王辰

（四川省第九地質(zhì)大隊，四川 德陽 618000）

0 引言

總的來說，四川高山區(qū)域泥石流更多是因為冰雪堆積物等物質(zhì)受到融水、降雨、雪崩等外部條件影響下所形成的，雖然高山區(qū)域泥石流大多出現(xiàn)在相對偏遠(yuǎn)的凍土或者冰雪坡面，但是因為其規(guī)模較大、具有較長的演進(jìn)距離，所以其具有大面積的破壞力，會對相關(guān)設(shè)施和人民生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生影響。對于高山區(qū)域來說，其對于氣候變化非常敏感，隨著全球氣候變化的加快，冰川凍土在不斷加快消融退縮，從而造成這些區(qū)域泥石流發(fā)育條件更加完善，進(jìn)而產(chǎn)生大量泥石流災(zāi)害。氣候變化造成的環(huán)境改變使得潛在地質(zhì)災(zāi)害更易發(fā)生，例如，川藏線鐵路的藏東南區(qū)域等多次出現(xiàn)較大規(guī)模的泥石流災(zāi)害，對交通造成嚴(yán)重影響，產(chǎn)生巨大損失，基于此，氣候變化影響下的泥石流災(zāi)害受到了各方廣泛的關(guān)注。

為此，國內(nèi)外的相關(guān)研究人員對于高山區(qū)泥石流的成因等都進(jìn)行了相應(yīng)研究，但是受到復(fù)雜起動機制的影響，想要對其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測是較為困難的。所以需要進(jìn)一步加快高山區(qū)泥石流形成機制的研究，在此基礎(chǔ)上制定出科學(xué)的預(yù)警機制，這對于降低泥石流的災(zāi)害具有重要價值和意義。現(xiàn)階段有關(guān)高山區(qū)泥石流方面的研究更多集中在成因和起動機制、動力過程和地貌效應(yīng)、泥石流和氣候條件的關(guān)系等，特別是近些年加快了對冰川凍土體消融破壞機制以及冰磧土泥石流起動特征等方面的研究。但是目前還無法完全得到高山區(qū)域泥石流形成的物理機制，在此情況下可以通過統(tǒng)計的方式來獲取泥石流的產(chǎn)生和氣候變化之間的關(guān)系。為此，本文主要對四川高山區(qū)域泥石流的形成機制進(jìn)行分析研究，同時對于相應(yīng)的治理措施進(jìn)行研究，期望可以進(jìn)一步推動高山區(qū)泥石流研究工作。

1 高山區(qū)泥石流形成機制

（1）無論是對于高山區(qū)還是其他環(huán)境，泥石流的形成基本上是類似的，按照起動成因可以將其分成“土力類”以及“水力類”等。所謂的土力類成因主要就是指雪崩、冰崩、冰磧物滑坡等問題引發(fā)的泥石流，而水力類成因主要就是指因為降水、融雪等利用底蝕以及側(cè)蝕所引發(fā)的泥石流。高山區(qū)的各種泥石流引發(fā)誘因不僅僅會受到降雨影響，同時也會受到溫度等方面的影響。隨著溫度的上下波動，冰體就會處在不穩(wěn)定狀態(tài)，可能會造成消融，這會直接影響到凍土所處狀態(tài)，進(jìn)而對徑流和地下水產(chǎn)生作用。因此，高山區(qū)的泥石流成因是綜合因素作用結(jié)果，往往是不同類型因素相互作用的結(jié)果，所以對其研究也較為復(fù)雜，涉及多種類型學(xué)科，如土力學(xué)、巖石力學(xué)、泥沙運動力學(xué)等[1]。

（2）通過分析可知，大型和特大型冰川泥石流的產(chǎn)生大多為土力學(xué)過程（冰緣或冰磧物坡體巖體的突然崩落、滑坡等）的結(jié)果，這些作用會形成大量的“準(zhǔn)”泥石流物質(zhì)。除此之外，受到高山區(qū)地質(zhì)條件的影響，邊緣區(qū)域的高程存在著較大的落差，一旦發(fā)生邊坡崩塌等情況就會形成非常強烈的沖擊，特別是對于下游的陡峭區(qū)域來說，較為松散的冰磧物等非常容易發(fā)生失穩(wěn)。因為此種崩塌主要出現(xiàn)在氣溫較高的時間段，冰磧物中存在著大量的水分，所以一旦失穩(wěn)就會形成泥石流，并且此種泥石流的流速要更高、破壞力也更強。

近些年針對此種類型的泥石流加強了控制試驗以及野外原型觀測等方面的操作，目的在于通過不同手段來得到更加準(zhǔn)確的冰川失穩(wěn)機制，能夠更加精確確定出溫度等因素對于冰川剪切應(yīng)力等指標(biāo)的影響，在此基礎(chǔ)上建立更加完善的預(yù)判模型，能夠及時對冰川變動情況進(jìn)行判定。對于一般性土體來說，其發(fā)生失穩(wěn)情況往往和含水率的變化具有直接關(guān)聯(lián)，但是高海拔冰川凍土則有所不同，冰體的脆斷不但和含水率相關(guān)，同時也和溫度具有緊密關(guān)聯(lián)性[2]。對于冰川以及基巖凍土區(qū)來說，冰填充巖石節(jié)理情況比較常見，受到冰分凝作用影響，此種節(jié)理會不斷擴展。此種節(jié)理的剛度、強度等為正應(yīng)力以及溫度的函數(shù)。

（3）通過多方面的研究可知，巖體的穩(wěn)定性容易受到冰凍狀態(tài)變化的影響，所以近些年更加注重的是對0℃情況下巖體所受到的剪切等影響的分析。通過相應(yīng)試驗來對冰填充的巖石節(jié)理破壞情況實施了較為詳盡的分析，試驗方式主要包括兩種，一方面可以加強高山區(qū)原有形態(tài)的動態(tài)監(jiān)測，一方面可以通過室內(nèi)的試驗（對于冰芯樣本分析）來獲取結(jié)果，無論何種方式都要利用聲發(fā)射檢測技術(shù)來具體實施。

從冰川剪切破壞試驗中可知，一旦將巖石表層覆蓋物去除或者溫度上升等變化產(chǎn)生，都可能引發(fā)冰填充巖石剪切阻力的顯著降低。在對冰填充巖石臨界剪切力計算時，可以參照摩爾-庫倫準(zhǔn)則來進(jìn)行，具體如下：

式中：τ——冰填充巖石節(jié)理破壞情況下剪切應(yīng)力，受到正應(yīng)力σ、內(nèi)聚力c 以及摩擦角ψ 等的影響。

利用控制試驗的方式獲取了冰凍巖石節(jié)理破壞臨界剪切力和正應(yīng)力、溫度之間所具有的關(guān)系，具體如下：

雖然對于不同環(huán)境來說式（2）和式（3）中相關(guān)系數(shù)存在一定的不同，但是可以從直觀上表示出內(nèi)聚力c以及摩擦系數(shù)μ 都與溫度T 負(fù)相關(guān)的一般性特征。除了以上所提到的冰川退化之外，高山區(qū)長期的凍土消融也會影響到坡體的穩(wěn)定性。相對于基巖—坡體穩(wěn)定性與冰川退化關(guān)聯(lián)性的長期性研究來說，長期的凍土變化情況對于坡體穩(wěn)定性的影響研究時間較短，只是在近期才有所涉獵。巖石上長期凍土退化往往會受到巖石裂隙水滲濾等方面的作用，隨著冰的逐漸消融，含有冰的泥沙堆積物孔隙水的壓力會逐漸上升，這樣就會造成泥沙坡積體逐漸失去穩(wěn)定性。所以受到溫度上升影響造成的凍土消融非常容易造成高山區(qū)山坡穩(wěn)定性不足而引發(fā)泥石流[3]。

2 氣候變化影響下泥石流的治理措施

2.1 加強氣候變化的宏觀監(jiān)測以及氣象數(shù)據(jù)的高時空分辨

對于高山區(qū)來說，其泥石流的產(chǎn)生和氣候變化直接相關(guān)，當(dāng)前所進(jìn)行的研究更多是針對某一特殊泥石流事件來進(jìn)行的，研究其和氣候變化之間的關(guān)聯(lián)性，為了能夠更具普遍性，需要特別注重小流域和區(qū)域之間的結(jié)合。在對氣候變化（溫度上升、較大強度的降水等）影響高山區(qū)泥石流啟動情況的研究中，要以IPCC 氣候報告（2020—2050 年）為參照來對高山區(qū)氣候的變化發(fā)展情況進(jìn)行定量研究，要建立并完善多尺度降-氣溫的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，以此來對區(qū)域性氣候變化影響的高山區(qū)泥石流形態(tài)特征進(jìn)行分析研究。

為了能夠?qū)δ嗍鬟M(jìn)行預(yù)判，常常對典型事件進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的統(tǒng)計分析，但是無論是準(zhǔn)確性還是可靠性都會受到多種因素的影響，如統(tǒng)計的相關(guān)樣本量、不同環(huán)境條件下氣象數(shù)據(jù)的情況、時空分辨率等。高山區(qū)有著特殊的地形特征，這也造就了其氣象因子空間分布存在較大差異。受制于地形條件等因素影響，高山區(qū)的氣象站建設(shè)數(shù)量較少，站點之間存在較為稀疏的情況，當(dāng)前在對所在區(qū)域泥石流出現(xiàn)因素進(jìn)行分析時主要采取的是泥石流出現(xiàn)區(qū)域周邊臨近站點所得氣象數(shù)據(jù)來進(jìn)行的，一定程度上存在著不確定性的問題。所以為了能夠更加準(zhǔn)確、及時地了解泥石流易發(fā)區(qū)域氣候變化情況，得到較為精準(zhǔn)的氣象數(shù)據(jù)，要提升該區(qū)域氣象監(jiān)測站的數(shù)量，通過增加其密度方式來縮小監(jiān)測范圍，從而實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的監(jiān)測[4]。隨著技術(shù)的快速提升，以RCP 氣候變化情境為基礎(chǔ)來實施空間降尺度分析，同時結(jié)合遙感降水柵格數(shù)據(jù)多邊形區(qū)域糾偏等方式來獲取區(qū)域性時間序列氣象數(shù)據(jù)資料屬于較好的方式，能夠獲取更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是在實際操作時需要增強和地面站點所測數(shù)據(jù)的對比，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗證。

2.2 加強高山區(qū)冰川凍土變化情況的分析

受到雪崩、冰崩等土力類作用所引發(fā)的高山區(qū)泥石流的規(guī)模相對較大，破壞力較強，但是針對關(guān)鍵影響因素（滑坡失穩(wěn)時間、位置等）很難進(jìn)行預(yù)判。冰體發(fā)生不同形式的災(zāi)害（失穩(wěn)、斷裂、崩塌等）在時間方面具有非常大的差異性，時間跨度較長，甚至長達(dá)幾年、百年等，所以很難對其進(jìn)行確定，對于預(yù)判冰體失穩(wěn)破壞造成了較大困難[5]。高山區(qū)坡體失穩(wěn)在時間和斷裂深度上的分布區(qū)間如圖1 所示。所以需要加強影響高山區(qū)冰體穩(wěn)定性的條件（地質(zhì)巖性等）以及激發(fā)因子（溫度、冰分凝作用等）方面的深入研究，能夠進(jìn)一步明確巖體以及冰磧物坡體失穩(wěn)破壞的核心控制因子和臨界條件。

圖1 高山區(qū)坡體失穩(wěn)在時間和斷裂深度上的分布區(qū)間

氣候的變化情況會對冰川凍土以及冰磧物坡的穩(wěn)定造成較大影響，所以要特別注意因為氣候變化等造成的高山區(qū)冰川凍土0℃等溫線的上移變化情況，主要是由于此等溫線上移也就代表著那些長久受到冰雪覆蓋或者始終處在冰凍情況下的巖體狀態(tài)發(fā)生了改變，存在著消融出露的可能性，隨著時間的積累就會轉(zhuǎn)化成為泥石流?？梢园凑罩箝L期時間內(nèi)氣候變化的趨勢來預(yù)判高山區(qū)0℃等溫線上移可能區(qū)域，利用遙感以及GIS 技術(shù)等進(jìn)行野外調(diào)查，尤其要關(guān)注的是大規(guī)模崩塌滑坡事件引發(fā)的泥石流物源量上升所引發(fā)的泥石流爆發(fā)可能性。

2.3 加強高山區(qū)泥石流發(fā)育的動力學(xué)機制研究

當(dāng)前在進(jìn)行高山區(qū)泥石流起動機制研究中還要明確幾方面問題，一是由于冰川滑坡以及崩塌等土力類因素引發(fā)的泥石流，要確定出土體液化機制以及關(guān)鍵性因素（孔隙壓力等）動態(tài)變化的具體規(guī)律，這樣就可以得到土力類影響因素轉(zhuǎn)變成為泥石流的地形地貌以及環(huán)境條件；一是對于水力類影響因素所引發(fā)的泥石流來說，需要進(jìn)一步明確水動力條件下土體顆粒起動的屬性情況。在進(jìn)行泥石流起動研究時，野外原型觀測、物理模型試驗等是最為常用的方式，其中物理模型試驗在近些年的應(yīng)用越發(fā)普遍，但是受到多種因素影響（模型比尺、實驗?zāi)嗌愁w粒粒徑、高山區(qū)冰沙混合物制作、可控溫度條件等），小規(guī)模模型試驗并不能準(zhǔn)確地展現(xiàn)出高山區(qū)野外泥石流起動以及動力過程。隨著近些年信息技術(shù)的快速發(fā)展，野外原型觀測在泥石流研究方面也得到了廣泛關(guān)注。但是高山區(qū)較復(fù)雜環(huán)境下泥石流原型觀測以及監(jiān)測方面還有所缺失，可以通過多種技術(shù)手段（集成地聲、次聲、視頻、壓/應(yīng)力監(jiān)測等技術(shù)）的綜合應(yīng)用來對典型泥石流進(jìn)行分析，建立起更加全面指標(biāo)，包括氣象（降雨、氣溫）、地震波、次聲波、流速、泥位、孔隙壓力、正壓力等監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步加強多斷面高時空分辨率氣象以及泥石流起動原型觀測，更加全面地收集影響泥石流的關(guān)鍵因子動態(tài)變化情況。利用海量數(shù)據(jù)來對高山區(qū)泥石流起動模型進(jìn)行修繕，使其更加完善、更加準(zhǔn)確，從而能夠提升對泥石流成因方面的理解深度。

3 結(jié)語

受到氣候變化等方面的影響，四川高山區(qū)的冰川邊緣地帶更容易出現(xiàn)泥石流等災(zāi)害。為此，很多學(xué)者針對泥石流發(fā)生和典型成因、氣象條件變化等之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了廣泛的研究。但是受制于此種區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的影響，野外觀測以及試驗的難度都比較大，高山區(qū)泥石流發(fā)育機制以及起動條件等方面的研究還存在較大困難。這就要求在之后的研究中要不斷融入現(xiàn)代信息技術(shù)，同時要進(jìn)行根本性調(diào)研，通過多種手段確定出高山區(qū)邊坡失穩(wěn)的臨界條件，進(jìn)一步明確泥石流的成因，采取針對性手段進(jìn)行預(yù)判以及防范，減少甚至避免其造成的損失。