發(fā)布時間：2020-03-20所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:地質(zhì)災(zāi)害危險性評價對城鎮(zhèn)國土空間規(guī)劃與防災(zāi)減災(zāi)管理具有重要的意義，目前地質(zhì)災(zāi)害危險性評價方法較多，但主要集中在對區(qū)域或單體地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價研究，對城鎮(zhèn)尺度地質(zhì)災(zāi)害危險性評價較少。該文以地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的舟曲縣城區(qū)為研究對象，以網(wǎng)格劃分
摘要:地質(zhì)災(zāi)害危險性評價對城鎮(zhèn)國土空間規(guī)劃與防災(zāi)減災(zāi)管理具有重要的意義，目前地質(zhì)災(zāi)害危險性評價方法較多，但主要集中在對區(qū)域或單體地質(zhì)災(zāi)害的危險性評價研究，對城鎮(zhèn)尺度地質(zhì)災(zāi)害危險性評價較少。該文以地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的舟曲縣城區(qū)為研究對象，以網(wǎng)格劃分為評價單元，以1:10000地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。根據(jù)斜坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)及侵蝕特征，利用無限邊坡模型計算不同柵格單元的穩(wěn)定性，并結(jié)合斜坡破壞概率及構(gòu)建的斜坡滑動距離評價了城區(qū)斜坡危險性，在此基礎(chǔ)上采用FLO-2D模型進行了泥石流災(zāi)害危險性評價，最后在arcgis平臺下綜合城區(qū)斜坡和泥石流危險性評價結(jié)果，完成了舟曲縣城區(qū)50年一遇降雨條件下地質(zhì)災(zāi)害危險性評價及區(qū)劃。評價結(jié)果表明:舟曲縣城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)面積6.43km2，共發(fā)育災(zāi)害點32處，威脅承災(zāi)體面積640.29萬m2;中危險區(qū)面積5.15km2，共發(fā)育災(zāi)害點7處，威脅承災(zāi)體面積509.73萬m2;低危險區(qū)及以下面積15.80km2，共發(fā)育災(zāi)害點3處，威脅承災(zāi)體面積1527.82萬m2。該評價方法在一定程度上完善了城鎮(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價過程，并為舟曲縣城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)災(zāi)害;危險性;FLO-2D;白龍江流域;舟曲縣城
從1980年開始，國內(nèi)有關(guān)學(xué)者對白龍江流域的地質(zhì)災(zāi)害進行了大量的調(diào)查、監(jiān)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(qū)段[1-4]，關(guān)于城鎮(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究甚少。在區(qū)域方面，一些專家采用無限邊坡穩(wěn)定性模型、經(jīng)驗權(quán)重方法等，基于GIS和RS等空間信息技術(shù)，采用定性與定量相結(jié)合的方式，構(gòu)建了舟曲縣地質(zhì)災(zāi)害危險性評價模型[5-8]。針對單體地質(zhì)災(zāi)害評價，舒和平等[9]從泥石流動力學(xué)角度，通過物理模擬試驗構(gòu)建了三眼峪泥石流堆積面積、厚度及形態(tài)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(fā)生前后和工程治理前后評價因子的變化，對比分析了其風(fēng)險性;宿星等[12]對龍江新村滑坡穩(wěn)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(qū)域或單體的研究，城鎮(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害危險評價研究程度仍然較低，缺乏對未來地質(zhì)災(zāi)害的破壞能力及危害范圍的準(zhǔn)確預(yù)測，在評價過程中未將不同類型地質(zhì)災(zāi)害危險性評價進行區(qū)分，導(dǎo)致評價結(jié)果存在一定的誤差。尤其針對地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、群發(fā)的白龍江流域重要城鎮(zhèn)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究更為匱乏。
相關(guān)期刊推薦：《地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護》(季刊)創(chuàng)刊于1990年，由成都理工大學(xué)主辦。 本刊主要刊登由地球內(nèi)部動力和外動力以及不合理的人類工程活動引起的地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害方面的治理與環(huán)境保護方面的研究成果。
鑒于此，本文以具有典型性和區(qū)域特色的甘肅省舟曲縣城區(qū)為典型研究案例。借鑒國內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害危險性評價技術(shù)方法和理念，首先根據(jù)斜坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)及侵蝕特征利用無限邊坡模型計算不同柵格單元的穩(wěn)定性和斜坡破壞概率。結(jié)合構(gòu)建的適合舟曲縣城區(qū)滑坡最大滑動距離預(yù)測表達式來預(yù)測未來斜坡危害范圍，進而評價城區(qū)斜坡危險性。最后在Arcgis平臺下綜合城區(qū)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(jié)果，完成了舟曲縣城區(qū)50年一遇降雨條件下地質(zhì)災(zāi)害危險性評價及區(qū)劃。評價結(jié)果可為該城鎮(zhèn)乃至隴南山區(qū)城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害的國土空間規(guī)劃和防災(zāi)減災(zāi)提供參考和技術(shù)依據(jù)。
1研究區(qū)概況
本文主要選取舟曲縣城區(qū)斜坡地帶和泥石流出山口堆積扇臺地或泥石流流通區(qū)居民區(qū)集中區(qū)域作為研究對象，面積約27.4km2。區(qū)內(nèi)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(tǒng)古道嶺組千枚巖、炭質(zhì)板巖及石炭統(tǒng)厚層灰?guī)r為主，北側(cè)三眼峪和羅家峪溝口處發(fā)育二疊系中薄層到厚層塊狀灰?guī)r，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(fā)育，巖體破碎。石炭統(tǒng)和二疊系灰?guī)r區(qū)，形成多處崩塌堆積體和危巖體，而中泥盆統(tǒng)千枚巖和炭質(zhì)板巖區(qū)，風(fēng)化強烈，坡面沖刷嚴重，是滑坡及水土流失集中發(fā)育區(qū)。受特殊的地形地貌、易崩易滑的巖性組合和復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造等孕災(zāi)地質(zhì)條件影響，研究區(qū)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，已嚴重阻礙了舟曲縣城區(qū)國民經(jīng)濟的發(fā)展建設(shè)。
近年來隨著人類工程活動日益強烈，極端條件日趨明顯，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)原本極為脆弱的生態(tài)環(huán)境條件進一步惡化，泥石流松散固體物質(zhì)劇增，斜坡的巖土體結(jié)構(gòu)破壞加劇，城鎮(zhèn)居住環(huán)境面臨的風(fēng)險逐漸增強。更嚴重的是舟曲縣城區(qū)本身處于一江三溝挾持位置，城區(qū)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(zhèn)建設(shè)嚴重擠占泥石流泄洪通道。近200年間，三眼峪曾爆發(fā)11次較大規(guī)模泥石流災(zāi)害，特別是2010年“8.8”舟曲特大山洪泥石流災(zāi)害，整個縣城幾乎被毀。據(jù)2017年調(diào)查統(tǒng)計研究區(qū)27.4km2范圍內(nèi)自西向東發(fā)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(zāi)害性泥石流及隱患點，地質(zhì)災(zāi)害密度達1.53個/km2，研究區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害見表1及圖1。因此，選擇舟曲縣城區(qū)作為白龍江流域山區(qū)重要城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價的研究具有代表性和典型性。
2城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價體系
研究區(qū)所需的主要數(shù)據(jù)源于:①對城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害開展現(xiàn)場調(diào)查獲取的基本特征資料;②1:1萬地形圖數(shù)據(jù)、DEM和1:20萬地質(zhì)圖;③1:1萬土地利用類型數(shù)據(jù);④巖土體類型分區(qū)和巖組單元的物理力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù);⑤2016年5月3日獲取的精度為0.5mPléiades星遙感數(shù)據(jù);⑥研究區(qū)歷史地質(zhì)災(zāi)害降雨及變形監(jiān)測數(shù)據(jù)和隴南山地406處氣象觀測數(shù)據(jù)點資料。
地質(zhì)災(zāi)害危險性評價是在分析地質(zhì)災(zāi)害形成條件和引發(fā)因素的基礎(chǔ)上，開展地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間概率、破壞力(強度)及其擴展和影響范圍，其內(nèi)容包括地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價和可能影響范圍評價，核心是確定地質(zhì)災(zāi)害體不同工況下的作用范圍和失穩(wěn)概率[14-18]。研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡、泥石流災(zāi)害及其滑坡隱患點為主，故主要針對城區(qū)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(zhèn)斜坡危險性評價
2.1.1斜坡穩(wěn)定性評價
降雨沿斜坡沖溝產(chǎn)生地表匯流、弱化巖土體特性致使土體厚度發(fā)生變化。考慮雨水侵蝕坡表、侵潤坡體和巖土體力學(xué)性質(zhì)對斜坡在不同降雨頻率下的響應(yīng)，進行定量計算分析，可達到城區(qū)滑坡災(zāi)害穩(wěn)定性評價的目的。優(yōu)化的無限邊坡模型與Arcgis空間分析功能為上述斜坡穩(wěn)定性評價提供了有效方法[19]。研究區(qū)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(fēng)化基巖的層狀結(jié)構(gòu)特征，可滿足無限邊坡模型的假設(shè)，城鎮(zhèn)區(qū)范圍一般較小，所需的巖土體物理力學(xué)參數(shù)易于獲取，滿足模型計算需求。
2.2城鎮(zhèn)泥石流危險性評價
研究區(qū)泥石流災(zāi)害多呈現(xiàn)降雨控制型特點，且?guī)缀跛心嗍鳒隙歼M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(qū)未來泥石流災(zāi)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(jié)合泥石流動力特征和傳統(tǒng)雨洪模型分析，并以每個柵格單元內(nèi)泥石流強度值(ν2d)的空間分布作為泥石流危險性的表現(xiàn)形式，定量獲取泥石流危險性。
未來泥石流災(zāi)害發(fā)生的重現(xiàn)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(chǎn)生影響，本文主要開展50年一遇降雨頻率下泥石流數(shù)值模擬研究。將各泥石流溝最終泥石流流量(表2)和參數(shù)(表3)輸入FLO-2D模型，在整個過程未有人為干預(yù)，計算結(jié)果較為可靠真實。依此方法對研究區(qū)內(nèi)每條泥石流溝進行模擬，將模擬得到泥石流強度指數(shù)在Arcgis平臺進行疊加，最終得到舟曲縣城區(qū)泥石流危險性分區(qū)結(jié)果圖，即城鎮(zhèn)泥石流危險性。
3城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價結(jié)果與檢驗
綜合城鎮(zhèn)斜坡和泥石流危險性評價結(jié)果，開展城鎮(zhèn)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃，可采用地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合指數(shù)法:
Hi=Hsi·Hfi。(8)
式中:Hi為評價柵格單元的危險性指數(shù);Hsi為評價柵格單元的斜坡危險性指數(shù);Hfi為評價柵格單元的泥石流危險性指數(shù)，柵格單元危險性指數(shù)歸一化指數(shù)計算公式如下:
H危i=Hi/Hmax。(9)
將歸一化的危險性指數(shù)按4級劃分:當(dāng)0
據(jù)圖2和表4，可得舟曲縣城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)面積約6.43km2，占總面積的23.48%，共發(fā)育災(zāi)害點32處，災(zāi)點密度4.98處/km2。該區(qū)主要分布在舟曲集鎮(zhèn)區(qū)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(zhèn)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(shè)施面積15.65萬m2、其他用地面積581.38萬m2。
地質(zhì)災(zāi)害中危險區(qū)面積約5.15km2，占總面積的18.81%，共發(fā)育災(zāi)害點7處，災(zāi)點密度1.36處/km2。該區(qū)主要分布在高危險區(qū)周邊，典型位置為舟曲集鎮(zhèn)區(qū)白龍江北岸居民區(qū)，鎖兒頭滑坡中上部、圪塔頭滑坡左側(cè)、南山村及亂石灣溝流域內(nèi)。威脅房屋等建筑物面積約35.3萬m2、公路設(shè)施面積7.5萬m2、其他用地面積466.93萬m2。
地質(zhì)災(zāi)害低危險及以下區(qū)面積約15.80km2，占總面積的57.71%，共發(fā)育災(zāi)害點3處，災(zāi)點密度0.052處/km2。該區(qū)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(shè)施面積11.12萬m2、其他用地面積1398.64萬m2。
據(jù)劉希林等[26]研究認為，地質(zhì)災(zāi)害危險性評價結(jié)果的合理性應(yīng)滿足以下條件即①災(zāi)害點落在越高等級易發(fā)區(qū)的百分比越大越合理;②越低等級易發(fā)區(qū)面積百分比越大越合理;③災(zāi)害點在各等級易發(fā)區(qū)的百分比與各等級易發(fā)區(qū)面積占總面積百分比的比值即頻率比應(yīng)該隨易發(fā)區(qū)等級的增高而增大。從表4可以看出，本文計算結(jié)果基本滿足上述條件。
4結(jié)論
本文以白龍江流域舟曲縣城區(qū)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(zhèn)尺度的地質(zhì)災(zāi)害危險性評價研究，主要得到如下結(jié)論。
(1)白龍江流域地層巖性多樣、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，受特殊的區(qū)域自然條件的影響，該區(qū)降雨強度大，特別是近年來極端降水集中，出現(xiàn)頻率上升。再加上地震、人類活動等因素的影響，使該區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件發(fā)生強烈改變，由此引發(fā)的滑坡、山洪泥石流等災(zāi)害的發(fā)育與分布比較廣泛，將會對白龍江流域城鎮(zhèn)和村落等造成嚴重威脅，阻礙城鎮(zhèn)化進程。因此開展城鎮(zhèn)尺度地質(zhì)災(zāi)害危險性評價方法研究對防災(zāi)減災(zāi)具有很強的現(xiàn)實意義。
(2)由于地質(zhì)災(zāi)害自身的一些不確定性因素和致災(zāi)機理的復(fù)雜性導(dǎo)致對其危險性評價具有較大的難度，加之城鎮(zhèn)區(qū)災(zāi)種多、破壞強，使得城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價內(nèi)容較多。同時山區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價工作提出更精細化的要求，難以采用傳統(tǒng)的評價方法開展有效評價。應(yīng)用優(yōu)化的無限邊坡模型、FLO-2D軟件和Arcgis軟件相結(jié)合的城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價技術(shù)方法，并建立了適合研究區(qū)滑坡最大滑動距離預(yù)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(zhèn)國土空間規(guī)劃和防災(zāi)減災(zāi)提供更科學(xué)的依據(jù)。
(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(chǔ)上，完成了城鎮(zhèn)尺度的舟曲縣城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性區(qū)劃。將危險性等級分為4級:舟曲縣城區(qū)地質(zhì)災(zāi)害高危險區(qū)面積6.43km2，共發(fā)育災(zāi)害點32處，威脅承災(zāi)體面積640.29萬m2;中危險區(qū)面積5.15km2，共發(fā)育災(zāi)害點7處，威脅承災(zāi)體面積509.73萬m2;低危險區(qū)及以下面積15.80km2，共發(fā)育災(zāi)害點3處，威脅承災(zāi)體面積1527.82萬m2。
