劉希林　蘇鵬程

　　地質灾害危險區劃，國内外已有許多成功的範例［1-3 ］。這些成果的科學基礎，即認爲地質灾害的區域分异，都是孕灾環境和致灾因子綜合作用的結果［4］。地質灾害危險區劃的方法，實際上是多因子綜合分區方法［5］，即選用多個環境背景和灾害特徵因子，采用一定的邏輯和數學規則，搆成一個綜合指數，以此指數作爲危險度分區的依據，在此基礎上進行危險度分級［6］。分區成果，通常以行政區域、網格區域和流域單元爲表現形式，尤其以前兩種形式爲常見。

　　地質灾害危險區劃的這一基本思路和技術路綫，體現了定性與定量相結合、在定性基礎上定量的特點，是地學研究中用得較多的一套方法。這套方法的關鍵技術問題是如何合理地選擇與地質灾害危險性相關的因子，選擇多少個因子才是合理可行的，如何確定主要因子和次要因子，又如何客觀地確定各因子的權重。以上問題，對不同的地質灾害類型可有不同的處理方式。因此，就某種地質灾害的危險區劃而言，只能説有某種代表性方法，而没有一成不變的方法。

　　在探討地質灾害危險區劃方法時，采用不同的定量化數學方法來搆成一個危險度分區的綜合指數，近年來是許多青年學者追逐的熱點。主要有，神經網絡法［7］，投影尋踪法［8］、信息熵法［9］、關聯度分析法［10］、模糊數學法［11］、可拓法［12］、粗糙集法［13］、層次分析法［14］、正反負矩陣權重分析法［15］，各種數理統計方法層出不窮。近期的許多方法，雖在因子賦權和綜合指數的表達上有所翻新，但他們多疏於考慮一個基礎性問題，即如何針對某種地質灾害，合理地選擇相應的區劃因子并合理量化，這往往是决定區劃成功的關鍵所在。

　　本文第一作者，在最早有關泥石流危險區劃的探討時提出了一種推論［16］，如果已知一個區域内每條泥石流溝的危險度，那麽，該區域的泥石流危險度就是所有單溝泥石流危險度的平均值。這是一種在已知單溝泥石流危險度基礎上，求算區域泥石流危險度的直接方法，再用區域泥石流危險度作爲綜合指數，進行泥石流危險區劃。但在當時，考慮到計算每一條泥石流溝危險度的難度，提出了用泥石流溝分佈密度（灾害特性的代替因子和）環境背景因子分别作爲區域泥石流危險度評價主要和次要因子。采用這一間接方法，建立了區域泥石流危險度多因子綜合評價模型及其計算公式，後經改進［17］，沿用至今，已入編普通高等教育“十五”國家級規劃教材《地貌學原理》（修訂本）［18］。

　　近期的科研工作“山地灾害預測及對西綫南水北調一期工程安全性影響評價”爲檢驗早期的推論提供了實踐的機會。在野外考察和室内工作並計算出研究區103條泥石流溝危險度基礎上，以網格爲評價單元，用單溝泥石流危險度面積加權平均方法，得出了南水北調西綫一期工程區泥石流危險度分區成果，填補了該區這一領域的空白，也是地質灾害危險區劃理論和方法上的一次有重要意義的新嘗試。

　　1　工程概况及基本地質環境

　　南水北調西綫一期工程通過“五壩七洞一渠”引長江上游之水入黄河上游。調水綫路自西南至東北穿過雅礱江支流達曲、泥曲和色曲以及大渡河支流杜柯河、克柯河和麻爾曲，調水區主要位於四川甘孜、色達、壤塘、阿壩4縣，以及青海班瑪縣和甘肅瑪曲縣。引水工程穿越巴顔喀拉山及各流域分水嶺，串聯上述支流引水樞紐，在黄河支流賈曲出流。輸水綫路全長260 km，年調水量40億m3。

　　工程區是青藏高原地貌突變帶，岩性簡單，搆造復雜，新搆造運動强烈，地形起伏較大。泥石流、滑坡、崩塌地質灾害較爲發育。三叠系砂岩是區域内出露最廣的岩層，層序完整連續，韵律發育，厚度巨大。褶皺、斷層發育，以巴顔喀拉褶皺帶爲主體，在南、北復向斜帶内分佈有5條主要斷裂帶，第四紀仍在活動［19］。斷裂帶附近也是地震活動頻繁而强烈的地區，屬於青藏高原地震帶中的康定-甘孜和玉樹-甘孜-爐霍地震帶高地應力區［20］。工程區在地貌上，由西南向東北表現爲由深切割的高山峽谷過渡到淺切割的高原區，最高處海拔高度6000 m以上，最低處海拔高度2000 m，大部分地區的海拔高度在3500 m以上。

　　以巴顔喀拉山爲界，東北部受乾冷氣流控制，表現爲高原亞寒帶半乾旱氣候區；西南部受西南季風影響，表現爲亞寒帶-寒温帶氣候區。氣候特徵爲太陽輻射强，冬季嚴寒，低温持續時間長，夏季凉爽，濕度小，蒸發量較大，干、雨季分明，降雨日多，降雨强度小。全年降雪日數多，海拔高度3500 m以上地區，降雪量占全年降水量的30％。

　　2　泥石流灾害特徵

　　2.1　泥石流分佈特徵

　　泥石流集中分佈在相對高差大，山坡陡峻的河谷地帶。泥石流溝谷數量隨着地形相對高差的降低和切割程度的變緩而减少（圖1）。大部分泥石流溝分佈於新搆造運動抬昇或垂直差异性抬昇的地段，因此，泥石流溝谷縱剖面以凸形坡爲主，泥石流溝谷發育以幼年期或壯年偏幼期居多［21］。受地質搆造和地震因素影響，達曲和泥曲流域因有晚更新世和全新世活動性斷裂分佈，搆造運動强烈，地震活動頻繁；杜柯河谷的展佈也受桑日麻斷裂的控制，流域内曾於1947年發生過裏氏7.75級地震；達曲和杜柯河流域是泥石流溝谷數量最多和分佈密度最大的兩個流域。

　　2.2　泥石流性質與活動特徵

　　泥石流性質可分爲黏性泥石流、亞黏性泥石流和稀性泥石流。黏性泥石流固體物質含量達60%，最高可達80%以上，容重爲2~2.2 t/m3，呈整體流動，有陣流現象；稀性泥石流固體物質含量達10~40%，容重爲1.3~1.8 t/m3，呈紊流運動，無明顯陣流，堆積物有一定分選；亞黏性泥石流性質介於兩者之間。在野外考察取回的樣品中，對其中25個泥石流堆積物樣品進行了物理力學性質測試，通過對樣品密度、含水量、孔隙率和顆粒級配曲綫的分析，用類比方法，推斷出103條泥石流溝中，以暴發黏性泥石流爲主的溝谷約占40%，以暴發稀性泥石流爲主的溝谷約占15%，其餘約45%的溝谷則以暴發過渡性泥石流爲主，或表現爲黏性和稀性泥石流交替發生。

　　泥石流活動性較强。由25個泥石流堆積物樣品測試分析結果可知，含水量平均值爲9.76%，孔隙率平均值爲34.1%，液性極限平均值爲28.94%，塑性極限平均值爲17.18%。表明堆積物含水量和孔隙率較高，吸水能力較强，短時間大雨或較長時間降雨都可能使堆積物達到塑性狀態，使泥石流處於啓動階段，若有水分繼續補充，則可由塑性狀態轉變爲液性狀態，使泥石流在山坡或溝谷中流動，從而形成泥石流。

　　泥石流活動的另一特點表現爲低頻率大規模以及高頻率小規模的組合關系。中小規模的泥石流溝，地勢崎嶇，坡地陡峻，流域侵蝕嚴重，可爲泥石流形成提供有利的物質來源和動力條件，泥石流主要由中到大雨激發而成，具有較高的暴發頻率但規模一般不大。分佈在達曲流域的泥石流溝，流域系統比較完整，溝道内鬆散固體物質較多，堵塞較爲嚴重，上游匯水面積較大，形成的泥石流規模較大，但暴發頻率相對較低。

　　3　泥石流危險區劃

　　3.1　基礎資料

　　2002～2004年本課題組成員多次對工程區進行了較爲全面和系統的野外考察，通過現場GPS定位和1:10地形圖填圖，部分結合室内航片判斷，識别出工程區内達曲、泥曲、色曲、杜柯河、麻爾曲、克柯河（含若果郎渡槽）6個流域内的103條泥石流溝［22 ］。采用單溝泥石流危險度計算公式及其評價因子的轉换賦值函數（表1）［ 23-24 ］

　　H單=0.29M+0.29F+0.14S1 +0.09S2 +0.06S3 +0.11S6 +0.03S9（1）

　　通過室内讀圖和大量計算，得出工程區内103條泥石流溝的危險度數值。危險度取值範圍0~1，其中0～0.2爲極低危險、0.2～0.4爲低度危險、0.4～0.6爲中度危險、0.6～0.8爲高度危險、0.8～1.0爲極高危險。各流域泥石流溝的危險度分級統計見表2。

　　3.2　區劃方法與結果

　　基於單溝泥石流危險度評價結果，采用網格劃分基本評價單元，用單溝泥石流危險度面積加權平均法，得出每個方格的區域泥石流危險度，以此作爲分區指標，對研究區内6個流域分别進行泥石流危險區劃。這種區劃方法，仍然屬於多因子綜合評價方法，因爲單溝泥石流危險度也是由7個評價因子綜合評價得出的。

　　泥石流規模和泥石流發生頻率是泥石流危險度評價的主要因子，這是在上世紀九十年代初由全國近百位泥石流專家學者通過通訊方式認定的［17］，已得到學界的認可。其它5個次要因子選取的原則和方法是：從單溝泥石流危險度評價的14個候選因子中，采用雙系列關聯度分析方法，將14個候選因子分别與泥石流規模和發生頻率進行關聯度分析，再根據每個候選因子與泥石流規模和發生頻率得出的兩個關聯度的平均值來確定是否與主要因子關系密切，從而决定其取舍［24］。該項研究，選取相關關系好，即平均關聯度大於0.85的環境因子作爲泥石流危險度評價的次要因子，由此得到表1中單溝泥石流危險度評價的5個次要因子。

　　權重系數確定的原則和方法是［17，23］：從平均關聯度最小的次要因子開始，給定其起始權數爲一個基本單位10n(n可爲任何整數，在此取n=0)，以此基本單位爲公差，依次呈等差級數向關聯度增大的方向遞增次要因子的權數。爲突出次要因子與主要因子從量變到質變的區别，主要因子的權數以最大的次要因子的權數爲基數，以2爲公比，呈等比級數繼續遞增，兩個主要因子泥石流規模和發生頻率賦予相等的權重。由此得到表1中單溝泥石流危險度評價的7個因子的權重系數。

　　具體操作方法爲，在Arcview GIS3.3平臺上，將研究區以0.5×0.5 km作網格劃分，得到2361個方格，叠加上103條泥石流溝的流域界限，認定每條泥石流溝内具有的泥石流危險度值相同。如果某個方格爲具有某一危險度值的泥石流流域完全覆蓋，那麽，該方格的危險度值就是該泥石流溝的危險度值；如果未能完全覆蓋，那麽未覆蓋部分認爲是泥石流危險度值爲零，再以覆蓋部分所占面積百分比乘以該部分的泥石流危險度值，以此作爲整個方格的泥石流危險度值；如果一個方格爲兩條或多條泥石流流域所覆蓋，則分别以其流域面積百分比爲權重，進行危險度值加權平均，得出該方格的泥石流危險度值。用計算公式表示爲

　　H方格=∑ni=1PiHi（2）

　　式中　H方格爲每個方格的泥石流危險度；pi爲每個方格内各泥石流溝所占的面積百分比；Hi爲對應的每條泥石流溝的危險度；n爲方格内泥石流溝的數量。

　　評價結果爲，在研究區2361個方格，高度危險區共292個方格，總面積73 km2；中度危險區共459個方格，總面積114.75 km2；低度危險區共627個方格，總面積156.75 km2，極低危險區共983個方格，總面積245.75 km2（表3）。單溝泥石流危險度評價中没有極高危險的泥石流溝，因此，泥石流危險區劃中也没有極高危險的區域，兩者結果是一致的。需要説明的是，極低危險的方格數和總面積是没有絶對意義的。首先，每個流域所在研究區邊界的確定具有較大的不確定性，因爲它是由研究者主觀劃定的；其次，無泥石流溝分佈和雖有泥石流溝分佈，但其加權平均後的泥石流危險度值小於0.2，這兩種情形没有加以區分，在此均作爲極低危險區歸爲一類。這種分級歸類的處理雖有所簡化，但並不影響區劃效果，從某種意義上講，將無危險區並入極低危險區更具有合理性，因爲在研究區内，無危險區並不具有絶對的含義。

　　仍然按泥石流危險度的5級劃分標準［24］，將高度危險區（0.6～0.8）填充紅色，中度危險區（0.4～0.6）填充粉紅色，低度危險區（0.2～0.4）填充黄色，極低危險區（0～0.2）填充緑色，由此得到南水北調西綫一期工程泥石流危險區劃系列成果（圖2～圖7）。

　　泥石流高度危險區内，原則上不宜興建大型水利樞紐，防治對策上以“防爲主、治爲輔”爲基本原則。如調水工程確需經過高危險區，則必須對壩址和水庫庫區内關鍵點的泥石流溝實施工程治理。泥石流中度危險區是主體，面積較廣，不可能完全繞避，但應精選精建，同時配以適當的防護工程，防治對策是“防、治並重”。泥石流低度危險區是可以進行開發和建設的，但對受泥石流嚴重威脅的場所，應建有適當的防護工程。防治對策是“治爲主、防爲輔”，因爲該區泥石流危險程度輕微，實施一定的土木工程和生物工程，即可基本上抑制區域内泥石流灾害的發生。極低危險區是安全建設區，基本上没有泥石流危害或泥石流危害及其輕微。

　　4　結論

　　通過本研究，得出如下主要結論：

　　（1）前期研究表明，工程區103條泥石流溝中，没有極高危險的泥石流溝，其中高度危險的泥石流溝4條，占總數的4%；中度危險的泥石流溝42條，占總數的41%；低度危險的泥石流溝44條，占總數的43%；極低危險的泥石流溝13條，占總數的12%。

　　（2）泥石流危險區劃結果表明，研究區内没有極高危險區，高度危險區總面積爲73 km2，主要集中在杜柯河流域，達曲和泥曲流域有零星分佈；中度危險區總面積114.75 km2，各流域均有分佈，其中杜柯河和達曲流域分布較多；低度危險區是分佈最廣的區域，總面積156.75 km2，各流域均有分佈，以杜柯河流域分佈略多。

　　（3）泥石流極低危險區是指那些危險度值小於0.2或未發現有泥石流溝分佈的區域，考察中發現，屬於極低危險度的泥石流溝很少，因此，極低危險區的面積很大。但不能排除在劃歸爲極低危險的區域内，尚有未調查到的泥石流溝。因此，極低危險區這一等級的可靠性不如其他危險區的高。

　　（4）用單溝泥石流危險度值作爲綜合指標，以泥石流溝流域面積作爲權重的加權平均方法，采用網格作爲泥石流危險區劃的基本單元，能够直接獲得泥石流危險區劃的結果。如果能够在前期對地質灾害達到詳查的程度並計算出每條泥石流溝的危險度，那麽，用本文提出的方法來進行地質灾害的危險區劃，無疑比用間接方法和替代指標産出的危險區劃成果具有更高的可靠性。

　　原載：地學前緣，2007，14（6）：188-196.