白龍江流域舟曲縣城區地質災害危險性評價

發布時間：2020-03-20所屬分類：農業論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要:地質災害危險性評價對城鎮國土空間規劃與防災減災管理具有重要的意義，目前地質災害危險性評價方法較多，但主要集中在對區域或單體地質災害的危險性評價研究，對城鎮尺度地質災害危險性評價較少。該文以地質災害高發的舟曲縣城區為研究對象，以網格劃分

　　摘要:地質災害危險性評價對城鎮國土空間規劃與防災減災管理具有重要的意義，目前地質災害危險性評價方法較多，但主要集中在對區域或單體地質災害的危險性評價研究，對城鎮尺度地質災害危險性評價較少。該文以地質災害高發的舟曲縣城區為研究對象，以網格劃分為評價單元，以1:10000地質災害詳細調查數據為基礎。根據斜坡巖土體物理力學性質及侵蝕特征，利用無限邊坡模型計算不同柵格單元的穩定性，并結合斜坡破壞概率及構建的斜坡滑動距離評價了城區斜坡危險性，在此基礎上采用FLO-2D模型進行了泥石流災害危險性評價，最后在arcgis平臺下綜合城區斜坡和泥石流危險性評價結果，完成了舟曲縣城區50年一遇降雨條件下地質災害危險性評價及區劃。評價結果表明:舟曲縣城區地質災害高危險區面積6.43km2，共發育災害點32處，威脅承災體面積640.29萬m2;中危險區面積5.15km2，共發育災害點7處，威脅承災體面積509.73萬m2;低危險區及以下面積15.80km2，共發育災害點3處，威脅承災體面積1527.82萬m2。該評價方法在一定程度上完善了城鎮尺度的地質災害危險性評價過程，并為舟曲縣城區地質災害防治提供參考。

　　關鍵詞:地質災害;危險性;FLO-2D;白龍江流域;舟曲縣城

　　從1980年開始，國內有關學者對白龍江流域的地質災害進行了大量的調查、監測、試驗和理論研究，取得了豐碩的成果，但以往工作多集中在國道212沿線或整個白龍江干流或中游某一典型區段[1-4]，關于城鎮尺度的地質災害危險性評價研究甚少。在區域方面，一些專家采用無限邊坡穩定性模型、經驗權重方法等，基于GIS和RS等空間信息技術，采用定性與定量相結合的方式，構建了舟曲縣地質災害危險性評價模型[5-8]。針對單體地質災害評價，舒和平等[9]從泥石流動力學角度，通過物理模擬試驗構建了三眼峪泥石流堆積面積、厚度及形態特征，并對危險度進行了劃分;于國強等[10]從侵蝕機理方面，采用FLAC3D對三眼峪小流域危險性進行分析;唐亞明等[11]對三眼峪泥石流發生前后和工程治理前后評價因子的變化，對比分析了其風險性;宿星等[12]對龍江新村滑坡穩定性進行了分析;蔣樹等[13]對鎖兒頭滑坡活動特征進行了剖析。上述成果主要集中于對區域或單體的研究，城鎮尺度的地質災害危險評價研究程度仍然較低，缺乏對未來地質災害的破壞能力及危害范圍的準確預測，在評價過程中未將不同類型地質災害危險性評價進行區分，導致評價結果存在一定的誤差。尤其針對地質災害多發、群發的白龍江流域重要城鎮區地質災害危險性評價研究更為匱乏。

　　相關期刊推薦：《地質災害與環境保護》(季刊)創刊于1990年，由成都理工大學主辦。 本刊主要刊登由地球內部動力和外動力以及不合理的人類工程活動引起的地質災害，如滑坡、崩塌、巖溶塌陷、地裂縫、地面沉降、土壤沙漠化、海水入侵等地質災害方面的治理與環境保護方面的研究成果。

　　鑒于此，本文以具有典型性和區域特色的甘肅省舟曲縣城區為典型研究案例。借鑒國內外地質災害危險性評價技術方法和理念，首先根據斜坡巖土體物理力學性質及侵蝕特征利用無限邊坡模型計算不同柵格單元的穩定性和斜坡破壞概率。結合構建的適合舟曲縣城區滑坡最大滑動距離預測表達式來預測未來斜坡危害范圍，進而評價城區斜坡危險性。最后在Arcgis平臺下綜合城區斜坡危險性和采用FLO-2D流體模型獲取的泥石流危險性評價結果，完成了舟曲縣城區50年一遇降雨條件下地質災害危險性評價及區劃。評價結果可為該城鎮乃至隴南山區城鎮地質災害的國土空間規劃和防災減災提供參考和技術依據。

　　1研究區概況

　　本文主要選取舟曲縣城區斜坡地帶和泥石流出山口堆積扇臺地或泥石流流通區居民區集中區域作為研究對象，面積約27.4km2。區內為中高山峽谷地貌，溝谷切割強烈，地形破碎，海拔高程1310m～2680m，斜坡坡度范圍20°～50°。地層巖性以中泥盆統古道嶺組千枚巖、炭質板巖及石炭統厚層灰巖為主，北側三眼峪和羅家峪溝口處發育二疊系中薄層到厚層塊狀灰巖，全新世沖積層主要分布在峽谷地帶。受坪定-化馬斷裂和多條次級斷層及地震影響，裂隙發育，巖體破碎。石炭統和二疊系灰巖區，形成多處崩塌堆積體和危巖體，而中泥盆統千枚巖和炭質板巖區，風化強烈，坡面沖刷嚴重，是滑坡及水土流失集中發育區。受特殊的地形地貌、易崩易滑的巖性組合和復雜的地質構造等孕災地質條件影響，研究區滑坡、泥石流等地質災害頻發，已嚴重阻礙了舟曲縣城區國民經濟的發展建設。

　　近年來隨著人類工程活動日益強烈，極端條件日趨明顯，導致區內原本極為脆弱的生態環境條件進一步惡化，泥石流松散固體物質劇增，斜坡的巖土體結構破壞加劇，城鎮居住環境面臨的風險逐漸增強。更嚴重的是舟曲縣城區本身處于一江三溝挾持位置，城區和城郊10余個自然村座落在三眼峪溝、羅家峪溝古泥石流堆積扇上，由于土地資源過度緊張，城鎮建設嚴重擠占泥石流泄洪通道。近200年間，三眼峪曾爆發11次較大規模泥石流災害，特別是2010年“8.8”舟曲特大山洪泥石流災害，整個縣城幾乎被毀。據2017年調查統計研究區27.4km2范圍內自西向東發育咀疙瘩、鎖兒頭、南橋、龍江新村及黃土坡等34處滑坡及隱患點，多為中大型深層滑坡，有寨子村溝、三眼峪溝、羅家峪溝及河南大溝等8條災害性泥石流及隱患點，地質災害密度達1.53個/km2，研究區主要地質災害見表1及圖1。因此，選擇舟曲縣城區作為白龍江流域山區重要城鎮地質災害危險性評價的研究具有代表性和典型性。

　　2城鎮地質災害危險性評價體系

　　研究區所需的主要數據源于:①對城鎮地質災害開展現場調查獲取的基本特征資料;②1:1萬地形圖數據、DEM和1:20萬地質圖;③1:1萬土地利用類型數據;④巖土體類型分區和巖組單元的物理力學參數數據;⑤2016年5月3日獲取的精度為0.5mPléiades星遙感數據;⑥研究區歷史地質災害降雨及變形監測數據和隴南山地406處氣象觀測數據點資料。

　　地質災害危險性評價是在分析地質災害形成條件和引發因素的基礎上，開展地質災害發生的時間概率、破壞力(強度)及其擴展和影響范圍，其內容包括地質災害易發性評價和可能影響范圍評價，核心是確定地質災害體不同工況下的作用范圍和失穩概率[14-18]。研究區地質災害類型以滑坡、泥石流災害及其滑坡隱患點為主，故主要針對城區斜坡和泥石流進行50年一遇(2%)降雨工況危險性綜合評價，最后將危險性等級劃分為高、中、低、極低四個級別。

　　2.1城鎮斜坡危險性評價

　　2.1.1斜坡穩定性評價

　　降雨沿斜坡沖溝產生地表匯流、弱化巖土體特性致使土體厚度發生變化�？紤]雨水侵蝕坡表、侵潤坡體和巖土體力學性質對斜坡在不同降雨頻率下的響應，進行定量計算分析，可達到城區滑坡災害穩定性評價的目的。優化的無限邊坡模型與Arcgis空間分析功能為上述斜坡穩定性評價提供了有效方法[19]。研究區滑坡多為堆積層滑坡和上覆黃土或殘坡積碎石層，下伏強風化基巖的層狀結構特征，可滿足無限邊坡模型的假設，城鎮區范圍一般較小，所需的巖土體物理力學參數易于獲取，滿足模型計算需求。

　　2.2城鎮泥石流危險性評價

　　研究區泥石流災害多呈現降雨控制型特點，且幾乎所有泥石流溝都進行了大量工程防治措施。因此，本文基于FLO-2D模型[23]對研究區未來泥石流災情進行模擬，主要考慮不同降雨頻率和工程治理措施等兩個因素。結合泥石流動力特征和傳統雨洪模型分析，并以每個柵格單元內泥石流強度值(ν2d)的空間分布作為泥石流危險性的表現形式，定量獲取泥石流危險性。

　　未來泥石流災害發生的重現周期主要受控于泥石流的臨界降雨量，同時不同降雨雨強對泥石流的堆積范圍及沖出量也將產生影響，本文主要開展50年一遇降雨頻率下泥石流數值模擬研究。將各泥石流溝最終泥石流流量(表2)和參數(表3)輸入FLO-2D模型，在整個過程未有人為干預，計算結果較為可靠真實。依此方法對研究區內每條泥石流溝進行模擬，將模擬得到泥石流強度指數在Arcgis平臺進行疊加，最終得到舟曲縣城區泥石流危險性分區結果圖，即城鎮泥石流危險性。

　　3城鎮地質災害危險性評價結果與檢驗

　　綜合城鎮斜坡和泥石流危險性評價結果，開展城鎮區地質災害危險性區劃，可采用地質災害危險性綜合指數法:

　　Hi=Hsi·Hfi。(8)

　　式中:Hi為評價柵格單元的危險性指數;Hsi為評價柵格單元的斜坡危險性指數;Hfi為評價柵格單元的泥石流危險性指數，柵格單元危險性指數歸一化指數計算公式如下:

　　H危i=Hi/Hmax。(9)

　　將歸一化的危險性指數按4級劃分:當0

　　據圖2和表4，可得舟曲縣城區地質災害高危險區面積約6.43km2，占總面積的23.48%，共發育災害點32處，災點密度4.98處/km2。該區主要分布在舟曲集鎮區白龍江北岸的三眼峪溝、羅家峪溝、河南村溝、寨子溝出口堆積臺地上，鎖兒頭村、埡頭村、鎮埡村、壩里村及黃土坡斜坡上。威脅房屋等建筑物面積約43.26萬m2、公路設施面積15.65萬m2、其他用地面積581.38萬m2。

　　地質災害中危險區面積約5.15km2，占總面積的18.81%，共發育災害點7處，災點密度1.36處/km2。該區主要分布在高危險區周邊，典型位置為舟曲集鎮區白龍江北岸居民區，鎖兒頭滑坡中上部、圪塔頭滑坡左側、南山村及亂石灣溝流域內。威脅房屋等建筑物面積約35.3萬m2、公路設施面積7.5萬m2、其他用地面積466.93萬m2。

　　地質災害低危險及以下區面積約15.80km2，占總面積的57.71%，共發育災害點3處，災點密度0.052處/km2。該區主要分布在南山、北山高山斜坡植被較好且人員居住極少的地帶和旱坪梁老滑坡堆積平臺上。其中威脅房屋等建筑物面積約118.06萬m2、公路設施面積11.12萬m2、其他用地面積1398.64萬m2。

　　據劉希林等[26]研究認為，地質災害危險性評價結果的合理性應滿足以下條件即①災害點落在越高等級易發區的百分比越大越合理;②越低等級易發區面積百分比越大越合理;③災害點在各等級易發區的百分比與各等級易發區面積占總面積百分比的比值即頻率比應該隨易發區等級的增高而增大。從表4可以看出，本文計算結果基本滿足上述條件。

　　4結論

　　本文以白龍江流域舟曲縣城區為例，通過利用無限邊坡模型、FLO-2D軟件和Arcgis軟件，開展了城鎮尺度的地質災害危險性評價研究，主要得到如下結論。

　　(1)白龍江流域地層巖性多樣、地質構造復雜，受特殊的區域自然條件的影響，該區降雨強度大，特別是近年來極端降水集中，出現頻率上升。再加上地震、人類活動等因素的影響，使該區地質環境條件發生強烈改變，由此引發的滑坡、山洪泥石流等災害的發育與分布比較廣泛，將會對白龍江流域城鎮和村落等造成嚴重威脅，阻礙城鎮化進程。因此開展城鎮尺度地質災害危險性評價方法研究對防災減災具有很強的現實意義。

　　(2)由于地質災害自身的一些不確定性因素和致災機理的復雜性導致對其危險性評價具有較大的難度，加之城鎮區災種多、破壞強，使得城鎮地質災害危險性評價內容較多。同時山區城鎮化建設對地質災害調查評價工作提出更精細化的要求，難以采用傳統的評價方法開展有效評價。應用優化的無限邊坡模型、FLO-2D軟件和Arcgis軟件相結合的城鎮地質災害危險性評價技術方法，并建立了適合研究區滑坡最大滑動距離預測表達式，在很大程度上提高危險性評價的效率和精度，能為城鎮國土空間規劃和防災減災提供更科學的依據。

　　(3)以柵格作為基本評價單元，在基于斜坡和泥石流危險性評價的基礎上，完成了城鎮尺度的舟曲縣城區地質災害危險性區劃。將危險性等級分為4級:舟曲縣城區地質災害高危險區面積6.43km2，共發育災害點32處，威脅承災體面積640.29萬m2;中危險區面積5.15km2，共發育災害點7處，威脅承災體面積509.73萬m2;低危險區及以下面積15.80km2，共發育災害點3處，威脅承災體面積1527.82萬m2。