駱駝溝小流域基本特征及危險(xiǎn)區(qū)范圍預(yù)測

高精理 向國萍 張丹丹

(1. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心， 成都 610031； 2. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 四〇五地質(zhì)隊(duì)，成都 611830)

駱駝溝小流域基本特征及危險(xiǎn)區(qū)范圍預(yù)測

高精理1向國萍2張丹丹2

(1. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 成都水文地質(zhì)工程地質(zhì)中心， 成都 610031； 2. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 四〇五地質(zhì)隊(duì)，成都 611830)

近年來，山區(qū)小流域山洪地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡．從防災(zāi)減災(zāi)角度出發(fā)，本文選擇四川省甘孜州丹巴縣駱駝溝典型小流域作為基本研究單元，以流域范圍內(nèi)物源、坡度和地質(zhì)巖性等特征為研究對(duì)象，結(jié)合流域內(nèi)災(zāi)害的分布特征、運(yùn)動(dòng)特征、沖淤特征，得到流域內(nèi)可能成災(zāi)預(yù)測，劃定危險(xiǎn)區(qū)和可能威脅對(duì)象．研究區(qū)小流域基本特征和危險(xiǎn)范圍的預(yù)測評(píng)價(jià)，為小流域綜合防治提供一定參考．

小流域； 沖淤特征； 危險(xiǎn)區(qū)； 預(yù)測

據(jù)統(tǒng)計(jì)全國29個(gè)省、自治區(qū)、直轄市約7 400萬人直接受山洪、泥石流和滑坡危害[1]；50年來全國開展治理小流域1萬余條，已竣工驗(yàn)收3 000余條[2]；張紅萍[3]基于GIS技術(shù)對(duì)山區(qū)小流域及特征提取．山區(qū)小流域的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)主要集中在山洪、泥石流和滑坡的評(píng)價(jià)，劉希林[4]對(duì)泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)采用了一次泥石流最大沖出量、泥石流發(fā)生頻率、流域面積等10項(xiàng)參數(shù)作為評(píng)判指標(biāo)；唐川等[5-8]對(duì)流域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行了評(píng)估和區(qū)劃研究；谷秀芝[9]采用SIGA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)泥石流進(jìn)行危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)；王學(xué)良[10]運(yùn)用層次分析法對(duì)泥石流危險(xiǎn)度進(jìn)行了分析；Huggle等[11]利用遙感影像及GIS技術(shù)以數(shù)值模擬的方法對(duì)冰湖潰決引發(fā)泥石流進(jìn)行危險(xiǎn)性分區(qū)；Zêzere等[12]根據(jù)災(zāi)害規(guī)模與降雨量的相關(guān)性，推導(dǎo)出不同降雨情境下災(zāi)害的危險(xiǎn)性；Luna等[13]利用數(shù)值模擬軟件，計(jì)算泥石流不同頻率下產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，Jakob等[14]同樣利用數(shù)值模擬軟件評(píng)價(jià)不同泥石流頻率條件下建筑物受損概率．2003年、2005年四川省丹巴縣邛山溝、駱駝溝暴發(fā)特大泥石流[15-17]，造成了十分慘重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失．根據(jù)調(diào)查丹巴縣流域面積大于10 km2共55條，其山區(qū)小流域分布較廣，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活影響較大，由此本文選取具有代表特征的駱駝溝泥石流進(jìn)行分析．

1 駱駝溝小流域基本特征

駱駝溝小流域位于四川省丹巴縣北部，大渡河右岸，地處青藏滇緬印尼“歹”字型構(gòu)造，川滇南北向構(gòu)造與小金-金湯弧形構(gòu)造和復(fù)合部位．研究區(qū)年降雨量多在512～651 mm之間，最大為1993年的781.9 mm，最小為1986年447.7 mm，年際變化似波狀起伏，變幅一般在6～18 mm，變差系數(shù)為0.109～0.133，降雨量隨時(shí)間總體變化不大．

駱駝溝流域形態(tài)為梨形，流域面積217 km2，主溝長26.0 km，高差2 394 m，溝道平均縱坡降92.1‰，支溝發(fā)育，溝道內(nèi)主要分布有6條支溝，溝域形態(tài)受構(gòu)造影響呈不對(duì)稱分布，其右岸寬度較大，支溝溝谷較長，溝域左岸寬度較小，支溝長度較?。橊劀现鳒弦呀?jīng)發(fā)育成較為成熟的河流，形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)不明顯．但是其3條支溝泥石流較為發(fā)育，主要包括DF01、DF02、DF03．其另外3條大支溝包括DF04、DF05和DF06暴雨季節(jié)洪流較發(fā)育．

1.1 駱駝溝小流域物源特征

通過遙感解譯和現(xiàn)場調(diào)查，駱駝溝小流域物源主要分布主溝道右側(cè)上游區(qū)域，流域范圍內(nèi)共有物源107處，物源面積為9.50 km2(如圖1所示)．中上游物源進(jìn)入溝道后，大部分固體物質(zhì)將停積于中游溝道內(nèi)，流域內(nèi)居民點(diǎn)主要位于流域下游．

1.2 駱駝溝小流域坡度特征

流域整體坡度呈現(xiàn)下陡上緩，其中流域溝口處坡度較陡峭，全流域坡度主要分布于15～40°范圍(如圖4所示)，占流域總面積的63.88%(如圖2所示)，因此可判定流域內(nèi)松散物源主要以滑坡物源及溝道堆積為主．

圖1 駱駝溝流域物源分布特征 圖2 駱駝溝流域坡度分布特征 圖3 駱駝溝流域地層分布特征

圖4 流域內(nèi)坡度分布統(tǒng)計(jì) 圖5 物源沿地層分布統(tǒng)計(jì)

1.3 駱駝溝小流域地層特征

流域內(nèi)分布地層三疊系上統(tǒng)侏倭組(T3zh)，主要基巖成份為板巖，該地層內(nèi)物源面積0.46 km2；三疊系中統(tǒng)雜谷腦組(T2z1-2)，主要基巖成份為灰?guī)r和砂巖，該地層內(nèi)物源面積分別為0.40 km2、0.38 km2；泥盆系危關(guān)群組第四巖組Dwg4，主要基巖成份為片巖和大理巖，該地層內(nèi)物源面積1.55 km2；泥盆系危關(guān)群組第三巖組Dwg3，主要基巖成份為片巖和大理巖，該地層內(nèi)物源面積1.84 km2；泥盆系危關(guān)群組第二巖組Dwg2，主要基巖成份為片巖和大理巖，該地層內(nèi)物源面積1.62 km2；泥盆系危關(guān)群組第一巖組Dwg1，主要基巖成份為石英巖，該地層內(nèi)物源面積為1.06 km2;志留系茂縣群組第二巖組Smx2，主要基巖成份為片巖，該地層內(nèi)松散物源分布較少;燕山期晚期γδ53，主要基巖成份為花崗巖，該地層內(nèi)物源面積為5.36 km2．(如圖3、圖5所示)

2 泥石流運(yùn)動(dòng)特征分析

2.1 駱駝溝小流域流速、流量分析

通過野外調(diào)查和計(jì)算分析，得到溝道平均寬度、泥深、斷面面積、流速以及流量，對(duì)已發(fā)生的泥石流流量可采用形態(tài)調(diào)查法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)調(diào)查得到的泥石流泥位及據(jù)此求得的泥石流流速，再乘上調(diào)查求得的過流斷面求取泥石流流量(見表1)．小流域溝口處經(jīng)歷最大流量為356.63 m3/s，影響寬度約為100 m．

表1 流域內(nèi)運(yùn)動(dòng)特征計(jì)算

B為溝道平均寬度；h為溝道平均泥深；S為過流斷面面積；V為斷面平均流速；Q為斷面峰值流量．

2.2 駱駝溝小流域沖淤特征分析

小流域內(nèi)固體松散物質(zhì)主要沿溝道運(yùn)動(dòng)，隨著溝道縱坡降的變化，不同區(qū)段呈現(xiàn)不同的沖淤特征．據(jù)Takahashi[18]，若滿足判別條件

式中，θ為溝道坡度(°)；ρs為土體密度(kg/m3)；ρw為水體密度(kg/m3)；C*為初始固體體積濃度(%)，取泥石流臨界濃度26；φ為土體內(nèi)摩擦角(°)，泥石流將起動(dòng)，判定為沖刷段，反之為淤積段．小流域主溝以高差20 m精度劃分統(tǒng)計(jì)縱坡度，共計(jì)137個(gè)單元．

根據(jù)計(jì)算分析(如圖6～9所示)，小流域內(nèi)易起動(dòng)段有19處，占總數(shù)的13.87%，起動(dòng)段從溝道上游開始，但并不連續(xù)，溝道內(nèi)不易形成泥石流；溝道下游段泥石流運(yùn)動(dòng)將以沖-淤-沖間斷進(jìn)行．同時(shí)選取了駱駝溝流域內(nèi)壟龍溝、二卡子溝和邛山溝進(jìn)行了對(duì)比，其中壟龍溝于1975、1995年發(fā)生泥石流，總共劃分21段，起動(dòng)段為12處，溝道內(nèi)起動(dòng)段占總段數(shù)的57.14%；二卡子溝于2014年8月9日暴發(fā)泥石流，總共劃分85段，起動(dòng)段為56處，溝道內(nèi)起動(dòng)段占總段數(shù)的65.88%；邛山溝于2003年7月11日暴發(fā)泥石流，總共劃分105段，起動(dòng)段為60處，溝道內(nèi)起動(dòng)段占總段數(shù)的57.14%．因此從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，駱駝溝小流域溝床補(bǔ)給條件較差，二卡子溝溝床補(bǔ)給條件最好．

圖6 駱駝溝沖淤段特征分析

圖7 壟龍溝沖淤段特征分析

圖8 二卡子溝沖淤段特征分析

圖9 邛山溝沖淤段特征分析

2.3 駱駝溝小流域峰值流量分析

選取駱駝溝DF01、DF02、DF03，通過雨洪法[19]計(jì)算不同暴雨頻率下小流域清水和泥石流峰值流量，作為危險(xiǎn)范圍預(yù)測計(jì)算依據(jù)(見表2)．

表2 流量計(jì)算

Q為清水峰值流量；ψ為泥沙修正系數(shù)；Qsef為泥石流峰值流量；D為堵塞系數(shù)．

3 成災(zāi)范圍預(yù)測

將流域內(nèi)房屋矢量化，建立數(shù)字模型，統(tǒng)計(jì)DEM數(shù)字模型得到小流域內(nèi)共267處房屋，房屋主要分布于流域內(nèi)三個(gè)區(qū)域，其中溝口① 區(qū)域內(nèi)有190個(gè)房屋；② 區(qū)域內(nèi)有69個(gè)房屋；③ 區(qū)域內(nèi)有8個(gè)房屋(如圖12所示)．

通過計(jì)算得到不同暴雨頻率下流域內(nèi)的流量值，結(jié)合典型剖面，評(píng)價(jià)不同位置處，不同流量影響范圍，從而判斷流域危險(xiǎn)區(qū)范圍．其中在洪水條件下，將危險(xiǎn)區(qū)劃分為0～100 m，可能影響范圍100～200 m，大于200 m范圍劃分為安全區(qū)；其次根據(jù)距物源距離將0～500 m范圍內(nèi)居民點(diǎn)劃分為危險(xiǎn)區(qū)、500～1 000 m范圍劃分為可能影響范圍、大于1 000 m范圍劃分為安全區(qū)．

3.1 主溝成災(zāi)范圍預(yù)測

統(tǒng)計(jì)溝道沿岸房屋距水系距離，通過對(duì)房屋距水系距離分析，預(yù)測可能影響房屋范圍．得到以下結(jié)果(如圖10所示)：0～100 m范圍內(nèi)分布有119個(gè)房屋；100～200 m范圍內(nèi)分布有58個(gè)房屋；大于200 m范圍內(nèi)分布有90個(gè)房屋．小流域內(nèi)145編號(hào)房屋距離水系最近，值為5.3 m；距水系最遠(yuǎn)距離為137編號(hào)房屋，值為731 m．

圖10 房屋距主溝距離

3.2 物源成災(zāi)范圍預(yù)測

根據(jù)物源距房屋距離進(jìn)行分析，得到以下分析結(jié)果(如圖11所示)： 0～500 m分布有77個(gè)房屋；500～1 000 m分布有157個(gè)房屋；大于1 000 m有33個(gè)房屋，物源距房屋最近距離為197號(hào)房屋248 m，最遠(yuǎn)距離為33號(hào)房屋1 111 m．

圖11 房屋距物源距離分布

3.3 結(jié)果分析

將危險(xiǎn)區(qū)賦值為1，可能影響范圍賦值為2，安全區(qū)賦值為3．疊加運(yùn)算主溝和物源對(duì)居民點(diǎn)的影響，計(jì)算結(jié)果如圖13所示，其中計(jì)算結(jié)果為1有70個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為2有39個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為3有17個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為4有35個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為6有106個(gè)房屋，危險(xiǎn)性隨計(jì)算結(jié)果值增加而降低(如圖13所示)．因此在達(dá)到10年一遇降雨條件時(shí)應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)的70個(gè)房屋內(nèi)的人員進(jìn)行預(yù)警，達(dá)到20和50年一遇降雨時(shí)應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)和影響區(qū)內(nèi)人員進(jìn)行預(yù)警．

圖12 流域內(nèi)居民點(diǎn)分布 圖13 危險(xiǎn)房屋預(yù)測

4 結(jié) 論

駱駝溝小流域可參與泥石流活動(dòng)物源面積為9.05 km2；全流域坡度主要分布于15°～40°范圍，占流域總面積的63.88%；物源主要分布于燕山期晚期γδ53，主要基巖成份為花崗巖，該地層內(nèi)物源面積為5.36 km2．

駱駝溝小流域現(xiàn)經(jīng)歷最大流量為356.63 m3/s；小流域內(nèi)易起動(dòng)段有19處，占總數(shù)的13.87%，壟龍溝溝道內(nèi)起動(dòng)段占總段數(shù)的57.14%，二卡子溝動(dòng)段占總段數(shù)的65.88%，邛山溝起動(dòng)段占總段數(shù)的57.14%．可見駱駝溝小流域內(nèi)發(fā)生泥石流整體起動(dòng)的條件較差．

疊加運(yùn)算主溝和物源對(duì)居民點(diǎn)的影響，其中計(jì)算結(jié)果為1有70個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為2有39個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為3有17個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為4有35個(gè)房屋；計(jì)算結(jié)果為6有106個(gè)房屋．危險(xiǎn)性隨計(jì)算結(jié)果變大而減?。?/p>

[1] 黃先龍，褚明華，左吉昌，等.大力加強(qiáng)我國山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)[J]．中國防汛抗旱，2010，20(6)．

[2] 趙愛軍.小流域綜合治理模式研究[D]．武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005．

[3] 張紅萍.山區(qū)小流域洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警技術(shù)研究[D]．北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2012．

[4] 劉希林，唐 川.泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[M]．北京：科學(xué)出版社，1995．

[5] 唐 川，朱 靜.基于GIS的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J]．地理學(xué)報(bào)，2005，60(1)：87-94．

[6] 唐 川，周鉅乾，朱 靜，等.泥石流堆積扇危險(xiǎn)度分區(qū)評(píng)價(jià)的數(shù)值模擬研究[J]．災(zāi)害學(xué)，1994，9(4)：7-13．

[7] Tang C， Zhu J, Chang M, et al. An Empirical-statistical Model for Predicting Debris-Flow Runout Zones in the Wenchuan Earthquake Area[J]． Quaternary International, 2012, 250： 63-73．

[8] 黃 勛.強(qiáng)震區(qū)大型泥石流動(dòng)力特性與風(fēng)險(xiǎn)量化研究[D]．成都：成都理工大學(xué)，2015．

[9] 谷秀芝，陳洪凱，劉厚成.泥石流危險(xiǎn)性SIGA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用[J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，29(1)：98-102．

[10] 王學(xué)良，李建一.基于層次分析法的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)體系研究[J]．中國礦業(yè)，2011，20(10)：113-117．

[11] Huggel C， Haeberli W． Regional-scale Models of Debris Flows Triggered by Lakeoutbursts[C]. the25 June 2001 debris flow at (Switzerland)as a test study. Debris-Flow Hazards Mitigation： Mechanics, Prediction, and Assessment, Rickenmann and Chen (eds), Rotterdam, 2003．

[12] Zêzere J L， Garcia R A C, Oliveira S C, et al. Probabilistic Landslide Risk Analysis Considering Direct Costs in the Area North of Lisbon (Portugal)[J]． Geomorphology, 2008, 94(3)： 467-495．

[13] Luna B Q. Dynamic Numerical Run-out Modeling for Quantitative Landslide Risk Assessment[D]． Enschede： University of Twente, 2012．

[14] Jakob M, McDougall S, Weatherly H, et al. Debris-flow Simulations on Cheekye River, British Columbia[J]． Landslides, 2013b, 10(6)： 685-699．

[15] 蘇鵬程，劉希林，王全才，等.四川丹巴縣邛山溝泥石流災(zāi)害特征及危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)[J]．地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2004，15(1)：9-12．

[16] 羅康軍.四川丹巴縣邛山溝泥石流成因及發(fā)展演化規(guī)律研究[D]．成都：成都理工大學(xué)，2005．

[17] 劉希林.溝谷泥石流危險(xiǎn)度計(jì)算公式的由來及其應(yīng)用實(shí)例[J]．防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2010，30(3)：241-245．

[18] Takahashi T. Mechanical Characteristics of Debris Flow[J]． Journal of the Hydraulics Division， 1978， 104(8)： 1153-1169．

[19] 2006 D Z T. 泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范[S]．2006．

[責(zé)任編輯 周文凱]

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

四川省國土資源廳科學(xué)研究計(jì)劃課題(KJ-2016-11)；四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇五地質(zhì)隊(duì)專項(xiàng)資金資助

高精理(1982-)，男，主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害評(píng)估與治理．E-mail： 276088270@qq.com

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

P642.23

A

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