泥石流危险性评价

泥石流危险性评价（通用8篇）

泥石流危险性评价 篇1

泥石流在西南地区是很常见的地质灾害现象。尤其是在四川的很多山区，由于汶川地震过后，产生了许多新的危岩体和滑坡体，即提供了大量能够移动形成泥石流的固体物源。由于泥石流的突发性和巨大破坏的特性，使得我们对泥石流的预报，以及对潜在泥石流点危险性的评价就显得格外重要。

1. 工程概况

四川隆达沟泥石流位于四川德格县汪布顶乡，地处西藏高原东南缘地段，为强烈侵蚀的高中山峡谷地貌。“V”字形沟谷异常发育，切割强烈，河谷谷底狭窄，流域面积为9.48km2，最高点高程为4120m，最低点高程为3067m，高差为1053m，主沟长度4.97km，沟床平均坡降为21.2%。该泥石流物源主要来自3200～3550m之间冲沟两侧斜坡地段的崩滑体堆积物，物质成分以碎石土为主。物源区距堆积区约610m，泥石流类型为粘性泥石流，根据以往经验推算本次泥石流体积大约为4×104m3，主要威胁对象为林且村18户约200人的生命财产安全，以及附近400亩耕地。

2. 泥石流发育特征

从沟谷形态上看，该县具有形成泥石流的条件，根据该流域的地形地貌特征，松散堆积物分布，可将该泥石流分为清水区、物源区、流通区、堆积区四个功能区。

2.1 清水区

清水区位于高程3550m～4120m段，沟长约1449m，平均坡降约39.5%，呈“V”形沟，两岸坡度40°～60°。

2.2 物源区

本次发生泥石流物质来源主要是3200～3550m段主沟及支沟岸坡两侧崩滑体物质。该段沟长约1953m，平均坡降17.8%，呈“V”形沟，两岸坡度30°～50°。其松散固体物质储量主要由主沟崩滑体、支沟崩滑体、两岸斜坡坡积体、两岸斜坡冰水堆积体、沟床坡洪积体及泥石流堆积体六项组成，储量概算为367.7×104m3。近期可能参加泥石流活动的松散固体物质储量由主沟形成区两侧及支沟两侧的崩滑不稳定体储量、可能被侧蚀和底蚀的物质储量、在暴雨作用下(水土流失)坡面流水冲蚀形成物构成，总计为57.7×104m3。

综上：该地固体物源共计约367.7×104m3，能够移动形成泥石流物质存量共计约57.7×104m3。

2.3 流通区

流通区分布高程为3140m～3200m，全长约613m。沟床纵坡降相对较小，平均坡降约9.5%，此段沟谷相对宽缓，呈“U”形沟，沟床较顺直。在距沟口约1500m修筑有拦挡坝，该拦挡坝长约32m，呈梯形，上宽2.5m，下宽16.5m，高6m，迎水侧坡比为1∶1，背水侧坡比为1∶1.5。该区总体地貌特点是地形坡度较缓，中部坡度10°左右，两侧坡度30°～50°之间，坡体表面第四系堆积物主要为冰水堆积物、坡洪积物以及冲沟泥石流堆积物，沟床宽约3m～10m，堆满块碎石和漂卵砾石。

2.4 堆积区

泥石流堆积区位于汪布顶乡林且村与金沙江河床之间，高3140～3067m，全长约950m。沟床纵坡降相对较小，平均坡降约7.8%，地形相对开阔，地形坡度10°～15°，沟口堆积物主要以老洪积扇为主，堆积体呈扇形，前缘宽约1100m，纵向长约800m，厚度3～5m，最大厚度达约8m，体积约220×104m3，堆积体前缘的金沙江侵蚀下切约8m左右，陡坎处可见金沙江冲洪积卵石层下伏于泥石流堆积物之下。本次泥石流堆积物厚度0.8～3.0m，推测本次泥石流体积约4×104m3。

3. 泥石流危险性评价

我们通过危险度对泥石流危险性评价进行量化，危险度是对泥石流发生规模、发生频率、以及可能所产生的后果等指标的综合评价。本文对危险度的计算采用《泥石流危险性评价》中所推荐的公式计算，即：

其中：

M——评价单元评分值;

Pi——i评价因子权值;

iα——i评价因子评分值

首先，将泥石流危险度分为四级，极度危险、高度危险、中度危险、轻度危险。其中具体划分见表1。

本次评价选取了流域最大相对高差(Ⅰ)、泥石流发生频率(Ⅱ)、泥石流可能发生规模(Ⅲ)、流域面积(Ⅳ)、主沟长度(Ⅴ)、主沟平均比降(Ⅵ)、影响区人口密度(Ⅶ)、24h最大降雨量(Ⅷ)、泥沙补给段长度比(Ⅸ)九个评价因字数。结合本工程，九个因子具体取值见表2。

同时将各个因子按照危险性的大小，分为四个等级，分别赋值为4、3、2、1，结合表2隆达沟泥石流工程各因子取值，具体见下表：

由于各因子对泥石流危险性的影响不同，我们引进权重一概念，此时权值p i的确定就显得格外重要，我们采用权的最小平方法来确定权值p i。经过计算各因子权值pi的大小如表4:

最后由公式可得

M=0.07×1+0.22×3+0.16×3+0.10×3+0.05×1+0.03×4+0.13×3+0.08×2=2.23

根据泥石流危险度分级 (表1) , 当M=2.23时, 该泥石流属于高度危险。

4. 结论

本文首先在四川隆达沟泥石流进行调查的基础之上，对其发育特征进行分析，进而从中选出了对该泥石流影响较大的九个因子。通过计算再赋予这九个因子不同的权值，最后通过公式(1)计算出该泥石流点的M=2.23，得出该泥石流属于高度危险。

泥石流危险性评价 篇2

模糊综合评判法在定日县泥石流危险性评价中的应用

根据定日县泥石流实际调查情况为基础,选取10项评价因子,运用灰色关联法计算出各因子间的关联度,并运用模糊综合评判法进行泥石流危险性评价,结果表明该方法能够如实的反应泥石流危险状况.

作 者：作者单位：刊 名：中国水运(下半月)英文刊名：CHINA WATER TRANSPORT年，卷(期)：20099(11)分类号：P642关键词：灰色关联 危险性评价 隶属度 模糊综合评判

泥石流危险性评价 篇3

泥石流是山区常见自然灾害之一, 因其暴发突然、来势凶猛, 常常对城镇建设、道路交通、矿山开采以及人民的生命财产安全造成严重破坏。危险性评价不仅能反映泥石流活跃程度, 还可以反映泥石流的可能破坏能力, 是灾情评估、预测和防灾救灾的基础[1]。国内外学者对泥石流危险性评价非常重视, 1977年日本学者足立胜治等率先开始了泥石流发生危险度的判定研究, 我国最早相关研究见于1986年谭炳炎的泥石流严重程度的综合评判[2]。近年来, GIS技术飞速发展, 已成为危险性评价的有力手段, 评价人员可通过GIS技术处理海量数据, 进行空间分析, 大大减少了工作量, 提高了工作效率, 并且具有一定的精度保证。

由于人类活动对生态环境的破坏, 使得原本很少发生泥石流的皖南部分地区正逐渐变为泥石流易发区, 数次启动应急预案。我国泥石流方面研究多集中于西部和西南部等地区, 而泥石流危险性存在区域差异, 因此符合皖南地区实际情况的泥石流危险性评价研究具有重要意义。

1研究区域概况

研究区域位于安徽省南部, 包括池州市、宣城市、黄山市、安庆市和铜陵市, 与浙江、江西和湖北3省相邻, 约在北纬29°24' ~ 31°19', 东经115°46' ~ 119°40'之间。区域中有3条明显的西南至东北走向的山系, 即池州九华山山系、黄山山系和皖浙边界的天目山山系, 最高海拔达1 803 m, 相对高差大部分位于200 ~800 m范围内。地层岩性年代久远, 南部、西北部广泛分布元古界—太古界岩层, 约占研究区域面积的28. 31%。皖南地区属亚热带湿润季风气候, 雨量充沛, 年降雨量1 100 ~ 2 500 mm, 有60% 集中于5 ~ 8月, 具有泥石流形成的基础。

2研究方法

泥石流危险性评价的研究方法分为直接指标法和间接指标法[3]。皖南地区泥石流记录较少, 不具备通过泥石流沟密度、频率和规模等关于泥石流发育和活动状况的直接指标进行评价的条件。间接指标法所要求的地形、地质和降水等基础数据便于收 集, 可通过对数据的处理, 分析泥石流孕灾条件, 进而评价危险性。本文选用间接指标法结合层次分析法, 在GIS技术支持下进行研究, 具体流程如图1所示。

3泥石流危险性评价指标

3. 1指标选取

研究认为, 泥石流的形成需要同时满足3个条件: 丰富的松散固体物、陡峭的地形和充足的水源[4], 它们分别为泥石流的发生提供了物源条件、动力条件以及触发因素。在结合皖南地区实际情况和借鉴现有研究成果[5,6]的基础上, 从地质、地形地貌、植被、人类活动和触发因子共5个方面选取10个指标, 多角度评价泥石流危险性。评价指标层次结构如图2所示。

3. 1. 1地质类

地层岩性: 表示泥石流的组成及下垫面的风化程度[5], 风化越彻底, 能够为泥石流提供的松散堆积物就越多。一般情况下, 古老地层处泥石流较发育。研究区内新生界、中生界—古生界以及元古界—太古界面积分别占总面积的24. 04%、43. 22% 和28. 31%, 其余为水系。

距断裂带距离: 断裂带分布反映了地表岩体破碎程度, 断裂活动从岩体风化、地表水结构改变等角度促进了泥石流的发生。统计资料表明, 距断裂带的距离越小, 泥石流发育程度越高。

3. 1. 2地形地貌类

坡度: 反映了地表单元陡缓的程度。坡度过小, 缺少泥石流发生所需动力条件; 坡度过大, 不利于松散堆积物的积累。20° ~40°的坡度范围泥石流敏感性最大。

坡向: 即坡面法线在水平面上的投影方向。阳坡和阴坡相比, 太阳辐射强, 冰雪消融快, 土壤水分含量低, 岩体风化速度快、程度高, 泥石流较发育。

相对高度: 采用4 km×4 km范围内最高点与最低点高程差, 反映了势能大小, 相对高度越大, 形成泥石流的动力条件越充足。

主沟分布: 反映了泥石流流通路径, 一定颗粒大小的固体物质悬浮在水中, 形成能量大、流速快的重力流, 为泥石流的形成提供水源动力。离主沟越近, 越容易形成泥石流。

3. 1. 3植被类

植被覆盖率: 植被对泥石流的形成有很好的抑制作用, 可以减少地表径流并控制土壤侵蚀程度, 避免沟道内出现洪水暴涨现象, 从物源条件和水源动力两方面同时降低泥石流发生概率。研究区内植被覆盖良好, 绝大多数地区高于60%。

3. 1. 4人类活动类

土壤状况: 包括土壤类型和土层厚度等, 可以反映泥石流的组成。随着山区人类活动的增多, 土壤状况发生变化。

距道路距离: 在山区修建道路过程中涉及开挖边坡、爆破等现象, 造成岩体破坏并产生大量松散固体物质。研究表明, 距道路1 km范围内的地区敏感性达到最大值[7], 在遇到暴雨的情况下极易形成泥石流。

3. 1. 5触发因子

24 h最大降雨量: 从泥石流形成原因来看, 皖南地区泥石流多为降雨型泥石流, 短时间内的大量降雨是泥石流最终形成的触发因子。受降雨影响, 泥石流的形成也具有一定的周期性和季节性。

3. 2指标规范化处理

为了计算泥石流危险度, 需要对10个指标分别进行规范化处理, 最终使所有指标对泥石流形成的贡献程度均在0 ~1之间。作用指数越大, 代表泥石流越容易发生。

3. 2. 1定量指标规范化

研究中, 距断裂带距离、坡度、相对高度、主沟分布、植被覆盖率、距道路距离和24 h最大降雨量属定量指标。处理前, 各指标单位、取值范围均不相同, 有的是绝对数指标, 有的是相对数指标。规范化处理或无量纲处理过程的变换函数包括: 直线型、折线型和曲线型等[8]。本文根据各指标的不同特点及专家意见综合使用3种方法, 确定各指标分级情况及其作用指数, 如表1所示。

3. 2. 2定性指标规范化

地层岩性、坡向和土壤状况属于定性指标, 不能直接参与危险度计算, 因此需要将其转化为“有序尺度的变量”[8]。地层岩性中, 新生界、中生界—古生界、元古界—太古界和水系作用指数依次为0. 2、0. 7、1和0。坡向中, 西南 / 南、东南 / 东、西北 / 西和东北/北作用指数依次为1、0. 4、0. 3和0. 1。对土壤状况进行转换时, 根据土属获得土壤类型和土壤颗粒大小等知识, 并根据其对泥石流形成的贡献程度赋予作用指数, 如表2所示。

3. 3指标权重确定

层次分析法 ( Analytic Hierarchy Process, AHP) 在20世纪70年代由美国运筹学家T. L. Satty提出, 是一种定性与定量相结合的决策分析方法[9], 具有很高的逻辑性、系统性、简洁性和实用性[10]。层次分析法通过将复杂问题分解为梯阶层次结构、构造两两比较的判断矩阵、计算指标权重及一致性检验3个步骤求解问题。

3. 3. 1建立梯阶层次结构

皖南地区泥石流危险性评价研究中, 评价指标分为2个层次: 第1层包括地质、地形地貌、植被、人类活动和触发因子5类, 第2层进一步细化为10个。

3. 3. 2构造判断矩阵

判断矩阵通过综合多位专家意见获得, A为第1层次判断矩阵, B1、B2和B4为第2层次判断矩阵, 分别对应地质类、地形地貌类和人类活动类。植被类和触发因子第2层均为单因子, 故不再构造判断矩阵。判断矩阵中各单因子排列顺序与图2一致。

3. 3. 3权重计算及一致性检验

采用和积法计算指标权重。为保证判断矩阵排序的可信度和准确性, 需进行一致性检验[9]。以判断矩阵A为例, 具体计算步骤如下:

①按列规范化后, 按行相加得W = ( 1. 17, 1. 5, 0. 5, 0. 83, 1) T;

②所得W归一化处理结果 ( 0. 23, 0. 3, 0. 1, 0. 17, 0. 2) T分别对应一级因子地质、地形地貌、植被、人类活动和触发因子权重;

③设λ max 为判断矩阵A的最大特征根, 由AW = λ max W可知, λ max = 5. 005 7;

④一致性指标CI = (- n) / (n - 1) = 0. 001 4 , 随机一致性比率CR = (CI) / (RI) = 0. 001 3 < 0. 1 ( n为判断矩阵阶数, 当n = 5时, 由随机一致性指标RI取值表可知RI =1. 12 ) 。因此判断矩阵构造合理。

同理可得, 地层岩性、距断裂带距离相对于地质的权重为 ( 0. 67, 0. 33) ; 坡度、坡向、相对高度和主沟分布相对于地形地貌的权重为 ( 0. 35, 0. 11, 0. 19, 0. 35) ; 土壤状况、距道路距离相对于人类活动的权重为 ( 0. 67, 0. 33) 。

将2层权重综合后, 得地层岩性、距断裂带距离、坡度、坡向、相对高度、主沟分布、植被覆盖率、土壤状况、距道路距离和24 h最大降雨量在泥石流危险性评价 中权重依 次为: 0. 153, 0. 077, 0. 105, 0. 033, 0. 057, 0. 105, 0. 1, 0. 113, 0. 057, 0. 2。

4GIS 支持下的数据处理与分析

研究中使用的基础数据包括: 安徽省土壤图、安徽省道路交通图、安徽省地质图、皖南地区DEM影像、安徽省TM遥感影像和皖南地区各测站降雨量信息。

在ArcMap中进行投影变换, 将各基础数据坐标系统一为WGS 1984 UTM Zone 50N; 根据研究需要, 矢量化地层岩性、断裂带、道路和测站点降雨量等信息; 通过裁剪或按掩膜提取的方式, 将各数据的范围限定在皖南5市, 完成数据预处理。

借助ArcToolBox中提供的分析工具, 对预处理后数据进一步操作如下:

①DEM影像: 数字地形模型分析提取坡度、坡向, 邻域分析提取相对高度, 水文分析提取沟谷;

②测站点降雨量信息: 通过反距离权重法插值求得整个研究区域内24 h最大降雨量;

③TM影像: 通过第3波段、第4波段信息计算NDVI值, 并求取植被覆盖率;

④分别计算整个研究区域各栅格到断裂带、沟谷、道路的欧氏距离;

⑤根据3. 2节指标规范化处理对所有因子处理结果重分类, 得到赋予作用指数的10张栅格图像, 栅格大小均为90* 90。

根据式 ( 1) 对10张栅格图像叠加分析, 计算研究区域泥石流危险度。

WXD = 地层岩性×0. 153 + 距断裂带距离×0. 077 + 坡度×0. 105 + 坡向×0. 033 + 相对高度×0. 057 + 主沟分布×0. 105 + 植被覆盖率×0. 1 + 土壤状况×0. 113 + 距道路距离×0. 057 +24 h最大降雨量×0. 2。 ( 1)

5泥石流危险性分级

研究区域泥石流危险度分布范围如图3所示, 最小值0. 082 5, 最大值0. 758 6, 其中0. 251 5、0. 420 6和0. 589 6为4等分点。研究区域主要分布于第2级、第3级, 而在0. 589 6 ~0. 758 6区间内分布很少, 证明了皖南地区泥石流危险性主要处于中低等级, 个别区域位于高危险区。为了更明显地区分不同研究单元危险性差异, 选择自然间断点分级法, 将0. 280 6、0. 386 2、0. 483 9选为分级点, 使每一级内部单元数相同, 并结合特殊点对分级点微调, 确定最终分级方案, 制成专题图如图4所示。

2008年泥石流预警图如图5所示。将分级结果与图5对比可以看出, 该评价体系符合皖南地区特点, 具有一定的精度保证。

6结束语

评价结果表明, 研究区域东南部和西北部泥石流危险性较高, 特别是宣城市、黄山市部分地区危险性达到最高, 是重点防灾区域。本文通过间接指标法结合GIS技术对皖南地区泥石流危险性进行评价, 评价结果具有较强的科学性和客观性, 并为皖南地区泥石流的预警及防治提供了重要依据。建议在泥石流危险性高的地点建立监测站, 获取泥石流沟等更多实测数据, 为进一步提高评价精度奠定基础。

摘要：在详细分析泥石流形成条件的基础上, 从地质、地形地貌、植被、人类活动和触发因子等5个方面选出10个评价指标, 进行指标规范化处理, 并运用层次分析法确定各指标权重, 建立了符合皖南地区特点的泥石流危险性评价体系。在地理信息系统 (Geographic Information System, GIS) 强大的空间分析与数据处理功能支持下, 输出皖南地区泥石流危险性分级图。通过与泥石流预警图对比, 评价结果与实际情况具有较好的一致性, 证明了该评价体系的正确性。

关键词：泥石流,危险性评价,GIS,层次分析法,皖南地区

参考文献

[1]侯兰功, 崔鹏.单沟泥石流灾害危险性评价研究[J].水土保持研究, 2004, 11 (2) :125-128.

[2]张洪, 况明生.基于GIS的云南省海子沟流域泥石流危险性评价[J].西南师范大学学报 (自然科学版) , 2006, 31 (6) :139-142.

[3]韦方强, 崔鹏, 钟敦伦.泥石流预报分类及其研究现状和发展方向[J].自然灾害学报, 2004, 13 (5) :10-15.

[4]谭万沛, 王成华, 姚令侃, 等.暴雨泥石流滑坡的区域预测与预报[M].成都:四川科学技术出版社, 1994.

[5]王霖琳.GIS支持下的泰山地区泥石流危险性评价研究[D].山东:山东农业大学硕士学位论文, 2004:1-45.

[6]赵忠海, 朱红军.基于GIS的北京山区泥石流影响因素及发生概率评价[J].资源环境与工程, 2010, 24 (4) :412-415.

[7]TERLIEN M T J, VAN WESTEN C J, VAN ASCH T W J.Deterministic Modeling in GIS-based Landslide Hazard Assessment[C]∥Geographic Information Systems in Assessing Natural Hazards. (A.Carraa and F.Guzzetti, editors) , Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1995:57-58.

[8]谷秀芝.公路泥石流危险性评价方法与系统[D].重庆:重庆交通大学硕士学位论文, 2010:30-33.

[9]王学良, 李建一.基于层次分析法的泥石流危险性评价体系研究[J].中国矿业, 2011, 20 (10) :113-117.

泥石流危险性评价 篇4

泥石流是一种暴发突然, 危害十分严重的地质灾害. 它的.发生有自然的因素, 也有人为因素.近年来, 泥石流的发生与人类活动密切相关, 特别是人们对山区的开发, 对自然资源的开采诱发的人为泥石流. 以太原西山矿区虎峪沟特大泥石流为例, 应用模糊综合评判法对研究区的泥石流沟进行了危险性评判, 模糊综合评判结果与专家系统分析结果、现场调查情况基本一致, 可见用这种方法对泥石流危险度评判是可行的.

作 者：毛新虎 周永昌 张国文 MAO Xin-hu ZHOU Yong-chang ZHANG Guo-wen 作者单位：毛新虎,MAO Xin-hu(山西省交通科学研究院,太原,030006)

周永昌,张国文,ZHOU Yong-chang,ZHANG Guo-wen(山西省第三地质工程勘察院,山西晋中,030620)

泥石流危险性评价 篇5

1997年5月某日凌晨2时起, 清远市连降特大暴雨, 降雨量达970mm, 大暴雨造成特大山洪, 山洪挟带大量泥砂、块石和巨砾等固体物质, 流动汇聚于寺庙后山沟暴发泥石流。到10时左右随着轰隆一声巨响, 一股巨大的泥石流倾泻而下, 短短10分钟内, 寺庙内大部分庙宇群和寺门等相继被摧毁, 千件珍贵文物被冲走, 同时造成多名僧尼、职工、临工丧生和失踪, 经济损严重。

2 泥石流地质灾害预测评估

2.1 泥石流的分布及形成条件

预测在寺庙北面东、西两侧沟谷潜在发生泥石流的可能性, 西侧沟谷出口位于位于该寺庙, 东侧沟谷出口在六家村。这两条沟谷均具有陡峻的山体与便于集水、集物的地形, 有较丰富的松散物质, 短时间内有大量水的来源, 存在发生泥石流地质灾害的条件。其形成条件和影响因素描述如下。

2.1.1 地形与地貌

地貌为低山丘陵区, 山高坡陡, 地形切割强烈, 沟谷三面环山, 向南一面开口, 形成山间沟槽地形。沟上游呈漏斗状, 且地势较为陡峭, 坡角约40°~45°;中游切割强烈, 沟深而窄;下游面临北江, 相对较为开阔。沟谷上、下游相对高差大, 约为3 0 0 m~400m。沟底平均纵坡降西沟41%, 东沟38%, 部分段沟底坡降较缓, 但其中存在有陡坎和跌水, 在横向上多为“V”型谷, 为泥石流形成提供了有利地形。

2.1.2 固体物源

构成山体岩性为桂头群的石英砂岩、粉砂岩、局部与页岩互层, 软硬相间。浅部岩石易风化, 风化后形成坡残积物, 厚度一般0.5m~1.5m, 含10%~20%块石、碎石, 大小多为2m~20cm, 是泥石流固体物质的基础条件;局部岩石裂隙十分发育, 岩体风化破碎, 遇水软化后抗剪强度降低, 易失稳崩塌, 也为泥石流的形成提供固体物源;区内局部水土流失、坡面剥蚀强烈, 形成面状分布的松散碎屑堆积物, 其结构疏松, 对形成泥石流创造一定的条件。此外, 沟谷内分布有大量松散堆积物, 包括崩积物、洪积物和过去形成的部分泥石流堆积, 由砂粒、砾石、碎块石等大小不同的粒径混杂而成, 大小以10cm~50cm为主, 占60%, 大者达1.2m, 为泥石流的形成提供丰富的物质来源。

为了对评估区坡残积物、崩积物、洪积物等松散物贮量作一基本估算, 采用体积公式V=FM计算。

式中:V为松散物体积 (m3) ;

F为松散物分布面积 (m2) ;

M为松散物分布厚度平均值 (m) 。

根据野外调查、槽探揭露和钻孔资料统计计算结果:F=39万m2, M=0.80m, 代入上式计算得松散物质总量为31.2万m3。

2.1.3 水源条件

清远市区及其周围地带是广东省的四大暴雨中心之一, 多年平均降雨量为2240mm, 最大年降雨量达3100mm。寺庙位于峡山顶的南坡, 具有降雨集中且多暴雨和特别大暴雨的特点, 如1997年5月8日凌晨至中午10时, 其降雨量高达970mm以上, 这对激发泥石流的形成提供了水力条件。

为了对沟谷在一次降雨过程中的汇水量及沟谷口排水量作一基本估算, 采用下列步骤和公式进行计算。

(1) 用大气降雨渗入计算地下径流量。

式中:R地下为地下径流量 (mm) 。

α为大气降雨渗入系数, 参照1∶20万从化幅有关参数, 经比拟取0.1。

A为一次最大降雨量 (mm) :采用清远市区飞来峡多年一次最大降雨量资料, 取970mm。

将各参数代入上式, 求得R地下=97mm。

(2) 计算地面径流量。

式中:R地面为地面径流量 (mm) ;

R总为总径流量 (mm) , 取一次最大降雨量970mm。

求得R地面=873mm

(3) 计算沟谷排水量。

Q=103F·R地面

式中:Q为沟谷汇水量 (m3) ;

F为汇水面积 (km2) 。用计算机在1∶2500地形图上计算所得, 西沟汇水面积为0.27km2;东沟汇水面积为0.12km2。

求得在一次最大降雨过程中, 西沟谷汇水量为23.57万m3, 东沟谷汇水量为10.47万m3。根据清远市区气象资料, 取一次最大降雨量时间为8h, 计算得流经寺庙沟谷口 (西沟谷) 的最大排水量约为8.2m3/s;流经六家村沟谷口 (东沟谷口) 的最大排水量约为3.6m3/s。

2.2 泥石流流量的初步估算

为了评估泥石流危险性大小以及给防治工程措施提供依据, 对泥石流流量进行估算。

从上述计算可知, 沟谷汇水区内有松散物质总量为31.2万m3。按面积比例, 其中西沟汇水区有21.6万m3, 东沟汇水区有9.6万m3。区内植被发育 (覆盖率达90%) , 水土保持状态良好。预计约有10%的松散物质可转化为泥石流固体物源, 即潜在形成泥石流中固体物质量约为3.12万m3, 其中西沟有2.16万m3, 东沟有0.96万m3。按照我省粘性泥石流经验参数, 泥石流中固体物质量与水含量之比例为0.6∶0.4, 由此可求得西沟谷可能形成的泥石流量为3.6万m3, 其中水含量有1.44万m3;东沟谷可能形成的泥石流量为1.6万m3, 其中水含量有0.64万m3。

根据以往该寺庙由暴雨激发形成泥石流作用的时间约为10分钟考虑, 可求得该寺庙重建工程场地主沟谷 (西沟谷) 泥石流流量约为60m3/s, 严重程度属中等;东沟谷泥石流流量约为26.7m3/s, 严重程度属轻微。

2.3 潜在泥石流危险性评估

评估区泥石流活动周期为几百年一遇, 周期较长, 属活动弱-中等的灾害。预测主沟谷 (西沟谷) 泥石流量达3.6万m3, 其流量达60m3/s, 规模中型, 属中等发育程度;六家村沟谷 (东沟谷) 泥石流量达1.6万m3, 其流量达26.7m3/s, 规模小型, 属弱发育程度。在沟谷的上游区 (泥石流形成区) 、中游区 (泥石流流通区) 和下游区 (泥石流堆积区) , 泥石流的破坏程度 (危害性) 不同, 往下游区呈递增趋势, 其危险程度加大。预测主沟谷上游区泥石流危害小, 潜在危险性小;中游区泥石流危害中等, 潜在危险性中等;下游区泥石流危害大, 潜在危险性大。预测六家村沟谷上游区与中游区泥石流危害小, 潜在危险性小;下游区泥石流危害中等, 潜在危险性中等。

摘要：清远某寺始建于梁武帝普通元年 (公元520年) , 历史悠久, 享誉海内外, 属广东省重点文物保护单位。但在1997年5月某日的一场泥石流冲击下, 大部分庙宇群被冲毁, 损失惨重。本文以该寺泥石流地质灾害为例, 根据广东省现行的地质灾害危险性评估细则[1], 搜集我院在清远水利枢纽工程[2]地质灾害调查的相关资料, 对泥石流地质灾害进行预测评估探讨。

关键词：泥石流,地质灾害,危险性,预测评估

参考文献

[1]广东省地质灾害危险性评估实施细则 (试行) (粤国土资发[2004]237号) [S].2004, 10.

泥石流危险性评价 篇6

泥石流危险性的评价一直是地质灾害预测的重要研究课题之一, 传统上通常采用统计分析方法。由于统计分析方法是从积累的经验或大量历史记录中寻找泥石流的发生规律[1], 不可避免地存在评价主观性、工作量大、时间长等问题, 而且泥石流在流动和终止的过程中, 来势迅猛且历时较短, 造成了其数据的采集困难, 可以使用的样本数目有限, 是一种小样本问题。

近年来, 随着计算机与人工智能计算的发展, 智能算法的相关理论被引入到对泥石流进行危险性评价预测, 取得了一定的应用效果。支持向量机 (Support Vector Machine—SVM) 是一种机器学习算法, 可以有效地解决小样本、非线性及高维模式识别问题。

2、支持向量机

2.1 支持向量机的基本理论

支持向量机的主要特征是引入了结构风险最小化代替了经验风险最小化, 核心思想是把数据非线性映射到高维核空间, 在核空间构造具有低VC维的最优分类超平面。下面使用标准的二分类模型来说明问题。

其中是允许错误分类的松弛变量, 是惩罚因子。一般不直接求解上式, 而是求解由原始问题根据拉格朗日乘子法得到的对偶问题:

求解上述规划问题, 存在唯一解, 得到最优分类函数:

若, 样本就称为支持向量[2]。

核函数是支持向量机研究和应用的关键, 直接决定最终的效率和性能, 本文使用的核函数是径向基核函数:

核参数为非零常数。支持向量机最初只用于二分类问题[3], 一般对于多类分类, 支持向量机实现的方法有:一对余、一对一、有向无环图、纠错输出编码等。本文使用的方法是一对一方法。

3、泥石流危险性模型的建立

3.1 模型的建立步骤

本文建立了基于支持向量机的泥石流危险性预测模型。具体步骤如下:

(1) 确定泥石流危险性的评价属性

(2) 确定泥石流危险性的等级

(3) 确定训练样本和预测样本

(4) 对样本进行预处理

(5) 确定支持向量机所选用的训练算法、核函数、多类分类方法

(6) 确定支持向量机工具箱

(7) 根据所选的方法和参数对训练样本进行训练, 得到支持向量机模型

(8) 根据训练得到的支持向量机模型, 对预测样本进行预测

3.2 模型的具体建立过程

本文选取文献[4]中云南省30条泥石流沟的210个基础数据作为训练样本, 文献[5]中黄河积石峡水电站库区的10条泥石流沟的70个基础数据作为预测样本, 选取以下属性来进行评价泥石流的危险性[6]:

为了避免同一维参数中, 过大参数的权值作用掩盖掉较小参数的权值作用, 本文对训练样本和预测样本中的数据进行了归一化到[0, 1]的处理, 得到了表2中的训练数据和表3中的部分预测数据。

表2中的轻度危险、中度危险、高度危险和极度危险这四种危险程度, 作为支持向量机数据的标签。

本文使用了LIBSVM相关工具包[7]。针对二次规划问题 (1) , 使用了序列最小优化算法, 核函数选用径向基核, 并使用了网格搜索算法寻优参数值, 最终选取了。

4、实验及结果说明

根据上述模型进行建模训练, 建立了泥石流危险性模型;然后对黄河积石峡水电站库区的10条泥石流沟的危险性做出等级预测, 并和模糊数学方法的评价结果[8]作了横向对比。表3列出了归一化后的预测样本数据和预测结果对比。

从表3可以看出, 支持向量机的预测结果基本和模糊数学的预测结果一致, 一致性达到了80%, 仅有积西沟的预测结果比模糊数学的预测结果偏高, 上滩沟的预测结果比模糊数学的预测结果偏低。鉴于积西沟的泥石流最大冲出量偏高, 上滩沟的流域面积很小, 预测结果有一定的合理性。

5、结论

支持向量机方法是一种很好的小样本机器学习方法, 本文将其引入到泥石流危险性预测, 实验结果表明:和模糊数学方法对比, 支持向量机理论对泥石流危险性的评价, 可以得到较高的分类精度。

参考文献

[1]胡国胜, 钱玲, 张国红.支持向量机的多分类算法[J].系统工程与电子技术, 2006, 28 (1) :pp.127-132.

[2]C.Cortes and V.Vapnik.Support-Vector Network.MachineLearning[J].1995, (20) .pp.273-297.

[3]刘希林, 唐川.泥石流危险性评价[M].北京:科学出版社, 1995.15-26.

[4]胡亚东, 傅荣华, 夏克勤.黄河积石峡水电站库区泥石流危险度评价[J].灾害学, 2004, 19 (2) :36-41.

泥石流危险性评价 篇7

受“5·12”汶川地震影响,位于阿坝州松潘县施家堡乡新光村,涪江东岸的叠台沟泥石流沟发生多处崩塌、滑坡,为再次发生泥石流提供了大量新的物源。

叠台沟历史上曾发生过3次泥石流,分别为1953年,1976年和1982年,其中1976年为地震引起,规模较大;1953年与1982年为洪水引起,前者规模大。本文通过分析叠台沟泥石流的形成条件,并运用暴雨条件下降雨强度和渗透系数的比值法以及单沟泥石流危险性分析方法对其危险性进行评价,以期为今后的深入研究和防灾减灾实践提供基础。

1 叠台沟流域概况

叠台沟全沟长6.9 km,流域面积8.35 km2,主沟沟床平均纵比降223.6‰;沟口海拔1 580 m,流域最高点海拔3 123 m,相对高差为1 543 m。沟道形态呈V形,流域形态为漏斗状。该沟“5·12”地震前植被覆盖率高,但震后较大面积的植被遭到破坏,加上主沟沟床纵比降较大、两侧岸坡较陡(平均35°～60°),因此极有利于径流侵蚀作用,使得两侧坡面残坡积物失稳而崩滑。因此决定了在暴雨作用下该区域泥石流活动频繁。

2 形成条件分析

2.1 气象条件

松潘县主要受高空西风气流和印度洋西南季风影响,具有青藏高原季风气候特征。据松潘县气象台站统计,全县年降雨量主要集中在5月～10月,该6个月的降雨量总和达到654.2 mm,占全年降雨量(796.4 mm)的82.1%,其中研究区所处的施家堡乡又是整个松潘县降雨最多的地区,2007年和2008年,该乡比全县降雨最少的解放村分别多出283 mm和403 mm。降雨时间的集中和降雨量的偏大增强了径流侵蚀作用的动力,使其对泥石流物源稳定性的破坏作用大大增强。

2.2 地形及物源条件

叠台沟沟域由于地形陡峻,为崩塌、滑坡等不良地质现象的发育提供了有利条件。沟域内岩性主要是炭质千枚岩和少量灰岩,炭质千枚岩风化严重,形成厚约3 m～5 m的风化壳,在植被裸露区暴露,在强降雨作用下,该风化层极易滑动形成泥石流物源。全沟崩滑类物源为54.42×104 m3,动储量为11.6×104 m3;沟道堆积物源为81×104 m3,动储量为14.5×104 m3,物源合计135.42×104 m3,其中动储量26.1×104 m3,占总量的19.3%。物源以碎块石土为主,以小于20 mm区间的碎石最多,占总量的46.3%,主要分布在叠台沟的形成区(占全沟物源的82.6%)。形成区纵坡降大(255‰),全沟沟道常年有流水,因此沟道较光滑。综上所述,叠台沟的地形及物源条件有利于泥石流活动。

3 危险性分析

3.1 沟道两侧泥石流物源启动分析

叠台沟为一老泥石流沟,一般情况下沟道物质不会主动启动,只有在强降雨作用下,由沟道两侧斜坡物质首先启动,冲入主沟道,携卷沟道物源的启动。因此,沟道两侧物源的启动条件对泥石流的危险性起着主要作用。运用鲁宾(Rubin J,1966年)[1]、米恩(Mein G R)和拉森(Lerson C L,1973年)[2]的入渗过程理论对该泥石流物源启动过程进行分析:

在均匀降雨条件下,入渗过程的变化决定于降雨强度(Ri)和渗透系数(Ks)。根据Ri和Ks比值,可将入渗过程划分为两种情况:1)无积水入渗。这时Ri/Ks<1,即Ri<Ks,全部降水均渗入土壤;2)积水入渗。这时Ri/Ks>1,即Ri>Ks。在降水刚开始的时候,渗透速度最大,积水全部渗入土壤表层,但随着降水的持续,表层土壤达到饱和,地面产生积水并出现径流,渗透速度逐渐减小,随着降雨强度持续地超过土壤饱和导水率,渗透速度达到最小值。

由于当地降水量大,根据叠台沟泥石流勘察报告,暴雨雨强可以达到Ri=7.674×10-3 m/s,当地碎石土的渗透系数为Ks=3.25×10-3 m/s,则:

Ri/Ks=2.36>1。

因此雨水入渗方式为积水入渗,该方式通过两种途径破坏土体强度:一方面由于渗透速度小于降雨强度,积水将在土体表面产生一定厚度的水层并在重力的作用下使其沿土体表面流动,这样就会在土体一定厚度内产生超孔压导致该厚度内的液态化,使得其正有效应力和强度丧失,从而导致土体流动形成泥石流;另一方面入渗的积水将产生孔隙水压力,并使原来疏松的颗粒悬浮,两者最终导致土体强度降低,尤其是抗剪强度的降低,当抗剪强度小于剪应力时,沟道两侧堆积体发生崩滑现象。

3.2 泥石流危险度分析

为了对叠台沟泥石流整体危险性进行评估,这里采用《泥石流危险性评价》和《泥石流风险评价》中推荐的单沟泥石流危险性分析公式计算[3,4]对该沟泥石流的危险度做评价。该方法通过评价泥石流规模M、发生频率F两个主要因子和流域面积S1、主沟长度S2、流域相对高差S3、流域切割密度S4、不稳定沟床比例S55个次要环境因子,数据M通过设计频率下泥石流固体物质径流量计算方法获取,F为百年内的发生频率,S1,S2,S3和S4的值在1∶10 000的地形图上量算获取,S5通过现场勘察结合地形图获得。然后通过表1的转换函数取得这7项指标分别对应的转换值m,f,s1,s2,s3,s4,s5(见表2)。

再用公式:H=0.29m+0.29f+0.14s1+0.09s2+0.06s3+0.11s4+0.03s5对这7个因子进行加权求和,可得该沟泥石流危险度H值(见表3)。

危险度的分级标准见表4。

由此可见,叠台沟泥石流沟危险度为0.666,处于高度危险中,因此,对该泥石流沟的危险性应给予高度重视。

4 结语

叠台沟泥石流沟基本特点如下:

1)沟域纵比降较大,两侧岸坡较陡,植被破坏面积大,沟域内物源水源丰富,有利于泥石流活动;2)雨水对沟道两侧物源入渗方式为积水入渗,该入渗方式通过产生孔隙水压力破坏两侧物质的稳定性,促使其启动;3)该泥石流沟危险度为0.666,处于高度危险状态。

参考文献

[1]Rubin J.Theory of rainfall up take by soils Initially Duier thantheir field capacity and its applications[J].Water Resources,1966,2(4):17-22.

[2]Mein G R,Lerson C L.Modeling infiltration during a steady rain[J].Water Resources,1973,9(2):15-21.

[3]刘希林,唐川.泥石流危险性评价[M].北京:北京科学出版社,1995:1-93.

[4]刘希林,莫多闻.泥石流风险评价[M].成都:四川科学技术出版社,2003:1-104.

泥石流危险性评价 篇8

1 金子沟泥石流形成条件

按照泥石流的形成条件, 金子沟泥石流频发的主要原因主要有以下几个条件。

1.1 物源条件

流域内土体结构松散, 沟两侧坡体稳定性差, 浅表层塌滑, 滑坡, 崩塌发育强烈。沟床松散物质广。

1.1.1 崩塌、滑坡等地质灾害补给

通过野外调查分析, 金子沟泥石流主要的物源之一来自金子沟及支沟新村沟两岸的滑坡、崩塌物质。滑坡储备的泥石流物源的方量约330×104m3。崩塌位于矿山沟上游沟左岸, 多为块石、漂石等;崩塌体可直接参与泥石流活动方量约为30×104m3。

1.1.2 沟床堆积物

沟床堆积物是金子沟泥石流的另一物质来源, 矿山沟沟床在海拔2 800 ~4 000 m左右, 多为土质沟床, 物源区、流通堆积区沟床内多为漂石、块石、砾石、粉土等, 暴发大规模泥石流时这些物质可参与泥石流活动, 据估计, 可直接参与泥石流活动方量约20×104m3。

1.1.3 活动性冲沟

冲沟是新村沟泥石流固体松散物质的又一主要来源之一, 主要存在于下冽冰沟。下冽冰沟沟右岸较缓, 松散物质厚度较厚, 沟长200~2 000 m不等, 活动固体物质总储量约10×104m3, 基本上活动性冲沟内部的物质都可直接参与泥石流活动。

1.2 地形地貌条件

流域内以高中山侵蚀地貌为主, 地势西高, 东低。其中在海拔3 200 m以上两岸陡峻, 沟床坡降变化较大, 是泥石流松散固体物质最集中的坡段, 在海拔3 200 m以下到海拔近2 800 m区域两岸相对较缓, 坡度20 °~40 °, 浅表层塌滑、崩塌、滑坡等地质灾害发育。在海拔2 800~2 600 m为泥石流的堆积区, 沟段两侧山坡较陡, 地形坡度以45°~60°为主, 活动性冲沟、滑坡一般发育, 属于松散固体物质相对较少地段, 作为诱发泥石流的水源补给区;海拔2 600 m以下沟段主要沟床为缓坡, 坡降变化小, 是主要的堆积区, 沟道内存在以往泥石流堆积物, 在下铁厂村附近及以下段为泥石流的堆积消亡区, 物质多为砂卵砾石。

1.3 水文条件

金子沟旱季多无水, 仅在个别冲沟内有少量水源, 雨季雨量较大, 沟内水量除取决于大气降水外, 还与金子沟源头处冰雪融化量有关, 常见强降雨过程, 并汇集冰雪融水, 产生洪流, 在狭窄沟深的沟谷中产生较大的动能, 这为泥石流的产生提供了动力。

2 危险性分析

这里采用刘希林提出的单沟泥石流危险度评价方法以及模糊理论方法进行评价。

2.1 单沟泥石流危险度评价方法

单沟泥石流危险度评价方法采用7个评价因子, 除主要因子泥石流规模M和发生频率F外, 次要因子分别是流域面积S1、主沟长度S2、流域相对高差S3、流域切割密度S6和不稳定沟床比例S9。

单沟泥石流危险度计算公式为:

H=0.29M+0.29F+0.14S1+0.09S2+0.06S3+0.11S6+0.03S9

根据公式, 金子沟泥石流的危险度为H=0.88, 可知金子沟泥石流属于极高危险的泥石流沟。

2.2 模糊综合判别法

泥石流其形成、发展直至消亡受到很多因素的影响。该判别法为这种具有不确定性的事物提供了新方法, 计算各因子权重时, 由于不同的因子对应不同的量纲, 首先要对各种数据进行初始化, 去掉量纲, 其原理为:

若某因子的原始数据为:x0 (F) , F=1, 2, …., n, 其均值化序列为:

式中将初始化的数据代入, 计算后得出各因子的关联度如下:r (x0, x1) =0.63, r (x0, x2) =0.64, r (x0, x3) =0.83;x0为泥石流沟平均比降作为主导因子对泥石流危险度影响最大, 按照该方法确定金子沟泥石流沟泥石流的危险度属高度危险泥石流。

3 泥石流危险性趋势预测

结合该泥石流现状, 按照泥石流刘希林等提出的方法运用多元回归分析方法及Gis软件对该泥石流未来20年的活动趋势进行预测。泥石流再次发生的最大堆积长度、堆积宽度、堆积厚度和堆积面积等有如下关系:

其中:a为一次泥石流堆积面积 (km2) ;L为最大堆积长度 (km) ;d为一次性堆积厚度 (m) ;Q为一次泥石流过程总量 (此文取值20年一遇22万m3) ;G为最大坡降;F为流域面积 (31.23 km2) ;γ为泥石流沟最大容重 (1.67 g/cm3) 。

计算结果:a (km2) =4.935;l (km) =2.346;d (m) =1.52

通过以上分析计算, 为了验证该公式的有效性, 在GIS平台下对流域进行坡度分析, 主要是针对坡度<10°区域的顶点作为泥石流可能堆积区的堆积扇顶点;在Gis软件下量出流域的流通堆积区顶点即为再次发生泥石流堆积扇的顶点, 将流域最高点和堆积扇顶点用直线连接, 得到连线与水平线的夹角大小, 即堆积扇扇顶角 (β) ;通过下式确定泥石流冲出角 (α) 的大小, 并在平面图上以流域顶点为起点画出α角值, 其连线与流域下游主沟的交点即是泥石流堆积的终点; 在Gis下量出堆积扇顶点和堆积扇终点的距离即为泥石流可能冲出的最远距离。

α=0.826β+ω;

式中:α为泥石流堆积终点和流域最高点连线与水平方向的夹角 (锐角) =23°;β为泥石流开始堆积点 (沟道坡度小于10 °处) 和流域最高点连线与水平方向的夹角 (锐角) =28 °;F表示流域面积 (km2) ;ω为流域面积系数, 根据F大小确定=0.55。 最终取值=2.562 km。

再次发生后, 泥石流堆积主要堆积与金子沟中下游及支沟新村沟下游沿线, 最终受灾范围2.562 km, 是主要的受灾区。

4 结语

通过以上分析, 证明金子沟泥石流属高危重度泥石流, 在雨季点暴雨及沟水冲刷侧蚀作用下, 可能诱发两岸更大规模的边坡、崩塌等不良地质灾害发生, 并启动原有沟床堆积物, 为泥石流提供充足的物源, 导致再次形成大规模泥石流灾害, 故该泥石流再次发生的可能性大, 危险性大, 急需进行治理, 尽量消除隐患。

参考文献

[1]中国电建集团昆明勘测设计研究院.云南省宁蒗县金子沟泥石流可行性研究报告[R].2013.

[2]唐川, 朱静.云南滑坡泥石流研究[M].北京:商务印书馆, 2003.

[3]胡彬, 薛伟, 马显光, 等.云南省宁蒗县金子沟泥石流动力学特征与防治措施研究[J].工程地质学报, 2015 (23) :433-435.