夏逸平，張俊海，林 昊，杜乃娟

(工程兵指揮學(xué)院二系，江蘇 徐州 221004)

2010年8月7日晚至8日凌晨，甘肅省甘南州舟曲縣發(fā)生強(qiáng)降雨引發(fā)泥石流災(zāi)害。滑坡泥石流堵塞嘉陵江上游支流白龍江，形成堰塞湖，回水使舟曲縣城部分被淹。造成1270人遇難、474人失蹤，舟曲5km長、500m寬區(qū)域被夷為平地。2011年1月28日，巴西洪災(zāi)與泥石流，多處道路和房屋遭到洪水或泥石流沖垮，許多偏遠(yuǎn)村莊成為“孤島”。

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑、地形險峻的地區(qū)，因為暴雨暴雪或其他自然災(zāi)害引發(fā)的山體滑坡，并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流流動的全過程一般只有幾個小時，短的只有幾分鐘。泥石流是一種廣泛分布于世界各國一些具有特殊地形、地貌狀況地區(qū)的自然災(zāi)害。泥石流大多伴隨山區(qū)洪水而發(fā)生。它與一般洪水的區(qū)別，是洪流中含有足夠數(shù)量的泥沙石等固體碎屑物，其體積含量最少為15%，最高可達(dá)80%左右，因此比洪水更具有破壞力。

1 泥石流的誘發(fā)因素

泥石流往往是由巖體塊石、泥土以及大量的水所構(gòu)成的流體，沿著山坡和溝谷向下流動的一種自然現(xiàn)象。大多數(shù)泥石流的誘發(fā)條件，都包括豐富的松散固體物質(zhì)、陡峭的山坡和充足的水源。泥石流最常見的水源是強(qiáng)度很大或持續(xù)時間很長的降雨以及冰雪融水(有時也可能是二者的結(jié)合)。泥石流的誘發(fā)因素很多。一般地，當(dāng)滑坡體轉(zhuǎn)化為迅速移動的流體時，就意味著泥石流發(fā)生了。但是，當(dāng)山坡徑流速度很大或者洪水劇烈地侵蝕并搬運溝谷中的沉積物時，也可能發(fā)生泥石流?；鹕奖l(fā)和降雨強(qiáng)度很大時，火山流和迅速融化的冰雪體的混合，也會導(dǎo)致泥石流的發(fā)生。地震和大壩的潰決也可能導(dǎo)致泥石流的發(fā)生。誘發(fā)因素會極大地影響泥石流的體積、組成及流動過程。任何造成山坡不穩(wěn)定、徑流速度加快或者山洪爆發(fā)的因素，都可能促使泥石流的發(fā)生。下文主要研究降雨誘發(fā)的泥石流。

1.1 溝谷型泥石流

實踐證明，大規(guī)模的沉積物有可能產(chǎn)生泥石流。溝谷中的沉積物可能由于徑流或者山洪的爆發(fā)而發(fā)生移動，并很可能會成為泥石流的沉積物來源。在多個地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，由于流動搬運沉積物所導(dǎo)致的體積的增加，被認(rèn)為是產(chǎn)生大型泥石流的重要因素，甚至是主導(dǎo)因素。這個過程的初始階段，被稱為沉積物的積累階段，也被認(rèn)為是火山地區(qū)和非火山地區(qū)產(chǎn)生泥石流的重要過程。溝谷沉積物是甘肅甘南州舟曲山區(qū)泥石流沉積物的主要來源。泥石流溝道堆積物在暴雨后形成的溝谷快速洪流，導(dǎo)致河床散堆積物起動而形成泥石流過程，美國地質(zhì)調(diào)查局將這類泥石流起動過程稱之為“消防水管效應(yīng)”(firehose effect)。

1.2 滑坡型泥石流

在流量相對較大的水作用下，許多泥石流起初是陡坡(坡度大于15°)上不連續(xù)分布的滑坡體。山坡失穩(wěn)通常發(fā)生在洼地的前面，但是也會發(fā)生在平坦的或者凸起的坡面上。當(dāng)降雨通過一塊較大面積的土壤入滲時，就很有可能引起滑坡。由于土壤逐漸達(dá)到飽和，孔隙水壓力增加，抗剪強(qiáng)度降低?；掳l(fā)生時，整個厚度的土壤層不一定會達(dá)到飽和。開始時，滑坡失穩(wěn)，然后慢慢移動成為泥漿，這就是泥石流?；庐a(chǎn)生的泥石流能以很快的速度沿山坡向下運動，并且常常會搬運很大體積的溝谷沉積物，因此隨著流動距離的增加體積也越來越大。

2 災(zāi)害評估須注意的幾個問題

建立準(zhǔn)確可靠的泥石流監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，必須對泥石流易發(fā)區(qū)進(jìn)行全面的研究，對導(dǎo)致泥石流發(fā)生的各種條件進(jìn)行判別。因此，一個綜合的泥石流災(zāi)害評估，必須要注意下面幾個問題：

2.1 泥石流發(fā)生的時間

為了知道泥石流在一場暴雨中或者在暴雨季節(jié)中可能發(fā)生的機(jī)率，必須考慮到兩個與時間相關(guān)的觸發(fā)臨界值：一是前期降雨的臨界值，即這個季節(jié)中的累積降雨量；二是暴雨強(qiáng)度和持續(xù)時間的臨界值，即在暴雨過程中，超過了比較關(guān)鍵的降雨強(qiáng)度和持續(xù)時間的值。存在前期降雨臨界值，是因為山坡土壤在旱季失水，需要一定量的降雨來補(bǔ)充土壤水分。如果土壤水分沒有恢復(fù)到正常的水平。那么就不會達(dá)到山坡失穩(wěn)所需要的孔隙水壓力，泥石流即使在暴雨條件下也不會發(fā)生。需要注意的是，在最近發(fā)生過火災(zāi)的地區(qū)，泥石流最有可能是由徑流過程而不是由滲透過程觸發(fā)的，大規(guī)模的泥石流一般都是由影響一個地區(qū)的第一次明顯的降雨造成的。因此，對于泥石流而言，在已發(fā)生過火災(zāi)的地方，前期降雨條件就不如在未擾動地方的影響大。在被燒過的地方，降雨強(qiáng)度和持續(xù)時間的臨界值能夠為泥石流的初始預(yù)報提供足夠多的信息。對于滑坡觸發(fā)的泥石流，一旦超過前期降雨的臨界值，就要對降雨進(jìn)行評價，確定預(yù)期降雨的強(qiáng)度和持續(xù)時間，能否觸發(fā)泥石流的運動。暴雨的臨界值是根據(jù)那些能夠觸發(fā)泥石流的暴雨的強(qiáng)度和持續(xù)時間確定的。降雨臨界線包括了各種可以導(dǎo)致泥石流發(fā)生的暴雨，例如持續(xù)時間短但強(qiáng)度很大的降雨，或者持續(xù)時間很長，但強(qiáng)度較低的降雨。臨界值通常是以函數(shù)形式表示的，因為在不同的地區(qū)導(dǎo)致泥石流發(fā)生的降雨條件也會不同，因而，降雨臨界值有著明顯的地域特點。為了說明降雨臨界值的地域性，一些學(xué)者提出利用年均降水量或者雨季的正態(tài)曲線將降雨臨界值正態(tài)化。降雨強(qiáng)度和持續(xù)時間的臨界值，也可以用來表示潛在災(zāi)害發(fā)生的水平。

2.2 泥石流發(fā)生地點

在過去的30年，地質(zhì)學(xué)家們已經(jīng)研究出多種方法來分析泥石流災(zāi)害。這些方法從廣義上可以分為理論分析方法、統(tǒng)計方法和過程分析方法。目前，仍利用這3種方法來制作泥石流的災(zāi)害分布圖。這些方法的理論基礎(chǔ)存在著很大的差異。理論分析方法是一種很常用的方法。它利用許多不同的信息源來制作地圖，以說明可能發(fā)生滑坡的地點?；旅舾行詧D的制作就利用了這種方法。這種地圖將一個地區(qū)的山坡穩(wěn)定性劃分為穩(wěn)定至不穩(wěn)定等幾個級別。控制滑坡分布的因素以及每一個控制因素的相對影響，通常都是根據(jù)專家的推斷、野外觀測以及滑坡的一些歷史資料推斷出來的。

2.3 泥石流的規(guī)模

泥石流的規(guī)模通常用峰值流量、可能被淹沒地區(qū)的平面面積或者是可以從山坡或者溝谷搬運下來的沉積物的體積來表示。評價堆積在溝谷中沉積物的體積，是確定泥石流大小的一種最可靠的方法。值得注意的是，盡管峰值流量是表示洪水大小的一個標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，但是它并不一定能夠很好的描述泥石流的大小。因為很多泥石流都是發(fā)生在沒有設(shè)置測量站的山區(qū)，即使設(shè)置了測量系統(tǒng)，想要在泥石流事件之后仍保持完好，簡直是不可能的事情。所以，有必要利用一種間接的方法來確定峰值流量。但是，這種間接方法應(yīng)用也十分有限，因為泥石流是非牛頓流體，而其峰值流量的大小在很短的流動路程上(數(shù)百米)就會產(chǎn)生很大的變化。對一些災(zāi)害評價而言，泥石流淹沒的地區(qū)的平面面積或者是經(jīng)過谷口的泥石流的總體積的測量數(shù)據(jù)、被認(rèn)為是更加有意義的資料。

2.4 泥石流的滑動距離

傳統(tǒng)上，對泥石流災(zāi)害的評價是以詳細(xì)的泥石流沉積物分布圖和對流域內(nèi)可能被淹沒地區(qū)的推斷為基礎(chǔ)的。但是，這種方法具有很大的主觀性。模擬模型提供了一個相對客觀的災(zāi)害評估方法。目前，已經(jīng)提出了多種經(jīng)驗和數(shù)值模型來模擬泥石流的滑動距離和泛濫范圍。盡管對泥石流機(jī)制進(jìn)行理論的和數(shù)值的分析已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是利用物理模型對泥石流進(jìn)行三維空間上的分析還未得到廣泛的認(rèn)可。目前，用來識別泥石流泛濫面積的最為實際的方法，就是以歷史資料為基礎(chǔ)的經(jīng)驗分析。然而，一些事實表明，泥石流的泛濫面積是與其流動體積相關(guān)的。實際工作中，識別泥石流擴(kuò)展和淹沒的一個相當(dāng)有用的經(jīng)驗方法，就是判定流動體積和泛濫面積之間的關(guān)系。這個方法要利用歷史上的泥石流資料對模擬模型進(jìn)行校正，并以泥石流的預(yù)估體積、溝谷的橫截面積以及泛濫面積之間的比例和統(tǒng)計關(guān)系為基礎(chǔ)。在泥石流發(fā)生之前，對初始失效體積進(jìn)行評價是相當(dāng)困難的，但是利用泥石流的預(yù)估體積和泛濫面積，可以對泥石流的體積增大或者發(fā)生概率的減小進(jìn)行繪圖。

深入認(rèn)識泥石流誘發(fā)因素與運動成災(zāi)規(guī)律，是研發(fā)減災(zāi)新技術(shù)的基礎(chǔ)。加強(qiáng)泥石流基礎(chǔ)性研究，深入認(rèn)識泥石流形成機(jī)制、運動規(guī)律和成災(zāi)機(jī)制，在新理論和新認(rèn)識的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適合中國需求、具有中國特色的泥石流減災(zāi)技術(shù)體系，實現(xiàn)泥石流災(zāi)害的科學(xué)管理，做到人與自然的科學(xué)與和諧發(fā)展，進(jìn)一步提升中國泥石流研究和防治水平。發(fā)展基于泥石流形成理論的機(jī)制預(yù)報模式，提高泥石流預(yù)報精度，健全群策群防體系；改進(jìn)泥石流防治工程設(shè)計參數(shù)，完善災(zāi)害防治技術(shù)規(guī)程；加強(qiáng)災(zāi)害風(fēng)險分析理論與方法研究，注重地震區(qū)泥石流風(fēng)險預(yù)測，是我們國家未來幾年泥石流防治工作的主要內(nèi)容。

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