雨德聰，楊志全，李 倩

(昆明理工大學(xué) 公共安全與應(yīng)急管理學(xué)院，云南 昆明 650093)

0 引言

滑坡、泥石流是山地災(zāi)害鏈的中心載體，而其形成的滑坡-泥石流災(zāi)害鏈?zhǔn)亲畛Ｒ姷纳降貫?zāi)害鏈形式[1]。山地災(zāi)害鏈?zhǔn)侵冈谥聻?zāi)因素作用下，一種災(zāi)種發(fā)生后，引起其他災(zāi)種也隨之或滯后發(fā)生的災(zāi)變現(xiàn)象，通常包括崩塌、滑坡、泥石流、山洪、雪崩、堰塞湖等，種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。鐘敦倫等[2]認為山地災(zāi)害鏈?zhǔn)巧降貫?zāi)害的物質(zhì)、能量和信息在特定條件下相互作用、相互滲透、相互傳遞和相互轉(zhuǎn)化的結(jié)果。其中滑坡-泥石流災(zāi)害鏈則是由于滑坡的發(fā)生，在某種特定條件下引發(fā)泥石流的災(zāi)變現(xiàn)象，可以理解為滑坡是災(zāi)害鏈的成災(zāi)源頭，而泥石流是否啟動是此災(zāi)害鏈會否演化成災(zāi)的關(guān)鍵，其具有一定的隱蔽性和災(zāi)害鏈效應(yīng)[3-4]。一旦成災(zāi)，破壞性強，影響范圍廣。

由于鏈?zhǔn)綖?zāi)害的復(fù)雜性，目前大多數(shù)研究側(cè)重于單溝泥石流和單體滑坡，對于區(qū)域性研究還較為欠缺，因此研究鏈?zhǔn)綖?zāi)害對山地防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

1 滑坡與泥石流的關(guān)系

滑坡和泥石流是最常見的山地災(zāi)害類型，群發(fā)性和關(guān)聯(lián)性很強，兩者的共同點是均具有較大的物質(zhì)輸出量[5-6]。胡明鑒等[7]提出了在特殊環(huán)境下的滑坡、泥石流具有共生關(guān)系，在滑坡-泥石流運動過程中，存在以下2種情況：一種是滑坡從斜坡向河床的運動和泥石流在高速水流作用下的沖刷過程[8]；另一種是滑坡發(fā)生后，與水流結(jié)合形成泥石流的連續(xù)過程[9]，滑坡形成的大量松散物質(zhì)為泥石流提供了豐富的物源。災(zāi)害發(fā)生的同時，災(zāi)害鏈不一定會發(fā)生，但它們都具有巨大的危險性，一旦爆發(fā)將會造成難以估量的損失。有學(xué)者[10]提出滑坡、泥石流災(zāi)害的危險程度可以用滑坡和泥石流各自危險度相加來衡量，可以看出滑坡-泥石流災(zāi)害鏈相較于單災(zāi)種更加危險，所以對于滑坡-泥石流災(zāi)害鏈的危險性評價與風(fēng)險分析極其重要[11-13]。

2 滑坡-泥石流災(zāi)害鏈成災(zāi)因素

2.1 地震

引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)動力一般是指地球的構(gòu)造運動、地震、火山活動。其中地震誘發(fā)的次生災(zāi)害最為常見。例如在“5·12”汶川大地震以及多次余震的反復(fù)作用下，原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到了嚴重破壞，導(dǎo)致山體整體性受損而出現(xiàn)裂縫，不穩(wěn)定地質(zhì)隱患增多，在極端天氣條件下誘發(fā)了大量地質(zhì)災(zāi)害，呈現(xiàn)出高頻率、群發(fā)性、大規(guī)模等特征[14-19]。震后諸多次生災(zāi)害進入活躍期，如崩塌、滑坡災(zāi)害的活躍期可能會持續(xù) 5～10年，泥石流的活躍期則更久[20]。張永雙等[21]將地震-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈的形成、演化過程劃分為孕育、地震同震滑坡、震后滑坡-泥石流發(fā)育、高位泥石流的動態(tài)演化四個階段，這四個階段是一個連續(xù)的過程。從滑坡-泥石流數(shù)量以及規(guī)模來看，其與震級大小和震源深度成正相關(guān)。對于地震力的計算，毛昶熙等[22]提出了一種改進算法，推導(dǎo)了降雨浸水飽和與非飽和情況下的淺層滑坡計算公式。地震的影響是不可避免的，因此要從其他方面作出努力以減輕災(zāi)害造成的損失。

2.2 地形和降雨

復(fù)雜陡峭的地形以及一定強度的持續(xù)降雨，是滑坡轉(zhuǎn)化為泥石流的重要因素。地形條件中影響程度從高到低依次是山坡坡度、流域面積、溝床縱比降。大多數(shù)滑坡的坡度在20°～40°。流域面積越大，發(fā)生滑坡的數(shù)量越多，泥石流總量越大。溝床縱比降越大，泥沙搬運能力越強[23]，為泥石流的形成提供的勢能越大。

從災(zāi)害鏈鏈?zhǔn)阶饔脵C理出發(fā)，認為強降雨在山地災(zāi)害鏈成災(zāi)演化中起到了關(guān)鍵的控制作用[1]，并且泥石流發(fā)生的可能性隨降雨因子值的增加而增大[24]。降雨與滑坡-泥石流災(zāi)害存在因果關(guān)系，但缺乏定量的分析與驗證，陸研等[25]運用信息流理論將降雨指標(biāo)與滑坡-泥石流災(zāi)害進行了因果分析。劉麗楠等[26]研究了降雨誘發(fā)黃土坡體結(jié)構(gòu)滲流破壞過程與機制，采用滲流-穩(wěn)定性耦合計算方法，分析了非飽和滲透誘發(fā)坡體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)過程。

2.3 人類活動

人類對資源的過度利用和工程施工的不合理，對環(huán)境造成了不利影響。這些活動會造成不同程度的地質(zhì)問題從而成為災(zāi)害鏈的致災(zāi)因素。反過來，災(zāi)害的發(fā)生也會對工程造成不同程度的破壞甚至威脅到生命安全[27]。在不破壞生態(tài)環(huán)境平衡的同時，合理利用資源，科學(xué)開發(fā)，與自然和諧共處，才是可持續(xù)發(fā)展之路。

3 滑坡-泥石流災(zāi)害鏈風(fēng)險評估

隨著地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者開始投入對多災(zāi)種災(zāi)害鏈的研究。國內(nèi)外對于單一泥石流災(zāi)害的風(fēng)險評價已較為成熟，MURGESE等[28]建立了兩種模型研究泥石流風(fēng)險；唐川等[29-30]運用GIS和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于人口和土地資源建立了復(fù)合函數(shù)模型等風(fēng)險評價方法對泥石流風(fēng)險進行了研究，并在實際案例中取得了合理的評價結(jié)果。而對滑坡-泥石流災(zāi)害鏈風(fēng)險評估方面的研究起步較晚，胡凱衡等[31]建立了一個滑坡-泥石流災(zāi)害風(fēng)險評估的概念體系和理論框架，界定了災(zāi)害易發(fā)性、危險性和風(fēng)險性的內(nèi)涵；馬金珠等[32]通過遙感解譯和科學(xué)實驗，在白龍江流域建立了多尺度滑坡-泥石流綜合風(fēng)險評估體系與技術(shù)示范點；喬建平等[33]以風(fēng)險區(qū)劃、風(fēng)險概率、風(fēng)險受損率、風(fēng)險防御工程效益四要素為基礎(chǔ)建立了小流域滑坡-泥石流風(fēng)險綜合評估模型。但是，眾多滑坡-泥石流災(zāi)害鏈風(fēng)險評估模型對資料數(shù)據(jù)的多源性、可靠性、準(zhǔn)確性要求較高，可能僅適用于單一案例。隨著計算機科學(xué)的發(fā)展，滑坡-泥石流風(fēng)險綜合評估模型具有較廣闊的應(yīng)用前景。

4 滑坡-泥石流災(zāi)害鏈形成機制

滑坡流態(tài)化是指在滑坡高速運動過程中，由于震動和水的作用，使滑坡運動由滑動狀態(tài)向流化狀態(tài)轉(zhuǎn)化的作用和過程?；孪蚰嗍鞯霓D(zhuǎn)化過程有兩種類型：一種是強降雨后由淺層土體破壞和小型滑坡液化引起的邊坡泥石流；另一類是大規(guī)?；轮苯愚D(zhuǎn)化為泥石流[4]。YIN等[34]提出了地震誘發(fā)地災(zāi)主要表現(xiàn)為裂隙-滑坡-碰撞-刮擦-泥石流、裂隙-滑坡、振動-降雨-滑坡-泥石流、振動-拋擲-滾動四種機制。IMAIZUMI等[35]將泥石流引發(fā)機制分為3種類型，即表面流侵蝕、沉積物作為整體滑動、流體區(qū)域向上發(fā)展。

不少學(xué)者通過試驗以及數(shù)值模擬等手段來探究滑坡-泥石流的轉(zhuǎn)化機制。HSU 等[36]研究發(fā)現(xiàn)采用泥石流模型的數(shù)值模擬能更好地理解泥石流的發(fā)生和運動過程。ZHANG等[37]開展了室內(nèi)滑槽試驗，利用PFC進行模擬發(fā)現(xiàn)滑坡-泥石流運動過程中發(fā)生了顆粒碰撞，最終堆積物中出現(xiàn)了明顯的分選現(xiàn)象。ZHOU等[38]采用物理模型和數(shù)值模擬方法發(fā)現(xiàn)在降雨過程中，滑坡堆積物的黏聚力和摩擦系數(shù)隨含水率的增大而減小。李馳等[39]通過室內(nèi)人工降雨試驗?zāi)M了泥石流的啟動過程，利用FLAC建立了降雨條件下坡體雨水入滲分析數(shù)值模型，研究結(jié)果表明，降雨條件下泥石流的產(chǎn)生最先可能出現(xiàn)在坡腳，隨著邊坡角、降雨強度、土體飽和度的增大，邊坡的穩(wěn)定性逐漸下降，促進了泥石流的發(fā)生。陳曉清等[40]通過野外人工降雨試驗，解釋了滑坡轉(zhuǎn)化為泥石流的啟動機制是土體振動軟化或液化。張明等[41]通過環(huán)剪試驗發(fā)現(xiàn)除超孔隙水壓力的作用外，軟弱基座效應(yīng)也是重要的轉(zhuǎn)化機制之一，滑體土剪脹造成的黏聚力降低及應(yīng)變軟化是滑坡型泥石流轉(zhuǎn)化的主要原因。周健等[42]對無黏性土滑坡-泥石流進行了離心機模型試驗，結(jié)果顯示其形成的原因是坡體中細小顆粒隨孔隙水遷移，導(dǎo)致孔隙水壓力升高，降低了坡體的抗剪強度。

上述研究都缺乏實時監(jiān)測手段，實驗以及模擬的結(jié)果與實際情況會有出入，另外地質(zhì)條件本就復(fù)雜多樣難以還原，外加災(zāi)害鏈的作用機制也十分復(fù)雜，因而結(jié)論可能會不準(zhǔn)確，研究深度還遠遠不夠。需要注意的是，不是所有的滑坡都會轉(zhuǎn)化為泥石流，所以今后的研究方向、方法、技術(shù)應(yīng)更加符合或高度還原災(zāi)害發(fā)生現(xiàn)場，這樣才更具實踐意義和應(yīng)用價值。

5 滑坡-泥石流災(zāi)害鏈與其他災(zāi)種的鏈接

災(zāi)害對環(huán)境的敏感性造成了不同環(huán)境下原生災(zāi)害誘生的災(zāi)害鏈種類差異[43]?；?、泥石流作為中心載體的2個災(zāi)種，除了兩者發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)成災(zāi)以外，還能與其他災(zāi)種鏈接，形成更加復(fù)雜的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。最常見的3條災(zāi)害鏈為：崩塌-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈、滑坡-泥石流-山洪災(zāi)害鏈、滑坡-泥石流-堰塞湖災(zāi)害鏈。它們都具有鏈?zhǔn)椒糯笮?yīng)，一旦發(fā)生，將會產(chǎn)生嚴重的后果，所以一定要做好日常的防災(zāi)減災(zāi)工作。

5.1 崩塌-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈

崩塌-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈可以簡稱為崩滑流災(zāi)害鏈[44]，指崩塌、滑坡、泥石流3個災(zāi)種在內(nèi)外復(fù)雜因素的綜合作用下，任意1個或2個災(zāi)種率先爆發(fā)，將使3種災(zāi)害接踵成鏈，同期迸發(fā)，致災(zāi)強度和破壞作用急劇擴大的災(zāi)害鏈?zhǔn)竭^程。崩滑流活動在時間序列上呈現(xiàn)出周期旋回變化，其中與降雨強度的季節(jié)性變化基本同步。崩滑流鏈存在以下4種情形：①滑坡誘發(fā)崩塌，引發(fā)泥石流，促成崩滑流災(zāi)鏈；②崩塌誘發(fā)滑坡，引發(fā)泥石流，促成崩滑流災(zāi)鏈；③崩塌和滑坡引發(fā)泥石流，促發(fā)崩滑流災(zāi)鏈；④泥石流沖刷、掏蝕，引發(fā)崩塌和滑坡，促發(fā)崩滑流災(zāi)鏈。

5.2 滑坡-泥石流-山洪災(zāi)害鏈

淺表層滑坡在冰川消融和冰湖潰決時會引發(fā)泥石流，泥石流堵塞河流以后會誘發(fā)洪水災(zāi)害，這是川藏鐵路沿線最典型的地質(zhì)災(zāi)害鏈[45]。山洪災(zāi)害具有群發(fā)性、隱蔽性強、成災(zāi)范圍廣[46]等特點，對所經(jīng)之處會造成嚴重的環(huán)境破壞以及人員傷亡。可從系統(tǒng)角度入手，引用綜合風(fēng)險指數(shù)測定災(zāi)害損失，以達到對山洪災(zāi)害進行風(fēng)險分析的目的[12]。

5.3 滑坡-泥石流-堰塞湖災(zāi)害鏈

在一定的地質(zhì)地貌條件下，冰磧、滑坡、泥石流堆積等形成側(cè)壩阻斷河道，上游積水形成的湖泊稱為堰塞湖?；滦纬傻拇罅克缮r體和水能資源，為泥石流、堰塞湖的形成提供了豐富的物質(zhì)來源和外部條件[17]。堰塞壩在潰決瞬間呈現(xiàn)明顯的放大效應(yīng)，在重力、動靜水壓及掏蝕作用下，急速下泄[47-49]。潰壩方式對泥石流的擴大有重要影響[50]，因此有必要進一步研究其破壞機理。劉建康等[51]建立了滑坡-泥石流壩在自然條件下首次潰決的形式的經(jīng)驗公式模型，能有效預(yù)測潰壩對下游產(chǎn)生的危害范圍和程度。

6 斷鏈措施

災(zāi)害鏈包括孕災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、演化環(huán)、損害環(huán)，孕災(zāi)環(huán)是前提，激發(fā)環(huán)是啟動因素，演化環(huán)是過程，損害環(huán)是結(jié)果，環(huán)環(huán)相扣。斷鏈措施主要有孕源斷鏈減災(zāi)法、易控災(zāi)種防治斷鏈法[52]。因此要從災(zāi)害鏈和單個災(zāi)種的形成機理以及觸發(fā)條件入手，抓住關(guān)鍵因素和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，切斷災(zāi)害之間的連鎖反應(yīng)，以采取相應(yīng)的防控措施?？衫脟鴥?nèi)外對山地災(zāi)害鏈已有的研究成果，優(yōu)化出適用于滑坡-泥石流災(zāi)害鏈的防治方法。

對于滑坡災(zāi)害，國內(nèi)外采用的防治基本原則均是以防為主，采取削坡減重、堆載反壓、截排水工程、支擋工程、錨固工程和改變土體性質(zhì)等措施進行綜合整治[53-54]，同時對其進行綜合預(yù)警監(jiān)測。泥石流則需預(yù)防與治理同時進行，對上游物源區(qū)松散土體進行加固、引洪蓄水，在流通區(qū)設(shè)置梳子壩、切口壩、縫隙壩等攔擋裝置，對沖積區(qū)進行及時清理與排導(dǎo)。

7 結(jié)語

滑坡、泥石流是山地災(zāi)害鏈的中心載體，兩者具有共生關(guān)系。值得注意的是，不是所有的滑坡都會形成泥石流，根據(jù)形成條件的不同，它們有時單獨發(fā)生，有時相伴發(fā)生，甚至?xí)纬裳呷?、山洪等一系列?zāi)害，進一步擴大災(zāi)害范圍。從成災(zāi)因素——地震、地形和降雨、人類活動等3個方面對滑坡-泥石流災(zāi)害鏈進行分析發(fā)現(xiàn)，多數(shù)情況是地震破壞山體后提供大量物源，在特定的地形以及強降雨條件下發(fā)生滑坡-泥石流。除此之外，滑坡-泥石流還會與其他災(zāi)種鏈接，引發(fā)其他類型災(zāi)害，而相繼或滯后發(fā)生的災(zāi)害通常比原生災(zāi)害更具破壞性，需特別關(guān)注和重視。