摘要
镇沅县哀牢山西坡地处滇西红层，是云南省滑坡-泥石流链式灾害高易发区，区内红层具有岩体易软化、软弱层带和泥化夹层普遍发育等特点，在强降雨过程中易产生群发性泥石流灾害，进而造成巨大的生命财产损失。本文以镇沅县哀牢山红层区泥石流为研究对象，通过野外精细调查与历史资料统计分析，详细了解红层区泥石流形成条件、发育特征。以流域为评价单元，采用信息量法筛选出流域面积、纵坡降、相对高差、沟壑密度、工程地质岩组、滑坡崩塌灾点密度6个评价因子，利用自然断点法划分因子区间，完成泥石流易发性评价。研究结果表明：（1）泥石流物质来源主要包括沟道冲积+洪积物源、残坡积红层物源、人类活动堆积体、红层滑坡+崩塌堆积体4种；（2）利用该方法将研究区易发区分为4个等级：极高易发区面积19.02 km2 ，零星分布于各河间山地、台地，流域分布相对较多；高易发区面积49.99 km2 ，主要分布于靠近川河的谷坡阶地；中易发区面积 26.99 km2 ，主要集中于者干河南部支流流域；低易发区面积 159.78 km2 ，主要集中于区内主河道及支流谷坡中下部区域。研究结果较好地反映了红层区泥石流发育特征和易发程度，可为镇沅县哀牢山红层区谷坡村寨防灾减灾工作提供重要依据。
Abstract
The west slope of Ailao Mountain in Zhenyuan County is located in the Red layer of western Yunnan Province. It is a high-risk area for the chain disaster of landslides and debris flows in Yunnan Province. The red layer in the area has the characteristics of easy softening of rock mass, widespread development of weak layer zones and mudfied interlayers. During the process of heavy rainfall, it is prone to mass debris flow disasters, thereby causing huge losses of life and property. This paper takes the debris flow in the red layer area of Ailao Mountain, Zhenyuan County as the research object. Through meticulous field investigation and statistical analysis of historical data, the formation conditions and development characteristics of the debris flow in the red layer area are understood in detail. Taking the basin as the evaluation unit, six evaluation factors, namely the basin area, longitudinal slope, relative height difference, gully density, engineering geological rock group and landslide and collapse disaster point density, were screened out by the information quantity method. The factor intervals were divided by the natural breakpoint method to complete the evaluation of the susceptibility of debris flow. The research results show that: (1) The material sources of debris flows mainly include four types: channel alluvial + fluvial material sources, residual slope accumulation red layer material sources, human activity accumulation bodies, and red layer landslide + collapse accumulation bodies. (2) By using this method, the susceptible areas in the study area were divided into four grades: The area of the extremely high susceptible area was 19.02 km2 , sporadically distributed in the mountains and plateaus between various rivers, and relatively more in the basin distribution; the area of the high-risk zone is 49.99 square kilometers, mainly distributed in the terraces of valleys and slopes near rivers; the area of the medium-prone zone is 26.99 square kilometers, mainly concentrated in the basin of the southern tributaries of the Zhegan River; the area of the low-incidence zone is 159.78 square kilometers, mainly concentrated in the middle and lower parts of the valleys and slopes of the main rivers and tributaries within the zone. The research results well reflect the development characteristics and susceptibility of debris flows in the red layer area, which can provide an important basis for disaster prevention and mitigation work in Gupo Village, the red layer area of Ailao Mountain, Zhenyuan County.
0 引言
哀牢山西坡红层区地质灾害极为发育，是云南省地质灾害高易发区之一，每年都有人员因地质灾害伤亡（张杰，2019）。镇沅县境内哀牢山特殊的地质背景条件、崩塌滑坡堆积体、强烈的人类工程活动形成大量的松散堆积物，尤其是哀牢山西坡和者干河河谷之间的红层分布区，多形成较厚松散堆积物、崩塌滑坡堆积体，可能引发大面积红层泥石流进而对沟口村寨产生极大威胁。为此，前人对该区做了大量的地质灾害研究工作（陈红旗，2007；温铭生等，2010；李丹等，2012；翟倩倩等，2016）。
针对哀牢山西坡红层区，学者们尚未开展过专门的泥石流危险性评价工作。本文围绕如何指导哀牢山红层区沟口村寨村民防治泥石流灾害为需求，选取在该区域调查的12条对沟口村寨威胁较大的泥石流（小流域）为研究对象，通过综合遥感识别、野外调查、数据统计与理论分析等相结合的方法，重点研究区内小流域可能形成泥石流的地质环境条件、发育特征，并采用信息量法（王佳佳等， 2014；刘康等，2023）遴选出与红层区小流域泥石流密切相关的评价因子，对研究区小流域泥石流进行易发性评价，进而提出针对性的防治措施建议。
1 研究区概况
研究区位于云南省镇沅县东北部，者东镇、和平镇 2 个乡镇大部分区域，属于哀牢山西坡红层分布区，处于北纬23°28'～24°22'、东经100°27'～101° 31'，面积384.56 km2。该区属于典型的“滇西红层”，区内出露新生界新近系（N1）、侏罗系和平镇组 （J2h）、三叠系一碗水组（T3y）、石炭系（C）、志留系 （S）等地层，岩性以砂岩、泥岩等红层为主。其中，三叠系以砂岩为主夹泥质粉砂岩，由下向上粒度变细，为一较完整的沉积回旋，泥石流地质灾害点集中分布该层位。通过精细化调查的结果结合历史资料，镇沅县哀牢山红层分布区共调查完成12条泥石流沟（图1）。
图1研究区红层泥石流分布位置图
a—研究区交通位置及范围；b—研究区小流域范围及编号
2 哀牢山红层区泥石流形成条件
2.1 地形地貌
研究区以深切割中山峡谷地貌和河谷地貌为主，前者位于者干河北东侧哀牢山西坡，受区域北北西向红河—哀牢山构造带控制，新构造运动强烈，地形破碎。靠近分水岭处海拔 1780～2660 m，各泥石流主沟两侧山坡植被发育良好，山坡坡度 28°～41°，主沟纵坡比降 135‰，切割深度 5～15 m，谷坡下游切割深度小，切割深度多大于5 m，斜坡中部海拔 1500～1630 m，主沟纵坡比降 51.6‰。区内小流域两岸地形较陡，构造强烈，岩石破碎，滑坡溪沟、植被较发育，地形坡度25°～45°。下游多位于沟口、河流阶地，海拔 1462～1500 m，地形平缓，坡度 5°左右，者东镇、和平镇所在地，人口稠密，人类活动强烈，为山洪、泥石流灾害的主要承灾区，流域纵坡降和相对高差对于泥石流发育具有重要作用（图2）。
图2研究区红层泥石流分布区高程分区图
2.2 气象水文
哀牢山西坡是云南亚热带北部与亚热带南部过渡地区，具有典型的山地气候特点，5—10月来自印度洋的西南季风，哀牢山西坡大量降水，占年雨量的 87%；11—4月份，哀牢山在西风南支急流控制之下，天气晴朗，少雨，雨量仅占年雨量的 13%，两种不同性质气团的交替控制，形成干、湿季分明的气候特征。区内年平均气温 19.8℃，最高气温 36.2℃，多年平均降水量1235 mm，年日照小时数为 2920 h；研究区均为者干河水系，属于红河水系境内流程57.7 km，有支流35条，枯水流量3.81 m3 /s，年平均流量80.4 m3 /s。
2.3 地层岩性
研究区出露新生界（N1）、侏罗系和平镇组 （J2h）、三叠系一碗水组（T3y）、石炭系（C）和志留系 （S）等地层，岩性以砂岩、泥岩等红层为主，根据钻孔揭露岩土层状态可知，该区红层上层滞水水量小，受气候影响大，对泥石流稳定性影响小；基岩裂隙水水量大，且水在向者干河径流的过程中对基岩接触面的红土层有浸泡软化作用，增加了滑坡体沿土岩结合面滑动的可能性，对滑坡稳定性影响大，从而可能形成大量松散物质来源，引起坡面滑坡-沟谷泥石流等链式地质灾害，对于沟口村寨产生较大影响（图3）。
3 哀牢山红层区泥石流发育特征
3.1 分区特征
根据调查结果分析，研究区内12条泥石流均属于暴雨—沟谷型—支沟群发型泥石流，集中在末级和二级沟谷地段，山坡坡度为 28°~41°，平均沟道纵坡降区间为 154‰~477‰（表1），具有流域密度大、主沟狭长、地形切割强烈、纵坡降比大特点。从堆积区物质组成来看，均属于红层堆积区含碎石粘性土泥石流隐患。
图3研究区红层泥石流分布区地质图
表1研究区12条红层泥石流基本特征信息
（1）形成区特征
研究区泥石流形成区多分布于主沟上游各支沟沟源，面积为 0.55～10.87 km2，相对高差为 170～300 m，沟道纵坡降比为 154‰～497‰，宽为 3～65 m，主支沟夹角为22°～48°，“V”字形沟谷，植被覆盖率均 75% 以上，沟道与两侧坡面界线明显，沟源多见红层物源与基岩接触，强降雨导致汇水迅速，通过坡面及支沟迅速汇入主沟（孙永彬等，2021）。形成区主要岩性为砂岩、泥岩及泥质粉砂岩等，地层产状为 195°～249°∠28°～55°，岩体上部有少量粉质黏土覆盖。岩石强风化，地表的块碎石含量约 80%，粒径一般0.02～0.2 m，细砾岩、块状砾岩，在水流、重力、风化等作用下转化为泥石流物源。形成区斜坡土地利用现状为灌木林地，岩石工程地质条件中等复杂，易发生滑坡、泥石流地质灾害。岩体切割强烈，表层红层岩土体稳定性差，易形成松散物源。
（2）流通区特征
流通区为二级沟谷及次级沟谷内中上游，树枝状，沟道纵坡降相对平缓，坡面坡度 25°～60°，汇水面积大。植被覆盖率 30%～40%，局部山坡土体裸露，沟谷宽 5～15 m，流通区冲刷特征主要表现为沟谷两岸侵蚀作用强烈，将红层残坡积堆积物或冲洪积物冲刷带出沟谷，松散物临沟侧形成新鲜的陡坎，与河床高差2～3 m，沟床两岸部分基岩出露，为紫红色全强风化泥岩。
（3）堆积区特征
堆积区集中分布于二级沟谷下游及沟口一带，多为拓宽“U”型沟谷，各支沟上游坡降比大，泥石流流速快，物源相对较少，主沟中下游部分沟道相对较缓，泥石流出山后沟道逐渐变宽，水动力降低（章新益等，2021），松散物源厚 0.2～2.7 m，平均纵坡降变为35.32‰。堆积区多位于沟道的中游农田中，堆积区冲积物冲毁农田后，第二年当地农民把堆积物恢复开垦为农田、建筑用地，无明显的堆积区。
3.2 物源特征
物源类型、规模通过野外调查与 GIS 统计综合获取，研究区内泥石流沟物源种类丰富，经调查统计分析，松散物质来源主要为新近系、一碗水组、志留系等泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩等。按照物质来源分为沟道冲积+洪积物源、残坡积红层物源、人类活动堆积体、红层滑坡+崩塌堆积体4种（李婧玥等，2021），根据调查分析结果显示平均厚度为 1.51 m，据野外现场泥石流配浆实验，泥石流流体密度为1.09～1.53 t/m3。
（1）沟道冲积+洪积物源
该类物源为区内的主要物源类型，储量较大，占物源总储量的25%以上，成因类型进一步划分为降雨冲刷形成的红层冲洪积物和历史泥石流堆积物（图4a、b），主要分布在主沟流通区及其与支沟交会部位，沿沟道呈树枝状展布，且多集中在中间沟道窄、两侧坡面陡的石英砂岩夹页岩区，物源体粒径为5～25 mm。该类物源受地形地貌影响，在降雨条件下，沟道风化物、残坡积和崩滑塌等堆积物随雨水冲刷至沟道内形成冲洪积，直接参与泥石流活动。
（2）残坡积红层物源
残坡积红层物源是区内又一重要物源类型，占物源总储量的 20%，该类物源集中分布在地形起伏小、沟道两侧坡面缓而宽的斜坡面上，斜坡上发育大量的强风化层残坡积碎石土和粉质黏土，该类工程地质岩组物理力学性质一般，易受风化、构造等影响，岩体破碎，因此泥石流灾害发育。另外，在区内的碎屑岩类岩组中，泥石流灾害集中发育，接受侵蚀后作为补充物源成为泥石流或者山洪的组成部分（图4c）。
（3）人类活动堆积体
区内的人工堆积物源在区内分布较多，成因类型进一步划分为人类工程形成的人工渣土堆积物、降雨所致沟道挡坝破损产生的物源、人工开挖的道路施工堆积物等4类。该类物源集中在相对高差较小、沟道宽缓的沟口堆积区，岩性多为风化较为强烈的砂岩、泥质粉砂岩等红层。工程建设过程中对坡脚进行了开挖，破坏了工程地质条件，造成斜坡失稳，为泥石流灾害形成提供了物源条件（图4d）。
（4）红层滑坡+崩塌堆积体
崩滑塌物源为区内最主要的物源类型，占物源总储量的 50% 以上，通过调查分析，研究区内共发育成规模的滑坡 35处、崩塌 13处，均位于泥石流沟两岸斜坡。主要表现因动力地质作用造成大量的红层滑坡、残坡积碎石土滑坡、岩质崩塌堆积体等，滑坡堆积体掩埋部分路面，清理后，弃渣堆放于公路下边坡处，前缘为溪沟，弃渣堆放无有效拦挡，现状堆积体稳定性差，在降雨等不良地质作用下，易形成滑坡直接为泥石流活动提供物源。该类物源储量和可移动方量较大，在水流的冲刷和带动下极易向下运动形成泥石流，为泥石流的形成提供了最有利的组合条件（图4e、f）。
图4研究区12条红层泥石流物源发育特征照片
a—降雨冲刷形成的红层冲洪积物；b—历史泥石流堆积物（砂岩）；c—斜坡残坡积物（粉砂岩）；d—人工渣土堆积物；e—红层崩塌堆积物造成树木倒塌；f—山体红层滑坡造成沟道堵塞
4 泥石流易发性评价及结果分析
4.1 评价模型构建
泥石流灾害受多种因素影响，通过收集研究区已发生滑坡灾害数及各评价因子数据，将各种因素的实测值进行分级量化确定信息量值，通过分析信息量值确定评价因子对泥石流灾害的影响程度（林振等，2024）。
信息量模型反映了一定地质环境下最易致灾因素及其细分区间的组合（邹凤钗等，2022）；具体是通过特定评价单元内某种因素作用下地质灾害发生频率与区域地质灾害发生频率相比较实现的。对应某种因素特定状态下的地质灾害信息量公式可表示为（何涛，2021；王平等，2023）：
(1)
式（1）中：为对应因素x在i状态或区间条件下，地质灾害 A 发生的信息量值；n—对应因素 x 中不同状态或区间条件的总数；Ni —对应因素 x在 i状态或区间条件下，地质灾害A面积或点数（王万金和钟响，2023）；N—为调查区地质灾害 A 总面积或总点数（赖波等，2023）；Si —为对应因素x在i状态或区间条件下的分布面积；S—为调查区总面积。
当 ＞0 时，反映了地质灾害 A 在对应因素 x 在 i 状态或区间下发生地质灾害的可能性较大，或说该状态或区间有利于地质灾害 A 的发生；当 ＜0 时，则反之说明不利于地质灾害 A 的发生；当 ＝0时，反映了不提供有关地质灾害 A发生与否的任何信息。
地质灾害易发性是各因素中不同状态或区间的综合影响结果，将每个评价单元内各因素各状态区间的泥石流灾害发生信息量值进行综合叠加，得到每个评价单元泥石流灾害发生的总信息量值，即泥石流灾害易发性指数（朱永浩和李思南，2021），其计算公式为：
(2)
式（2）中：I—为每个评价单元泥石流灾害发生的总信息量值，指示泥石流灾害发生的可能性，作为泥石流灾害易发性指数； —为每个评价单元对应的不同因素条件下（xi，yi，zi ···）的信息量；A，B，C—为每个评价单元发生地质灾害的不同类型；j— 为对应评价单元中全部因素条件下（xi，yi，zi ···）信息量的计数；k—为对应评价单元发生全部地质灾害类型（A，B，C···）的计数。
4.2 评价因子选取与分析
镇沅县红层区泥石流采用信息量模型（统计模型方法）以流域单元开展泥石流易发性评价。选取研究区 12 条泥石流及周边沟谷区域，基于 DEM 栅格数据，采用汇水盆地与河网沟谷结合的方法电脑计算得出流域单元，作为评价单元（何书等，2022）。在开展泥石流易发性评价前需选取与红层泥石流灾害发育密切相关的因子，进行量化分级。因子选取主要结合本次分析结果，并参考《云南省重点区域地质灾害精细化调查与风险评价技术要求》（云南省自然资源厅）、《地质灾害风险调查评价技术要求（1∶50000）（试行）》（梁长凯等，2023；徐兴华等， 2023）。
由于本区属于中国西南高植被覆盖区，植被覆盖率均较高，未能体现因子的贡献值高低，因此本文未选取植被因子；另外，降雨量主要在危险性评价阶段作为激发因子进行评价，在易发性评价中并未选取。因此，本研究选取流域面积、纵坡降、相对高差、沟壑密度、工程地质岩组、滑坡崩塌灾点密度 6 个影响因素作为小流域泥石流的评价因子；选取的各评价因子之间无强相关性，符合地质灾害评价因子选取要求。在分析各类型地质灾害发育情况与各孕灾地质条件因子区间分布特征的基础上，根据自然断点法，划分出 29个次级因子（表2）。开展红层泥石流易发性评价，在分析各类型地质灾害发育情况与各孕灾地质条件因子区间分布特征的基础上，将各评价因子进行次级区间划分。
表2研究区红层泥石流易发性评价因子分区
在易发性评价前，首先借助ArcGIS波段集统计工具分析 6 个评价因子之间的相关性，生成因子相关性矩阵（表3）。据表2看出各项因子系数均<0.3，可以认为各因子间基本不相关。因此，结合研究区内地质灾害发育情况，本次地质灾害易发性评价因子选取流域面积、纵坡降、相对高差、沟壑密度、工程地质岩组、滑坡崩塌灾点密度等 6 个评价因子进行易发性评价。
表3易发性评价因子相关性分析矩阵
基于ArcGIS软件平台，将不同的泥石流易发性评价因子图层进行运算，得到各因子的信息量值与分布特征，通过空间叠加各因子信息量值得到泥石流的总信息量，即代表泥石流地质灾害的易发性指数。最后，根据各次级评价因子信息量值的正负与大小判断其对发生泥石流地质灾害的影响程度，计算结果分析（表4、图5）：
（1）泥石流地质灾害及隐患易发性指数最大为 2.23、最小为-2.53，平均值为-0.03（来源于本次地质灾害实测数据），整体属于地灾高易发区，泥石流易发性指数 I>0 的区间占全县面积的 45.36%，主要为各河及支流流域，呈零散分布格局，高值区集中分布在者干河沿岸支流所在的流域单元；
（2）各个泥石流灾害易发性评价因子信息量值的大小顺序依次为相对高差>沟壑密度>流域面积>工程地质岩组>纵坡降>滑坡崩塌灾点密度，其中，流域相对高差对泥石流易发性指数的正向影响最大，最大贡献了 0.81 的信息量，其次为沟壑密度与流域面积，分别贡献的信息量为0.49与0.48，其余各因子的最大正向信息量在0.29~0.21之间；
（3）在各个次级评价因子内，有利于红层泥石流地质灾害发生的区间依次为 900~1100 m 的相对高差区间（信息量0.81）、1.2~1.5 km/km2 的沟壑密度区间（信息量 0.49）、>12 km2 的流域面积区间（信息量 0.48）、工程地质岩组中的较软岩组区间（信息量 0.29）、>250‰的纵坡降区间（信息量0.24）以及0.1~0.2 个/km2的流域滑坡崩塌灾点密度区间（信息量 0.21）；
（4）在 200‰~250‰ 的纵坡降区间（信息量-0.8）、<3 km2 的面积区间（信息量-0.66）、1200~1800 m 的高程区间（信息量-0.68）、<500 m 的相对高差区间（信息量-0.45）、工程地质岩组中的坚硬岩组区间（信息量-0.33）、6~9 km2 的流域面积区间（信息量-0.31）及 500~700 m 的相对高差区间（信息量-0.25）内提供的负向信息量较大，不利于泥石流的发生。
表4研究区红层泥石流易发性评价各因子信息量统计
图5研究区红层泥石流易发性评价因子信息量图
4.3 易发性评价结果分析
通过信息量模型得到泥石流易发性指数，利用自然断点法（王启盛等，2024）将易发性评价结果划分为极高、高、中、低共4个等级，得到哀牢山西坡红层区泥石流地质灾害易发性评价结果（表5）。低易发性，表示在基本地质环境条件下不易发生地质灾害；中易发性表示在基本地质环境条件下较易发生地质灾害；高易发性表示在基本地质环境条件下容易发生地质灾害；极高易发性表示基本地质环境条件下极易发生地质灾害。
结果显示：按照易发性将研究区分为4个等级：极高易发区面积 19.02 km2，零星分布于各河间山地、台地，流域分布相对较多；高易发区面积 49.99 km2，主要分布于靠近川河的谷坡阶地；中易发区面积 26.99 km2，主要集中于者干河南部支流流域；低易发区面积 159.78 km2，主要集中于区内主河道及支流谷坡中下部区域（图6、表5）。将调查的泥石流叠加到易发性评价结果中显示，12条泥石流易发性等级为高的仅有2条，分别为三章田村泥石流、半坡村泥石流；易发性等级为中等的共4条，分别为邓关村泥石流、G323旁泥石流、那壮田村泥石流、瑶人寨泥石流；易发性等级为低的共6条。
表5研究区红层泥石流易发性评价分级统计
图6泥石流易发性分区结果图
依据评价结果，野外地质灾害精细化调查结果进行了叠加分析，得出的12条泥石流及其他流域单元的易发性评价结果高度吻合，表明采用该方法具有较高的实用性。
5 结论及建议
本文详细分析了镇沅县哀牢山红层区泥石流形成条件、发育特征。采用信息量法筛选出流域面积、纵坡降、相对高差、沟壑密度、工程地质岩组、滑坡崩塌灾点密度 6 个评价因子，开展泥石流易发性评价。得出以下结论：
（1）区内泥石流物质来源主要包括沟道冲积+ 洪积物源、残坡积红层物源、人类活动堆积体、红层滑坡+崩塌堆积体 4种，且以滑坡+崩塌堆积体最为发育，是本区形成链式灾害的主要物源类型。
（2）通过泥石流形成条件与发育特征分析，区内与红层泥石流关系较为密切的主要为泥石流流域面积、纵坡降、相对高差、沟壑密度、工程地质岩组、滑坡崩塌灾点密度等，按照信息量值的大小顺序依次为相对高差>沟壑密度>流域面积>工程地质岩组>纵坡降>滑坡崩塌灾点密度。
（3）按照易发性将研究区分为4个等级：极高易发区面积19.02 km2，零星分布于各河间山地、台地，流域分布相对较多；高易发区面积 49.99 km2，主要分布于靠近川河的谷坡阶地；中易发区面积 26.99 km2，主要集中于者干河南部支流流域；低易发区面积 159.78 km2，主要集中于区内主河道及支流谷坡中下部区域。将调查的泥石流叠加到易发性评价结果中显示，12 条泥石流易发性等级为高的仅有 2 条，分别为三章田村泥石流、半坡村泥石流；易发性等级为中等的共 4 条，分别为邓关村泥石流、G323 旁泥石流、那壮田村泥石流、瑶人寨泥石流；易发性等级为低的共6条。
研究数据成果为哀牢山西坡流域开展泥石流防治工程具有重要参考价值。针对易发性等级高的 2 条泥石流建议采用群测群防+定期巡视等综合防治措施；针对易发性等级中、风险等级低的 10 条泥石流采用定期巡视的防治措施，必要时，配合群测群防开展定期监测。
