太行山区泥石流灾害降雨触发条件的研究

柴 艳,祁颖辉

(石家庄经济学院,河北 石家庄 050031)

泥石流是山区常见的一种自然灾害,它是由土石等固体物与水相混合在重力作用下沿陡峻沟坡运动的饱和流体,具有爆发突然、历时短暂、破坏力强等特点。太行山区位于河北省西部,地处中朝准地台的二级构造单元——山西断隆的东部边缘,其北端与燕山台褶带相斜接,面积 36 321.4 km2。在河北省太行山区的地质灾害中,泥石流的危害和损失是最严重的。因此,泥石流预测预报和灾害风险评估受到了广泛关注,是该区减灾研究的热点和关键问题。本文主要就泥石流灾害发生的两大影响因素——降水因素和地质因素中的前者进行分析与研究。

1 研究区泥石流灾害的降水因子

1.1 降水气候分布

太行山区属暖温带大陆性季风气候,降水量分布规律受气候、地形等因素影响,由于太行山与燕山相连呈“弧形山脉”,对南来暖湿气流有辐合和阻抬效应,在山脉的东、南迎风坡形成了一条弧形多雨带,在多雨带里出现多处降雨中心。因此降雨时空分布不均,年际变化较大,全年降水量的90%主要集中 6～9月份,尤其在 7月下旬和 8月上旬多以暴雨形式出现,降水强度大,历时短,日降雨量最大可达300mm,往往集中于 5～7天之间就完成全年 70%的降雨量,易引发多种地质灾害[1]。

太行山区的地形地貌受大地构造,特别是区域性深大断裂、活动层控制,山体走向呈北东向及北北东向展布。泥石流发育与断裂构造相一致,即集中分布在构造裂隙发育的中低山地区,如赞皇、元氏、阜平等地。泥石流发育与暴雨中心空间分布基本一致,即集中分布在易降暴雨的山区,如邢台将军墓、赞皇嶂石岩、平山西部等地,且多发生于连阴雨后的暴雨中。1978年 8月 20日平山县牛圈沟泥石流就是在连续2 d降雨后又经历 4 h大暴雨而形成的,造成数 10间房屋倒塌、100多亩耕地被冲毁、死亡 20人。

在空间分布上,河北省太行山区的泥石流灾害主要发生在保定市的涞源县、易县、满城县、顺平县,石家庄市的平山县、元氏县、赞皇县、井陉县、灵寿县,邯郸市的涉县,邢台市西部等县市的中低山区域,海拔高度一般在 500 m～1 000m。其中石家庄市西部山区为主要泥石流发生区,河北省太行山区 50%左右的泥石流发生在石家庄西部太行山区,保定、邢台次之,邯郸最少,占全区的 7%(见表 1)[2]。

表1 河北省太行山区泥石流空间分布表(据刘立等,2006)

在时间分布上,建国以来主要发生在 1953,1956,1963,1978,1988,1989,1996,1999年等[3]年份的 7～8月份的雨季,其中 90%左右的泥石流灾害发生在7月 20日至8月 10日之间。

2.2 降水作用

从泥石流形成过程来看,水不仅是 泥石流的组成部分,而且也是泥石流的搬运介质。因此水的作用主要表现在两个方面：

(1)使岩土体浸透饱和变弱,软弱夹层摩擦力降低,滑动可能性增大,对固体物质起到浸润饱和作用。泥石流流域固体物质的储存地区,往往是各种水源的汇集区,从而使固体物质得以大量充水,达到饱和或过饱和状态,物质结构被破坏,摩擦力减少,滑动力加大,处于塑化状态,从而为泥石流的产生创造了有利条件;

(2)雨水沿岩土体强烈发育的节理裂隙渗透冲刷,带走细颗粒物,对固体物质起到侧蚀掏挖作用。泥石流流域的上、中游地段,沟床纵坡大,湍急的水流 从底部侧蚀掏挖沟坡固体物质,使其边坡坡度变大甚至处于悬空状态,发生崩塌滑坡。崩落下来的固体物质借助于陡峻的沟床,在急流的推冲下形成泥石流[4]。

3 研究区内降水与地质的关系

泥石流的形成离不开物源条件和动力条件,太行山区岩层破碎,沟源岩土体崩滑并在沟道源头和沟道内松散堆积,为泥石流的形成准备了丰富的物源;暴雨形成的洪水和大的沟床比降成为泥石流暴发的强大动力。二者直接影响着泥石流的形成,尤其是降雨的主控性更强,决定着崩滑的产生和泥石流的发生。

降雨包括准备期降雨和激发期降雨,准备期降雨是指泥石流暴发当日激发暴雨之前的降雨,为泥石流的暴发准备条件,主要作用是浸润沟坡岩土体,降低其抗剪强度和稳定性,增大沟侧壁岩土体崩滑的可能性或直接诱发崩塌或滑坡的产生。激发期降雨是指泥石流暴发当日的强暴雨,一方面激发沟侧壁已经软化的岩土体发生崩塌或滑坡,为泥石流的初始形成提供初始物源;另一方面在沟道内雨水汇集形成洪水,与崩滑物相混合形成初始泥石流,并在泥石流运移过程中提供持续动力条件[5]。

图1 泥石流爆发的准备期和激发期雨量图

太行山区泥石流主要发生在中低山区,在地质条件好的地区,需要长时间的较强的降水才能导致泥石流的发生;在地质条件差的地区,如山坡坡度较大,大于 35度,泥石流沟道多为 V形谷或U形谷,沟床比降大,平均在 200‰以上[6],地表植被破坏严重,岩体裸露,则只需较弱的降水,甚至没有准备期雨量,只有激发期雨量即可引发泥石流(见图 1)。因此,在地质条件基本相同的地区,由降雨作为第一主控因子,决定着泥石流是否能在暴雨中被激发。

4 结论

(1)降水因素包括准备期降水和激发期降水,准备期降水为泥石流的暴发准备条件,主要作用是软化边坡岩土体或直接诱发崩塌或滑坡的产生。激发期降水的主要作用是激发沟侧壁已经软化的岩土体发生崩塌或滑坡,并沟道内雨水汇集形成洪水,与崩滑物相混合形成初始泥石流。

(2)泥石流发生主要受降水因素和地质因素的影响,太行山区岩层破碎,沟源岩土体崩滑并在沟道源头和沟道内松散堆积,为泥石流的形成准备了丰富的物源;在地质条件好的地区,需要较强的降水才能导致泥石流的发生;在地质条件差的地区,则不需太强降水即可引发泥石流。因此,在地质条件相同的地区,由降水决定是否发生泥石流灾害。

[1]王滨,王维早等.平山县泥石流的形成特征和机理分析.地质灾害与环境保护,2008.12.

[2]刘立,路紫.河北省太行山泥石流成因、分布特征及危害[J].石家庄职业技术学院学报,2006.

[3]徐建芳,武强,王欣宝.河北省太行山泥石流分布规律及其危险程度评价[J].勘察科学技术,2003(3)

[4]中国科学院甘肃省冰川冻土沙漠研究所.泥石流.北京科学出版社1973.06.

[5]王滨,张发旺,陈立等.河北省太行山区泥石流的灾变特征与崩滑演化机理.南水北调与水利科技,2008-12.

[6]冯金良.太行山北段迎风坡泥石流及其防治[J].地理学与国土研究,1996.