关家沟流域泥石流灾害风险评价及治理措施探析

2017-12-20，

地下水 2017年5期

关键词：文县支沟危险度

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(甘肃省地质环境监测院，甘肃兰州 730000)

关家沟流域泥石流灾害风险评价及治理措施探析

吕红艳，鲁得方

(甘肃省地质环境监测院，甘肃兰州 730000)

关家沟位于甘肃省文县，平面形态呈葫芦型，流域总面积38.13 km2，支沟12条，多有黄土披覆，沟谷发源区和上游区，是主要耕地所在地带，为滑坡多发区；地形由陡向缓转折处，稳定性差，也是崩塌多发区。根据关家泥石流的形成、发育特征，采用分级赋值、灰色统计分析方法，对关家沟泥石流各特征元相应类别的综合值进行计算，在此评价的基础上进行风险评价，并根据关家沟各沟段不同的地形地貌、沟床比降以及滑坡、崩塌的规模等特点，按照沟道的风险性，布设不同高度的拦挡坝19座对关家沟泥石流进行治理，拦挡坝建成后，主沟内补给泥石流的固体物质来源大幅减少，拦挡坝淤满后，减缓了沟床比降，削弱了水动力条件，控制了泥沙的侵蚀、搬运和冲刷能力，限制了泥石流的进一步发展。

灰色关联法；分级赋值；风险评价；工程治理

奥地利很早开展泥石流灾害的危险范围预测工作，将泥石流危险度分红、黄、绿，至今仍在沿用此种方法[1]。泥石流灾害的风险评价是探索领域和新兴的研究课题[2]。19世纪80年代，我国逐渐开始关于泥石流风险的探讨。目前泥石流危险性评价的方法主要有：灰色关联法、层次分析法、信息熵法、模糊数学法等[3]。以某一种泥石流危险性评价方法研究为主，结合具体泥石流灾害验证其科学性和可操作性。此种方法偏重研究，应用范围较广，我国最早对单沟泥石流危险性评价的研究是以刘希林(1988)《泥石流危险性判定的研究》为代表，采取多个因子进行分析计算，并得到了广泛的应用[4]。通过对泥石流危险度计算，进而分析灾害危险性，进而进行工程治理。

1 关家沟流域概况

1.1 地理位置及地形地貌

关家沟位于甘肃省文县，平面形态呈葫芦型，流域总面积38.13 km2，支沟12条。按高程可分为三个高度带，I带海拨在2 000 m以上，为分水岭或山顶部位，地形平缓、植被发育；Ⅱ带海拨1 500～2 000 m，多有黄土披覆，沟谷发源区和上游区，是主要耕地所在地带，为滑坡多发区；Ⅲ带分布在沟谷两侧，地形由陡向缓转折处，稳定性差，是崩塌多发区(图1)。流域内最高点金子山顶海拔3 121 m，沟口最低点海拨920 m，相对高差达2 201 m，呈山高坡陡、峰锐谷深的特点(表1)。

1.2 流域水文地质

关家沟流域总面积35.85 km2，呈倒葫芦形。其中汇流形成区31.37 km2、流通区3.46 km2、堆积区1.02 km2。

汇流区由于流水向源侵蚀和沟道侧向侵蚀，主沟上游和各支沟下切强烈，有些沟段已切至基岩，主沟道平均坡降11.5%，火烧关以上坡降9.7%，火烧关以下为12.9%。除庙沟、铁炉沟呈“U”字型沟谷外，其余各支沟均呈“V”字形。沟坡中冲蚀沟谷比较发育，一般深3～15 m，宽5 m以上的强烈冲蚀沟166条，平均沟壑密度2.31 km/km2。上游岭沟、舟木沟、清水沟、红水沟及分水岭处均为乔灌混交林所覆盖，覆盖度大于80%。汇流区主沟道泥石流堆积厚度，火烧关以上为2～10 m，火烧关以下为10～20 m。

表1 沟谷地形标高以及高差统计表 m

流通区长2 750 m，沟道比降7.2%，沟床比较平坦开阔，横剖面呈“U”型，堆积物厚度5～41 m。两侧山坡坡长500～700 m，平均坡降达45%～65%。

堆积区为泥石流堆积扇，长轴1.2 km，短轴0.6 km，沿扇轴有冲沟发育，下切5～15 m，宽10～15 m。该泥石流扇为长期泥石流堆积而成，根据前堆积剖面分析，至少有两个沉积旋回。泥石流扇堆积总厚度大于40 m。文县县城座于现代泥石流形成的泥石流扇上。

图1 关家沟泥石流发育背景图

2 关家沟流域泥石流灾害风险评价

风险是在一定区域和给定时段内，由于某一自然灾害而引起的人类生命财产和经济活动的期望损失值[5]。根据联合国对自然灾害风险的定义及其数学表达式，单沟泥石流的风险性的计算公式为：

R单=H单×V单

(1)

式中：R单为单沟泥石流风险度；H单为泥石流危险度(取值[0,1]或[0%,100%])；V单为泥石流易损度(取值[0,1]或[0%,100%])

泥石流危险度因子有主次之分，采用刘希林，唐川设计的调查表、结合灰色关联分析得出泥石流危险度判定的两个主要因子：泥石流一次最大冲出量M(104km3)(利用经验公式(2)计算)；泥石流发生频率F(次/100a)，根据实际调查值：

M=1000kHαS1Φ

(2)

式中：k为折算系数，取0.2；H为小时最大降雨量，文县气象资料73.0 mm；α为折算系数，取0.67；S1为流域面积(km2)；Φ为增流系数，取1.1～1.2。计算得M(m3)。

泥石流危险度的4个次要因子：流域面积(S1km2)、主沟长度(S2km)、相对高差(S3km)、泥沙补给段长度比(S4)。因子的取值单位不同、范围变幅大，这里采用分级赋值方法，使因子进行去纲量：从关联度最小的因子开始，定起始权数1，以此为公差，呈等差级数向关联度大的因子权重增加，权数以最大的次要因子权数为基数，以2为公比，呈等比级数递增，得出泥石流危险性评价的因子权数及权重 (表2)。