张蓉杰,罗军尧

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093；2.昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650500)

大、小白泥沟位于东川区阿旺镇大白河(小江)左岸，均为小江一级支沟。前期在大、小白泥沟堆积区进行覆土种植绿化以改善生态环境，修建拦挡坝等措施防护泥石流。但在2012年6月发生大白泥沟上修建的拦挡措施被降雨条件下形成的泥石流冲毁[1]和2015年8月大白泥沟泥石流冲毁河堤事件[2]，表明前期治理并未形成一个完整的、系统的治理工程，急需开展新一轮的泥石流危险性评价和综合治理。

前期学者曾对大、小白泥沟泥石流进行危险性评价，刘希林等通过灰色关联度法确定泥石流危险性主要和次要影响因子并根据关联度顺序确定影响因子权重，计算出大白泥沟危险度为0.827 4、小白泥沟危险度为0.796 2[3]；赵鑫等利用主次危险因子之间的线性关系，通过多元线性回归模型计算危险因子权重，得出大白泥沟综合危险度为7.12，属于极高危险，小白泥沟综合危险度为6.55，属于高度危险[4]；陈鹏宇等运用散点图初步筛取危险因子，以Spearman等级相关系数进行最终筛取并进行权重分配，建立泥石流危险度综合评价模型，得出大、小白泥沟处于极度危险[5]；殷启睿等引用计算生产效率的DEA模型来计算泥石流沟的危险度，通过各泥石流沟的成灾效率来表示泥石流的危险性，得出大、小白泥沟处于极高的成灾危险[6]。

泥石流危险性评价中危险因子权重确定有多种方法，前述所提灰色关联度法、多元线性回归分析和Spearman等级相关系数分析，都是通过分析数据，利用数学模型实现对危险因子的客观赋权，减少了主观因素的影响，但缺少逻辑性。有学者也尝试通过层次分析法等主观赋权的方法确定危险因子权重[7-8]，但该结果受到人为因素影响较大，缺乏科学性。因此，本文采用层次分析法和熵权法的组合赋权法计算危险因子权重，平衡主客观因素对危险因子权重的影响，以使权重计算更为合理。

1 区域地质背景

1.1 降雨及气候规律

研究区位于昆明市东川区阿旺镇北侧约11 km，属亚热带季风气候区，在气候特征上有干湿季节分明、垂直分带性显著、局部暴雨强盛的特点。年平均降水量约为1 000.5 mm，充足的水源(降水)不仅是泥石流形成的必要条件，还是激发泥石流的决定因素。在前期降雨和局部强降水条件下，松散物质被雨水饱和，极易形成泥石流。

1.2 区域地形地貌特征

东川处于云贵高原北部，同时还处于断裂带，地质侵蚀强烈，形成典型的深切割高山峡谷地貌[9]。大、小白泥沟流域均位于小江左岸，受到构造运动和沟谷的侵蚀切割影响，局部上呈现山高谷深，地势陡峭的地形，总体上则属于侵蚀构造断块山地貌。受到侵蚀构造作用，河谷中上游支系冲沟相对发育，沟谷中下游多成“V”型谷，河谷切割深度为150～450 m不等，两岸坡度一般为15～45°，局部大于60°。陡峭的山体和巨大的落差为泥石流的发育提供了有利的地形条件。

1.3 地层岩性特征

1.4 地质构造

项目所在区位于滇东台褶束附近，受到多期次构造运动的影响。区域内南北向的小江断裂由多条断裂组成，对周边构造运动具有控制性作用。小江断裂从蒋家沟沟口处的泥得坪向南分为东、西两支，东支为大白河断裂，西支为乌龙河断裂[10]。大、小白泥沟便位于东支大白河断裂带上。地质构造作用产生的松散堆积碎屑，为后续泥石流的发育提供了充足的物源条件。

1.5 地震作用

小江地震带内地震频繁且强度大，晚更新世以来曾发生30多次强烈地震。大、小白泥沟泥石流所在区域，地质构造复杂，地震活动相对频繁且较强烈，属于地壳不稳定的地区。地震发生时释放能量，产生强烈的地震波，破坏地表结构的整体性，造成区域内岩体崩解，地形破碎，可为泥石流的发生提供丰富的物源和有利的地形条件。

1.6 人类活动

东川矿产资源丰富，铜的储量占全国第二位。历史上，由于大量开采和冶炼铜矿，消耗了大量的森林资源。加之后期的大量砍伐，使得东川区的森林覆盖率大量降低[11]。大、小白泥沟流域森林覆盖率不足20%。通过人工植树造林，生态得到一定程度恢复。但现有林种大多为幼林，植被郁闭度低，大量岩土体裸露，在降雨下造成水土流失并形成了严重的地表荒漠现象。

2 泥石流危险性评价

2.1 泥石流危险因子选取

泥石流形成须具备三个条件：陡峭的地形地貌、丰富的松散物质和充足的水源条件。因此，针对泥石流的危险性分析主要从泥石流形成的三个基本条件和其它影响条件中筛选相关的危险因子，并基于一定的数学模型计算相关权重和最终危险度。鉴于一些指标具有重复意义，本文选取一次泥石流最大方量S1、泥石流爆发频率S2、流域面积S3、主沟长度S4、流域相对高差S5、流域切割密度S6、泥砂补给段长度比S7和24 h最大降雨量S8共8个危险因子来评价泥石流危险性。

2.2 基于层次分析法的危险因子权重计算

层次分析法是美国运筹学家萨蒂提出的一种层次权重决策分析方法[12]。近几年来，该方法被普遍应用于工艺优化、影响因素评价、洪涝风险评估、泥石流危险性分析等领域。该方法通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，通过准则层因素对目标层的影响大小建立判断矩阵，进一步求解矩阵最大特征值及其对应的特征向量，以获得不同影响因素和方案的重要性程度的权重，为最优方案选择提供依据。本文运用层次分析法计算影响因子权重如表1所示：

表1 层次分析法计算权重Tab.1 Calculating weight by analytic hierarchy process

其中，层次分析法判断矩阵需满足一致性检验，若满足CR=CI/RI<0.1,则判别矩阵满足一致性，评价指标权重分配合理。本次研究CR=0.031 8<0.1,指标权重分配合理。

2.3 基于熵权法的危险因子权重计算

熵是系统无序程度的一种度量，可以利用熵值来判断某一指标的离散程度，信息熵值越小，指标的离散程度越大，则该指标对综合评价的影响越大，即权重越大[13]。因此，可根据信息熵计算各个指标权重，为多指标综合评价提供依据。

熵权法是一种客观赋值方法，计算步骤如下：

(1) 根据M个泥石流危险性评价指标，及其对应的N个评价区域，建立评价指标矩阵；

(1)

(2)计算第j个危险因子下的第i个区域的指标比重；

(2)

(3)计算第j个危险因子的熵值；

(3)

其中,K=1/lnm,m为评价区域的数量。

(4)确定熵值后，对权重进行计算；

(4)

熵权法基于数据本身，通过信息熵的大小计算权重。本文基于东川区的大、小白泥沟、蒋家沟、大桥河、石羊沟、达德沟和黑水河共7条泥石流沟的基础数据，经过熵权法计算，各危险因子权重结果如表2所示：

表2 熵权法计算权重Tab.2 Calculating weight by entropy weight method

2.4 组合权重

层次分析法基于学者对各指标的重要程度的理解和分析，具有较强的逻辑性和可靠性，但同时对指标重要程度的判断具有较强的主观性。而熵权法本身依靠指标熵值的大小确定权重，是一种客观评价方法[14]。为了弥补单一权重计算方法的不足而采取组合赋权法，将层次分析法和熵权法得到的权重通过公式计算得到组合权重。组合权重计算公式如下：

(5)

式中，Nj为第j个评价指标的综合权重；Sj为层次分析法计算出来的第j个评价指标的权重；Wj为熵权法计算出来的第j个评价指标的权重。

危险因子组合权重计算如表3所示：

表3 组合赋权法计算权重Tab.3 Calculating weight by combined weighting method

2.5 大、小白泥沟泥石流危险性评价

本文通过层次分析法和熵权法的组合赋权法计算大、小白泥沟危险因子权重，基于刘希林等提出的泥石流危险因子等级及其定量赋值表进行定量赋值和危险性评价[15]，并通过以下公式计算泥石流危险度：

Rd=0.205G1+0.294G2+0.130G3+0.082G4+0.060G5+0.104G6+0.082G7+0.043G8

式中，G为危险因子定量赋值。

计算出大白泥沟危险性为0.899 5，小白泥沟危险性为0.874 9。泥石流危险性评价见表4。结合泥石流危险性评价表，大、小白泥沟均处在极度危险中。

表4 泥石流危险性评价表Tab.4 Debris flow hazard evaluation form

3 大、小白泥沟治理

3.1 前期治理及其存在问题

东川泥石流治理已开展多年，对大、小白泥沟流域也进行了覆土种植绿化，修建拦挡坝等治理措施。据调查，大白泥沟上存在一个规模巨大的祭龙凹滑坡，两侧分布4条活动性冲沟。小白泥沟上则存在鲁纳大村滑坡，两侧分布5条活动性冲沟。滑坡和活动性冲沟为泥石流储存了大量物源，在暴雨等充足的水源条件下，爆发泥石流。由于前期未能整体规划和受到资金限制，前期治理未能形成完整的、系统的治理工程，经过勘察，大、小白泥沟现状见表5。

表5 大、小白泥沟现状Tab.5 Current situation of Dabainigou and Xiaobainigou

3.2 泥石流治理工程

针对大、小白泥沟的现状，主要治理工程为以下三个方面：

1)拦挡坝工程

2012年6月，大白泥沟因降雨多次爆发泥石流，最终，项目前期治理修建2座拦挡坝被损毁，可见，流域内缺乏骨干性拦挡坝。在已建拦挡坝工程已经完全损毁情况下，可考虑在大白泥沟和小白泥沟主沟阶梯布设两座以上小型拦挡坝，并在中下游修建骨干拦挡坝。以控制物源下泄量，回於反压沟床、滑坡坡脚，减少沟底冲刷，稳定两侧岸坡。

2)排导工程

为了归顺河道，保护堆积区两岸土地，加强堆积区内土地的规划利用，可在大、小白泥沟下游堆积区布置排导槽，增强沟道的排导能力。

3)生态修复工程

根据生态适应性原则，选择与当地条件相适应，同时经济可行的植物进行种植。按照不同气候和土壤的特点，宜草则草，宜林则林。种植乔木、灌木、草本等多层次物种来固土、改善生态环境、以防止水土流失。乔木可选择种植云南松，也可结合当地经济需求种植核桃树、苹果树等经济树种。灌木可选择马棘、杜鹃等。宜草区域可选择白兰草、香根草[16]等草本植物。

4 结论

1)层次分析法确定权重具有很强的主观性，而熵权法则基于客观存在的数据本身，为弥补单一性带来的不足，结合两种方法的组合赋权法能更合理的确定权重。本文所求大、小白泥沟危险因子权重与泥石流危险性，与前人研究所得结论相符，证明该方法的有效性。

2)通过组合赋权法求得大白泥沟危险性为0.899 5，小白泥沟危险性为0.874 9。表明大、小白泥沟仍处在极高的泥石流爆发危险中。

3)大、小白泥沟上游都拥有大量的物源，在降雨条件下，极易爆发泥石流。大、小白泥沟主沟内缺乏控制性骨干工程，现存措施对泥石流的拦挡有限，无法有效防护雨季多次爆发的泥石流。

4)大、小白泥沟的治理迫在眉睫，主要为以下方面：主沟道内修建骨干性控制工程；物源区跟流通区种植草木固土；堆积区布置排导槽增加排导能力。