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栾川县泥石流灾害危险性区划研究

彭祖武  
【摘要】:栾川县地处豫西山区,山多地少,区内主要有伊河、小河、明白河、清河四条主要水系和熊耳山、遏遇岭、伏牛山三道山川,素有“四河三山两道川、九山半水半分田”之称。同时其处在固始-栾川-确山断裂带,位于构造抬升区,夏秋两季降水集中,区内山头众多、沟谷密布、侵蚀地貌和重力地貌发育。加上,栾川出露地层中大部分为易风化火成岩和变质岩;人类活动强烈,尤其是20世纪50、60年代全县大炼钢铁,造成植被破坏严重。这些因素都为栾川大规模区域性泥石流暴发创造了条件。根据《栾川县县志》(1994版)记载,历史上栾川县多次出现集中强降雨情况,并引发全县大面积山洪、泥石流灾害。最近一次是在2010年7月24日,栾川县普降大到暴雨,其中陶湾、栾川、庙子24日日雨量分别为149.4,147.8,100.1mm(栾川站23至24日降水量超过200mm)。这次暴雨造成栾川县暴发区域性泥石流。据河南省地质工程勘察院等单位调查,“7.24”特大暴雨事件中,栾川县至少发生泥石流29起,大型两处、中型五处,涉及栾川、赤土店、陶湾、石庙等乡镇,造成68人死亡,21人失踪,直接经济损失约19.8亿。 栾川县长于500m的沟道有2715条,其次还有很多小于500m的沟道,其中部分沟谷就因具备充足的物源,而成为潜在暴雨泥石流沟。经查阅历史资料及野外调查,栾川县泥石流沟沟域面积差异极大,最大可超过50km2、最小不足0.1km2。流域面积大于10km2的有城关镇的大南沟、石庙镇的七姑沟、陶湾镇的陶湾南沟、叫河乡的瓦石岩沟等沟谷,这些都属于沟谷型泥石流沟;而坡面型泥石流沟沟域面积一般不足0.15km2,像石人沟组坡面泥石流、竹园村西2组坡面泥石流及陶湾8组坡面泥石流。 针对栾川县泥石流沟谷众多、特点各异的实情,探寻研究区泥石流沟谷发育原因及共同影响因子,对当地泥石流灾害防灾减灾决策和泥石流危险性区划研究都是非常重要的。文章结合前人研究成果和此次调查分析结论,从物源条件、沟谷形态特征、降雨条件、土体强度弱化等方面进行定性分析,按启动形成模式将栾川县泥石流灾害点划分为七种类型,分别为:沟道拖拽-溃决型、沟道冲切-崩滑型、冲击液化型、坡面崩滑型、坡面冲刷-沟道启动型、尾矿溃决型及其复合型。同时,对七种类型中典型泥石流点的影响因子进行了详细分析。又结合野外对“7.24”暴雨型泥石流灾害点(不含尾矿溃决型)调查数据,共提取物源积聚条件、径流产能条件及土体强度弱化条件等三大条件、11个因子;利用三标度层次分析法对因子进行赋权。最后利用三大条件与承灾体条件组合构建了栾川县泥石流危险性实时动态区划模型并通过GIS手段,利用2010年“7.24”暴雨泥石流点(不含尾矿溃决型)对模型进行了验证分析。 文章主要成果及结论如下: 1、栾川县具备泥石流大面积暴发的背景条件,同时泥石流、水石流、泥流灾害类型齐全; 2、栾川泥石流可以根据形成模式,分为沟道拖拽-溃决型、沟道冲切-崩滑型、冲击液化型、坡面崩滑型、坡面冲刷-沟道启动型、矿渣溃决型及其复合型等七类; 3、利用对栾川县2010年“7.24”暴雨型泥石流灾害点调查分析数据及GIS技术,提取了栾川县断裂密度、沟谷密度、坡向、坡度、表观物源储量、集水面积等空间分布数据。借鉴前人泥石流危险评价成果及基于本项目对栾川县泥石流研究认识,建立了有栾川县特点的泥石流实时动态区划模型。模型考虑了四大条件,共12个因子,分别为:物源积聚条件(岩组、断裂密度、沟谷密度、坡向、坡度、表观物源储量),径流产能条件(地貌、集水面积、小时雨强、沟床比降)、土体强度弱化条件(前120h降雨量(等效于前5天降雨量)、24h降雨量(等效于当天降雨量))及承灾体条件(人口密度)。同时,模型共分为两部分,一为泥石流危险指数,一为泥石流净危险指数;利用二者综合评判预警栾川县暴发暴雨型泥石流区域。 4、文中共构建了三种泥石流危险性区划模型,分别为基于背景条件的泥石流危险性区划模型、基于小时雨强的泥石流危险性区划模型及基于暴发机理的泥石流危险性区划模型。研究证明,三种模型能客观反映栾川县暴雨泥石流易发区域及再现“7.24”暴雨泥石流灾害发展趋势。 5、基于项目调查的陶湾、石庙、赤土店等乡镇18个暴雨型泥石流灾害点数据,最后确定危险指数E值0.216且净危险指数E'0.05的区域,作为泥石流暴发高危险区域,也即E值0.216且E'值0.05作为栾川县暴雨型泥石流(除矿渣型)暴发预警警戒值。同时,研究中剔除降雨影响,基于背景条件(地貌、岩组、断裂密度、沟谷密度、坡度、坡向、集水面积、表观物源量)对栾川县全境进行了泥石流危险性区划。结论认为伏牛山庙子至陶湾段、伊河栾川以上河段以北与遏遇岭以南地区、遏遇岭以北及熊耳山以南狮子庙及白土乡部分沟谷地区、谭头及大清沟零星地区属于暴雨型泥石流易发区。 当然,栾川县降雨区域性明显,差异性大,单一使用栾川站气象资料,不足以彻底检验危险性评估模型的正确性和实用性。同时,利用降雨资料进行栾川县泥石流暴发危险性实时动态区划,对实地(即沟边)降雨资料精度要求非常高。所以模型的进一步完善需要更多、更精确的样本。除此之外,承灾体条件也是需要进一步深化研究的领域,尤其是承灾体易损性量化方面。因此文中GIS危险性区划模型及结论也只是初步研究成果,只供参考。 另外,栾川泥石流危险性区划后续研究工作,可以借鉴本文思路,充分利用计算机及GIS技术,创建危险性实时动态区划系统,将各乡镇气象站降雨资料实时录入系统数据库,在显示屏上动态显示区划结果。这样将能更大的发挥实时区划模型在栾川泥石流防灾减灾中的作用,也是本课题研究的最终目的。


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