基于可拓理论的泥石流危险性评价

第17卷 第12期 中 国 水 运 Vol.17 No.12 2017年 12月 China Water Transport December 2017收稿日期：2017-08-20作者简介：郑莲婧（1989-），女，吉林长春人，硕士，长春科技学院，从事工程地质方向工作。

基于可拓理论的泥石流危险性评价郑莲婧，邓永砚（长春科技学院，吉林 长春 130600）摘 要：为了保证内蒙古某抽水电站的正常运营，本文采用了选取了10个泥石流危险性影响因子，基于可拓理论对内蒙古某抽水电站附近的17个泥石流小流域进行了危险性评价。

其中，空沟、大东沟、石板沟的危险性等级为中度危险，其余14条泥石流沟为轻度危险。

通过现场比对，利用本文提出的方法对泥石流沟危险性评价结果合理性、可靠性较强，为保证抽水电站的正常运营具有指导意义。

关键词：危岩体；失稳模式；UDEC；数值模拟中图分类号：P642.23 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）12-0212-03引言泥石流是在山区多发的一种地质灾害，对人民的生命财产安全有非常大的影响，泥石流一旦发生，便会造成严重的损失。

泥石流是一种突发性的自然灾害，其密度大，频率高，给人民生产生活造成深重灾难，因而引起人们的广泛关注[1-2]泥石流危险性评价，是整合概括泥石流形成的基础条件和引发泥石流的因素，对泥石流进行危险性评价反映泥石流的总体情况。

目前有很多专家学者对泥石流进行了危险性评价和风险性分析。

唐川、朱大奎[3]利用GIS 技术根据云南省泥石流危险性和易损性评价图计算出风险性评价图。

徐黎明[4]使用突变理论将靠近乌东德水电站的泥石流风险性进行评价。

Frey et al. [5]提出了包括社区风险表、培训教育活动和预警系统三个方面的风险管理策略。

崔鹏 [6]在风险分析与管理的基础上，基于灾害动力过程构建泥石流风险评估与风险制图方法。

本文采用了可拓理论方法对内蒙古某抽水电站附近的17条泥石流沟进行了危险性评价，以期为抽水电站的安全提供合理的防护措施，保证电站的正常运营。

一、工程概况研究区位于内蒙古克什克腾旗地区，抽水电站附近高程为1,100~1,700m，为中山区。

该地区山顶多呈平缓的台地状，为新近系的玄武岩所覆盖。

该区构造发育，强烈的侵蚀作用，沟谷纵横，呈尖棱状的山顶也较发育。

河谷呈“U”型，谷坡陡竣，地形坡度30~50°，部分为陡崖，区内河床宽200~500m。

图1为研究区内小流域的分布图。

研究区属于内蒙古中部天山-兴蒙地槽褶皱系（一级构造单元）之内蒙地轴内蒙高原隆起带（二级构造单元）。

场址内未发现区域断裂通过。

该区出露的地层主要有石炭系、二迭系、侏罗系、新近系及第四系地层。

区内地层由新到老为第四系（Q）黄土，新近系上新统（N2）玄武岩，侏罗系（J）粉砂质板岩、凝灰岩、凝灰砂岩、粉砂岩等，二迭系（P）：砂岩、砾岩、板岩、粉砂岩，以及石炭系上统林西组（C 3l ）粉砂岩、粉砂质板岩夹安山岩、变质砾岩等。

该地区降水量在250~540mm 之间，在牧区由南到北降雨量逐渐增加。

牧区北部降水量为350~400mm；在农区由东向西降水量逐渐增加，约为300~390mm。

图1 内蒙古某抽水蓄能电站百岔河两岸小流域分布 二、方法与数据 1．方法1983年，我国学者蔡文提出可拓学，一种应用较为广泛的非线性方法[7-8]。

通过引进物元R=（N，C，V）=（物，特征，量值），定性和定量两个角度去研究和解决不相容问题的规律和方法。

可拓学逻辑细胞之一是物元，是形式化描述物的基本元，它把物的质与量有机地结合起来，反映了物的质与量的辨证关系。

可拓学自创立以来已取得了很大的发展，第12期 郑莲婧等：基于可拓理论的泥石流危险性评价 213并在一些学科中得到了应用。

泥石流形成的地理信息具有多样性、可变性、不确定性和不完全性，而可拓学的物元理论和可拓集合理论恰好可以解决上述问题，下面就利用该理论进行研究区泥石流危险性评价。

2．影响因子影响泥石流的危险性的评价因子有很多，为了客观地选取出芝瑞抽水蓄能电站附近泥石流的影响因子，本文根据野外实际考察情况，采用刘希林模型提出的影响因子，考虑主要因子和次要因子。

主要危险因子包括泥石流潜在规模和发生频率。

潜在规模越大，遭受泥石流损害的可能性就越大泥石流发生频率越高，遭受泥石流损害的可能性也越大，特别是对水电工程这种非常重要的危害对象来说就更加的重要。

在选取次要因子的过程中，既要考虑其科学性和正确性，又要考虑其全面性和代表性，同时还要考虑其实用性和简便性。

根据上述原则，选取出了一次泥石流最大可能冲出量和泥石流发生频率为主要影响因子；以流域面积、主沟长度、流域最大相对高差、流域切割密度、主沟床弯曲系数、泥砂补给段长度比、24h 最大降雨量和流域内人口密度作为次要影响因子。

结合以上选取因子，我们利用可拓理论对研究区内的泥石流进行危险性评价。

表1 各条泥石流沟危险性可拓学评价结果沟名综合关联度危险等级轻度危险中度危险 重度危险 极度危险 大石门沟 0.0398 -0.4119 -0.7545 -0.8131 轻度危险 空沟 -0.1855 -0.1585 -0.6915 -0.8289 中度危险 小后沟 -0.0058 -0.7048 -0.7235 -0.8100 轻度危险 半截子沟 0.1447 -0.7249 -0.8304 -0.8645 轻度危险 骡子沟 -0.0681 -0.2806 -0.7182 -0.7873 轻度危险 车台沟 -0.2004 -0.2104 -0.6923 -0.7862 轻度危险 大茅沟 0.1360 -0.4258 -0.8150 -0.8633 轻度危险 小南沟 0.0803 -0.4230 -0.7524 -0.8290 轻度危险 大东沟 -0.2036 -0.1950 -0.6792 -0.7953 中度危险 小东沟 -0.0753 -0.3026 -0.7393 -0.7998 轻度危险 老牛槽子 0.0958 -0.5121 -0.8059 -0.8533 轻度危险 龙庙沟 0.0574 -0.6443 -0.7513 -0.8246 轻度危险 石板沟 -0.2249 -0.1618 -0.6518 -0.8082 中度危险 小峰山沟 0.0693 -0.5571 -0.7925 -0.8473 轻度危险 大峰山沟 0.1083 -0.4253 -0.7520 -0.8307 轻度危险 兴盛永前梁 -0.1570 -0.2596 -0.7245 -0.8154 轻度危险 后地后沟-0.1256-0.2436-0.7340-0.8321轻度危险 三、结果与讨论 1．结果运用可拓学评价方法对各沟进行评价，评价结果如表1所示。

右岸石板沟以及位于拟建两道拦河坝附近的空沟、大东沟的危险性属于中度危险，其余各条泥石流沟，包括位于拟建两道拦河坝附近的大石门沟、小南沟、小东沟及老牛槽子沟，其危险性评价结果为轻度危险，左岸木材沟沟底及沟谷两侧主要为基岩山体，沟内基本无松散物源，且进一步发展的可能性也较小，因此该沟可定为非泥石流沟，不具有发生泥石流的可能性。

这与前两种方法的评价结果相同。

通过现场调查发现，以上三条中度危险的泥石流沟的一次泥石流最大冲出量是所有泥石流沟中最大的，一次泥石流最大冲出量越大，遭受泥石流损害的可能性也就越大，正因如此，该参数作为泥石流沟危险性评价的主要危险因子，直接影响着危险性评价结果。

2．验证本文所评价出的结果需要进行现场验证，评价结果中有三条泥石流沟为中度危险，因此，选取大东沟的野外调查进行验证。

在沟内主沟左岸现场调查到一处侵蚀剖面（图2），在该剖面中，碎石土层与黄土层交替出现，其中，碎石土层厚约2m，黄土层厚约2m（图3）。

碎石土层为古泥石流沟床，泥石流发生后有一定的间歇期，期间黄土在碎石土层的表面沉积。

之后该沟内发生了一次泥石流过程，对古泥石流的沟床进行了切割，由此判断大东沟内至少发生过三期泥石流。

大东沟泥石流危险性等级为中度危险，该结果合理。

通过现场验证，本文利用可拓理论对泥石流沟的评价结果合理、可靠。

图2 大东沟泥石流侵蚀剖面图3 大东沟泥石流堆积剖面近照四、结论（1）通过可拓方法的评价结果得出结论，空沟、大东沟、石板沟的危险性属于中度危险，其余各条泥石流沟的危险性评价结果为轻度危险。

214 中 国 水 运 第17卷（2）研究区内的现场调查表明区内没有大规模的崩塌与滑坡现象，因此该区域发生中小型泥石流的可能性较大。

（3）研究区内的泥石流至少在过去的半个世纪中没有活动的痕迹，预测表明研究区内的泥石流，可能再次发生的时间最少也在40年以上，多数在50年以上。

因此，研究区内的泥石流沟属于超低频泥石流。

（4）通过现场验证，利用可拓理论对泥石流危险性评价结果合理可靠，对抽水电站的正常运营具有指导意义。

参考文献[1] 唐邦兴，周必凡，吴积善等.中国泥石流[M].北京：商务印书馆，2000.[2] 吴积善，田连权，康志成等.泥石流及其综合治理[M].北京：科学出版社，1993.[3] 唐川，朱大奎.基于GIS技术的泥石流风险评价研究[J].地理科学，2002，22（3）：300-304.[4] 徐黎明.基于突变理论的乌东德水电站近坝区泥石流风险评价与防治研究[D].长春：吉林大学，2013.[5] Frey H，Huggel C，Buhler Y，et al. A robust debris-flow andGLOF risk management strategy for a data-scarce catchment in Santa Teresa，Peru[J].Landslides，2016，13（6）：1493-1507.[6] 崔鹏，邹强.山洪泥石流风险评估与风险管理理论与方法[J].地理科学进展，2016，35（2）：137-147.[7] 梁桂兰，徐卫亚，谈小龙.基于熵权的可拓理论在岩体质量评价中的应用[J].岩土力学，2010，31（2）：535-540.[8] 刘爱华，程力，董陇军.可拓学理论在东戈壁露天矿工程岩体质量评价中的应用[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（7）：2841-2847.[9] 刘希林，唐川.泥石流危险度评价[M].北京：科学出版社，1995.（上接第203页）上文通过计算集水面积阈值与分维数变化率相等时确定的阈值为11.5km，与本段由2段拟合直线判断出的出现水系分维拐点所对应的集水面积阈值范围在11km左右，两种方法得到的结果是一致的，因此可以验证利用计算集水面积阈值与分维数变化率相等时确定阈值的方法是可行的。