崔瑞峰，窦 斌，李磊升

（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉 430074）

云南省马鞍山沟泥石流危险度评价

崔瑞峰，窦 斌，李磊升

（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉 430074）

为了保证金沙江某码头工程的顺利进行，特对马鞍山沟泥石流做危险度评价。根据对马鞍山沟泥石流的调查与分析，结合前人的研究成果，选取了一次泥石流最大冲出量、松散固体物质储量、最大漂砾粒径、最大容重、最大12小时暴雨量、流域最大相对高差、泥石流发生频率、流域面积等8个危险因子。采用模糊综合评判法，建立评价因子隶属函数与模糊矩阵；依据最大隶属度原则得出所属危险度；结果显示：马鞍山沟泥石流的危险度为中度危险，在强降雨激发下有可能发生泥石流灾害。

泥石流；模糊综合评判法；危险度评价；马鞍山沟；防灾减灾

0 引言

泥石流是指在山区沟谷或地形险峻的地区，由暴雨、冰雪融化或其他自然灾害引起的一种含有大量泥沙石块的特殊洪流。它往往是受外部环境触发的突发性事件，在很短的时间内将大量泥沙石块冲出沟外，在宽阔场地漫流堆积，常常给生命财产造成很大的危害［1］。因此在工程建设的选址阶段，评定场地发生泥石流的可能性及其危害程度是十分必要的。

泥石流危险度是指遭到泥石流损害的可能性大小，它的评价结果对工程选址、山区的防灾减灾以及人民财产安全具有重要意义。为了评价结果更加客观，前人们做了很多的探索和研究。以刘希林［2］、唐川、苏经宇等为首的专家们先后提出了许多从定性到定量的危险度评价方法，为泥石流危险度评价的研究奠定了坚实的基础［3－14］。文章采用模糊综合评判法对马鞍山沟泥石流进行危险度评价，考虑了在危险因子的选取以及权重确定中的模糊性，相对来讲结果更加客观。

1 马鞍山沟概况

金沙江白鹤滩水电站集运渔码头位于金沙江下游河段（攀枝花至宜宾），是为鱼类过坝的集放鱼船提供靠泊、作业的码头，工程建成后利于发展库区航运和保护鱼类等综合利用效益。集运渔下游码头选址位于马鞍山沟沟口处，为了满足初步设计工作的需要，需对马鞍山沟泥石流进行勘察，做出危险度评价。

1.1 地形地貌

马鞍山沟流域位于云南省昭通市巧家县金沙江白鹤滩峡谷右岸，药山山脉西坡。沟谷流向由东西向，流域内地势东高西低，流域基本地貌类型属构造侵蚀中高山区。地形较陡且不规则，坡度一般25°～40°，并有阶状缓坡台地、陡坎分布，植被整体覆盖率较低，沟谷两侧植被较茂密，马鞍山社缓坡台地和白鹤滩社缓坡有梯状耕地和居民居住。

马鞍山沟属金沙江一级支流，全长2.28km，总流水面积约0.95km2。马鞍山沟发源于杨家火山后缘陡坡，起点高程1960m，最低点海拔575m，相对高差1385m。沟床纵比降为445‰～680‰，平均纵比降589‰。分水岭南侧水流汇入白鹤滩沟流域，北侧水流汇入麻塘湾沟流域。马鞍山沟有两条主要分支，从沟源流经马鞍山社，于白鹤滩社附近汇合后汇入金沙江。冲沟坡降及地貌特征见图1、图2。

1.2 地层岩性

流域范围内上游段坡面、中下游陡坎处基岩裸露，中下游两岸多为残坡积或崩坡积覆盖层分布。基岩为峨眉山组（P2β）玄武岩、栖霞—茅口组（P1q+m）灰岩、幺棚子组（D2y）白云岩，覆盖层主要有第四系崩坡积（Qcol+dl）、残坡积（Qedl）等。马鞍山沟流域主要地层和土体分布见图3。

（1）崩坡积（Qcol+dl）：

①混合土块石，主要堆积于沟谷1150m以上沟段沟谷及两侧岸坡，两侧坡度40°～50°，沟底坡度30°～35°，体积约3～6万m3，根据现场调查分析，不会受地表水冲刷成为物源。

②碎石混合土，主要堆积于中下游沟谷、两侧岸坡、马鞍山和白鹤滩社缓坡台地表层粉土质砾以下，厚度约2～4m，体积约60万m3。中下游段

沟谷岸坡陡峭，局部见小规模坍塌，从地形条件分析，沟谷及两侧松散岸坡范围内浅层在强地表水径流冲刷时，成为泥石流物源之一。

（2）残坡积（Qedl）

主要为粉土质砾、少量碎石混合土，主要堆积于马鞍山和白鹤滩社缓坡台地表层，厚约2m，体积约40万m3。从地形条件分析在地表强降水冲刷时，浅层可成为泥石流物源之一。

1.3 地质构造

区内为单斜构造，茂租断裂在马鞍山沟流域上部通过。岩层总体产状为为NE 40°～60°，SE∠20°～30°。

1.4 水文气象

马鞍山沟区域地处金沙江干热河谷区，属西南季风气候区，年内干湿季节分明，气候温暖而略显干燥。由于流域内地形高差巨大，受大气环流和地形的影响，气候带的垂直变化显著。

区域降雨量随海拔的增高而增多，通过区域降雨的观测资料分析，该区在海拔约600m金沙江边的白鹤滩村，年均降雨量727.2mm；在海拔1375m的巧家县大寨镇，据1995—2001年的降雨观测资料统计，年平均雨量达811.7mm；而在海拔2600m地区，年平均降雨量可达1484.9mm。流域降水年内分配不均，高度集中，降雨主要集中在5～10月，降雨量占全年降雨总量的85%以上，雨季多暴雨。

2 泥石流形成条件

2.1 地形条件

马鞍山沟流域沟源（高程1960m）至马鞍山台地后缘（高程1150m）段，平均纵坡降680‰，呈“V”字沟谷，沟底宽2～3m，岸坡高6～8m为主，岸坡陡峻，坡度多60°～70°。

马鞍山台地后缘（高程1150m）至白鹤滩社（高程810m）段，平均纵坡降445‰，沟谷多呈“V”型，局部呈“U”型，沟底宽2～3m，岸坡高2～5m为主，左侧岸坡较陡峭，60°～70°，局部近直立，右岸岸坡稍缓，35°～45°。

白鹤滩社（高程810）至炸药库公路（高程690m）段，平均纵坡降680‰，沟谷呈“V”型，沟底宽3～4m，岸坡高5～8m为主，两侧岸坡陡峭，50°～70°，左侧较陡峭，右侧稍缓。

炸药库公路（高程690m）以下至沟口（高程575m）段稍缓，平均纵坡降450‰，沟谷呈“V”型，沟宽2～3m，两侧岸坡稍缓30°～40°，公路将沟道截断，通过排水渠对沟水进行改到引排；高程650～625m段右侧边坡有人工弃渣，部分掩埋沟道。

2.2 物源条件

根据现场调查，流域内的松散堆积物较丰富，主要为崩坡堆积、残坡积、人工堆积，主要分布位于冲沟沟谷、两侧岸坡以及流域内缓坡台地、604＃公路以下。

中下游段沟谷岸坡陡峭，局部见小规模坍塌，从地形条件分析，沟谷及两侧松散岸坡范围内浅层在强地表水径流冲刷时，可成为泥石流物源之一。该处物源零星分布，单个体积小，不足200m3，整体物源体积小于1000m3。

马鞍山社、白鹤滩社缓坡台地表层的粉土质砾在地表强降水冲刷下可成为泥石流物源之一。但这两处台地多为耕地，植被较发育，近期能参与泥石流活动的动储量不足10万m3。

沟口段高程650～625m段右侧边坡有人工弃渣，为炸药库、公路施工产生的混合土碎块石为主，少量碎石混合土，结构松散，强地表水冲刷下可成为物源之一。该部分堆渣总计约3～4万m3，近期能参与泥石流的动储量约1000m3。

综上所述，在强降雨条件激发下，整条沟近期能参与一次泥石流最大冲出量约10.2万m3，最大松散固体物质总储量约为14.1万m3。

2.3 降雨条件

根据当地气象局提供的资料显示，马鞍山沟流域年均降雨量为727.2～1484.9mm，最大12小时降雨为 49.5mm，最大 1小时降雨量为30.5mm，水源条件充足，满足泥石流启动的临界雨强条件。

2.4 泥石流发生历史

通过对王贵忠（35岁左右，马鞍山社村民）、龙廷营（马鞍山社村民、40岁左右）以及白鹤滩社一户村民的调查访问，结合当地政府提供的资料显示，历史上马鞍山沟曾多次发生泥石流，最大规模泥石流深约1m，持续近10天，在退耕还林之后，流域内植被情况得到改善，近三年未见泥石流发生。

3 泥石流危险度评价

目前泥石流危险度评价从定性到定量有很多方法，例如：灰色关联度分析法、层次分析法、人工神经网络法等，各有其特点，但没有考虑到泥石流评价结果的不确定性，即模糊性。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰、系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合泥石流危险度评价中非确定性问题的解决，故本文使用模糊综合评判法对马鞍山沟泥石流进行危险度评价。

（1）建立因子集与评价集

根据对马鞍山泥石流的调查与分析，结合模糊数学法，本文选取了具有代表性的危险因子作为因子集，即一次泥石流最大冲出量S1、松散固体物质储量S2、最大漂砾粒径S3、最大容重S4、最大12小时暴雨量S5、流域最大相对高差S6、泥石流发生频率S7、流域面积S88个危险因子，马鞍山沟泥石流危险因子的特征值取值见表1。

表1 马鞍山沟泥石流各危险因子特征值Tab.1 Characteristic value of each risk factor of Maanshan

建立的因子集为U＝｛u1，u2，…，u8｝＝｛一次泥石流最大冲出量，松散固体物质储量，最大漂砾粒径，最大容重，最大12小时暴雨量，流域最大相对高差，泥石流发生频率，流域面积｝。

评价集即危险性等级，本文将评价集分为四个等级，即轻微、中等、严重、危险，建立的评价集为V＝｛v1，v2，v3，v4｝＝｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ｝。

（2）确定危险因子的权重

该泥石流危险因子的权重是参考我国西南地区部分泥石流数据，以一次泥石流最大冲出量为主要因子，其他7项为次要因子，利用关联分析得出各因子的权重。其原理如下：

设有i个有序数列：

其中i代表危险因子序号，k代表泥石流序号，各有序数列即各泥石流中获取的危险因子的性状数据，另外，再给定有序参考数列：

关联度公式为

采用均值化变换，将原始数据初始化，去掉量纲，其原理为：若某因素（或某指标）的原始数据为：xi（b），b＝1，2，…，n，则其均值化序列为

表2 泥石流各危险因子权重Tab.2 Each risk factor＇s weight of debris flow

（3）建立评价因子隶属函数

建立评价因子隶属函数能够定量的对各危险因子与危险性等级的隶属度进行计算，本文采用服从正态型隶属函数，其公式如下：

式中的x分别代表8种危险因子，xi+1、xi为某一危险等级相应的评价因子的上、下界限。

根据以上公式结合泥石流危险等级划分表3（数据来源文献［2］），求出各危险因子对某一危险等级的隶属函数中的系数m、c，见表4。

表3 泥石流危险等级划分Tab.3 Debris flow hazard grade classification

表4 隶属函数中的m和c值Tab.4 m and c values of membership functions

（4）建立模糊关系

因子集与评价集之间存在一种模糊关系，可以用矩阵来表示，建立的模糊矩阵如下：

利用模糊推论可求得模糊向量B为

式中rij表示单个危险因子对某个危险等级的隶属度，A表示危险因子权重向量。

最后选取模糊向量B中最大的元素所属危险等级（最大隶属度原则）即为所求泥石流危险度。

（5）马鞍山沟泥石流危险度计算

结合表4，将表1中的数据带入公式（1）中，求得的模糊矩阵：

将以上数据带入公式（3）得：

由以上计算结果可知，模糊向量B中最大的元素为0.563（Ⅱ），根据最大隶属度原则，马鞍山沟泥石流危险等级属于Ⅱ等级，即中度危险。

4 结论

（1）利用模糊综合评判法建立模糊矩阵，求得模糊向量，根据最大隶属度原则，马鞍山沟泥石流危险度属于中度危险，在强降雨的激发下有可能发生泥石流灾害，会对集运渔下游码头的选址、施工以及建成之后的安全运行造成一定程度的威胁，而且泥石流一旦发生，对白鹤滩社、马鞍山社的村民人身及财产安全都有直接的损害。因此，建议对该泥石流进行工程防治，实时监测，密切注意其发展动向，并且向当地居民宣传泥石流灾害群测群防政策，必要时可建立预警避难系统，避免一些不必要的灾害损失。

（2）模糊综合评判法具有结果清晰、系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，在泥石流危险度评价中重点考虑了危险因子选取以及权重确定方面的模糊性，从而解决了其他评价方法未考虑泥石流不确定性因素的问题，所以使得评价结果更加客观。

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Risk Degree Evaluation of Debris Flow in Maanshan，Yunnan

Cui Ruifeng，Dou Bin，Li Leisheng
（College of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

In order to ensure the smooth progress of a pier project in Jinsha River，especially do the risk evaluation of debris flow in Maanshan.Based on investigating and analyzing the feature of debris flow in Maanshan，combined with previous research results，this paper chooses eight risk factors：the maximum amount out of a debris flow，loose solid material reserves，the largest bulk density，the maximum amount rain of 12 hours，the largest relative elevation of river basin，the frequency occurrence of debris flow and basin area.Using fuzzy comprehensive evaluation method，establish the subjection function of evaluation factors and fuzzy matrix.The results showed that the risk degree of debris flow in Maansan is moderate，debris flow may occur in heavy rainfall excitation.

debris flow；fuzzy comprehensive evaluation；risk degree evaluation；Maanshan；disaster prevention and mitigation

P642.23

A

1673－8047（2016）03－0038－07

2016－05－12

崔瑞峰（1992—），男，硕士研究生，主要研究方向为地质灾害预测与防治。