甘肃陇南武都区泥石流易发性评价

甘肃陇南武都区泥石流易发性评价 甘肃陇南武都区泥石流易发性评价 第2l卷第4期 2010年12月 中国地质灾害与防治 TheChineseJournalofGeologicalHazardandControl Vo1.2lNo.4 Dec.2010 甘肃陇南武都区泥石流易发性评价 柳金峰,黄江成.,欧国强一,吕娟.,范建容 (1.中国科学院山地灾害与地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 过程重点实验室,四川成都610041; 2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041) 摘要:文章分析了甘肃陇南市武都区泥石流形成的自然环境背景,发育特征及易发性.通过野外实地考察,查明了泥 石流的发育情况,在此基础上,采用模糊物元可拓方法对泥石流的易发性进行了评价.分析表明,研究区的泥石流具 有分布密度高,坤沟及坡面泥石流成片发育,北岸泥石流较南岸发育且粘性泥石流所占比例大于南岸的发育特征;选 取岩性,沟床比降,山坡坡度,完整系数,发育程度,降水,断层密度7个因子构建泥石流易发性评价指标体系.通过易 发性评价,研究区104条泥石流沟中,66条为高易发性,占总数的63.5%;32条为中等易发性,占总数的30.8%;6条 为低易发性,占总数的5.7%. 关键词:陇南市武都区;白龙江;泥石流;易发性评价;模糊物源可拓法 文章编号:1003—8035(2O10)04—0008—06中图分类号:P642.23文献标识码:A O引言 甘肃省陇南市武都区是我国泥石流最发育的地 区之一.灾害性泥石流分布面积广,发生频率高,造 成经济损失大等特点在我国居前位?.据不完全统 计,有史料记载以来灾害性泥石流共计约240次,仅 1950,1990年的40年间就发生79次,死亡643人, 直接经济损失约2.2亿元.严重的泥石流灾害制 约着该地区的经济发展.本文对武都区泥石流的自 然环境背景,发育特征和易发性进行了分析. 1自然环境背景 1.1流域概况 陇南市武都区位于甘肃省东南部,属嘉陵江支流 白龙江中游.武都区介于东经104.34,105.38,北 纬32.48,33.43.该区东临康县,成县;南接陕西 宁强,四川青川,甘肃文县;西于宕昌,舟曲县毗连;北 靠西河,礼县(图I).全区南北长100.8kin,东西宽 72kin,幅员面积4683km.全区辖36个乡镇,530个 行政村,15个社区,总人口53.68万人,农业人口 48.38万人. 1.2地形地貌 武都区地处我国一,二阶梯过渡带,位于陇南山 地中部,隶属南秦岭高中山侵蚀,剥蚀构造山地,高中 山深切割峡谷地貌类型.地势西北高,东南低,山顶 海拔从最高的3600m向东逐渐下降到东南部 2000m.武都区自龙江流域属中高山深切割河谷区. 白龙江河谷汉王以上为一背斜谷,河谷南岸为岷山山 系,山峰多在海拔3000m以上,山势陡峻.北岸属中 低山,黄土层分布广泛,沟壑纵横,水土流失严重.白 龙江谷底,宽窄相问如藕节状分布,险崖坝(武都城 东25kin处)以上较宽阔,成不对称u型,南窄北宽, 谷底宽1,3.5km,其中角弓,两水,城关,东江,汉王 等有较宽阔的河漫滩,形似河谷小盆地;险崖坝以下 河谷较窄,成V型谷. 1.3地质 武都区地处两个不同构造体系的交接部位,麻崖 梁以南属松潘一甘孜褶皱带摩天岭复背斜东翼,主要 地层为碧口群,属海相沉积浅变质岩,以变质砂岩,板 岩,千枚岩,砂砾岩,结晶灰岩等为主.松潘一甘孜褶 皱带活动性弱,褶皱,断层不甚发育;麻崖梁以北属南 秦岭褶皱带武都山字形构造西翼白龙江复背斜,地层 从志留系到第四系均有出露,分布较为广泛,志留系 以软弱的千枚岩,板岩为主,夹有坚硬的灰岩,砂岩; 第四系以冲积,洪积,风积为主,堆积物主要为卵砾石 层,碎块石,砾石层和马兰黄土. 1.4气象 收稿日期:2010-05—26;修订日期:2010—07-09 基金项目:国家科技支撑计划专题"秦巴山区微型冲积扇坡耕 地整治与高效利用技术示范"(2o08BAD98B08— 2);国家自然科学基金重点项目(40830742) 作者简介:柳金峰(1979一),男,安徽泾县人,助理研究员,主 要从事山地灾害实验与防治工程研究. Email:liujf@imde.ac.cn 第4期柳金峰,等:甘肃陇南武都区泥石流易发性评价9 武都区降水时空分布不均,区内年降水量400, 900mm,其中东南部降水在800mm以上.北部高山 地区年降水量约650mm.白龙江,北峪河流域等中 部低半山河谷一带为少雨区,年降水量450mm左右. 降水年内分配不均,6,9月降水天数占全年28%, 而降水量却占全年的69%,且东南多于西北,高山多 于河谷,阴山多于阳山.24h最大降水量均值为 60mm,极值为78.6mm(1984年8月3日),一小时最 大降水量40.Omm(1980年7月5日),10min最大降 水量16.2mm(1982年8月7日).因暴雨产生的 水动力,侵蚀沟床,浸润滑坡体而转化为泥石流是研 究区泥石流暴发频繁的直接因素. 图1研究区位置图 Fig.1Locationofthestudyarea 1.5地震 武都区处在南北地震带的中段,即天水一武都一 文县地震带.属秦岭东西复杂构造带,秦岭山脉横断 中原,至甘肃南部进入西秦岭地区转而呈北西走向. 武都历史上本区曾发生过多次破坏性地震,如1654 年天水南8级地震,1879年武都南8级地震. 5.12地震武都区全区范围内全部受灾,涉及36个乡 镇,684个行政村,137162户,54.84万人,直接经济 损失达132×10元.其中重灾乡镇有29个,478个 村,48.84×10人.据震后修改的《中国地震动参数 区划图》(GB18306--2001),武都区所处区域地震动 峰值加速度为0.20,0.30g,地震烈度为?一?度. 2泥石流发育特征 2.1分布密度高 武都区泥石流的分布密度在全国居首.将白龙 江两岸(两河口一透防)段的一级支沟泥石流沟与国 内其它泥石流高发区域(川藏公路西藏境内,成昆铁 路和云南小江流域)的分布密度进行对比.白龙江 两岸(两河口一透防)段的一级支沟泥石流分布密度 相当大,达到2.86条/km,远大于川藏公路西藏境 内(0.27条/km),成昆铁路(0.47条/km)和云 南小江流域的泥石流分布密度(1.19条/km).据 初步统计,武都区面积约4683km,其中泥石流分布 面积约占3000多km,其所占比例约为64%. 2.2冲沟及坡面泥石流成片发育 武都区的冲沟及坡面泥石流非常发育,常成片分 布(图2),如角弓,两水,城关,东江,汉王等乡镇冲沟 及坡面泥石流极其发育.这些区域有较宽阔的河漫 滩,形似河谷小盆地.两岸支沟岔多,大多为泥石流 沟道,在沟口漫滩上形成泥石流洪积扇,扇面坡度2. , 10..分布密度最大的区域在武都城区附近的千枚 岩区,如黄家坝一城关6km线段内竞有冲沟和坡面 泥石流40余处,平均每150m就有一条坡面或冲沟 泥石流. 2.3北岸泥石流较南岸发育,且粘性泥石流所占比 例大于南岸 武都区白龙江两岸的一级支沟泥石流北岸多于 lO 中国地质灾害与防治 ZH0NGGU0DIZHIZAIHAIYUFANGZHIXUEBA0 南岸.规模大,暴发频繁,常堵为患的甘家沟,北峪 河,石门沟,深沟,以及每年发生数次至数十次,常堵 塞交通或埋没大片农田的佛堂沟,泥湾沟,火烧沟,柳 湾沟,清水子沟等,均分布在北岸.在对研究区域实 地考察的104条泥石流沟中(>0.4km),北岸分布 有泥石流沟65条,其中粘性泥石流沟49条,占 75.4%;稀性泥石流沟16条,占24.6%.南岸分布 有泥石流沟39条,其中粘性泥石流沟16条,占 41.0%;稀性泥石流沟23条,占59.0%.其主要原 因是江北山坡多由软弱岩石构成,滑坡发育,多粘性 泥石流(图3);而江南山坡多由石灰岩等坚硬岩石构 成,以岩崩堆积补给为主,多稀性泥石流,这种分布情 况尤其在研究区透防以下更为明显. 图2冲沟泥石流发育 Fig.2Debrisflowsdevelopmentinsmallgaily 图3北岸粘性泥石流(大湾沟) Fig.3Viscousdebrisflowonnorth bank(DawanGully) 3泥石流易发性评价 3.1评价方法 模糊物元模型是从定性和定量两个角度去研究 解决问题的规律和方法,在许多领域得到了成功应 用.模糊物元模型始于研究不相容问题的转化 规律和解决方法,通过引进物元,并对其进行变换和 运算,从而从定性和定量两个角度去研究和解决不相 容问题.可拓集合和关联函数是可拓学定量化工具, 可拓方法的理论基础是物元理论和可拓集合理 论. 3.I.1物元分析 物元分析是用来处理在某些条件下,用通常的方 法无法达到预期目标的不相容问题规律的一种分析 方法.在物元分析中,物元的表达形式为: R=(,C,)(1) 式中:R——物元; —— 所描述的事物; G——所描述的事物的特征; —— 量值. 3.1.2物元矩阵 如果一个事物需要n个特征c,c:,…c及其 相应的量值,,…来描述,则称M为n维物元, 并可用物元矩阵来表示: R= M.ll C22 MM C 3.I.3节域对象物元矩阵 节域对象物元矩阵可表示为: R= [6] [口b2] M [口,,b,] (2) (3) 式中:.——由 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 事物加上可转化为标准的事物 组成的节域对象; —— 节域对象关于特征c的量值范围; : [aPI'bP1]. 经典域对象物元矩阵可表示为: R= M日C1 c2 M Cn [.b口1] [口bB2] M [口b] (3) 式中:——标准对象; i=[nb],表示标准对象关于特征c 第4期柳金峰,等:甘肃陇南武都区泥石流易发性评价 的量值范围.显然有.(i:1,2,…,n). 3.1.4关联函数 在物元评价中,关联函数使解决不相容问题的结 果量化.若区间‰=[.,6],.=[c,d],且.c,, 则关联度为: p(,) ll P(,) P(',)一p(,) (5) 式中:——为第i个评价指标的第.『个评价类的取 值区间; p(,)——为到第i个评价指标的第个 评价类取值区间端点的距离. 3.2评价指标体系及量化分级 泥石流易发性评价历来是泥石流灾害综合评价 中的重要组成部分,同时也是泥石流预防,预报,治 理等方面的重要依据.一条沟谷是否暴发泥石流,主 要是看其发展成为泥石流沟的可能性有多大,它受到 许多因素的影响,各因素的影响作用也不尽相同.本 文在分析研究区泥石流形成的环境背景及发育特征 的基础上,从泥石流形成的地形,松散固体物质和降 水三大条件出发,选取岩性(.),沟床比降(:),山 坡坡度(,),完整系数(),发育程度(),降水 (),断层密度(,)7个因子构建泥石流易发性评价 指标体系.有关这些影响因子对泥石流形成的作用, 这里参照文献并结合野外考察 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 ,对影响因子的分 级和表征意义进行说明(表1). 表1判识指标分级及表征意义 Table1Theclassificationandthesymbolmeaningsoftheidentificationfactors 由于各个因子在泥石流形成中的作用不同,在对 泥石流易发性进行评价之前,需要确定各个因子的权 A=b= 岩性 沟床比降 山坡坡度 完整系数 发育程度 降水 断层密度 沟床比降 2 1 1/2 1/2 1/3 1/3 1/5 重.本文采用层次分析方法确定各个因子的权重,首 先构造判断矩阵如下: 山坡坡度 2 2 1 1/2 1/2 1/3 l/3 完整系数 3 2 2 1 1/2 1/2 1/3 发育程度 3 3 2 ,) 1 1/2 1/2 断层密度 5 5 3 3 2 2 1 (6) 其中,X表示元素对的相对重要性的判断值.X取值1,9,如比xj更重要,X的取值 越小,元素 砌 E 53322. 撒?芒11ll11 l2 中国地质灾害与防治 ZH0NGGUODIZHIZAIHAIYUFANeZHIXUEBA02010正 和比较时为,则和比较时为1/X.通过 计算检验,各个判识因子的权重()可确定如下: = [0.309,0.223,0.160,0.117,0.086,0.062,0.O44] (7) 通过对判断矩阵的最大特征根进行检验,得到判 断矩阵具有满意的一致性.因此,上述权重的计算结 果基本合理. 3.3评价结果 本文以陇南市武都区104条泥石流沟为评价单 元,建立以小流域单元为对象的模糊物元评价模型. 根据选取的7个因子,确定泥石流易发性的标准物源 模型如表2. 表2泥石流易发性评价的标准物元模型表 Table2StandardmatterelementmodelforassessingdebrisflowSusceptibility 易发性流域单元特征标准物元模型各因素节域 一 高Xt>2.5一易发性x,<0,4>一 )2.52<100,400>2<0,1> 100<<400x>60%x3<0,1> ,>60% 高>0.24如?RId>0.25RI4<0,1> ,. 6>600X>0.2x5<0,1> X6>6006<500,700> 一x>3一一x7<0,6>一 中xl<15,2.5>一 x>400 l?5<1<2, , >4OOx3<30%,60%> 30%<,<60%' 中o1 <<o.2 .'"4(.?R1x<0.15,0.25> ,. 550<x6<6005<0,1,0.2> X6<550,600> x,<1.3>一 低 ,<1.5 ,<30% <0.1 ,<1 <100 xd<0.15 6<550 低l 2 3 4 5 6 X7 <1.5 <lO0 <3O% <O.15 <0.1 <550 <l 根据上述建立的标准物元判识模型,利用 Matlab7.0软件编程进行计算,对研究区泥石流的易 发性进行评价(图4). 对评价结果进行统计可知,研究区104条泥石流 沟中,66条为高易发性,占总数的63.5%;32条为中 等易发性,占总数的30.8%;6条为低易发性,占总数 的5.7%.根据上述易发性评价结果,可初步得到以 下结论: (1)高易发性泥石流沟主要分布在北岸,中等易 发性泥石流沟主要分布在南岸.在高易发性66条泥 石流沟中,有58条分布在北岸,在中等易发性32条 泥石流沟中,有29条分布在南岸,这与上述泥石流发 育特征相符.主要原因是白龙江北岸为复背斜核部 软弱的志留系地层,加之广泛分布的黄土层,这些都 容易产生泥石流所需的松散物源,有利于泥石流的发 生.而南岸主要为石炭系侵蚀褶皱断块石质山地,由 坚硬的石灰岩组成,其松散物源不如北岸丰富. (2)高易发性泥石流沟中,流域面积小的占多 数.通过统计,66条高易发性泥石流沟中,<1km 的泥石流沟17条,占25.8%;<2kin的泥石流沟37 条,占56.1%;<lOkm的泥石流沟58条,占 87.9%;>lOkm的泥石流沟仅8条,占12.1%. (3)低易发性的泥石流沟,其流域面积均较大.6 条低易发性的泥石流沟流域面积均大于30km.但流 域面积最大的北峪河却属于高易发性泥石流沟,其主 要原因是北峪河流域内红,黄土及第四纪残积物分布 第4期柳金峰,等:甘肃陇南武都区泥石流易发性评价13 图4研究区泥石流易发性评价图 Fig.4Zonationofdebrisflowsusceptibility inthestudyarea 1一低易发性;2一中等易发性;3m高易发性 广泛,加之流域内植被差,坡蚀,沟蚀严重,滑坡,崩塌 发育,为武都区极强水土流失区,松散物源极其丰富. 4结论 陇南市武都区白龙江沿岸泥石流具有分布密度 高,冲沟及坡面泥石流成片发育,北岸泥石流较南岸 发育且粘性泥石流所占比例大于南岸的发育特征. 通过易发性评价,研究区104条泥石流沟中,66条为 高易发性,占总数的63.5%;32条为中等易发性,占 总数的30.8%;6条为低易发性,占总数的5.7%. 陇南市武都区高易发性泥石流沟主要分布在白龙江 北岸,中等易发性泥石流沟主要分布在南岸;高易发 性泥石流沟中,流域面积小的占多数;低易发性的泥 石流沟,其流域面积均较大. 参考文献: [1]中国科学院兰州冰川冻土研究所,甘肃省交通科学研 究所.甘肃泥石流[M].北京:人民交通出版社,1982: 44—47. [2]黄忠恕,余应中.长江上游陇南地区泥石流分布发育 特征[J].人民长江,1998,29(7):42—44. [3]甘肃省武都县地方志编纂委员会.武都县志[M].北 京:三联书店,1998:143—200. [4]李永进,叶伟林.5.12汶川地震在武都区造成灾害的 特点分析[J].甘肃科学,2009,21(2):29—32. [5]中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,西藏 自治区交通科学研究所.川藏公路典型山地灾害研究 [M].成都:成都科技大学出版社,1999:25—35. [6]康志成,李焯芬,罗锦添,等.中国泥石流研究[M].北 京:科学出版社,2004:23—38. 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(下转第21页) 第4期韩用顺,等:汶川地震极重灾区次生山地灾害分布规律与发育趋势21 Abstract:Basedonthefieldinvestigation,remote-sensinginvestigationandcomprehensiveanalysisofsecondary mountainhazardsinducedbytheWenchuanEa~hquake,thepapertookthetenmostseverely—afflictedcountiesasa pilotsite,discussedthetypesandfeaturesofsecondarymountainhazardsandexplainedthespatio-temporal distributionlawofsecondaryhazards.Inviewoftheabove,thedevelopmentofsecondaryhazardswasprobedandthe suggestionsofdisaster?preventionandmitigationsuggestionweregivenaccordingtothedisasteractionfeatures.The findingsshowthat:a)SecondarymountainhazardstriggeredbyWenchuanEarthquakeOccurmorethan10000sites andscatterwidelyinthestudyareaswiththefeaturesofvarioustypes,rapidoccurrence,largescale,seriousdamage anddiffcultiesinmonitoringandforecasting;b)thedistributionofsecondaryhazardsisdominatedbygeologic structure,topography,physiognomyandlithologyaswellasthedevelopmentofsecondaryhazardswithsignificantlay andcontinuity;c)secondarymountainhazardscanbeeffectivelymonitoredandassessedbymeansofthetechnologies ofgeographicalinformationsystem(GIS)andremotesensing(RS).Thefindingsofthispapercanbeusedasa scientificbasisforpreventingandmitigatingsecondarymountainhazardsandmakingreconstructionoftheafflicted areas. Keywords:theMay12,2008WenchuanEarthquake;secondarymountainhazards;distribution;thetenmost severely.afflictedcounties;SichuanProvince (上接第13页) SusceptibilityevaluationofdebrisflowintheWuduDistrict, LongnanCity,GansuProvince LIUJin—feng',HUANGJiang—cheng,OUGuo.qiang',LVJuan,,FANJian—rong (1.KeyLaboratoryofMountainSurfaceProcessandHazards,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China; 2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China) Abstract:Thenaturalenvironmentbackgrounds,developmentcharacteristicsandsusceptibilityofdebrisflowsinthe WuduDistrictofLongnanCityarediscussedinthispaper.Thedevelopmentcharacteristicsofdebrisflowsinthisarea areanalyzedthroughfieldinvestigation;andthesusceptibilityofdebrisflowsinthestudyareaisdiscussedbymeans offuzzymatterelementextensionmethod.Theresultshowsthatthecharacteristicsofdebrisflowsinthestudyareaare asfollows:thedistributiondensityishigh;thesmallgullyandslopedebrisflowsdevelopwidely;thedebrisflowson thenorthbankaremoredevelopedthanthoseofonsouthbank,andtheproportionofviscousdebrisflowsonthenorth bankaremorethanthoseofonthesouthbank.The7factorsincludinglithology,channelgradient,slope,integrity coefficient,developmentdegree,precipitationandfaultdensity,areselectedtoformasusceptibilityevaluationindex system.Accordingtotheevaluation,amongthe104debrisflowgullies,thereare66high— susceptibledebrisflowgul- lieswhichaccountfor63.5%;32middle-susceptibledebrisflowgullieswhichaccountfor30.8%;6low-susceptible debrisflowgullieswhichaccountfor5.7%. Keywords:WuduDistrictofLongnancity,Gansuprovince;BailongRiver;debrisflow;susceptibilityevaluation; fuzzymatterelementextensionmethod