关于山洪与泥石流灾害及其流域性质判别的讨论*

陈宁生，刘 美,2，刘丽红

(1.中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041；2.中国科学院大学，北京 100049)

关于山洪与泥石流灾害及其流域性质判别的讨论*

陈宁生1，刘 美1,2，刘丽红1

(1.中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041；2.中国科学院大学，北京 100049)

山洪灾害与泥石流灾害分别属于水利、国土不同部门管理，其性质的不同决定减灾的归口管理和具体防治模式的不同。为了实现山洪泥石流灾害防治的科学化，亟需建立其性质判定统一规则。该文对比分析了山洪泥石流运动特征、灾害形式及发展趋势，建立了山洪泥石流灾害性质与沟道性质的判定规则。从灾害形成特征、运动特征、灾体特征和堆积特征分析山洪泥石流的差异，以受灾体所处位置的流体性质、山洪泥石流所造成的人员伤亡和经济损失比重来综合确定山洪泥石流灾害的性质。鉴于山洪和泥石流在不同的地质环境下存在相互转化的可能，特别引入了时间概念讨论在过去和将来山洪与泥石流沟的判别问题。以石棉县洪坝河和宁南县矮子沟为例进一步说明山洪灾害和泥石流灾害，山洪沟和泥石流沟的判别。

灾害性质； 沟道性质； 山洪泥石流； 判定规则

从定义上讲，容重小于1.3 g/cm3的流体为山洪，而容重大于1.3 g/cm3的流体为泥石流，同时大于1.8 g/cm3的流体定义为粘性泥石流[1]。对于可观测的山洪泥石流，通过取样进行单位体积重量的测量，很容易区分山洪泥石流灾害性质。然而，绝大多数山洪和泥石流灾害发生在偏远山区，具有夜发性、突发性、持续时间短的特征。灾害性质的调查只能通过对灾后受灾体的调查来确定，由于无灾害时的实测数据，仅依靠对灾害体的调查，难以确定灾害的性质。例如四川叙永县白腊苗族乡2015年“8·17”暴雨山洪(泥石流)灾害已造成10人死亡 14人失联，有关灾害的争论持续较长时间，到底是山洪还是泥石流引发的灾害，不同的人认识很难统一。特别是有的流域灾害发生时，流域的顶部或支沟发生了泥石流，而随着沟道的汇流，泥石流转化为山洪，则此时灾害类型的定义出现了新的难题。且山洪和泥石流灾害属于水利和国土不同的部门管理，其性质的不同决定防治减灾的模式的巨大差异，所以有时山洪与泥石流灾害的判识就显得十分重要，但由于缺乏野外现场具体的标准和依据，又显得十分棘手。

山洪或泥石流灾害性质确定后，人们就可以依据灾害的性质确定流域的性质。通常发生过泥石流的流域定义为泥石流沟，对于没有发生过泥石流，但存在发生泥石流的土源、水源和地形条件的流域也定义为泥石流沟，而对于那些历史上没有发生过泥石流，今后发生的可能性比较小的流域则定义为山洪沟。然而针对分布极广的降雨型泥石流，当暴雨频率小、降雨强度大时，可能引发泥石流，而降雨量小、频率高则易暴发山洪。所以山洪沟和泥石流沟的判别也涉及到频率标准的确定。实际上，山洪沟和泥石流沟是可以相互转化的。例如都江堰的龙溪河的八一沟，历史上没有发生过程泥石流，区域侵蚀模数也很低，小于0.3 mm[2-5]，过去将它定义为山洪沟，然而汶川地震后流域内泥石流频繁发生，八一沟从山洪沟变成了泥石流沟。有研究显示在BP2300-2500年前可能发生过与汶川地震相仿的地震[6-7]，因此，在构造、地震活动和人类活动影响下山洪和泥石流流域是可以相互转化的。这样，在定义流域的山洪或泥石流性质时就涉及到年代问题。所以，山洪和泥石流灾害及其流域性质的判识受诸多因素的影响，导致“公说公有理，婆说婆有理”的现象经常发生，客观上需要进行这些特征判识的讨论，形成一些人们共同遵守规程或原则，以利于人们认识的提升和灾害防治的科学化。因此，本文在总结山洪和泥石流形成运动过程特征的基础上，结合山洪与泥石流灾害的案例，提出山洪与泥石流灾害的判识方法，进一步基于理论和实践以及案例的分析研究山洪沟与泥石流沟的判识方法，并进行典型案例的示范应用。

1 山洪与泥石流的形成运动过程与特征

山洪和泥石流的形成具有不同的特征(表1，图1)，这些特征是由于山洪和泥石流不同的性质决定的。山洪是以水为主体，而泥石流土石含量较多，通常泥石流泥沙的体积含量为15%～80%，这反映了山洪泥石流形成运动和堆积过程及其相应的特征具有很大的区别。泥石流的形成需要具有大量的土体参与，而山洪则为暴雨或冰雪融水汇流形成。在泥石流的形成过程中土源的主要来源为坡面滑坡或坍滑与崩塌以及沟床的下切侵蚀形成，表现为超蓄产流的产生土体强度的极大衰减和滑动与液化，而山洪通常仅为坡面和沟道径流的侵蚀和汇流。在运动过程中泥石流经常表现为堵塞、溃决、侵蚀和流速的增加与流量的递增过程，而后在堆积区停积或进入主河。而山洪则通常仅经过流域的汇流流量增加后并汇入主河，仅在少量情况下出出现堵塞的现象使得流量具有波状的增加。所以泥石流和山洪在流域内表现出不同的特征。

2 山洪与泥石流灾害的判别

山洪与泥石流经常会引发人员伤亡和财产损失等灾害，灾害后可以通过调访当地老百姓或其他目击者(因一般的调查均在灾害发生以后)调查山洪泥石流的堆积物颗粒特征、浆体特征、堆积和进入主河的状态、运动过程的洪痕，形成区启动和沟床变化特征判别灾害的性质(表2)。

在实际的山洪和泥石流灾害的判识中，常遇到的难点是上游暴发泥石流，在汇流过程中稀化成山洪；或者上游形成山洪而侵蚀沟床在中下游发育成泥石流；以及存在支沟为泥石流而主河为山洪灾害。对于这两种工况，区域灾害性质的判定则判别成为难点，且灾害性质的判别决定着灾后国土和水利部门由谁主导灾害防治的问题。为此从科学角度出发，建议以受灾体所处的位置的流体性质确定山洪或泥石流灾害。首先考虑人员死亡失踪情况，如果在泥石流区死亡失踪大于山洪区，则灾害定义为泥石流灾害；反之定义为山洪灾害。如人员死亡失踪相等或无人员死亡失踪，建议以直接经济损失为标准分别统计，山洪区的经济损失如较大则定为山洪灾害，反之定为泥石流灾害。

图1 山洪泥石流形成运动过程示意图

山洪泥石流形成运动特征山洪泥石流容重指标特征/(g/cm3)13>13渗流作用启动特征降水或冰雪融水汇流以超渗产流为主降水或冰雪径流作用下，超渗产流与超蓄产流相结合导致崩塌滑坡物源加入，沟床侵蚀大量土源加入。流量过程流量总体上呈现逐渐增加过程，初少数的堰塞湖过程，总体上均为连续流。流量呈现波动过程中的增加而后在堆积区迅速减小。阵性流和连续流均有分布流域面积山洪沟流域面积小于200km2流域面积普遍小于100km2，大于100km2基本没有，在50～100km2范围内通常上游支沟具有泥石流现场而在汇流过程中，主河中下游稀化成山洪现象普遍。20～50km2的流域也存在泥石流汇流过程稀化成山洪的现象。主河堵塞特征难以堵塞河道当泥石流流量大于主河流量5倍时，经常出现堵河现象，特别是携带粗大颗粒的泥石流堵塞更易发生。一次固体物质总量一次固体物质总量通常较小，但冰湖堰塞湖溃决类的山洪侵蚀量大一次固体物质总量较大，冰川类泥石流最大，如古乡沟1953年一次泥石流总量可达1000万m3[8-9]，而暴雨型的泥石流一次总量多在100万m3以内，蒋家沟4h左右的泥石流一次固体物质总量大多20～30万m3年侵蚀总量年侵蚀总量占区域总侵蚀量比重大一般年侵蚀总量占区域总侵蚀量比重小，但高频率泥石流沟侵蚀总量占区域总侵蚀量比例大，如：蒋家沟泥石流侵蚀固体物质总量达到98%[10]；黄土地区高频率泥石流占60%[11-15]，中低频泥石流沟比例小，干旱河谷中低频泥石流侵蚀总量仅占25%以下[16-18]。

2013年7月13日凌晨，甘孜州九龙县洪坝乡境内突降暴雨，大渡河的支流洪坝河河水暴涨，流域多条支沟暴发泥石流，其中岩峰沟、调压井沟泥石流规模巨大。此次灾害未造成人员伤亡，但岩峰沟泥石流导致位于沟口的6户家庭财产损失约20万元，泥石流携带的巨石进入主河后，被洪坝河洪水往下游搬运，在A点(图3)，由于沟道较为弯曲，大量的块石堵塞河道，洪水回淤，导致尾水电站厂房等设施被淹没、主河道两侧防洪堤以及沿河公路被冲毁，给电站和公路交通带来巨大的损失。由于此次灾害未造成人员伤亡，但洪水所造成的电站与公路交通损失远远大于泥石流所造成的农户家庭财产损失，因此，此次灾害的性质为山洪灾害。

图3 洪坝河山洪灾害图

3 山洪沟与泥石流沟的判别

山洪沟与泥石流沟的判别目前存在以下需要讨论的问题：①由于构造运动和极端气候以及人类活动的影响山洪和泥石流沟不是永恒的，而是可以相互转化。有时山洪沟可以转化为泥石流沟，而泥石流沟也可以演化为山洪沟。如都江堰龙溪河及其支流汶川地震前为山洪沟，汶川地震后则发展为泥石流沟，并且研究显示，30多年后还会进一步转化为山洪为主的流域。所以山洪与泥石流的性质不是永恒不变的，因此山洪和泥石流沟的判识是有时间标准的，过去发生泥石流和将来在防治标准的时间范围内可能发生泥石流的流域为泥石流流域，否则为山洪沟流域。②今后百年尺度范围内可能暴发泥石流的流域为泥石流沟，判断方法如图4所示，否则为山洪沟。由于泥石流的容重通常随着频率的增加而减小，如有的泥石流沟百年一遇的泥石流容重推算为1.40 g/cm3的泥石流，那么当估算到20年一遇的容重时，其数值小于1.3 g/cm3，而变为山洪。由于人们调访的历史通常可以达到100年，而大部分泥石流防治设计标准为百年一遇，所以今后百年尺度范围内可能暴发泥石流的流域为泥石流沟，而在百年尺度范围内暴发泥石流可能性小的流域命名为山洪沟。③过去包括古老泥石流灾害发生以来的流域定义为泥石流沟，判断方法如图4所示。泥石流的发生是内外动力综合作用的结果，具体讲是受活动断层的地震活动与极端干湿循环、冻融循环和暴雨的影响。地震的活动具有周期性和区域性，所以泥石流常在一个流域重复发生。因此万年和千年尺度的古老泥石流流域，今后发生泥石流的可能性较大，所以将古老泥石流和过去具有泥石流活动历史的流域定位泥石流沟。

图4 山洪泥石流沟判识方法

四川宁南县、会东县与云南巧家县所处的金沙江干旱河谷区域，该区域构造活动较为强烈，地震活动较频繁，且气候较为干燥，遇到强降雨，金沙江沿岸沟道时有泥石流发生。如金沙江左岸的支沟矮子沟经历连续3年干旱，且受汶川地震的影响，2012年6月28日遭遇强降雨，诱发特大型泥石流。矮子沟历史上于1998年7月发生的一次泥石流，大约持续了1～2 h，致使石头和树木冲出沟口，1998年7月泥石流发生的前几天，当地发生了小的地震，泥石流冲毁了7间房子，冲毁近14 hm2耕地[17-18]。矮子沟过去100年发生过两起泥石流灾害，且现今流域松散物质较为丰富(图5)，未来可能再次发生泥石流，所以矮子沟为泥石流沟。而距矮子沟37 km的金沙江上游的大崇乡大桥沟，历史上从未发过泥石流，沟道无泥石流残积物、抛高和超高堆积物、擦痕或其它痕迹；沟床中存在树龄20～30年的树木，流域内植被覆盖较好(图6)，且流域内松散物质较少，未来百年内暴发泥石流的可能性较小，所以大桥沟为山洪沟。

表2 山洪灾害与泥石流灾害对比

图5 白鹤滩矮子沟泥石流

图6 宁南县大崇乡大桥沟

4 结论

(1)通过对山洪泥石流运动过程的分析对比，结合实际的山洪泥石流灾害案例，确定山洪与泥石流灾害的判识规则：若是单一的泥石流或山洪导致灾害，则以受灾体所处位置流体的性质来确定；而对较大区域同时发生了山洪和泥石流，首先以受灾体所处位置流体的性质来进行初步判定，若无法区分，以受灾死亡失踪人数、灾害直接经济损失为判定指标，且首先考虑受灾死亡失踪人数。在山洪和泥石流综合作用的区域，若泥石流区死亡失踪人数大于山洪区，则灾害定义为泥石流灾害，反之定义为山洪灾害；若人员死亡失踪相等或无人员死亡失踪，则以灾害导致的直接经济损失的大小为判定依据，泥石流导致的灾害经济损失大于山洪灾害时则确定为泥石流灾害，反之为山洪灾害。

(2)由于山洪沟与泥石流可以相互转化，沟道性质的判定需考虑时间尺度：以泥石流沟工程防治标准百年一遇为尺度，在工程防治标准百年内可

能发生泥石流的沟道，判定为泥石流沟；而在百年尺度范围内暴发泥石流的可能性较小的沟道为山洪沟。地质历史上发生的万年、千年尺度的古老泥石流沟也定义为泥石流沟。

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A Discussion on How to Discriminate the Hazard and Watershed Properties of Mountain Torrent and Debris Flow

CHEN Ningsheng1, LIU Mei1, 2and LIU Lihong1

(1.KeyLaboratoryofMountainHazardsandSurfaceProcess,ChengduInstituteofMountainHazardsandEnvironment,Chengdu610041,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

The managements of torrents and debris flow hazards were conducted by two divided ministry in China (i.e. the Ministry of Water Resources and the Ministry of Land and Resources). The properties of disaster determine which ministry should take the responsibility for disaster reduction and prevention strategies. In order to realize the scientific prevention and controls of torrents and debris flow, it is urgent to establish a unified regulation of hazards identification which based on the properties. In this paper, we analyzed the movement characteristics, types and development tendency of mountain torrent and debris flow, and established the rules for identification of properties which associated with disasters and watersheds. The differences between torrent disasters and debris flow disasters were analyzed from the characteristics of formation, movement, disaster body and accumulation. And we determine the properties of disasters based on the fluid properties of disaster body location, the proportion of casualty and economic losses that caused by mountain torrents and debris flow. Given that there is the possibility of mutual transformation between torrents and debris flow under different geological environment, this paper introduced the concept of time to discuss the discrimination of the flood and debris flow from the past and future. To be convenient for application, we takes the Hongba River in Shimian County and Aizi gully in Ningnan County as example to further illustrate how to discriminate the torrents and debris flow gullies and disasters.

hazards properties; watershed properties; torrent and debris flow, discrimination rule

陈宁生，刘美，刘丽红.关于山洪与泥石流灾害及其流域性质判别的讨论[J].灾害学，2018，33(1)：39-43，64.[CHEN Ningsheng, LIU Mei and LIU Lihong.A Discussion on How to Discriminate the Hazard and Watershed Properties of Mountain Torrent and Debris Flow[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：39-43，64.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.008.]

2017-06-07

2017-08-16

国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(41661134012)；中国长江三峡集团公司科研项目(JGJ0492014)

陈宁生(1965- )，男，福建建宁人，研究员，主要从事山地灾害形成机理理论与防治技术研究.

E-mail: chennsh@imde.ac.cn

X43; P642.23

A

1000-811X(2018)01-0039-06

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.008