達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

摘 要：我國(guó)新疆地區(qū)地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，莎車(chē)縣境內(nèi)滑坡災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)區(qū)域內(nèi)居民的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。該文以新疆維吾爾自治區(qū)莎車(chē)縣達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡為研究對(duì)象，首先基于野外實(shí)地調(diào)查通過(guò)Massflow數(shù)值模擬軟件獲取滑坡啟動(dòng)機(jī)理和運(yùn)動(dòng)特征，然后選取核算承災(zāi)體價(jià)值法，計(jì)算承災(zāi)體現(xiàn)有的價(jià)值，得到承災(zāi)體易損性；最后結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及易損性評(píng)價(jià)方法，共同建立單體地質(zhì)災(zāi)害定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。模擬結(jié)果顯示，英巴格村典型滑坡面積較小，整體運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)約20 s，最大滑動(dòng)速度約17.03 m/s，對(duì)于滑坡前緣區(qū)域的房屋和農(nóng)村道路構(gòu)成直接威脅。在100年一遇風(fēng)險(xiǎn)概率下，英巴格村滑坡中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)威脅公路約73 m，公路等級(jí)為鄉(xiāng)道；極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人。

關(guān)鍵詞：Massflow；滑坡；運(yùn)動(dòng)過(guò)程；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；模擬分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）23-0105-05

Abstract： China's Xinjiang region has complex topography， geomorphology and geological structure， and landslide disasters are frequent in Shache County， which have a serious impact on the production and life of the residents in the region. Taking the landslide in Yimbag Village， Damus Township， Shache County， Xinjiang Autonomous Region as the research object. Firstly， based on the field investigation， the starting mechanism and movement characteristics of the landslide are obtained by Massflow numerical simulation software. Then， the method of calculating the value of the disaster-bearing body is selected to calculate the existing value of the disaster-bearing body， and the vulnerability of the disaster-bearing body is obtained. Finally， based on geological hazard risk assessment and vulnerability assessment methods， a single geological hazard quantitative risk assessment system is established. The simulation showed that the typical landslide in Yimbag Village had a small area， the overall movement duration was about 20 s， and the maximum sliding velocity was about 17.03 m/s， which constituted a direct threat to the houses and rural roads in the area of the leading edge of the landslide. At most once in 100 years， there are two brick-concrete structure houses in the risk area of Yimbag landslide， both of which are used as sheep sheepfolds， the threat highway in the high-risk area is about 73 m and the highway grade is rural road， and there is one brick-concrete structure house in the extremely high-risk area. it is used as a residence and threatens 6 villagers.

Keywords： Massflow; landslide; motion process; risk assessment; simulation analysis

莎車(chē)縣位于新疆維吾爾族自治區(qū)喀什地區(qū)，南接昆侖山脈，北接帕米爾高原，地形呈西南高、東北低特點(diǎn)，從西南部山區(qū)到東北部平原地區(qū)可劃分為5個(gè)地貌區(qū)：侵蝕剝蝕高山、剝蝕中山低山、洪積礫質(zhì)平原、沖積細(xì)土平原和風(fēng)積沙漠[1]。英巴格村位于新疆喀什地區(qū)莎車(chē)縣的西南部山區(qū)，該區(qū)域共發(fā)育6處滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。斜坡表層巖土體易受到降雨或地震活動(dòng)影響而發(fā)生崩塌和淺層滑坡。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同角度對(duì)滑坡形態(tài)變化及運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了研究，提出了以下模型：平滑粒子流模型、離散元模型、有限元模型和流體力學(xué)模型。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得數(shù)值模擬技術(shù)得以廣泛運(yùn)用，對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)特性的研究提供了重要幫助手段，便于進(jìn)行更精確的可視化分析。李俊等[2]利用解譯得到的地震波信號(hào)參數(shù)，選取Massflow軟件來(lái)模擬分析2000年易貢滑坡-碎屑流事件中的3種動(dòng)力學(xué)過(guò)程。宋德光等[3]通過(guò)融合遙感技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、數(shù)值模擬等多種手段，深入研究了四川省瀘定縣環(huán)環(huán)村的滑坡的形成特點(diǎn)、潛在的失穩(wěn)模式以及滑坡-泥石流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。曹水合等[4]基于現(xiàn)有研究和應(yīng)急勘察成果，對(duì)白格滑坡殘留體的特性和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行細(xì)致分析，并采用Massflow軟件對(duì)殘留體堵江的可能范圍和高度進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。徐璐等[5]基于野外實(shí)地調(diào)查，運(yùn)用Massflow對(duì)金沙江上游圭利滑坡的失穩(wěn)過(guò)程進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析，結(jié)果顯示圭利滑坡會(huì)堵塞金沙江。王學(xué)良等[6]基于連續(xù)介質(zhì)和非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，采用Massflow和PFC3D 2種方法對(duì)尾礦庫(kù)潰壩運(yùn)動(dòng)特征開(kāi)展模擬研究。陳聞瀟等[7]提出了一種結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)軟件OpenFOAM和離散元程序PFC的先進(jìn)計(jì)算方法，用以分析水下滑坡現(xiàn)象。惠航等[8]利用PFC2D軟件對(duì)柿子樹(shù)坪滑坡的破壞過(guò)程和變形特征進(jìn)行了詳細(xì)模擬研究。羅忠行等[9]基于FLAC3D數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)比分析整體強(qiáng)度折減法和雙參數(shù)強(qiáng)度折減法下滑坡穩(wěn)定性，結(jié)果表明，雙參數(shù)強(qiáng)度折減法更適用于滑坡治理，安全性較高。

目前，動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)在滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的研究中已經(jīng)相當(dāng)成熟，根據(jù)不同巖土體的特性選擇適合的數(shù)值模型進(jìn)行分析，對(duì)于預(yù)測(cè)滑坡災(zāi)害和應(yīng)急響應(yīng)具有顯著意義。本研究以達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村的滑坡事件為研究對(duì)象，基于野外實(shí)地考察和無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合Massflow和ArcGIS軟件構(gòu)建滑坡的三維模型，進(jìn)行滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的模擬分析，根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析滑坡的運(yùn)動(dòng)特征與危險(xiǎn)性，為后續(xù)提供科學(xué)合理的工程防治措施奠定基礎(chǔ)。

1 滑坡基本特征

莎車(chē)縣英巴格村中心坐標(biāo)為E76°36′26.22″， N37°46′47.58″，面積2.26 km2，距離莎車(chē)縣城約200 km。達(dá)木斯鄉(xiāng)由于地處特定的地理位置和構(gòu)造環(huán)境，地質(zhì)巖性和地層情況顯得相當(dāng)復(fù)雜和多變。主要由二疊紀(jì)的桑株組中層構(gòu)成，以紅色、灰綠色的砂巖夾雜泥巖為主，具有較為明顯的層理結(jié)構(gòu)。地表覆蓋著第四系的流水沉積物和風(fēng)成沉積物，以風(fēng)成砂和河流沖積物為主，這些沉積物通常呈現(xiàn)出較為松散的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，透水性較好。在巖土體的組成上，以砂質(zhì)土和粉砂土為主，粗粒成分多為次圓形的砂巖碎片，細(xì)粒則主要包括細(xì)砂和粉土，這些組成的層面間連續(xù)性較好，但在局部區(qū)域可能因受風(fēng)化和侵蝕作用影響，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疏松和層理不連續(xù)的情況。坡體的淺層部分，約在1～3 m深處，多為風(fēng)成砂和細(xì)砂層，含有較少的砂巖碎片；而深層則以較為密實(shí)的砂巖和泥巖為主，這部分巖層通常具有較好的承載力和穩(wěn)定性。

2 模型選取

Massflow是一款針對(duì)山地災(zāi)害動(dòng)態(tài)模擬的高效軟件，它采用了基于深度積分的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論。通過(guò)將復(fù)雜的三維問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二維計(jì)算，顯著提升了數(shù)值模擬的效率，并在山地災(zāi)害動(dòng)態(tài)演化模擬領(lǐng)域取得了創(chuàng)新成果。通過(guò)采用改進(jìn)的MacCormack-TVD有限差分方法，并結(jié)合質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程，軟件能夠?qū)碌壬降貫?zāi)害中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬。這一過(guò)程涉及對(duì)Navier-Stokes方程中的物理量在垂直方向上進(jìn)行積分。Massflow能處理復(fù)雜地形，并且具備二階精度以及能自適應(yīng)求解域的特點(diǎn)，專(zhuān)為山地災(zāi)害動(dòng)力學(xué)模擬而開(kāi)發(fā)。該軟件能揭示災(zāi)害動(dòng)態(tài)隨時(shí)間和空間變化的過(guò)程，對(duì)于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估、防災(zāi)措施的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，以及救援和應(yīng)對(duì)策略的制定具有重要意義。已在2017年四川茂縣新磨村[10]和2018年金沙江白格村[11]的滑坡案例中得到了成功應(yīng)用，為科學(xué)防范災(zāi)害決策提供了理論技術(shù)支撐。

式中：h為流體高度，m；u、？淄為x和y方向上的流體速度，m/s；ρ為流體密度，kg/m3；kap為土壓力系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；t為時(shí)間，s；（τzx）b，（τzy）b為zx方向和zy方向的剪應(yīng)力，Pa。

Massflow軟件主要提供了3種計(jì)算模型：Coulomb模型、Manning模型、Voellmy模型，本文采取Coulomb計(jì)算模型進(jìn)行模擬，通過(guò)查閱相關(guān)規(guī)范和使用手冊(cè)可知，本次模擬達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡的滑帶物質(zhì)主要為互層狀較堅(jiān)硬-軟弱碎屑巖體，碎塊石塊徑1～3 cm，含量約55%，呈棱角狀，泥質(zhì)充填，以上數(shù)據(jù)可作為平均摩擦系數(shù)的重要參考。模擬其在最不利情況下，決定達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡基底平均摩擦系數(shù)采用0.3。

在使用Massflow軟件進(jìn)行滑坡模擬前，需要獲取地形數(shù)據(jù)、物源數(shù)據(jù)和邊界條件，進(jìn)行物源滑動(dòng)面的構(gòu)建。對(duì)于當(dāng)前正在發(fā)生緩慢變形的滑坡，可以通過(guò)模擬來(lái)預(yù)測(cè)滑坡發(fā)生后的影響，具體操作步驟如下。

首先，通過(guò)ArcGIS軟件對(duì)災(zāi)害發(fā)生前的航拍圖進(jìn)行處理，得到滑動(dòng)前的地形數(shù)據(jù)z1；其次根據(jù)無(wú)人機(jī)航拍和鉆探確定滑面位置，利用ArcGIS處理后，獲得DEM格式的滑后地形數(shù)據(jù)z2，通過(guò)計(jì)算滑前和滑后地形數(shù)據(jù)之差，可以獲取啟動(dòng)物源的深度分布數(shù)據(jù)（h=z1-z2）。

然后，將滑前地形數(shù)據(jù)與物源深度相減，就可以計(jì)算出整個(gè)滑動(dòng)面的地形數(shù)據(jù)（z=z1-h），利用ArcGIS中的轉(zhuǎn)換工具將地形數(shù)據(jù)z與物源厚度h轉(zhuǎn)換成ASCII格式。

最后，將h與z導(dǎo)入Massflow軟件模型中完成建模計(jì)算。

再將模擬結(jié)果導(dǎo)入ArcGIS軟件中進(jìn)行成果可視化分析。該數(shù)值計(jì)算過(guò)程有效地結(jié)合了地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和數(shù)值模擬軟件，具有精確性和直觀性。滑坡數(shù)值模擬計(jì)算模型采用5 m的正方形網(wǎng)格（圖1）。

3 滑坡模擬結(jié)果分析及危險(xiǎn)性分區(qū)

通過(guò)數(shù)值計(jì)算對(duì)達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡在其最不利情況下進(jìn)行模擬，得到了數(shù)值模擬結(jié)果，分別為T(mén)=5 s，10 s，15 s，20 s時(shí)的滑坡體模擬堆積情況和運(yùn)動(dòng)速度，如圖2、圖3所示。根據(jù)模擬結(jié)果顯示，滑坡體土層較厚，坡度較陡，整體呈圈椅狀，滑坡失穩(wěn)時(shí)，從后緣開(kāi)始發(fā)生較大變形破壞，逐漸向前緣推移，直至整體破壞。當(dāng)滑坡發(fā)生T=5 s時(shí)，后緣斜坡物源迅速向下滑動(dòng)至居民集中居住區(qū)域，最大速度為17.0 m/s，累計(jì)滑動(dòng)距離約為13 m，計(jì)算平均速度約為2.6 m/s，滑坡前緣少量物質(zhì)以較大的速度向下部溝道滑動(dòng)；T=10 s時(shí)，由于滑坡土層厚度較大，部分物質(zhì)在滑坡中部即停止滑動(dòng)、開(kāi)始堆積，部分物質(zhì)達(dá)到滑坡底部堆積處，底部堆積厚度約為6.70 m，2個(gè)堆積區(qū)速度明顯降低，后緣累計(jì)滑動(dòng)距離約為30 m，平均速度約為3 m/s，而滑體在滑坡前緣溝道中的最大速度達(dá)到了15.9 m/s；T=15 s時(shí)，圈椅狀內(nèi)滑坡各區(qū)域基本達(dá)到穩(wěn)定堆積狀態(tài)，最大堆積區(qū)位于滑坡底部，堆積厚度約為6.74 m，滑坡前緣少量物質(zhì)仍然保持較大速度在溝道中運(yùn)動(dòng)；T=20 s時(shí)，滑坡整體停止運(yùn)動(dòng)，由于滑坡方量較大，滑坡在斜坡坡體以及溝道中都有較厚堆積，堆積區(qū)厚度約為6.02 m。

基于MassFlow數(shù)值模擬下的滑坡運(yùn)動(dòng)特征分析，結(jié)合野外調(diào)查驗(yàn)證，以滑體的沖擊力為標(biāo)準(zhǔn)，將滑坡危險(xiǎn)性分為極高、高、中、低4級(jí)，得到達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃圖（圖4）。

4 英巴格村滑坡易損性評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)滑坡分布范圍內(nèi)承災(zāi)體分布情況，在Arcgis中建立的達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡承災(zāi)體屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡發(fā)育于斜坡中部，滑坡威脅范圍內(nèi)共有村民1戶6人，0～18歲范圍內(nèi)2人，19～60歲范圍內(nèi)4人；區(qū)域內(nèi)房屋共3棟，均為磚混結(jié)構(gòu)，其中1棟用途為住宅，其余2棟為羊圈；滑坡區(qū)域還包括1條公路，威脅公路約73 m，公路等級(jí)為鄉(xiāng)道。達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡易損性評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。

結(jié)合Arcgis空間分析功能，對(duì)前文所求得的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖和易損性評(píng)價(jià)圖進(jìn)行空間疊加分析，得到達(dá)木斯鄉(xiāng)英巴格村滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)圖。根據(jù)單體地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合工作區(qū)實(shí)際情況，對(duì)各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)危險(xiǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，將其劃分為極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其中極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)表示該地區(qū)人口財(cái)產(chǎn)分布集中，各種土地極容易遭受?chē)?yán)重?fù)p失，嚴(yán)重威脅居民的生命安全，基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)受到嚴(yán)重影響。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)表示該區(qū)內(nèi)各類(lèi)承災(zāi)體很容易遭受災(zāi)害，造成較嚴(yán)重的損失，威脅居民的生命安全。中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)表示各類(lèi)承災(zāi)體部分遭受損失，威脅到居民的日常生活，基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)受到一定程度的影響。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)表示該區(qū)內(nèi)幾乎沒(méi)有居民活動(dòng)和建筑分布，基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)受到影響不大（圖6）。

在20年一遇風(fēng)險(xiǎn)概率下，英巴格村滑坡低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人以及威脅公路約73 m，公路等級(jí)為鄉(xiāng)道。在50年一遇風(fēng)險(xiǎn)概率下，英巴格村滑坡低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)威脅公路約73 m，公路等級(jí)為鄉(xiāng)道；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人。在100年一遇風(fēng)險(xiǎn)概率下，英巴格村滑坡低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)無(wú)威脅承災(zāi)體；中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有2棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途均為羊圈；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)威脅公路約73 m，公路等級(jí)為鄉(xiāng)道；極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)有1棟磚混結(jié)構(gòu)房屋，用途為住宅，威脅村民6人。

5 結(jié)論

本文通過(guò)Massflow對(duì)英巴格村滑坡運(yùn)動(dòng)全過(guò)程進(jìn)行模擬，結(jié)合Arcgis軟件對(duì)滑坡風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，結(jié)論如下。

1）通過(guò)Massflow 軟件平臺(tái)完成了英巴格村滑坡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的預(yù)測(cè)模擬，結(jié)果表明，滑坡整體滑動(dòng)持續(xù)時(shí)間約20 s，最大滑動(dòng)速度約17.03 m/s，最大堆積厚度約6.74 m，后緣累計(jì)滑動(dòng)距離約為30 m。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果對(duì)滑坡分布范圍內(nèi)承災(zāi)體類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，再疊加危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖得到英巴格村滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果。為后續(xù)滑坡災(zāi)害防治提供理論分析指導(dǎo)。同時(shí)建議編制相應(yīng)應(yīng)急救援行動(dòng)方案，保障受災(zāi)群眾的人身安全，減少因?yàn)?zāi)傷亡人數(shù)。

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第一作者簡(jiǎn)介：向蘭蘭（1998-），女，碩士研究生。研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防治。