刘希林　苏鹏程

　　地质灾害危险区划，国内外已有许多成功的范例［1-3 ］。这些成果的科学基础，即认为地质灾害的区域分异，都是孕灾环境和致灾因子综合作用的结果［4］。地质灾害危险区划的方法，实际上是多因子综合分区方法［5］，即选用多个环境背景和灾害特征因子，采用一定的逻辑和数学规则，构成一个综合指数，以此指数作为危险度分区的依据，在此基础上进行危险度分级［6］。分区成果，通常以行政区域、网格区域和流域单元为表现形式，尤其以前两种形式为常见。

　　地质灾害危险区划的这一基本思路和技术路线，体现了定性与定量相结合、在定性基础上定量的特点，是地学研究中用得较多的一套方法。这套方法的关键技术问题是如何合理地选择与地质灾害危险性相关的因子，选择多少个因子才是合理可行的，如何确定主要因子和次要因子，又如何客观地确定各因子的权重。以上问题，对不同的地质灾害类型可有不同的处理方式。因此，就某种地质灾害的危险区划而言，只能说有某种代表性方法，而没有一成不变的方法。

　　在探讨地质灾害危险区划方法时，采用不同的定量化数学方法来构成一个危险度分区的综合指数，近年来是许多青年学者追逐的热点。主要有，神经网络法［7］，投影寻踪法［8］、信息熵法［9］、关联度分析法［10］、模糊数学法［11］、可拓法［12］、粗糙集法［13］、层次分析法［14］、正反负矩阵权重分析法［15］，各种数理统计方法层出不穷。近期的许多方法，虽在因子赋权和综合指数的表达上有所翻新，但他们多疏于考虑一个基础性问题，即如何针对某种地质灾害，合理地选择相应的区划因子幷合理量化，这往往是决定区划成功的关键所在。

　　本文第一作者，在最早有关泥石流危险区划的探讨时提出了一种推论［16］，如果已知一个区域内每条泥石流沟的危险度，那么，该区域的泥石流危险度就是所有单沟泥石流危险度的平均值。这是一种在已知单沟泥石流危险度基础上，求算区域泥石流危险度的直接方法，再用区域泥石流危险度作为综合指数，进行泥石流危险区划。但在当时，考虑到计算每一条泥石流沟危险度的难度，提出了用泥石流沟分布密度（灾害特性的代替因子和）环境背景因子分别作为区域泥石流危险度评价主要和次要因子。采用这一间接方法，建立了区域泥石流危险度多因子综合评价模型及其计算公式，后经改进［17］，沿用至今，已入编普通高等教育“十五”国家级规划教材《地貌学原理》（修订本）［18］。

　　近期的科研工作“山地灾害预测及对西线南水北调一期工程安全性影响评价”为检验早期的推论提供了实践的机会。在野外考察和室内工作并计算出研究区103条泥石流沟危险度基础上，以网格为评价单元，用单沟泥石流危险度面积加权平均方法，得出了南水北调西线一期工程区泥石流危险度分区成果，填补了该区这一领域的空白，也是地质灾害危险区划理论和方法上的一次有重要意义的新尝试。

　　1　工程概况及基本地质环境

　　南水北调西线一期工程通过“五坝七洞一渠”引长江上游之水入黄河上游。调水线路自西南至东北穿过雅砻江支流达曲、泥曲和色曲以及大渡河支流杜柯河、克柯河和麻尔曲，调水区主要位于四川甘孜、色达、壤塘、阿坝4县，以及青海班玛县和甘肃玛曲县。引水工程穿越巴颜喀拉山及各流域分水岭，串联上述支流引水枢纽，在黄河支流贾曲出流。输水线路全长260 km，年调水量40亿m3。

　　工程区是青藏高原地貌突变带，岩性简单，构造复杂，新构造运动强烈，地形起伏较大。泥石流、滑坡、崩塌地质灾害较为发育。三叠系砂岩是区域内出露最广的岩层，层序完整连续，韵律发育，厚度巨大。褶皱、断层发育，以巴颜喀拉褶皱带为主体，在南、北复向斜带内分布有5条主要断裂带，第四纪仍在活动［19］。断裂带附近也是地震活动频繁而强烈的地区，属于青藏高原地震带中的康定-甘孜和玉树-甘孜-炉霍地震带高地应力区［20］。工程区在地貌上，由西南向东北表现为由深切割的高山峡谷过渡到浅切割的高原区，最高处海拔高度6000 m以上，最低处海拔高度2000 m，大部分地区的海拔高度在3500 m以上。

　　以巴颜喀拉山为界，东北部受乾冷气流控制，表现为高原亚寒带半乾旱气候区；西南部受西南季风影响，表现为亚寒带-寒温带气候区。气候特征为太阳辐射强，冬季严寒，低温持续时间长，夏季凉爽，湿度小，蒸发量较大，干、雨季分明，降雨日多，降雨强度小。全年降雪日数多，海拔高度3500 m以上地区，降雪量占全年降水量的30％。

　　2　泥石流灾害特征

　　2.1　泥石流分布特征

　　泥石流集中分布在相对高差大，山坡陡峻的河谷地带。泥石流沟谷数量随着地形相对高差的降低和切割程度的变缓而减少（图1）。大部分泥石流沟分布于新构造运动抬升或垂直差异性抬升的地段，因此，泥石流沟谷纵剖面以凸形坡为主，泥石流沟谷发育以幼年期或壮年偏幼期居多［21］。受地质构造和地震因素影响，达曲和泥曲流域因有晚更新世和全新世活动性断裂分布，构造运动强烈，地震活动频繁；杜柯河谷的展布也受桑日麻断裂的控制，流域内曾于1947年发生过里氏7.75级地震；达曲和杜柯河流域是泥石流沟谷数量最多和分布密度最大的两个流域。

　　2.2　泥石流性质与活动特征

　　泥石流性质可分为黏性泥石流、亚黏性泥石流和稀性泥石流。黏性泥石流固体物质含量达60%，最高可达80%以上，容重为2~2.2 t/m3，呈整体流动，有阵流现象；稀性泥石流固体物质含量达10~40%，容重为1.3~1.8 t/m3，呈紊流运动，无明显阵流，堆积物有一定分选；亚黏性泥石流性质介于两者之间。在野外考察取回的样品中，对其中25个泥石流堆积物样品进行了物理力学性质测试，通过对样品密度、含水量、孔隙率和颗粒级配曲线的分析，用类比方法，推断出103条泥石流沟中，以暴发黏性泥石流为主的沟谷约占40%，以暴发稀性泥石流为主的沟谷约占15%，其余约45%的沟谷则以暴发过渡性泥石流为主，或表现为黏性和稀性泥石流交替发生。

　　泥石流活动性较强。由25个泥石流堆积物样品测试分析结果可知，含水量平均值为9.76%，孔隙率平均值为34.1%，液性极限平均值为28.94%，塑性极限平均值为17.18%。表明堆积物含水量和孔隙率较高，吸水能力较强，短时间大雨或较长时间降雨都可能使堆积物达到塑性状态，使泥石流处于启动阶段，若有水分继续补充，则可由塑性状态转变为液性状态，使泥石流在山坡或沟谷中流动，从而形成泥石流。

　　泥石流活动的另一特点表现为低频率大规模以及高频率小规模的组合关系。中小规模的泥石流沟，地势崎岖，坡地陡峻，流域侵蚀严重，可为泥石流形成提供有利的物质来源和动力条件，泥石流主要由中到大雨激发而成，具有较高的暴发频率但规模一般不大。分布在达曲流域的泥石流沟，流域系统比较完整，沟道内松散固体物质较多，堵塞较为严重，上游汇水面积较大，形成的泥石流规模较大，但暴发频率相对较低。

　　3　泥石流危险区划

　　3.1　基础资料

　　2002～2004年本课题组成员多次对工程区进行了较为全面和系统的野外考察，通过现场GPS定位和1:10地形图填图，部分结合室内航片判断，识别出工程区内达曲、泥曲、色曲、杜柯河、麻尔曲、克柯河（含若果郎渡槽）6个流域内的103条泥石流沟［22 ］。采用单沟泥石流危险度计算公式及其评价因子的转换赋值函数（表1）［ 23-24 ］

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

　　通过室内读图和大量计算，得出工程区内103条泥石流沟的危险度数值。危险度取值范围0~1，其中0～0.2为极低危险、0.2～0.4为低度危险、0.4～0.6为中度危险、0.6～0.8为高度危险、0.8～1.0为极高危险。各流域泥石流沟的危险度分级统计见表2。

　　3.2　区划方法与结果

　　基于单沟泥石流危险度评价结果，采用网格划分基本评价单元，用单沟泥石流危险度面积加权平均法，得出每个方格的区域泥石流危险度，以此作为分区指标，对研究区内6个流域分别进行泥石流危险区划。这种区划方法，仍然属于多因子综合评价方法，因为单沟泥石流危险度也是由7个评价因子综合评价得出的。

　　泥石流规模和泥石流发生频率是泥石流危险度评价的主要因子，这是在上世纪九十年代初由全国近百位泥石流专家学者通过通讯方式认定的［17］，已得到学界的认可。其它5个次要因子选取的原则和方法是：从单沟泥石流危险度评价的14个候选因子中，采用双系列关联度分析方法，将14个候选因子分别与泥石流规模和发生频率进行关联度分析，再根据每个候选因子与泥石流规模和发生频率得出的两个关联度的平均值来确定是否与主要因子关系密切，从而决定其取舍［24］。该项研究，选取相关关系好，即平均关联度大于0.85的环境因子作为泥石流危险度评价的次要因子，由此得到表1中单沟泥石流危险度评价的5个次要因子。

　　权重系数确定的原则和方法是［17，23］：从平均关联度最小的次要因子开始，给定其起始权数为一个基本单位10n(n可为任何整数，在此取n=0)，以此基本单位为公差，依次呈等差级数向关联度增大的方向递增次要因子的权数。为突出次要因子与主要因子从量变到质变的区别，主要因子的权数以最大的次要因子的权数为基数，以2为公比，呈等比级数继续递增，两个主要因子泥石流规模和发生频率赋予相等的权重。由此得到表1中单沟泥石流危险度评价的7个因子的权重系数。

　　具体操作方法为，在Arcview GIS3.3平台上，将研究区以0.5×0.5 km作网格划分，得到2361个方格，叠加上103条泥石流沟的流域界限，认定每条泥石流沟内具有的泥石流危险度值相同。如果某个方格为具有某一危险度值的泥石流流域完全覆盖，那么，该方格的危险度值就是该泥石流沟的危险度值；如果未能完全覆盖，那么未覆盖部分认为是泥石流危险度值为零，再以覆盖部分所占面积百分比乘以该部分的泥石流危险度值，以此作为整个方格的泥石流危险度值；如果一个方格为两条或多条泥石流流域所覆盖，则分别以其流域面积百分比为权重，进行危险度值加权平均，得出该方格的泥石流危险度值。用计算公式表示为

　　H方格=∑ni=1PiHi（2）

　　式中　H方格为每个方格的泥石流危险度；pi为每个方格内各泥石流沟所占的面积百分比；Hi为对应的每条泥石流沟的危险度；n为方格内泥石流沟的数量。

　　评价结果为，在研究区2361个方格，高度危险区共292个方格，总面积73 km2；中度危险区共459个方格，总面积114.75 km2；低度危险区共627个方格，总面积156.75 km2，极低危险区共983个方格，总面积245.75 km2（表3）。单沟泥石流危险度评价中没有极高危险的泥石流沟，因此，泥石流危险区划中也没有极高危险的区域，两者结果是一致的。需要说明的是，极低危险的方格数和总面积是没有絶对意义的。首先，每个流域所在研究区边界的确定具有较大的不确定性，因为它是由研究者主观划定的；其次，无泥石流沟分布和虽有泥石流沟分布，但其加权平均后的泥石流危险度值小于0.2，这两种情形没有加以区分，在此均作为极低危险区归为一类。这种分级归类的处理虽有所简化，但并不影响区划效果，从某种意义上讲，将无危险区并入极低危险区更具有合理性，因为在研究区内，无危险区并不具有絶对的含义。

　　仍然按泥石流危险度的5级划分标准［24］，将高度危险区（0.6～0.8）填充红色，中度危险区（0.4～0.6）填充粉红色，低度危险区（0.2～0.4）填充黄色，极低危险区（0～0.2）填充緑色，由此得到南水北调西线一期工程泥石流危险区划系列成果（图2～图7）。

　　泥石流高度危险区内，原则上不宜兴建大型水利枢纽，防治对策上以“防为主、治为辅”为基本原则。如调水工程确需经过高危险区，则必须对坝址和水库库区内关键点的泥石流沟实施工程治理。泥石流中度危险区是主体，面积较广，不可能完全绕避，但应精选精建，同时配以适当的防护工程，防治对策是“防、治并重”。泥石流低度危险区是可以进行开发和建设的，但对受泥石流严重威胁的场所，应建有适当的防护工程。防治对策是“治为主、防为辅”，因为该区泥石流危险程度轻微，实施一定的土木工程和生物工程，即可基本上抑制区域内泥石流灾害的发生。极低危险区是安全建设区，基本上没有泥石流危害或泥石流危害及其轻微。

　　4　结论

　　通过本研究，得出如下主要结论：

　　（1）前期研究表明，工程区103条泥石流沟中，没有极高危险的泥石流沟，其中高度危险的泥石流沟4条，占总数的4%；中度危险的泥石流沟42条，占总数的41%；低度危险的泥石流沟44条，占总数的43%；极低危险的泥石流沟13条，占总数的12%。

　　（2）泥石流危险区划结果表明，研究区内没有极高危险区，高度危险区总面积为73 km2，主要集中在杜柯河流域，达曲和泥曲流域有零星分布；中度危险区总面积114.75 km2，各流域均有分布，其中杜柯河和达曲流域分布较多；低度危险区是分布最广的区域，总面积156.75 km2，各流域均有分布，以杜柯河流域分布略多。

　　（3）泥石流极低危险区是指那些危险度值小于0.2或未发现有泥石流沟分布的区域，考察中发现，属于极低危险度的泥石流沟很少，因此，极低危险区的面积很大。但不能排除在划归为极低危险的区域内，尚有未调查到的泥石流沟。因此，极低危险区这一等级的可靠性不如其他危险区的高。

　　（4）用单沟泥石流危险度值作为综合指标，以泥石流沟流域面积作为权重的加权平均方法，采用网格作为泥石流危险区划的基本单元，能够直接获得泥石流危险区划的结果。如果能够在前期对地质灾害达到详查的程度并计算出每条泥石流沟的危险度，那么，用本文提出的方法来进行地质灾害的危险区划，无疑比用间接方法和替代指标产出的危险区划成果具有更高的可靠性。

　　原载：地学前缘，2007，14（6）：188-196.