泥石流的诱发因素及灾害评估思考

夏逸平，张俊海，林 昊，杜乃娟

(工程兵指挥学院二系，江苏 徐州 221004)

2010年8月7日晚至8日凌晨，甘肃省甘南州舟曲县发生强降雨引发泥石流灾害。滑坡泥石流堵塞嘉陵江上游支流白龙江，形成堰塞湖，回水使舟曲县城部分被淹。造成1270人遇难、474人失踪，舟曲5km长、500m宽区域被夷为平地。2011年1月28日，巴西洪灾与泥石流，多处道路和房屋遭到洪水或泥石流冲垮，许多偏远村庄成为“孤岛”。

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡，并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流流动的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟。泥石流是一种广泛分布于世界各国一些具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害。泥石流大多伴随山区洪水而发生。它与一般洪水的区别，是洪流中含有足够数量的泥沙石等固体碎屑物，其体积含量最少为15%，最高可达80%左右，因此比洪水更具有破坏力。

1 泥石流的诱发因素

泥石流往往是由岩体块石、泥土以及大量的水所构成的流体，沿着山坡和沟谷向下流动的一种自然现象。大多数泥石流的诱发条件，都包括丰富的松散固体物质、陡峭的山坡和充足的水源。泥石流最常见的水源是强度很大或持续时间很长的降雨以及冰雪融水(有时也可能是二者的结合)。泥石流的诱发因素很多。一般地，当滑坡体转化为迅速移动的流体时，就意味着泥石流发生了。但是，当山坡径流速度很大或者洪水剧烈地侵蚀并搬运沟谷中的沉积物时，也可能发生泥石流。火山爆发和降雨强度很大时，火山流和迅速融化的冰雪体的混合，也会导致泥石流的发生。地震和大坝的溃决也可能导致泥石流的发生。诱发因素会极大地影响泥石流的体积、组成及流动过程。任何造成山坡不稳定、径流速度加快或者山洪爆发的因素，都可能促使泥石流的发生。下文主要研究降雨诱发的泥石流。

1.1 沟谷型泥石流

实践证明，大规模的沉积物有可能产生泥石流。沟谷中的沉积物可能由于径流或者山洪的爆发而发生移动，并很可能会成为泥石流的沉积物来源。在多个地区的研究发现，由于流动搬运沉积物所导致的体积的增加，被认为是产生大型泥石流的重要因素，甚至是主导因素。这个过程的初始阶段，被称为沉积物的积累阶段，也被认为是火山地区和非火山地区产生泥石流的重要过程。沟谷沉积物是甘肃甘南州舟曲山区泥石流沉积物的主要来源。泥石流沟道堆积物在暴雨后形成的沟谷快速洪流，导致河床散堆积物起动而形成泥石流过程，美国地质调查局将这类泥石流起动过程称之为“消防水管效应”(firehose effect)。

1.2 滑坡型泥石流

在流量相对较大的水作用下，许多泥石流起初是陡坡(坡度大于15°)上不连续分布的滑坡体。山坡失稳通常发生在洼地的前面，但是也会发生在平坦的或者凸起的坡面上。当降雨通过一块较大面积的土壤入渗时，就很有可能引起滑坡。由于土壤逐渐达到饱和，孔隙水压力增加，抗剪强度降低。滑坡发生时，整个厚度的土壤层不一定会达到饱和。开始时，滑坡失稳，然后慢慢移动成为泥浆，这就是泥石流。滑坡产生的泥石流能以很快的速度沿山坡向下运动，并且常常会搬运很大体积的沟谷沉积物，因此随着流动距离的增加体积也越来越大。

2 灾害评估须注意的几个问题

建立准确可靠的泥石流监测和预警系统，必须对泥石流易发区进行全面的研究，对导致泥石流发生的各种条件进行判别。因此，一个综合的泥石流灾害评估，必须要注意下面几个问题：

2.1 泥石流发生的时间

为了知道泥石流在一场暴雨中或者在暴雨季节中可能发生的机率，必须考虑到两个与时间相关的触发临界值：一是前期降雨的临界值，即这个季节中的累积降雨量；二是暴雨强度和持续时间的临界值，即在暴雨过程中，超过了比较关键的降雨强度和持续时间的值。存在前期降雨临界值，是因为山坡土壤在旱季失水，需要一定量的降雨来补充土壤水分。如果土壤水分没有恢复到正常的水平。那么就不会达到山坡失稳所需要的孔隙水压力，泥石流即使在暴雨条件下也不会发生。需要注意的是，在最近发生过火灾的地区，泥石流最有可能是由径流过程而不是由渗透过程触发的，大规模的泥石流一般都是由影响一个地区的第一次明显的降雨造成的。因此，对于泥石流而言，在已发生过火灾的地方，前期降雨条件就不如在未扰动地方的影响大。在被烧过的地方，降雨强度和持续时间的临界值能够为泥石流的初始预报提供足够多的信息。对于滑坡触发的泥石流，一旦超过前期降雨的临界值，就要对降雨进行评价，确定预期降雨的强度和持续时间，能否触发泥石流的运动。暴雨的临界值是根据那些能够触发泥石流的暴雨的强度和持续时间确定的。降雨临界线包括了各种可以导致泥石流发生的暴雨，例如持续时间短但强度很大的降雨，或者持续时间很长，但强度较低的降雨。临界值通常是以函数形式表示的，因为在不同的地区导致泥石流发生的降雨条件也会不同，因而，降雨临界值有着明显的地域特点。为了说明降雨临界值的地域性，一些学者提出利用年均降水量或者雨季的正态曲线将降雨临界值正态化。降雨强度和持续时间的临界值，也可以用来表示潜在灾害发生的水平。

2.2 泥石流发生地点

在过去的30年，地质学家们已经研究出多种方法来分析泥石流灾害。这些方法从广义上可以分为理论分析方法、统计方法和过程分析方法。目前，仍利用这3种方法来制作泥石流的灾害分布图。这些方法的理论基础存在着很大的差异。理论分析方法是一种很常用的方法。它利用许多不同的信息源来制作地图，以说明可能发生滑坡的地点。滑坡敏感性图的制作就利用了这种方法。这种地图将一个地区的山坡稳定性划分为稳定至不稳定等几个级别。控制滑坡分布的因素以及每一个控制因素的相对影响，通常都是根据专家的推断、野外观测以及滑坡的一些历史资料推断出来的。

2.3 泥石流的规模

泥石流的规模通常用峰值流量、可能被淹没地区的平面面积或者是可以从山坡或者沟谷搬运下来的沉积物的体积来表示。评价堆积在沟谷中沉积物的体积，是确定泥石流大小的一种最可靠的方法。值得注意的是，尽管峰值流量是表示洪水大小的一个标准指标，但是它并不一定能够很好的描述泥石流的大小。因为很多泥石流都是发生在没有设置测量站的山区，即使设置了测量系统，想要在泥石流事件之后仍保持完好，简直是不可能的事情。所以，有必要利用一种间接的方法来确定峰值流量。但是，这种间接方法应用也十分有限，因为泥石流是非牛顿流体，而其峰值流量的大小在很短的流动路程上(数百米)就会产生很大的变化。对一些灾害评价而言，泥石流淹没的地区的平面面积或者是经过谷口的泥石流的总体积的测量数据、被认为是更加有意义的资料。

2.4 泥石流的滑动距离

传统上，对泥石流灾害的评价是以详细的泥石流沉积物分布图和对流域内可能被淹没地区的推断为基础的。但是，这种方法具有很大的主观性。模拟模型提供了一个相对客观的灾害评估方法。目前，已经提出了多种经验和数值模型来模拟泥石流的滑动距离和泛滥范围。尽管对泥石流机制进行理论的和数值的分析已经取得了很大的进展，但是利用物理模型对泥石流进行三维空间上的分析还未得到广泛的认可。目前，用来识别泥石流泛滥面积的最为实际的方法，就是以历史资料为基础的经验分析。然而，一些事实表明，泥石流的泛滥面积是与其流动体积相关的。实际工作中，识别泥石流扩展和淹没的一个相当有用的经验方法，就是判定流动体积和泛滥面积之间的关系。这个方法要利用历史上的泥石流资料对模拟模型进行校正，并以泥石流的预估体积、沟谷的横截面积以及泛滥面积之间的比例和统计关系为基础。在泥石流发生之前，对初始失效体积进行评价是相当困难的，但是利用泥石流的预估体积和泛滥面积，可以对泥石流的体积增大或者发生概率的减小进行绘图。

深入认识泥石流诱发因素与运动成灾规律，是研发减灾新技术的基础。加强泥石流基础性研究，深入认识泥石流形成机制、运动规律和成灾机制，在新理论和新认识的基础上，开发出适合中国需求、具有中国特色的泥石流减灾技术体系，实现泥石流灾害的科学管理，做到人与自然的科学与和谐发展，进一步提升中国泥石流研究和防治水平。发展基于泥石流形成理论的机制预报模式，提高泥石流预报精度，健全群策群防体系；改进泥石流防治工程设计参数，完善灾害防治技术规程；加强灾害风险分析理论与方法研究，注重地震区泥石流风险预测，是我们国家未来几年泥石流防治工作的主要内容。

[1] 刘连刚，韦京莲，叶超，等.北京地质灾害[M].北京：中国大地出版社，2008：1-194.

[2] 沈芳，黄润秋.地理信息系统与地质环境评价[J].地质灾害与环境保护，1999，11(1)：6-l0.

[3] 钟敦伦，谢洪，王士革，等.北京山区泥石流[M].北京：商务印书馆，2004：121-147.

[4] 白利平，南赞，孙佳丽.北京市泥石流灾害临界雨量研究[J].中国地质灾害与防治学报，2007，18(2)：34-36.

[5] 魏永明，谢又予.关联度分析法和模糊综合评判法在泥石流沟谷危险度划分中的应用[J].自然灾害学报，1998，7(2)：109-116.

[6] 陈伟，等.泥石流危险度的模糊综合评判[J].水土保持研究，2006，13(2)：138-140.

[7] 王晰.泥石流沟危险度的模糊评判[J].重庆师范学院学报，2002，19(1)：22-25.