劉傳正 黃 帥

(應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院，北京 100085， 中國)

0 引 言

河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害是一場因極端暴雨導致嚴重城市內(nèi)澇、河流洪水、山洪滑坡等多災(zāi)并發(fā)，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失的特別重大自然災(zāi)害(國務(wù)院災(zāi)害調(diào)查組， 2022)。為了深化認識，更好地為山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防應(yīng)對提供科學技術(shù)支撐，作者基于現(xiàn)場調(diào)查和資料分析，對鄭州西部山區(qū)四市(滎陽、鞏義、新密、登封)“7·20”山洪地質(zhì)災(zāi)害的分布特征和形成原因進行了具體分析，為今后制定防災(zāi)減災(zāi)對策和編制更加具有針對性的行動指南提供科學依據(jù)。

氣象分析認為，本次極端降雨的形成是由于河南一帶受到低渦系統(tǒng)和西太平洋副熱帶高壓和大陸高壓的共同影響，加之南海臺風“查帕卡”和西太平洋臺風“煙花”的持續(xù)提供低空偏東水汽條件，以及太行山一帶地形的抬升作用和南部地勢西高東低的伏牛山前地區(qū)等地形降水效應(yīng)顯著，中小尺度對流云團反復(fù)發(fā)展并向鄭州方向移動，形成了降水“迭加效應(yīng)”或“列車效應(yīng)”，導致此次“7·20”極端降雨事件降水過程具有持續(xù)時間長、累積雨量大、強降水范圍廣、強降水時段集中和極端性等特點(國務(wù)院災(zāi)害調(diào)查組， 2022)。

國際上，山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)防和應(yīng)急響應(yīng)取得了顯著的科學技術(shù)進步和應(yīng)用成效(Tetra Tech， 2015； Jonathan et al.， 2017)。我國山洪災(zāi)害防治方面起步較晚，但近10年來防災(zāi)減災(zāi)成效顯著， 2011～2020 年因山洪災(zāi)害年平均死亡失蹤356人，較2000～2010 年年均死亡1179人下降70%(張志彤， 2016； 孫東亞等， 2022)。

極端降雨引發(fā)淺層滑坡的降雨閾值研究對于制定滑坡風險應(yīng)急策略至關(guān)重要。Caine(1980)通過分析世界各地與滑坡和泥石流相關(guān)的73個降雨事件提出了降雨強度-持續(xù)時間(ID)閾值以來，眾多研究者一直在探索降雨與滑坡之間的關(guān)系，對降雨事件-持續(xù)時間(ED)閾值的認識逐漸深化并應(yīng)用于當?shù)鼗聟^(qū)域預(yù)警(Pradhan et al.， 2015； Vasu et al.， 2016； Piciullo et al.， 2017； 孫萍等， 2019； Gariano et al.， 2020； 劉傳正等， 2020； 卓萬生， 2020)。總之，建立基于降雨量的山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警響應(yīng)判據(jù)在預(yù)防應(yīng)對滑坡災(zāi)害中具有重要價值。

本文作者基于多次現(xiàn)場考察和參與國務(wù)院調(diào)查專家組的工作，初步總結(jié)了鄭州“7·20”極端降雨引起的山洪地質(zhì)災(zāi)害時空分布特點，分析了山洪地質(zhì)災(zāi)害的形成因素及災(zāi)害鏈的鏈式作用特征，研究了王宗店村南頭組滑坡順層滑移的地質(zhì)力學模式及其穩(wěn)定性與力學參數(shù)的關(guān)系，初步提出了基于降雨量的山洪地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警響應(yīng)判據(jù)，為鄭州市西部山區(qū)預(yù)防應(yīng)對山洪地質(zhì)災(zāi)害提供決策支持。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

鄭州市地處半干旱大陸性季風氣候區(qū)，為中國南北干濕氣候交替和西部山區(qū)與東部平原過渡地帶，降雨時空分布不均，多年平均降雨量624mm，汛期降雨占70%左右。鄭州市地跨黃河、淮河兩大流域。淮河流域主要有賈魯河、雙洎河、潁河及其支流，流域控制面積5565km2，占全市總面積的74%。黃河流域主要有伊洛河、汜水河、枯河及其支流，流域控制面積1946km2，占全市總面積的26%?，F(xiàn)今鄭州城區(qū)的地表洪水和地下水通過賈魯河排入淮河水系。

鄭州西部山區(qū)四市(滎陽、鞏義、新密、登封)面積4217km2，常住人口約307萬，共66個鎮(zhèn)， 1331個行政村和社區(qū)。山區(qū)四市地處伏牛山脈剝蝕山地和黃土丘陵向黃淮平原過渡的交接地帶。西部、西南部中低山分別由嵩山、箕山組成，呈近東西向展布在西部中間地帶和西南部邊緣。嵩山地形標高500～1200m，相對高差30～600m，形成登封、新密與鞏義、滎陽的自然分界，最高峰玉寨山海拔1512.4m?；降匦螛烁?00～800m，相對高差200～400m，構(gòu)成鄭州市西南部邊界。構(gòu)造剝蝕丘陵位于中低山前部，地形標高200～500m，相對高差100～200m。黃土丘陵位于區(qū)域西北部、中北部地區(qū)，溝壑縱橫，地形標高200～300m，相對高差30～150m。傾斜(崗)平原位于區(qū)域東北部和東南部，地形標高100～150m，自西向東呈傾斜緩坡地勢，自南向北呈崗狀相間波狀起伏(圖1)。

圖1 鄭州山區(qū)四市地勢與水系分布Fig. 1 Topography and drainage distribution in four cities in the mountains area of Zhengzhou City

鄭州地形地貌受地層巖性控制明顯，灰?guī)r及砂巖分布區(qū)常形成圓山禿嶺式的正地形，頁巖、泥巖分布區(qū)多形成相對低洼的負地形。地形地貌起伏變化大，基巖地層較老，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動一般，屬于地質(zhì)災(zāi)害小規(guī)模易發(fā)多發(fā)的地質(zhì)環(huán)境類型。歷史數(shù)據(jù)顯示，區(qū)域小型山洪地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，降雨量大、降雨強度高和歷時長等因素是引發(fā)山洪地質(zhì)災(zāi)害的直接因素或激發(fā)條件。

2 山區(qū)四市“7·20”暴雨洪水特征

2.1 山區(qū)四市“7·20”暴雨特征

2021年7月19日20時至20日20時，新密市尖山雨量站觀測到最大降雨量為549.6mm，滎陽市塔山雨量站觀測到最大降雨量為529.6mm。20日08～14時(6h)平均降雨量120mm， 100mm以上覆蓋面積2772km2， 150mm以上覆蓋面積1204km2。山區(qū)四市平均降雨量 300mm以上覆蓋面積3360km2， 400mm以上覆蓋面積1097km2。

山區(qū)四市16處造成人員集中遇難的地點中，最大1h降雨量38～80mm，最大6h降雨量180～240mm。7月18日8時至22日8時王宗店村總降雨量764.5mm， 7月19日8時至21日8時降雨量641.5mm，均超過當?shù)啬昃涤炅?608mm)。

2.2 山區(qū)四市“7·20”水文特征

受“7·20”極端強降雨快速產(chǎn)匯流影響，山區(qū)四市各山洪溝道及中小河流均發(fā)生了超過歷史極值的洪水，主要河流、溝道均發(fā)生超百年一遇洪水。

“7·20”暴雨期間，新密市雙洎河、平陌河、賈魯河、溱水河等發(fā)生大洪水過程。滎陽市索河、汜河、賈峪河、枯河、須水河等中小河流均發(fā)生超警戒水位洪水， 13座中小型水庫均超汛限水位，其中索河丁店水庫水位上漲17.2,3m，超過歷史最高水位4.26m。登封市書院河、少陽河、五渡河、石淙河、潁河等中小河流均發(fā)生大洪水過程， 46座中小型水庫超汛限水位，潁河上游告成水文站觀測記錄達到歷史最大值。鞏義市汜水河、東泗河、西泗河、后寺河、塢羅河、天坡河、曹河等中小河流均發(fā)生大洪水， 15座中小型水庫超汛限水位。汜水河20日1時至7時水位平均每小時上漲近1m，上游4條支流交匯洪峰疊加導致洪水短時間內(nèi)猛漲，最高洪水位超河岸坡頂?shù)孛?m以上，米河鎮(zhèn)兩岸300～500m 范圍內(nèi)全部受淹。

3 山洪地質(zhì)災(zāi)害的群發(fā)性

鄭州市“7·20”暴雨造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。災(zāi)害中遇難380人，其中山區(qū)四市因山洪地質(zhì)災(zāi)害遇難251人，分布在44個鄉(xiāng)鎮(zhèn)140個行政村組(社區(qū))，其中鞏義市遇難84人，滎陽市遇難96人，新密市遇難58人，登封市遇難13人。暴雨成洪造成大范圍河道沖刷、岸坡侵蝕坍塌，水利工程損毀、道路沖決破壞、橋梁損壞垮塌， 4萬多間房屋損毀垮塌等。

3.1 遇難人員時空分布特點

鄭州市因山洪地質(zhì)災(zāi)害遇難的251人中，人員遇難時間、地點、地理環(huán)境、年齡和當時的活動狀態(tài)呈現(xiàn)了一系列特點?？傮w上人員遇難地點分散，既具有孤立性或分散性，也具有空間群發(fā)性或集聚性，發(fā)生時間相對集中，原因多樣，呈現(xiàn)分散災(zāi)害點、流域災(zāi)害鏈和區(qū)域災(zāi)害群共存特征(圖2)。

圖2 鄭州市山區(qū)四市山洪地質(zhì)災(zāi)害遇難人員分布Fig. 2 Distribution of the victims of the 7.20 mountain torrents and geological disasters in the mountainous area of Zhengzhou City

(1)除滎陽市崔廟鎮(zhèn)王宗店村、崔廟村海溝寨遇難人員較為集中外，其余多為散點分布， 208人分布在138個行政村，遇難1～2人涉及125個行政村。

(2)3個行政村遇難10人以上，即王宗店村24人(王宗店組5人、南頭組16人、華鼎石子場2人、與新密米市鎮(zhèn)交界處1人)、崔廟村海溝寨19人(含海東組3人、旭恒包裝材料公司16人)和鞏義汜水鎮(zhèn)汜水村(康泰制藥廠等)10人。

(3)5個行政村(社區(qū))遇難5～9人，即滎陽市高山鎮(zhèn)許村6人、紙坊村5人，新密市西大街辦事處下莊河社區(qū)6人，鞏義市米河鎮(zhèn)兩河口村7人，登封市告成鎮(zhèn)蔣莊村5人。

(4)8個行政村(社區(qū))遇難3～4人，即滎陽市賈峪鎮(zhèn)上灣村3人、老邢村4人，新密市城關(guān)鎮(zhèn)東瓦店村3人、岳村鎮(zhèn)中王廟村3人、米村鎮(zhèn)溫莊村4人，鞏義市河洛鎮(zhèn)沙魚溝村4人、河洛鎮(zhèn)石關(guān)村3人、站街鎮(zhèn)北瑤灣村3人。

(5)遇難人員年齡60歲以上占35%， 40～60歲占39%， 20～39歲占16.4%， 20歲以下占9.6%。

(6)人員遇難地點主要分布在山地丘陵向平原的過渡地帶，特別是嵩山東北麓鞏義、滎陽和新密交界地區(qū)和嵩山東南麓新密境內(nèi)。成災(zāi)地點空間分布具有分散性，但也有明顯的集聚性或成群性，如鞏義市北部、東北部，滎陽市南部和新密市的西南部。

(7)人員遇難時間高度集中，主要發(fā)生在“7·20”暴雨過程中的最強降雨時段，即7月20日13～15時，占遇難人數(shù)的90%以上。

(8)遇難人員活動狀態(tài)方面，居住地、固定經(jīng)營場所遇難占47.8%，戶外生產(chǎn)或行路途中遇難占34.7%，轉(zhuǎn)移救援過程或轉(zhuǎn)移后返回遇難占17.5%。人員遇難地點總體上是分散性的，但多處于正?；顒訝顟B(tài)，成為極端暴雨下的“不正?！爆F(xiàn)象或失于自覺防范。

3.2 山洪地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)成因

鄭州山區(qū)四市遇難的251人中，因山洪沖淹124人，構(gòu)筑物倒塌33人，河流洪水淹沉32人，落水26人，滑坡、房倒、觸電和雷擊等36人?！?·20”短歷時極端強降雨引發(fā)快速超常洪水是造成鄭州山區(qū)四市(滎陽、鞏義、新密、登封)大范圍多處分散發(fā)生人員遇難的主要原因。

(1)中小河流河道或道路行洪沖淹。溝道平緩，河道過流斷面嚴重不足，短歷時極端強降雨引發(fā)快速超常洪水漫出河道、溝道，在道路上形成洪水激流，造成沿河低地民居和道路行駛的人員、車輛被沖淹，形成洪流災(zāi)難，造成人員溺亡。如滎陽市汜水鎮(zhèn)汜水村、高山鎮(zhèn)許村和紙坊村、賈峪鎮(zhèn)上灣村和老邢村，鞏義市米河鎮(zhèn)、站街鎮(zhèn)，新密市西大街辦事處、城關(guān)鎮(zhèn)、米村鎮(zhèn)和岳村鎮(zhèn)等。

(2)路基橋涵阻水潰決形成高位山洪沖擊淹沒。滎陽市崔廟鎮(zhèn)王宗店村24人遇難主要起因于山洪沖淹、滑坡，加之跨河填筑路基、橋梁未留涵洞或預(yù)留涵洞小，容易被雜草樹木堵塞，短時間大幅提升洪水淹沒高度。

(3)公路路基壅水堰塞淹沒。索河上游流經(jīng)王宗店村下泄的水流量遠遠超過下游崔廟村的過流斷面，加之馬(寨)米(河)公路成為“路壩”、“橋壩”擋水阻水，積聚的洪水顯著提高了局地區(qū)域的洪水位，快速淹沒未及逃生或避險地點選擇不合理的人員。

(4)房后邊坡坍塌或山體滑坡?lián)p毀壓埋房屋。暴雨滲流引發(fā)崔廟鎮(zhèn)翟溝村后溝組房后黃土邊坡滑坡，沖毀矮墻房屋后墻造成2人遇難(圖3)。層狀巖體開裂破碎，裂縫快速充水和滲流軟化，產(chǎn)生順層滑坡造成王宗店南頭組3人遇難。

圖3 滎陽崔廟鎮(zhèn)翟溝村坡面坍塌損毀房屋后墻Fig. 3 Back wall of a house destroyed by a shallow landslide in Zhaigou Village， Cuimiao Town in Xingyang City

(5)坡頂泥流傾瀉引發(fā)窯洞護墻倒塌壓埋。切坡建房、黃土窯洞出口邊坡土壁高陡，坡面洪流直接沖刷、山泥傾瀉引發(fā)砌筑窯洞護墻倒塌，多處村民遇難(圖4)。

圖4 鞏義河洛鎮(zhèn)英峪村窯洞口護墻塌落泥流傾瀉Fig. 4 Collapse of parapet wall of cave mouth and mud flow poured down in Yingyu Village， Heluo Town in Gongyi City

(6)房后坡面洪流泥流傾瀉沖擊。房后坡面洪流、山泥傾瀉直接沖塌房屋、房頂冒險“排水”和清理淤泥摔落等造成傷亡(圖5)。切坡建房使原來的坡面散流區(qū)變?yōu)閰R流區(qū)，特別是原來微地貌為狹長負地形或小洼地地帶，且直接靠近房頂?shù)那樾巍?/p>

圖5 鞏義河洛鎮(zhèn)沙魚溝房后泥流傾瀉沖淹Fig. 5 A house destroyed by a torrent of mud in Shayugou， Heluo Town in Gongyi City

(7)建筑物或構(gòu)筑物破損倒塌。建筑物、構(gòu)筑物破損嚴重，在強烈降雨匯流洪水沖擊下倒塌，包括危房浸泡倒塌、房頂塌落等(圖6)。

圖6 鞏義大峪溝鎮(zhèn)官殿村泥石流擊垮房頂Fig. 6 The mudslide broke a roof smashed by debris flow in Guandian Village， Dayugou Town in Gongyi City

(8)洪水涌入住房淹沒溺亡。降雨產(chǎn)匯流使水位快速上漲形成洪水， 20min內(nèi)淹沒至門梁處，造成人員溺亡。

(9)洪水涌淹企業(yè)車間，爆炸引發(fā)房屋倒塌。登封市告成鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)車間高溫電解鋁溶液因沖入的洪水爆炸，引發(fā)房屋倒塌，造成人員傷亡。

(10)基層干部群眾防災(zāi)減災(zāi)知識不足、意識薄弱?；鶎痈刹咳罕姺罏?zāi)意識不強、知識不足、能力不夠和災(zāi)害風險來源誤判等也是不可忽略的因素。組織轉(zhuǎn)移比較重視坡上的地質(zhì)災(zāi)害防范，忽視了坡下溝邊的山洪泛濫，對相關(guān)部門發(fā)出的“立即轉(zhuǎn)移”預(yù)警沒有及時正確響應(yīng)。提前組織轉(zhuǎn)移不夠、未收到災(zāi)害預(yù)警信息、收到預(yù)警信息而未轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移避險通知指示不明確、轉(zhuǎn)移途中遇險、轉(zhuǎn)移后私自外出或返回和轉(zhuǎn)移地點不當?shù)惹闆r多有發(fā)生。

4 王宗店—海溝寨山洪災(zāi)害鏈

4.1 崔廟鎮(zhèn)王宗店—海溝寨災(zāi)害鏈

“7·20”特大暴雨引發(fā)的山洪地質(zhì)災(zāi)害造成索河流域滎陽市崔廟鎮(zhèn)王宗店村和崔廟村海溝寨兩地發(fā)生人員集中遇難事件，成為典型的路堤阻水潰決-山洪沖淹-堰塞淹沒-潰決災(zāi)害鏈。災(zāi)害鏈的初始環(huán)是崔廟鎮(zhèn)王宗店村上游索河流域西溝邢門堂垴路堤阻水，潰決后高位洪水沖淹王宗店村，隨后下泄至崔廟村海溝寨，因馬米公路阻水堰塞造成淹沒災(zāi)害，然后沖刷潰決。王宗店村南頭組和崔廟村海溝寨旭恒包裝材料公司(海溝寨紙箱廠)是集中遇難的兩個地點。綜合分析后認為，索河流域邢門堂垴阻水潰決-王宗店暴洪淹沒-崔廟村海溝寨堰塞淹沒山洪災(zāi)害鏈具有空間關(guān)聯(lián)、時間接續(xù)、動力轉(zhuǎn)換和災(zāi)情放大的鏈式作用特征。

4.2 王宗店村山洪地質(zhì)災(zāi)害成因

王宗店山洪災(zāi)害是索河上游流域短歷時極端強降雨引發(fā)的，多處跨溝路基、橋涵形成“阻水壩”，特別是西溝邢門堂垴路堤阻水潰決后高位洪水沖擊居民住所，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

4.2.1 地質(zhì)環(huán)境

王宗店村位于滎陽市與新密市交界處，毗鄰G234國道，距離下游的崔廟鎮(zhèn)9.8km。地形地貌為侵蝕剝蝕山地，地形西南高東北低，地形相對高差120m左右。第四紀坡洪積物發(fā)育，溝谷中可見基巖出露。

索河流域王宗店村上游發(fā)育東、中、西3條支溝，長度分別為3.2km、3.6km、3.9km，匯水面積約22km2。西溝流域面積最大，兩側(cè)山坡地形高陡，降雨產(chǎn)匯流快速，加之右岸坡上采石場棄石參與，增大了山洪泥石流沖擊的破壞力。3條支溝中23條橫穿溝道的路基、橋涵中僅有兩座設(shè)置過水涵洞，自然阻水嚴重。王宗店村委會建筑在主河道灘地上，使過水斷面縮窄21%。

王宗店上游西溝相距1.3km的邢門組堂垴跨溝路橋與王宗店高差50m，是王宗店村短時抬高水位的關(guān)鍵堵水潰決地點。堂垴路“壩”潰決后沖擊到下游王宗店抬高局地洪水位近2m，大大擴展了淹沒范圍和淹沒高度，水位上漲迅速，顯著加重了王宗店村的災(zāi)情。

4.2.2 降雨山洪情況

索河上游三溝匯流的洪水在小頂坡村由南向北沿沖溝直接沖擊王宗店村委會及王宗店組、南頭組、下下村組、東垴組和南坡組居民房屋。山洪沖刷造成地基破壞和房屋垮塌，山洪水位線最高處高于房屋地面約2m，最低處高于房屋地面約1.3m，行洪寬度最大達70m。南頭組海拔266.17m， 7月20日當天洪水最大標高達到271.02m，高于村民平房房頂或樓房一層，南頭組房屋全部被山洪沖毀。

“7·20”強降雨影響下，王宗店村的3座跨河橋梁涵洞因樹木雜物和洪水攜帶的車輛等被完全堵死。7月20日13～15時的超強降雨時段，多座暫態(tài)“路壩”、“橋壩”接續(xù)漫頂潰決，尤其是西溝邢門組堂垴跨溝路基成“壩”潰決后，約10×104m3水急劇下泄，直接沖擊王宗店村(圖7)。西溝邢門堂垴跨溝路基堵水潰決后，山洪從左側(cè)進入，首先沖淹南頭組，奔涌直下穿越占據(jù)部分河漫灘的王宗店村委會(圖8)。

圖7 邢門堂垴跨溝路基潰決(殘留部分為早已廢棄拱橋)Fig. 7 Cross ditch subgrade burst in Xingmen Tangnao Community of Wangzongdian Village(The remnant is the abandoned arch bridge)

圖8 王宗店村委會處于索河行洪道上Fig. 8 The building of Wangzongdian Village Committee located near the floodway of the Suohe River

根據(jù)王宗店村委簡易水位站記錄和調(diào)查走訪群眾， 7月20日，王宗店村委會斷面洪水漲幅7.15m，最大漲速2.4m/15min(13： 15～13：30)，洪水約在13：30沖上G234公路路面，最高水位263.3m。圖9、圖10顯示了索河流域西溝邢門堂垴、王宗店村南頭組/王宗店組、崔廟村海東組(海溝寨)、崔廟紙箱廠、馬米公路轆轤坡等典型地點的位置、高程等。西溝邢門堂垴路橋阻水，溝底高程283.5m，洪水位到橋面301.5m，在橋面上壅高到303.5m。路橋潰決后形成高位洪水沖擊到王宗店村，溝底高程256.0m，洪水位壅高到村路地面高程256.6m，因路橋堵塞和上游潰決洪水壅高到263.3m，顯著加劇了洪水災(zāi)難。

圖9 索河上游王宗店—崔廟村海溝寨流域要素分布Fig. 9 Distribution map of basin elements of Wangzongdian Village-Haigouzhai Community of Cuimiao Village in the upper reach of Suohe River

圖10 索河上游王宗店—崔廟村海溝寨流域壅水堰塞縱斷面圖Fig. 10 Longitudinal section of backwater and damming of Wangzongdian Village-Haigou Village Community of Cuimiao Village in the upper reach of Suohe River注：高程高值-山洪最高水位； 中值-路面高程； 低值-溝底高程。Note： upper value-the maximum water level of mountain flood; mid-value-road elevation; lower value-trench bottom elevation

4.2.3 王宗店災(zāi)害成因

坡面洪流攜帶的樹枝、作物秸稈、車輛等堵塞橋涵，跨溝路堤、橋涵形成多級暫態(tài)性“路壩”或“橋壩”，接續(xù)阻水積累形成一系列小微型水庫。“路壩”或“橋壩”漫頂沖刷，先堵后潰和多級堵潰形成堵潰“級聯(lián)效應(yīng)”，高位洪水能量積聚，驟然釋放水勢猛，強大摧毀力順直頂沖下游王宗店村南頭組和王宗店組。整個山洪暴發(fā)過程符合“壩頂未開設(shè)引沖槽，且壩頂為同一高程時，會發(fā)生全線漫頂沖蝕潰決”的判斷(段文剛等， 2013)。村民填筑自然溝道建房，營造道路和活動場地、停車場等，尤其是王宗店村委會直接建在河道上，縮小了河道過水斷面，多地已無溝道，山洪漫溢自然擴大了受災(zāi)范圍和淹沒高度。

圖11 王宗店村以上流域平均面雨量與累積降雨量時間分布Fig. 11 Temporal distribution of mean hourly rainfall and accumulated rainfall in the basin above Wangzongdian Village

對比圖9、圖10和圖11，基本認識是，當前期過程或日降雨量達到200mm，河道洪水尚未滿槽溢流，如未來1h預(yù)報雨量超過40mm，或3h預(yù)報雨量超過100mm，必須立即向高處轉(zhuǎn)移。實際上，王宗店村上游流域在7月20日8～11時曾出現(xiàn)3h降雨緩解期(小時雨量低于15mm)，是轉(zhuǎn)移的最后時機。11～15時，小時雨強在35～70mm之間，跨溝路橋堵塞阻水，普遍出現(xiàn)村路、公路洪水漫流或山坡洪水激流，可以視為王宗店上游流域乃至整個鄭州西部山地丘陵區(qū)分散成災(zāi)的必然條件。西溝堂垴路基壅水潰決，高位洪水迭加區(qū)域漫流洪水，是王宗店村在區(qū)域強烈降雨-匯流背景下集中成災(zāi)的主要原因。

4.3 崔廟村海溝寨山洪災(zāi)害成因

王宗店洪水下泄6km與崔廟村上游右側(cè)的3個溝谷洪水匯合，因馬(寨)米(河)公路轆轤坡段阻水堰塞再次大幅抬高水位，淹沒崔廟村海東組(海溝寨紙箱廠)，是造成海溝寨人員集中遇難的主要原因。

4.3.1 地質(zhì)環(huán)境

4.3.2 暴雨洪水情況

圖12 馬(寨)-米(河)公路轆轤坡段路基阻水潰決Fig. 12 Collapse due to dammed water in Lulupo section of Mazhai-Mihe Highway

圖13 崔廟村海溝寨組以上流域平均面雨量與累積降雨量時間分布Fig. 13 Temporal distribution of mean hourly rainfall and accumulated rainfall in the basin above Haigouzhai community of Cuimiao village

對比圖9、圖10和圖13，基本認識是，當前期過程或日降雨量達到200mm，河道洪水尚未滿槽溢流，如未來1h預(yù)報雨量超過40mm，或3h預(yù)報雨量超過100mm，必須立即向高處轉(zhuǎn)移。7月20日11～15時，小時雨強在35～62mm之間，跨溝路橋堵塞阻水，普遍出現(xiàn)村路、公路洪水漫流或山坡洪水激流，可以視為崔廟村上游流域分散成災(zāi)的必然條件。7月20日12時，崔廟村索河溝道洪水位達到185m，是河漫灘居民轉(zhuǎn)移的最后時機。因馬(寨)米(河)公路轆轤坡段阻水，公路以上壅塞水位快速上升， 7月20日14時水位已升到公路路面。王宗店村下泄洪水迭加后， 14時30分洪水位達到195.5m，是造成海溝寨因撤離不當或未撤離人員集中遇難的主要原因。

4.3.3 崔廟村海溝寨洪水災(zāi)害成因

通過以上分析，可以將崔廟村海溝寨洪水災(zāi)害成因總結(jié)如下：

(1)崔廟鎮(zhèn)海溝寨與王宗店之間索河右側(cè)3條支溝流域匯水。

(2)上游6km的王宗店山洪洪水下泄。

(3)馬(寨)米(河)公路轆轤坡段(海溝寨)路基阻水引發(fā)暫時性堰塞，淹沒水位急劇抬升。

(4)海溝寨河段企業(yè)廠房建筑占據(jù)了部分溝道灘地，過水斷面縮窄71%，嚴重加劇了洪水災(zāi)害。

(5)風險預(yù)判不夠，轉(zhuǎn)移撤離地點選擇不當。由于水位上升快速，海溝寨紙箱廠轉(zhuǎn)移至2層樓的人員被困，面對洪水上漲漫過2層樓頂，已沒有再次轉(zhuǎn)移的條件，或二次轉(zhuǎn)移逃生時間大大縮短，導致轉(zhuǎn)移在樓內(nèi)避險的人員被淹沒沖走。

5 王宗店村南頭組滑坡成因

5.1 地質(zhì)成分結(jié)構(gòu)

2021年7月20日14時，滎陽市崔廟鎮(zhèn)王宗店村南頭組發(fā)生山體滑坡，推倒前緣房屋， 3人被掩埋遇難。事前，該處滑坡災(zāi)害風險未能事前識別，不屬于已知在冊地質(zhì)災(zāi)害隱患點，未列入群測群防體系，也未作為地質(zhì)災(zāi)害隱患排查對象。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和遙感影像對比，滑坡體斜長約150m，平均寬度約33m，平均厚度6～7m，總體積約3×104m3。其中：上部黃土體積約1×104m3，下部頁巖體積約2×104m3。滑坡后緣向下滑移長度約40m，滑坡前緣頁巖碎屑物從滑床剪出后向前運動約100m后堆積停止，部分掩埋了索河左岸(圖14)。

圖14 王宗店村南頭組滑坡全貌Fig. 14 Overview of Nantou Community landslide in Wangzongdian Village

滑坡體上部物質(zhì)為更新世淺褐色黃土，下部為寒武紀灰黑色頁巖，頁巖產(chǎn)狀23°∠29°。黃土覆蓋層厚度2～3m，豎直節(jié)理發(fā)育，滑坡后主體保持原貌(圖15)?；潞蟛炕撇壑猩⒙漤搸r塊體，中部頁巖體與黃土體基本可辨別原有結(jié)構(gòu)，前部是以頁巖碎屑為主的混合堆積，夾雜著部分滑坡沖擊損毀房屋形成的建筑垃圾。

圖15 南頭組滑坡上部黃土開裂Fig. 15 Cracks in loess at the head of of Nantou Community Landslide

滑坡發(fā)生前地貌為單斜坡，滑坡前緣高程約260m，后緣高程約330m，前后緣相對高差約70m?；虑绊搸r體滑動面裸露在斜坡下部坡面上，滑坡沿頁巖層面順層剪出，屬于易發(fā)滑坡的地貌地質(zhì)結(jié)構(gòu)(劉傳正， 2019)。

滑坡前斜坡上存在小型沖溝，成為多日暴雨在地表產(chǎn)匯流、沿裂隙滲流漫灌形成暫態(tài)性水壓力的主要因素。滲入的水流沿層面軟化頁巖，持續(xù)降低軟化頁巖體的強度，最終導致順層山體失穩(wěn)形成滑坡。索河流域邢門堂腦路橋潰決形成的高位洪水在滑坡前緣通過，從高程位置判斷，暫態(tài)性洪水對滑坡整體影響不大。

5.2 地質(zhì)力學分析

孫祥等(2020)試驗證明，巖體的節(jié)理連通率與法向應(yīng)力對其破壞特征具有顯著影響，表現(xiàn)為節(jié)理連通率較高且法向應(yīng)力較小時呈直接剪斷的特性。張家明(2020)提出含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性與軟弱夾層含水狀態(tài)、抗剪強度、傾角、厚度、層數(shù)及邊坡坡度有關(guān)，暴雨和蓄水都不利于含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定。潘永亮等(2021)通過三軸試驗得出，隨著水壓力增大(0MPa到1MPa)，三峽庫區(qū)侏羅系軟巖的起裂應(yīng)力、損傷應(yīng)力、峰值應(yīng)力、殘余應(yīng)力以及彈性模量整體均呈現(xiàn)出減小的趨勢，減小幅度分別為74.2%、66.9%、62.4%、43.4%和51.9%，各個損傷演化特征值與水壓力均呈現(xiàn)出較好的相關(guān)性，說明水壓力會對軟巖造成不同程度的損傷，能夠加速巖石的裂隙發(fā)展和破壞進程。以上研究對于認識南頭滑坡節(jié)理化頁巖體的長期演化，特別是主汛期降雨滲流軟化和短歷時水壓力對軟巖的損傷作用提供了理論依據(jù)，尤其是有助于理解急速降水灌注巖體裂隙形成水壓力后順層頁巖的節(jié)理貫通、平行裂隙擴展和局部巖橋剪斷或拉斷的力學效應(yīng)。

圖16 王宗店村南頭組滑坡縱剖面圖Fig. 16 Longitudinal section of Nantou Community Landslide in Wangzongdian Village

圖17 南頭組滑坡前塊體力學分析簡圖Fig. 17 Mechanical diagram of slope rockmass before Nantou Community Landslide occurred

正常狀態(tài)下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)FS1：

(1)

降雨滲流和后緣裂縫充滿水狀態(tài)下，取c=0，滑坡穩(wěn)定系數(shù)FS2：

(2)

式中：γ0為水的重度，取值1tf·m-3；γ1為黃土的重度，根據(jù)經(jīng)驗取值1.5 tf·m-3；γ2為頁巖的重度，根據(jù)經(jīng)驗取值2.2 tf·m-3；V1為黃土的體積，取值1×104m3；V2為頁巖的體積，取值2×104m3；F1為重力沿滑移面的下滑力(tf·m-2)；F2為重力沿滑移面的抗滑力(tf·m-2)；N為重力垂直滑移面的正壓力(tf·m-2)；θ為滑移面傾角，取值29°；φ為滑移面的內(nèi)摩擦角(°)；c為滑移面的黏聚力，根據(jù)經(jīng)驗取值30tf·m-2；L為滑移面長度，取值150m；H為滑坡后緣開裂深度，取值4m；P1為降雨匯流在滑坡后緣產(chǎn)生的暫態(tài)水壓力，P1=0.5γ0H2(tf·m-2)；P2為地下水滲流在滑移面上產(chǎn)生的暫態(tài)揚壓力，P2=0.5γ0HL(tf·m-2)。

根據(jù)式(1)，得到式(3)。

FS1=0.1573+1.804tanφ

(3)

φ值在合理范圍內(nèi)取值，得到對應(yīng)FS1系列值，可反映斜坡塊體穩(wěn)定性的敏感性變化?？梢?，正常狀態(tài)下，考慮滑動面黏聚力影響，內(nèi)摩擦角φ值應(yīng)在26°以上才能維持斜坡穩(wěn)定(圖18)。

根據(jù)式(2)，得到式(4)。

FS2=1.7931tanφ

(4)

在滑移面貫通充水狀態(tài)下，黏聚力c值的作用可以忽略。φ值在合理范圍內(nèi)取值，得到對應(yīng)FS2系列值，可反映降雨水壓力狀態(tài)下斜坡塊體穩(wěn)定性的敏感性變化?？梢姡搸r層面離層，滑移面黏聚力作用失效，在持續(xù)暴雨滲流充水情況下，內(nèi)摩擦角φ值應(yīng)在30°以上才能維持斜坡穩(wěn)定(圖18)。

圖18 南頭組斜坡穩(wěn)定系數(shù)隨φ值變化趨勢Fig. 18 Changes of factors of safety of Nantou community landslide with φ valuesFS1. 正常狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)； FS2. 暴雨滲流充水狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)

對比正常狀態(tài)和持續(xù)暴雨滲流狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)的變化，要維護斜坡的穩(wěn)定就要避免坡腳頁巖層面的內(nèi)摩擦力損失，或者人為補強斜坡前緣的抗滑力。因此，只要事前識別出斜坡具有易于發(fā)生滑坡的地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)，提前進行坡面防水、截排水，對斜坡前緣進行簡單的重力支擋，不但能夠保證居民建筑的安全，也可以維護生態(tài)環(huán)境下墊面的地質(zhì)環(huán)境安全(劉傳正， 2021)。

6 結(jié)論與建議

6.1 基本結(jié)論

(2)事前自然災(zāi)害風險研判有誤，未能正確識別編制災(zāi)害風險清單，防災(zāi)減災(zāi)針對性不足，如滎陽市崔廟鎮(zhèn)王宗店村輕視溝道山洪暴發(fā)，未能識別山體結(jié)構(gòu)順層滑坡風險等。

(3)河流、溝道路基或橋涵阻水潰決，多級堵潰級聯(lián)效應(yīng)加大了災(zāi)害的危害。索河流域邢門堂垴跨溝路基阻水潰決-王宗店暴洪淹沒-崔廟村海溝寨公路路基堰塞淹沒形成山洪災(zāi)害鏈的鏈式作用特征，增大了預(yù)防應(yīng)對難度。

(4)王宗店村南頭組滑坡具有順層滑移地質(zhì)力學模式，地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)上能夠進行風險識別，提前進行坡面防水、截排水和斜坡前緣重力支擋是可以避免滑坡發(fā)生的。

(5)當前期過程或日降雨量達到200mm，未來1h預(yù)報雨量超過40mm，或3h預(yù)報雨量超過100mm，索河上游流域沿河居民必須立即向安全場所轉(zhuǎn)移。

6.2 初步建議

(1)城鄉(xiāng)社區(qū)應(yīng)全面樹立預(yù)防應(yīng)對的理念，培育減災(zāi)文化，提升自我防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)意識，加強知識技能培訓。

(2)建立河流、溝道上下游聯(lián)測聯(lián)防、信息共享和預(yù)警響應(yīng)聯(lián)動工作機制，遭遇特大暴雨時加強重點環(huán)節(jié)地段值守，按照“超標應(yīng)急”要求提前破堤、破路、拆橋等，及時解鎖消除風險，堅決轉(zhuǎn)移避險。

(3)加強科技支撐，有針對性研究重點流域、山洪溝道洪水和滑坡泥石流災(zāi)害風險清單，確定不同情形下的臨界降雨量指標作為預(yù)警響應(yīng)的依據(jù)。

致 謝河南省鄭州市氣象局、河南省水文水資源局、國務(wù)院災(zāi)害調(diào)查組以及山洪地質(zhì)災(zāi)害專項組等提供了部分資料，國務(wù)院災(zāi)害調(diào)查專家組、專項組等多次交流討論，熊自力、李濱、沈偉志、肖銳鏵等參加了野外考察，陳春利幫助制作了數(shù)字地形圖，鄭州市委市政府以及滎陽、鞏義等市政府提供了現(xiàn)場考察便利，特此說明并致謝。