一种沟谷泥石流的危险性划分方法及其应用与流程

本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及一种沟谷泥石流的危险性划分方法及其应用。

背景技术：

浅表层土质滑坡是滑坡中分布最为广泛、暴发频率高、危害性较大的地质灾害之一。它是指发生在松散未固结的粘性土或砂性土斜坡上的一类滑坡,坡体结构松散具有较大空隙比、透水性强、下层的岩石分层比较明显等特点。其物质组成一般为基岩风化产物，堆积厚度通常小于5米。此类斜坡由于滑体松散，易受大气降水和库水位周期性影响，稳定性较差。一旦滑坡，不仅给当地人民生命财产安全带来极大威胁，而且会造成大面积水土流失。这类滑坡在下滑过程中若遇充足的水源和足够的滑动面，极有可能转化为浅表层土质滑坡型沟谷泥石流。目前国内外对泥石流的危险性划分方法主要是建立在多年的观测积累基础，是对其发育分布规律的简单数据统计，没有深入研究其内在机理，研究成果很难用于其他区域。

公开号为CN 104299367A，公开日为2015年01月21日的中国专利文献公开了一种滑坡灾害多级综合监测预警方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)通过历史纪录监测数据和滑坡变形破坏模型试验，计算滑坡监测预警临界阈值；根据各个指标临界指数确定研究区是否有滑坡发生的可能；(2)如果监测数值大于临界值；根据每个滑坡发生指数，确定滑坡可能发生的地点和滑坡发生的可能性大小，划定预警预报等级；(3)确定四级预警和预警境界区域；(4)发布预警结果，同时结合预警区群测群防网络体系，直接通知监测责任人，做好防灾、避灾准备。

该专利文献公开的滑坡灾害多级综合监测预警方法，需要滑坡发生的大量历史纪录监测数据，再通过滑坡变形破坏模型试验，计算滑坡监测预警临界阈值；再根据各个指标临界指数确定研究区是否有滑坡发生的可能，虽然分析的滑坡因子较多，但对影响滑坡的另一重要因素地形因子分析甚少，更没有定量的地形因子计算方法，致使整个滑坡预警的准确度降低，尤其不适合沟谷泥石流的危险性划分。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种沟谷泥石流的危险性划分方法及其应用，本发明全面考虑了沟谷泥石流的地形和地质影响因素，建立了沟谷泥石流的易发计算模型，并以定量的方式精确划分滑坡危险性区域，危险区划分准确，防灾适用性强，防灾效果好。

本发明通过下述技术方案实现：

一种沟谷泥石流的危险性划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、现场测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，单位m²/g，矿物成分在原生矿物的含量b_i，根据式1确定岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，单位m²/g；

n＝a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃+...+a_ib_i (式1)

b、根据式2计算黏土指标N；

N＝n/n₀ (式2)

式2中，n₀为次生黏土矿物的比表面积基值，n₀＝10m²/g；

c、现场测量平均岩石坚固系数F，根据式3确定泥石流沟渗透指标K；

K＝2.59F²-8.64F (式3)

d、根据式4确定泥石流地质因子G；

G＝K^0.15N^0.45 (式4)

e、现场测量除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，单位km²，根据式5确定除堆积区以外的泥石流全流域面积A；

式5中，a为单位面积，1km²；

f、现场测量敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J，根据式6确定泥石流地形因子T；

T＝SJ^0.3A^0.2 (式6)

g、根据式7计算泥石流沟道危险性划分判别因子P；

P＝GT^0.45 (式7)

h、通过步骤g得到的P值大小，划分泥石流沟道的危险等级，当P＜1.1，危险性很低，当1.1≤P＜1.5，危险性低，当1.5≤P＜1.9，危险性中等，当P≥1.9，危险性高。

所述步骤f中，敏感坡度是指25-45度的坡度。

本发明所述泥石流地形因子T是指有利于泥石流形成的多个有关地形条件的因素的总和。

本发明所述泥石流地质因子G是指有利于泥石流形成的地质条件的因素的总和。

本发明，适用于浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的危险性划分。

本发明，适用于无资料地区的低频率浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的危险性划分。

本发明的原理如下：

泥石流沟的危险性判别由沟道的地形条件、地质条件决定，两个条件缺一不可，共同作用下形成泥石流。本划分方法充分考虑了这两个条件的综合作用，并将两个条件的作用统一起来判定泥石流沟的危险性，经大量的野外调查研究，分析确定对于既定泥石流沟道而言，在确定泥石流范围基础上，泥石流沟道危险性划分判别因子P与泥石流地形因子T、泥石流地质因子G的关系。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，矿物成分在原生矿物的含量b_i，计算岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，黏土指标N；测量岩石坚固系数F，计算渗透指标K；地质因子G；除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，除堆积区以外的泥石流全流域面积A；敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J，计算地形因子T；计算判别因子P并根据P值大小划分泥石流沟道的危险等级，这些步骤构成一个完整的技术方案，通过研究地形因素与地质因素对泥石流发生程度进行内部机理研究，建立了浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的易发计算模型；全面考虑浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的地形和地质影响因素，以定量的方式精确划分滑坡危险性区域；S、J、A、K、N均为无量纲参数，在各种浅表层土质滑坡型泥石流的条件下都可以使用，适用性更强。

二、本发明，适用于浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的危险性划分，不需要浅表层土质滑坡型沟谷泥石流发生的大量历史观测数据，只需要确定浅表层土质滑坡型沟谷泥石流流域的地形和地质影响因素即可，危险区划分准确，防灾适用性好。

三、本发明，适用于无资料地区的低频率浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的危险性划分，低频率沟谷泥石流，是造成重大人员伤亡的主要泥石流类型，本发明可以为低频率沟谷泥石流划分危险范围，为减少泥石流灾害，减少泥石流造成的人员伤亡提供依据和方法。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：

图1为物理和化学风化等级图。

具体实施方式

实施例1

一种沟谷泥石流的危险性划分方法，包括以下步骤：

a、现场测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，单位m²/g，矿物成分在原生矿物的含量b_i，根据式1确定岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，单位m²/g；

n＝a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃+...+a_ib_i (式1)

b、根据式2计算黏土指标N；

N＝n/n₀ (式2)

式2中，n₀为次生黏土矿物的比表面积基值，n₀＝10m²/g；

c、现场测量平均岩石坚固系数F，根据式3确定泥石流沟渗透指标K；

K＝2.59F²-8.64F (式3)

d、根据式4确定泥石流地质因子G；

G＝K^0.15N^0.45 (式4)

e、现场测量除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，单位km²，根据式5确定除堆积区以外的泥石流全流域面积A；

式5中，a为单位面积，1km²；

f、现场测量敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J，根据式6确定泥石流地形因子T；

T＝SJ^0.3A^0.2 (式6)

g、根据式7计算泥石流沟道危险性划分判别因子P；

P＝GT^0.45 (式7)

h、通过步骤g得到的P值大小，划分泥石流沟道的危险等级，当P＜1.1，危险性很低，当1.1≤P＜1.5，危险性低，当1.5≤P＜1.9，危险性中等，当P≥1.9，危险性高。

测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，矿物成分在原生矿物的含量b_i，计算岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，黏土指标N；测量岩石坚固系数F，计算渗透指标K；地质因子G；测量除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，除堆积区以外的泥石流全流域面积A；敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J计算地形因子T；计算判别因子P并根据P值大小划分泥石流沟道的危险等级，这些步骤构成一个完整的技术方案，通过研究地形因素与地质因素对泥石流发生程度进行内部机理研究，建立了浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的易发计算模型；全面考虑浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的地形和地质影响因素，以定量的方式精确划分滑坡危险性区域；S、J、A、K、N均为无量纲参数，在各种浅表层土质滑坡型泥石流的条件下都可以使用，适用性更强。

实施例2

一种沟谷泥石流的危险性划分方法，包括以下步骤：

a、现场测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，单位m²/g，矿物成分在原生矿物的含量b_i，根据式1确定岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，单位m²/g；

n＝a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃+...+a_ib_i (式1)

b、根据式2计算黏土指标N；

N＝n/n₀ (式2)

式2中，n₀为次生黏土矿物的比表面积基值，n₀＝10m²/g；

c、现场测量平均岩石坚固系数F，根据式3确定泥石流沟渗透指标K；

K＝2.59F²-8.64F (式3)

d、根据式4确定泥石流地质因子G；

G＝K^0.15N^0.45 (式4)

e、现场测量除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，单位km²，根据式5确定除堆积区以外的泥石流全流域面积A；

式5中，a为单位面积，1km²；

f、现场测量敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J，根据式6确定泥石流地形因子T；

T＝SJ^0.3A^0.2 (式6)

g、根据式7计算泥石流沟道危险性划分判别因子P；

P＝GT^0.45 (式7)

h、通过步骤g得到的P值大小，划分泥石流沟道的危险等级，当P＜1.1，危险性很低，当1.1≤P＜1.5，危险性低，当1.5≤P＜1.9，危险性中等，当P≥1.9，危险性高。

步骤f中，敏感坡度是指25度的坡度。

本发明所述泥石流地形因子T是指有利于泥石流形成的多个有关地形条件的因素的总和。

本发明所述泥石流地质因子G是指有利于泥石流形成的地质条件的因素的总和。

实施例3

一种沟谷泥石流的危险性划分方法，包括以下步骤：

a、现场测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，单位m²/g，矿物成分在原生矿物的含量b_i，根据式1确定岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，单位m²/g；

n＝a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃+...+a_ib_i (式1)

b、根据式2计算黏土指标N；

N＝n/n₀ (式2)

式2中，n₀为次生黏土矿物的比表面积基值，n₀＝10m²/g；

c、现场测量平均岩石坚固系数F，根据式3确定泥石流沟渗透指标K；

K＝2.59F²-8.64F (式3)

d、根据式4确定泥石流地质因子G；

G＝K^0.15N^0.45 (式4)

e、现场测量除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，单位km²，根据式5确定除堆积区以外的泥石流全流域面积A；

式5中，a为单位面积，1km²；

f、现场测量敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J，根据式6确定泥石流地形因子T；

T＝SJ^0.3A^0.2 (式6)

g、根据式7计算泥石流沟道危险性划分判别因子P；

P＝GT^0.45 (式7)

h、通过步骤g得到的P值大小，划分泥石流沟道的危险等级，当P＜1.1，危险性很低，当1.1≤P＜1.5，危险性低，当1.5≤P＜1.9，危险性中等，当P≥1.9，危险性高。

步骤f中，敏感坡度是指35度的坡度。

本发明所述泥石流地形因子T是指有利于泥石流形成的多个有关地形条件的因素的总和。

本发明所述泥石流地质因子G是指有利于泥石流形成的地质条件的因素的总和。

本发明，适用于浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的危险性划分。

对于浅表层土质滑坡型沟谷泥石流而言，不需要浅表层土质滑坡型沟谷泥石流发生的大量历史观测数据，只需要确定浅表层土质滑坡型沟谷泥石流流域的地形和地质影响因素即可，危险区划分准确，防灾适用性好。实施例4

一种沟谷泥石流的危险性划分方法，包括以下步骤：

a、现场测量矿物的次生黏土矿物的比表面积值a_i，单位m²/g，矿物成分在原生矿物的含量b_i，根据式1确定岩性次生黏土矿物的总比表面积值n，单位m²/g；

n＝a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃+...+a_ib_i (式1)

b、根据式2计算黏土指标N；

N＝n/n₀ (式2)

式2中，n₀为次生黏土矿物的比表面积基值，n₀＝10m²/g；

c、现场测量平均岩石坚固系数F，根据式3确定泥石流沟渗透指标K；

K＝2.59F²-8.64F (式3)

d、根据式4确定泥石流地质因子G；

G＝K^0.15N^0.45 (式4)

e、现场测量除堆积区以外的泥石流流域面积A₀，单位km²，根据式5确定除堆积区以外的泥石流全流域面积A；

式5中，a为单位面积，1km²；

f、现场测量敏感坡度面积占除堆积区以外的泥石流全流域面积百分比S和沟床纵比降J，根据式6确定泥石流地形因子T；

T＝SJ^0.3A^0.2 (式6)

g、根据式7计算泥石流沟道危险性划分判别因子P；

P＝GT^0.45 (式7)

h、通过步骤g得到的P值大小，划分泥石流沟道的危险等级，当P＜1.1，危险性很低，当1.1≤P＜1.5，危险性低，当1.5≤P＜1.9，危险性中等，当P≥1.9，危险性高。

步骤f中，敏感坡度是指45度的坡度。

本发明所述泥石流地形因子T是指有利于泥石流形成的多个有关地形条件的因素的总和。

本发明所述泥石流地质因子G是指有利于泥石流形成的地质条件的因素的总和。

本发明，适用于无资料地区的低频率浅表层土质滑坡型沟谷泥石流的危险性划分。

低频率沟谷泥石流，是造成重大人员伤亡的主要泥石流类型，本发明可以为低频率沟谷泥石流划分危险范围，为减少泥石流灾害，减少泥石流造成的人员伤亡提供依据和方法。

黏土指标N的量化及计算分为五步：

第一，应根据图1确定该地区的物理风化程度及化学风化程度，横坐标为年平均降雨，纵坐标为年平均温度，综合风化根据物理风化及化学风化来判定，由于次生黏土矿物的形成依靠更多的是前期原生矿物的破碎情况，因此综合风化的判定更多偏向于物理风化；

第二，根据综合风化程度及表2确定原生矿物风化形成的次生黏土矿物的比表面积值a_i；

第三，根据表3确定该地区各种岩性的矿物成分含量b_i；

第四，计算每种岩性对应残积土的总比表面积n，即计算表3中原生矿物的矿物成分含量与表2中对应的次生黏土矿物的比表面积值的乘积的总和，根据式1计算；

第五，将总比表面积n标准化并得到黏土指标N，根据式2计算；调查区域若涉及多种岩性，则根据岩石比例及对应黏土指标计算其加权平均值作为该区域的黏土指标。

表1为原岩坚固系数与对应残积土无量纲渗透指标的取值关系。

表1

表2为长石、云母、石英及岩屑不同风化程度形成的次生黏土矿物的比表面积(m2/g)。

表2

表3为几种岩性的矿物成分及含量均值。

表3

2011年6月5日，贵州省黔西南自治州望谟县境内郊纳乡、打易镇、打尖乡、复兴镇、芭饶乡、坎边乡、乐旺镇、新屯镇等8个乡镇出现大量浅表层土质滑坡引起的泥石流。

表4为打易镇境内的16条沟各沟道地形参数和危险性判别。

该调查区出露的岩石以砂岩、页岩为主，砂岩岩层厚度约为页岩岩层厚度的3.5倍，加权平均坚固系数为7.1，渗透指标K为69.63，黏土指标N为2.41。

表4

根据危险性划分标准：当P≥1.9时，危险性很高；当1.5≤P＜1.9时，危险性中等；当1.1≤P＜1.5时，危险性较低；当P＜1.1，危险性很低。

表4中P值计算结果显示：16处潜在泥石流沟中，危险性很高的区域6个，危险性中等的1个，危险性低的9个，危险性很低的0个。

对比实际发生情况，所有6个危险性很高沟道(见表4：编号1、2、3、4、5、6)都发生了滑坡；1个危险性中等的沟道，发生了滑坡(见表4：编号7)；9个危险性低的沟道(见表4：编号8-9)都没有发生泥石流。

综上所述，应用本发明所述方法对浅表层土质滑坡型沟谷泥石流危险性划分的准确性较高。