1.0;居民区的人员，按人均每天有14 h呆在屋内计为11/24=0.46;工厂、学校、医院、办公楼等区域的人员，按人均每天有8 h呆在屋内计为8/24=0.33，通往它们的道路上下班按照每天有2 h的人员密集时段计为2/24=0.08;公共露天娱乐场地或其通行之路，因雨、雪、寒冷等假设每年9个月、每天12 h有人，则为9/12×12/24=0.38;由于城镇是人口密集区，所以一般的公共空地区均可以划为露天公共区，只是人员出现的概率因地方不同而不同;农田地、果园地每户按照每年有一个季度在地中从事生产，每天8 h计，则为8/24×1/4=0.08;城镇繁华区马路上行人时空概率为16/24=0.67;交通工具的时空概率根据进出的交通流量和速度统计，包括公路乘客和其它交通工具内的流动人口。统计结果见表4。

图3 承灾体受险区块划分图

5)易损性 V(D:T)、V(prop:S)

地质灾害易损性体现了灾害的社会属性，承灾体的易损性主要由灾害的强度和承灾体的物质结构所决定，其确定比较困难，在此给出一般分类情况下的各类承灾体的易损性范围，调查时根据现场情况做大致判断，其中人员的易损性因保护程度不同而有差异，建筑物内人员易损性为0.5～0.8，露天人员易损性为0.5～1.0。

综上，确定承灾体分类及其时空概率和易损性分类表见表4。

2.5 风险分析和区划

2.5.1 承灾体受险区划分

地质灾害风险性指生命、健康、财产或环境所遭受的地质灾害的可能性和严重程度的大小。其区域划分应基于地质灾害演化趋势，采用造成损失的地质灾害点，结合地质灾害形成条件与触发因素、演变趋势与人类工程活动等，从而圈定不同区域地质灾害的风险程度。

本次承载体受险区划分主要结合实地调查情况以及上述章节里所涉及的风险要素的调查结果进行，并综合考虑到泥石流影响范围内到达承灾体的概率及承灾体不同属性价值程度等，将受险区划分为4个区块(10、20、50、100年一遇洪水流量计算)，划分结果见图3。

表5 关山沟泥石流地质灾害风险计算表

2.5.2 风险计算

根据以上风险各要素的调查结果，分别按5.1节公式(1)、(2)计算不同区块的财产风险和单人风险，计算结果如表5。

2.5.3 风险划分

根表3－3结算结果，关山沟泥石流场地的威胁财产为1 550万元，对于单人的生命风险而言，由于暴露在风险中的位置不同，其所遭受的风险源和作用强度亦不同，1号单元单人生命风险为2.4×10－3，为高风险区;2号单元单人生命风险为2.1×10－3，为中风险区;3号单元单人生命风险为2.1×10－4，为中风险区;4号单元单人生命风险为 1.1×10－4，为中风险区。

3 结语

关山沟流域沟长谷深，山坡陡峻，沟壑密度大，滑坡、崩塌、坍塌等重力侵蚀作用及面状侵蚀作用强烈，雨强较大，为泥石流的产生及发展提供了十分有利的地质环境。关山沟泥石流场地的威胁财产为1 550万元，对于单人的生命风险而言，由于暴露在风险中的位置不同，其所遭受的风险源和作用强度亦不同，1号单元单人生命风险为2.4×10－3，为高风险区;2号单元单人生命风险为2.1×10－3，为中风险区;3号单元单人生命风险为2.1×10－4，为中风险区;4号单元单人生命风险为1.1×10－4，为中风险区。