日西河流域火后泥石流隐患的致灾预测与易发性评判

摘要：森林火灾会干扰破坏过火区的生态系统，改变山区流域中次生泥石流灾害的致灾条件，从而使发灾频率升高、规模扩大。本文主要分析新田县日西河流域火后潜在泥石流的致灾条件，预测各支沟流域内火后泥石流的致灾与否及易发程度，为过火区次生地质灾害防治与生态环境修复提出合理建议，以供参考。

关键词：过火区；次生泥石流灾害；致灾及易发程度；数量化评判

DOI：10.12433/zgkjtz.20240453

众所周知，山区泥石流的暴发必须具有丰富的松散物源、短时间内汇聚充足的水源及有利于集水集物的沟谷地形三个条件。但对火后的泥石流沟而言，随着火烧迹地植被烧毁和岩土体裸露， 强降雨对山坡面的冲刷面蚀作用增强，引发泥石流的降雨阈值降低及物源条件明显增加，使得火后泥石流的易发性和风险性增高。

一、自然地理及地质环境条件

新田县“10.17”森林火灾过火区面积约115km2。日西河流域处于火区中心部位，是火灾始发点和严重火烧区，如图1所示，流域属低山丘陵地貌，总体北高南低，最高点海拔876.8m（九峰山主峰），最低点海拔237.8m。流域内山高谷深，山坡较陡峻，地形坡度25～68°，平均坡度为35°。

根据新田县20年气象统计资料，年平均气温为18.2℃，最高气温为39.7℃，最低气温为－7.2℃； 年平均降雨量1502.3mm，过火区年平均降水量介于1500～1600mm，如图2所示；降水集中在5、6月，最大月降水量达464.2mm，日最大降雨量169.2mm，时最大降雨量74.5mm。

图1  过火区与日西河流域相对关系

图2  过火区2000～2020年平均降雨量分布

区内主要分布以侏罗系下统两江河组（S1 lj）中厚—厚层状浅变质砂岩与板岩互层为主的碎屑岩 岩组，东南部为奥陶系中下统浅变质砂岩、硅质岩、板岩岩组。地质构造中等发育，以短轴背、向 斜伴少量断层为主，岩体风化强烈易碎裂，节理裂隙及岩层面等软弱结构面发育；地表多为残坡积碎石土，透水性好。地下水类型主要有松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙水。

二、泥石流沟谷特征

日西河发源于九峰山南麓，主沟长约16km，流域形态呈倒葫芦状，面积35.6km2。自然落差为422.7m，坡降为26.4‰。支沟发育，呈树枝状分布，共计大小支沟26条，如图3所示。其中，①～⑥号支沟的沟道与沟口分布有民居、学校及公路等威胁对象，两侧山坡均为严重火烧区，坡降、汇水面积及物源等条件有利于泥石流的形成和发展，为潜在的泥石流沟谷；其他支沟虽然位于过火区，也具备引发泥石流的基本条件，但基本无威胁对象。各支沟沟谷特征如表1所示。

三、潜在泥石流致灾预测及易发程度数量化评判

（一）火后次生泥石流的致灾条件变化

过火区植被烧毁后次生泥石流的致灾条件发生了变化，比火前更容易暴发泥石流灾害。火烧迹地地形因素一般在短期内不会出现改变；强降雨是泥石流启动的水源条件，植被烧毁后降低了过火区诱发泥石流需要的降雨阈值；火烧迹地植被损毁，岩土体裸露，土壤火烧后结构松散，受暴雨作用，松散物源显著增加。第一，火后泥石流首次及第二次暴发的主要启动物源是地表径流冲刷、面蚀的灰烬层及土壤松散粘粒和砂粒，平均厚度为5～10cm。第二，火后土壤涵养水源能力差，各支流坡面径流冲刷汇水能力增强，坡面径流汇入沟床不断冲刷下切沟床和侧蚀沟岸，沿程补给物源增加。第三，火后山坡易引发崩塌滑坡，可参与泥石流的松散固体物源量也随之增加。

（二）潜在泥石流沟致灾预测评判

针对上述6个潜在泥石流沟建立由降雨条件函数和流域环境动态函数组成的泥石流发生判别函 数，判别是否形成泥石流。

Y=R·M （1）

式中：Y—泥石流发生的判别函数；

R—降雨条件函数；

M—流域环境动态函数。

1.降雨条件函数的确定

根据门楼下乡区域的1/6h、1h、24h 多年最大暴雨量平均值，采用下式计算暴雨强度指标：

R =K++ （2）

式中：K—前期降雨量修正系数，取值1.1；

H24—24h 最大降雨量，取值100mm；

H24（D）—门楼下乡可能发生泥石流的24h限界雨量，按年均降雨量分区取值100mm；

H1—1h 最大降雨量，取值40mm；

H1（D）—門楼下乡可能发生泥石流的1h限界雨量；按年均降雨分区取值40mm；

H1/6—10min最大降雨量，取值17.5mm；

H1/6（D）—门楼下乡可能发生泥石流的10min限界雨量；按年均降雨分区取值12mm。

经计算，日西河流域降雨条件函数R为3.8，发生泥石流概率＜0.2。

2.流域环境动态函数的确定

对①～⑥号支沟流域影响泥石流活动的15项因素进行逐一调查，并对泥石流沟易发程度及流域环动态因素进行数量化评判打分，如表2所示。

综合判定结果：①～⑥号支沟流域环境动态因素得分为 8.25～9.82，除①号泥石流沟基本稳定外，②～⑥号沟均为不稳定。

3.火后泥石流发生与否的判定

经计算，火后泥石流发生的综合评判结果为：②③⑥号沟发生泥石流灾害的概率约85%，①④⑤号沟发生泥石流的概率约64%。综合评判标准如表3所示，综合判别结果如表4所示。

（三）火后潜在泥石流易发程度的数量化评判

根据影响泥石流沟易发程度的15项因素评判结果：①～⑥号支沟得分为84～93。按照数量化综合评判等级标准评判：①④⑤号沟得分N＜86，属轻度易发沟谷；②③⑥号沟得分87≤N≤115， 为中等易发沟谷。数量化评分结果如上表2所示。

（四）火后泥石流隐患的类型及危害程度

6条支沟两侧多为坡度陡峻在30°以上的凹型斜坡，坡面岩土体裂隙发育，结构松散，易产生小规模崩滑，沿程物源补给长度较大，形成区与流通区无明显界限。因此，火后泥石流的类型以坡面型泥石流为主。2017年7月，起头岭滑坡堵塞沟道形成堰塞湖威胁沟口群众安全；火后冬季小雨引发小型（约100m3）坡面型泥石流掩埋乡村公路。

据调查，6条支沟共威胁村民238人，房屋200余间，公路350m，潜在经济损失2100万元。除②号泥石流灾害隐患险情为中型外，其余均为小型。

四、结语

日西河流域6条潜在泥石流沟谷中致灾机率及易发程度：②③⑥号沟谷中等，①④⑤号沟谷轻度。根据潜在泥石流沟发育特征、易发程度及危害性，结合现场实际，本文提出防治措施如下：

第一，在过火区飞播草籽、种植树苗，提高植被覆盖率，恢复生态环境系统。火后第一年撒播草籽已生长复绿，但多局限于路旁及缓坡地。

第二，对日西河流域内在册的14处崩滑灾害隐患点，要优化完善防灾预案、细化防灾措施，加强监测预警工作，选择重要灾害点进行工程治理，减少泥石流启动物源。

第三，对6处潜在泥石流沟按照“固源、拦挡、排导、避让”的治理思路，建议有针对性地采取工程治理、搬迁避险、排危除险、监测预警等风险管控措施有效防治，以消除灾害隐患。

参考文献：

[1]王严，胡卸文，金涛，等.火后泥石流形成过程的物源启动模式研究[J].工程地质学报2019，27（06）：1415-1423.

[2]谭炳炎.暴雨泥石流活动、勘查、危险性评估及其防治[R].成都，2017.

[3]T/CAGHP 006-2018 泥石流灾害防治工程勘查规范（试行）[S].中国地质灾害防治工程行业协会，2018.

[4]新田县“10.17”森林火灾过火区域次生地质灾害隐患排查报告[R].湖南省地球物理地球化学调查所，2022.

作者简介：邹谦（1987），男，湖南省隆回县人，本科，地质调查与矿产勘查工程师，水工环地质工程师，主要研究方向为水工环地质。