骆驼沟小流域基本特征及危险区范围预测

高精理 向国萍 张丹丹

(1. 四川省地质矿产勘查开发局 成都水文地质工程地质中心， 成都 610031； 2. 四川省地质矿产勘查开发局 四〇五地质队，成都 611830)

骆驼沟小流域基本特征及危险区范围预测

高精理1向国萍2张丹丹2

(1. 四川省地质矿产勘查开发局 成都水文地质工程地质中心， 成都 610031； 2. 四川省地质矿产勘查开发局 四〇五地质队，成都 611830)

近年来，山区小流域山洪地质灾害频发，造成了重大经济损失和人员伤亡．从防灾减灾角度出发，本文选择四川省甘孜州丹巴县骆驼沟典型小流域作为基本研究单元，以流域范围内物源、坡度和地质岩性等特征为研究对象，结合流域内灾害的分布特征、运动特征、冲淤特征，得到流域内可能成灾预测，划定危险区和可能威胁对象．研究区小流域基本特征和危险范围的预测评价，为小流域综合防治提供一定参考．

小流域； 冲淤特征； 危险区； 预测

据统计全国29个省、自治区、直辖市约7 400万人直接受山洪、泥石流和滑坡危害[1]；50年来全国开展治理小流域1万余条，已竣工验收3 000余条[2]；张红萍[3]基于GIS技术对山区小流域及特征提取．山区小流域的危险度评价主要集中在山洪、泥石流和滑坡的评价，刘希林[4]对泥石流危险度评价采用了一次泥石流最大冲出量、泥石流发生频率、流域面积等10项参数作为评判指标；唐川等[5-8]对流域山洪灾害风险度进行了评估和区划研究；谷秀芝[9]采用SIGA-BP神经网络对泥石流进行危险度评价；王学良[10]运用层次分析法对泥石流危险度进行了分析；Huggle等[11]利用遥感影像及GIS技术以数值模拟的方法对冰湖溃决引发泥石流进行危险性分区；Zêzere等[12]根据灾害规模与降雨量的相关性，推导出不同降雨情境下灾害的危险性；Luna等[13]利用数值模拟软件，计算泥石流不同频率下产生的经济损失和人员伤亡，Jakob等[14]同样利用数值模拟软件评价不同泥石流频率条件下建筑物受损概率．2003年、2005年四川省丹巴县邛山沟、骆驼沟暴发特大泥石流[15-17]，造成了十分惨重的人员伤亡和财产损失．根据调查丹巴县流域面积大于10 km2共55条，其山区小流域分布较广，对当地居民生产生活影响较大，由此本文选取具有代表特征的骆驼沟泥石流进行分析．

1 骆驼沟小流域基本特征

骆驼沟小流域位于四川省丹巴县北部，大渡河右岸，地处青藏滇缅印尼“歹”字型构造，川滇南北向构造与小金-金汤弧形构造和复合部位．研究区年降雨量多在512～651 mm之间，最大为1993年的781.9 mm，最小为1986年447.7 mm，年际变化似波状起伏，变幅一般在6～18 mm，变差系数为0.109～0.133，降雨量随时间总体变化不大．

骆驼沟流域形态为梨形，流域面积217 km2，主沟长26.0 km，高差2 394 m，沟道平均纵坡降92.1‰，支沟发育，沟道内主要分布有6条支沟，沟域形态受构造影响呈不对称分布，其右岸宽度较大，支沟沟谷较长，沟域左岸宽度较小，支沟长度较小．骆驼沟主沟已经发育成较为成熟的河流，形成区、流通区和堆积区不明显．但是其3条支沟泥石流较为发育，主要包括DF01、DF02、DF03．其另外3条大支沟包括DF04、DF05和DF06暴雨季节洪流较发育．

1.1 骆驼沟小流域物源特征

通过遥感解译和现场调查，骆驼沟小流域物源主要分布主沟道右侧上游区域，流域范围内共有物源107处，物源面积为9.50 km2(如图1所示)．中上游物源进入沟道后，大部分固体物质将停积于中游沟道内，流域内居民点主要位于流域下游．

1.2 骆驼沟小流域坡度特征

流域整体坡度呈现下陡上缓，其中流域沟口处坡度较陡峭，全流域坡度主要分布于15～40°范围(如图4所示)，占流域总面积的63.88%(如图2所示)，因此可判定流域内松散物源主要以滑坡物源及沟道堆积为主．

图1 骆驼沟流域物源分布特征 图2 骆驼沟流域坡度分布特征 图3 骆驼沟流域地层分布特征

图4 流域内坡度分布统计 图5 物源沿地层分布统计

1.3 骆驼沟小流域地层特征

流域内分布地层三叠系上统侏倭组(T3zh)，主要基岩成份为板岩，该地层内物源面积0.46 km2；三叠系中统杂谷脑组(T2z1-2)，主要基岩成份为灰岩和砂岩，该地层内物源面积分别为0.40 km2、0.38 km2；泥盆系危关群组第四岩组Dwg4，主要基岩成份为片岩和大理岩，该地层内物源面积1.55 km2；泥盆系危关群组第三岩组Dwg3，主要基岩成份为片岩和大理岩，该地层内物源面积1.84 km2；泥盆系危关群组第二岩组Dwg2，主要基岩成份为片岩和大理岩，该地层内物源面积1.62 km2；泥盆系危关群组第一岩组Dwg1，主要基岩成份为石英岩，该地层内物源面积为1.06 km2;志留系茂县群组第二岩组Smx2，主要基岩成份为片岩，该地层内松散物源分布较少;燕山期晚期γδ53，主要基岩成份为花岗岩，该地层内物源面积为5.36 km2．(如图3、图5所示)

2 泥石流运动特征分析

2.1 骆驼沟小流域流速、流量分析

通过野外调查和计算分析，得到沟道平均宽度、泥深、断面面积、流速以及流量，对已发生的泥石流流量可采用形态调查法进行计算，根据调查得到的泥石流泥位及据此求得的泥石流流速，再乘上调查求得的过流断面求取泥石流流量(见表1)．小流域沟口处经历最大流量为356.63 m3/s，影响宽度约为100 m．

表1 流域内运动特征计算

B为沟道平均宽度；h为沟道平均泥深；S为过流断面面积；V为断面平均流速；Q为断面峰值流量．

2.2 骆驼沟小流域冲淤特征分析

小流域内固体松散物质主要沿沟道运动，随着沟道纵坡降的变化，不同区段呈现不同的冲淤特征．据Takahashi[18]，若满足判别条件

式中，θ为沟道坡度(°)；ρs为土体密度(kg/m3)；ρw为水体密度(kg/m3)；C*为初始固体体积浓度(%)，取泥石流临界浓度26；φ为土体内摩擦角(°)，泥石流将起动，判定为冲刷段，反之为淤积段．小流域主沟以高差20 m精度划分统计纵坡度，共计137个单元．

根据计算分析(如图6～9所示)，小流域内易起动段有19处，占总数的13.87%，起动段从沟道上游开始，但并不连续，沟道内不易形成泥石流；沟道下游段泥石流运动将以冲-淤-冲间断进行．同时选取了骆驼沟流域内垄龙沟、二卡子沟和邛山沟进行了对比，其中垄龙沟于1975、1995年发生泥石流，总共划分21段，起动段为12处，沟道内起动段占总段数的57.14%；二卡子沟于2014年8月9日暴发泥石流，总共划分85段，起动段为56处，沟道内起动段占总段数的65.88%；邛山沟于2003年7月11日暴发泥石流，总共划分105段，起动段为60处，沟道内起动段占总段数的57.14%．因此从统计结果看，骆驼沟小流域沟床补给条件较差，二卡子沟沟床补给条件最好．

图6 骆驼沟冲淤段特征分析

图7 垄龙沟冲淤段特征分析

图8 二卡子沟冲淤段特征分析

图9 邛山沟冲淤段特征分析

2.3 骆驼沟小流域峰值流量分析

选取骆驼沟DF01、DF02、DF03，通过雨洪法[19]计算不同暴雨频率下小流域清水和泥石流峰值流量，作为危险范围预测计算依据(见表2)．

表2 流量计算

Q为清水峰值流量；ψ为泥沙修正系数；Qsef为泥石流峰值流量；D为堵塞系数．

3 成灾范围预测

将流域内房屋矢量化，建立数字模型，统计DEM数字模型得到小流域内共267处房屋，房屋主要分布于流域内三个区域，其中沟口① 区域内有190个房屋；② 区域内有69个房屋；③ 区域内有8个房屋(如图12所示)．

通过计算得到不同暴雨频率下流域内的流量值，结合典型剖面，评价不同位置处，不同流量影响范围，从而判断流域危险区范围．其中在洪水条件下，将危险区划分为0～100 m，可能影响范围100～200 m，大于200 m范围划分为安全区；其次根据距物源距离将0～500 m范围内居民点划分为危险区、500～1 000 m范围划分为可能影响范围、大于1 000 m范围划分为安全区．

3.1 主沟成灾范围预测

统计沟道沿岸房屋距水系距离，通过对房屋距水系距离分析，预测可能影响房屋范围．得到以下结果(如图10所示)：0～100 m范围内分布有119个房屋；100～200 m范围内分布有58个房屋；大于200 m范围内分布有90个房屋．小流域内145编号房屋距离水系最近，值为5.3 m；距水系最远距离为137编号房屋，值为731 m．

图10 房屋距主沟距离

3.2 物源成灾范围预测

根据物源距房屋距离进行分析，得到以下分析结果(如图11所示)： 0～500 m分布有77个房屋；500～1 000 m分布有157个房屋；大于1 000 m有33个房屋，物源距房屋最近距离为197号房屋248 m，最远距离为33号房屋1 111 m．

图11 房屋距物源距离分布

3.3 结果分析

将危险区赋值为1，可能影响范围赋值为2，安全区赋值为3．叠加运算主沟和物源对居民点的影响，计算结果如图13所示，其中计算结果为1有70个房屋；计算结果为2有39个房屋；计算结果为3有17个房屋；计算结果为4有35个房屋；计算结果为6有106个房屋，危险性随计算结果值增加而降低(如图13所示)．因此在达到10年一遇降雨条件时应对危险区的70个房屋内的人员进行预警，达到20和50年一遇降雨时应对危险区和影响区内人员进行预警．

图12 流域内居民点分布 图13 危险房屋预测

4 结 论

骆驼沟小流域可参与泥石流活动物源面积为9.05 km2；全流域坡度主要分布于15°～40°范围，占流域总面积的63.88%；物源主要分布于燕山期晚期γδ53，主要基岩成份为花岗岩，该地层内物源面积为5.36 km2．

骆驼沟小流域现经历最大流量为356.63 m3/s；小流域内易起动段有19处，占总数的13.87%，垄龙沟沟道内起动段占总段数的57.14%，二卡子沟动段占总段数的65.88%，邛山沟起动段占总段数的57.14%．可见骆驼沟小流域内发生泥石流整体起动的条件较差．

叠加运算主沟和物源对居民点的影响，其中计算结果为1有70个房屋；计算结果为2有39个房屋；计算结果为3有17个房屋；计算结果为4有35个房屋；计算结果为6有106个房屋．危险性随计算结果变大而减小．

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[责任编辑 周文凯]

Research On The Characteristics And Prediction For Hazardous Zone in Small Wartershed of Luotuo Gully

Gao Jingli1Xiang Guoping2Zhang Dandan2

(1. The Geological Team No.405, Sichuan Geology & Mineral Exploration & Development Bureau, Chengdu 611830, China)

In recent years, geological disasters were prone to flash floods in small watershed in mountain area, so as to cause significant economic losses and casualties. Therefore, taking the small wartershed of Luotuo gully as the basic research unit, and the matter source, slope, and geological lithology of the basin range as objects, combining with the characteristics of movement of the disaster in the watershed and characteristics of erosion and deposition, the possible disasters are predicted. It is shown the the landslides and settlements may be main disasters. The comprehensive evaluation of possible disaster area in small watershed, delineation of hazardous areas and possible threats to the object are pointed out. The results of prediction and evaluation of the small watershed in the study area provide reference for the comprehensive prevention and control of small watershed in the future.

small wartershed; characteristics of erosion and deposition; hazardous zone; prediction

2017-03-14

四川省国土资源厅科学研究计划课题(KJ-2016-11)；四川省地质矿产勘查开发局四〇五地质队专项资金资助

高精理(1982-)，男，主要研究方向为地质灾害评估与治理．E-mail： 276088270@qq.com

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.04.009

P642.23

A

1672-948X(2017)04-0041-05