第10章 泥沙洪流——认识泥石流灾害(1)

泥石流是一种灾害性的地质现象，它是含有沙石且松软的土质山体在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水、山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动所形成的。可携带巨大的石块，因而破坏性极大。据不完全统计，仅仅是新中国成立后，我国县级以上城镇因泥石流而致死的人数已超过了4400人，并损失了上万亿的财产。

什么是泥石流

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴雨，暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并挟带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。

泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉沙及黏土的黏稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。

泥石流流动的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟。泥石流是一种广泛分布于世界各国一些具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害。泥石流大多伴随山区洪水而发生，它的运动过程介于山崩、滑坡和洪水之间，因此比洪水更具有破坏力。泥石流常常给人们的生命财产安全带来严重的危胁，是我们不能忽视的自然灾害之一。

泥石流的分类：

泥石流按其物质成分可分成泥石流、泥流、水石流三类。

泥石流是由大量黏性土和粒径不等的沙粒、石块组成的；泥流是以黏性土为主，含少量沙粒、石块，黏度大，呈稠泥状的；水石流是由水和大小不等的沙粒、石块组成的。

泥石流按其物质状态可分为黏性泥石流、稀性泥石流两类。

含大量黏性土的泥石流或泥流叫黏性泥石流，其特征是：黏性大，固体物质占40%~60%，最高达80%。

稠度大，石块呈悬浮状态。水不是搬运介质，而是组成物质。暴发突然，持续时间短，破坏力大。

稀性泥石流，以水为主要成分，黏性土含量少，固体物质占10%~40%，有很大分散性。

其特征是：水为搬运介质，石块以滚动或跃移方式前进，具有强烈的下切作用。其堆积物在堆积区呈扇状散流，停积后似“石海”。

其他分类：

按泥石流沟的形态分类有：沟谷型泥石流、山坡型泥石流。

按泥石流的成因分类有：冰川型泥石流、降雨型泥石流。

按泥石流发展阶段分类有：发展期泥石流、旺盛期泥石流和衰退期泥石流。

按泥石流流域大小分类有：大型泥石流、中型泥石流和小型泥石流等。

泥石流的形成

1.泥石流形成的基本条件一般认为泥石流发生需要三个基本条件：能量条件（地形条件）、物质条件和触发条件。

（1）能量条件

泥石流发生的能量条件主要通过区域地形条件得以体现，是泥石流能否形成的重要因素之一。它是上游和山坡坡面松散固体物质所具有势能的体现，是物质能否启动的先决条件。泥石流的形成区在地形上具备山高沟深，地形陡峻，沟床纵坡降大，流域形状便于水流汇集。

在地貌上，泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区三部分。

上游形成区的地形多为三面环山、一面出口的瓢状或漏斗状，地形比较开阔，周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良，这样的地形有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡降大，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使堆积物有堆积场所。

（2）物质条件

物质条件是指泥石流发生所必需的松散碎屑物质、水分的储量和来源情况。其中松散固体碎屑物质受很多因素的影响，其中比较重要的包括地层条件、新构造活动条件、土壤条件、植被条件等。泥石流常发生于地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造活动强烈、地震烈度较高的地区。地表岩石破碎，崩塌、错落、滑坡等不良地质现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源；另外，岩层结构松散、软弱、易于风化、节理发育或软硬相间成层的地区，因易受破坏，也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源；一些人类工程活动，如滥伐森林造成水土流失，开山采矿、采石弃渣等，往往也为泥石流提供大量的物质来源。

泥石流的形成必须同时具备以下3个条件：陡峻便于集水、集物的地形、地貌；有丰富的松散物质；短时间内有大量的水源。

（3）触发条件

水流激发是我国泥石流灾害中最常见的触发因素。由绵雨、中到大雨、暴雨，冰雪雨水、融水，江河湖库溃决等水流持续作用，使基本条件中的某一条件超过稳定情况下的强度，激发泥石流。即水体数量、能量突然增加，强烈冲刷，推动堆积物运动；外力触发，如由强烈爆破、崩塌、滑坡、火山、VII度以上地震等基本条件以外的其他动力作用，促使泥石流体启动，或使水饱和土体发生液化流动；环境诱发，如由森林破坏，厂矿废渣、建筑弃土堆积增高、坡度变陡，地下水涌流等间接因素造成。

2.泥石流形成的影响因素和诱因

（1）泥石流形成的地貌影响因素

沟床比降是流体由势能转换为动能的底床条件，是影响泥石流形成的重要因素。一般来说泥石流沟床比降愈大，则愈有利于泥石流的发生。根据对西藏150多条泥石流沟谷的统计，沟床比降在50‰—300‰的占总数的90.7%，尤以100‰—300‰沟床比降居多，占54.7%，说明这种沟床比降对泥石流的形成最为有利。

沟坡坡度的陡缓直接影响到泥石流的规模和固体物质的补给方式与数量。从多数泥石流沟谷坡度来看，有利于提供泥石流固体物质的沟坡坡度在东部中低山区为10°—30°，固体物质补给方式主要是滑坡；在西部边缘高山区则为30°—70°，固体物质补给方式大多数是崩塌、滑坡和碎屑流。沟坡坡度较大的沟谷内，崩塌、滑坡规模比较大，形成的泥石流规模也较大。

集水区面积也是影响泥石流形成的重要因素。一般泥石流大多形成于集水区面积较小的沟谷。根据对甘肃、西藏200多条泥石流沟谷流域面积的统计，小于50平方千米的占95.9%，小于10平方千米的占73.5%。小于0.5平方千米的占11.9%，因此，暴雨泥石流的集水区面积大多为0.6~10平方千米。

一般说来漏斗状和勺状为典型的泥石流沟谷形态，这种形态对泥石流的形成和活动均较有利。例如西藏的古乡沟、云南蒋家沟、四川西农河等都是漏斗状，云南的大白泥沟则属于勺状。

地形坡向对泥石流形成、分布和活动也具有显着的影响。坡向的不同会影响冰雪累积消融和降水量的多少，以及植被生长、岩石风化程度等。在阴坡地带冰雪冷储条件好，雪线比阳坡低，现代冰川比阳坡发育，长度大，下达海拔低，冰川相对稳定，因此，泥石流形成的固体物质和水源条件比较差。阳坡则与之相反，相应的阳坡地带的降雨型和冰川（雪）消融型泥石流发育。

（2）泥石流形成的地质影响因素

地质构造是形成泥石流的基本条件。自渐新世以来，印度板块向北漂移并与欧亚板块碰撞，使大部分的山地和高原强烈上升，产生了一系列大规模的断裂构造带。在这一过程中印度板块和欧亚板块两侧的盖层都发生了深度变质，并在强烈的挤压下结构破坏，岩层破碎，地震活动频繁而强烈。形成断裂构造带中，新构造运动强烈的新生代断裂带，由于岩层几经错动，挤压后形成角砾岩、糜棱岩、碎裂岩等易于风化的固体物质，为泥石流的发育提供了必要的松散固体物质，这对于泥石流的形成和活动具有重要的影响和作用。像我国的安宁和断裂带、绿汁江断裂带、小江断裂带、波密—易贡断裂带以及白龙江断裂带，都是我国泥石流集中发育的地带，其泥石流的数量、规模、活动强度、灾害程度等方面都极为突出。

在地质构造的控制下，一个地区的岩石性质对泥石流的发育形成也有重要影响。由于风化速度的不均一性，软弱岩层和软硬相间的岩层要比岩性均一的或坚硬的岩层更易受到风化破坏作用，从而为泥石流的产生提供松散固体物质。

地震同样对于泥石流的产生具有重要影响作用。岩层在烈度较大的地震作用下，降低了其强度而变得疏松，使山体处于不稳定状态，因此，很多山区的地震带大多数是泥石流活动带。而在我国，喜马拉雅山系是全球最强烈的地震带之一，强震带造成山崩滑坡入沟，为泥石流形成提供了大量固体物质。地震强度越大破坏作用越强，提供的固体松散物质也就越多，所形成的泥石流的规模也就越大。典型的1973年四川炉霍7.9级地震和1976年四川平武7.2级地震发生之后的相当长一段时间内，众多的泥石流接连密集发生。

此外，一些不良地质作用，如崩塌、滑坡、塌方、岩屑流、倒石堆、流沙、滚石等都与泥石流的形成有密切的关系，它们往往是提供泥石流形成固体物质的最直接来源。

（3）泥石流形成的水分影响因素

我国处于基本气候区，雨量充沛而且往往比较集中形成暴雨和大暴雨，这是我国绝大多数泥石流发生的主要触发因素。从行政区上看，我国降雨型泥石流遍及全国20多个行政区，每到汛期伴随着强降水天气的出现，这些区域都会有大大小小的泥石流发生。像我国的云南、四川、西藏、甘肃、陕西、青海、新疆、北京、河北、辽宁、江西、湖北、湖南、广东、河南、台湾等都是降雨型泥石流的多发地区。

对于降雨型泥石流来说，降水是泥石流发生的必要条件，其在泥石流发生过程中起着决定性的作用。

正因为如此，长期以来研究人员在不断寻找降水与泥石流之间发生的关系，考虑的角度可以归纳为以下几种：

1、前期降水

前期降水量包括参与或影响泥石流形成的前期有效降水量和通过地表径流、蒸发、地下径流等形式损失的前期损失降水量。泥石流预测预报中之所以要考虑前期降水，主要是基于：泥石流的启动除了与激发雨量的大小密切相关外，还与当时条件下土体的含水状态有非常重要的关系。Iverson等通过试验证明，土体中的高孔隙水压作用会导致土体完全或部分液化，从而为泥石流启动创造条件。专家们通过大量水槽试验，提出了准泥石流体的概念，并认为准泥石流体的启动实质上就是从固体堆积物向液体流动状态的转化过程，而土体中的水分在这一过程中起决定作用。专家针对云南蒋家沟泥石流的研究表明，前期降雨在影响泥石流的各项降雨指标中的贡献率超过了80%。基于此，在进行泥石流预测预报时土体中的含水量是必须考虑的，然而土体含水量是一个地域差异异常复杂的指标，在实际运用、尤其是短时临近预报时，是很难及时获取到的。

为了解决这一问题，在实际应用中多采用土体在过去一段时间内接受到的降水量，再考虑相应的衰减来间接地反映土壤的含水量。对于前期降雨的累计时长，不同的研究人员有不同的观点。

2、当次降水

当次降水包括从降水开始到激发泥石流形成的当次有效降水量和泥石流形成后的剩余降水量。本质上，当次降水在泥石流中所起的作用与前期雨量一样，之所以这里单列为一个指标，是因为在泥石流预测预报中这部分降水往往不能从观测数据中获取到，通常这部分降水，也就意味着泥石流灾害可能已经发生，因此在泥石流预测预报中，这部分降水往往通过降水预报来获取。

3、降水强度

降水强度是国内外众多泥石流预测预报研究文献中经常使用的降水指标。它的作用是在前期雨量使土体物质达到或接近饱和状态下增大孔隙水压力，进一步引起土体内部结构破坏、强度降低的变化，导致泥石流启动。但是不同研究者根据不同研究区自然地理条件和泥石流活动特点，所采用的具体降水强度指标也不尽相同。因此，降雨强度指标是泥石流预测预报中非常重要的指标之一。此外，国内研究中较少提及降水历时，多强调降水总量和最大降水强度。而国外研究中，尤其是关于泥石流启动临界雨量的研究中，降水历时是经常用到的指标，并常常与降水强度组合使用，来量度泥石流的发生。

冰雪融水是除降水之外对泥石流产生影响的重要水分因素，它是我国青藏高原及其周边很多泥石流形成的直接水源条件。例如，分布在我国唐古拉山和横断山的冰川，主要在海洋性气候条件下发育，活动性强，年积累和消融量大。冰川经常深入森林带，逼近村庄、耕地和公路，产生泥石流。

4、泥石流形成人为影响因素

不合理的森林采伐方式是我国过去很长一段时间来很多泥石流快速形成和发育的重要影响因素。

一般山坡上的森林具有水源涵养和固土保水的作用。经验表明，森林生态系统破坏乃至毁灭导致灾害，都是由于不合理的采伐方式和采伐量造成的。如川西林业局伐区，于1978年在45°以上坡地禁伐区实行皆伐，1979年雨季就暴发了泥石流。

再如安南县后山，曾因乱伐森林植被破坏了森林生态系统，促使泥石流活跃，每到雨季泥石流危害县城，造成交通中断、农田淤埋和人员财产损失。我国1950—1970年期间，很多森林采伐区使用串坡和敝洪集材，加深了沟床侵蚀，促进了泥石流的形成，像四川理县的米亚罗和马尔康采伐区很多泥石流都是这种原因造成的。

在我国山区，毁林开荒、刀耕火种、陡坡垦植等落后的农业生产方式也对泥石流的形成产生了影响。

例如四川的攀西地区，过去曾靠毁林开荒、陡坡垦植来解决人口增长带来的粮食问题，再加上传统的刀耕火种耕作方式，破坏了山地植被，加上修渠筑路期间开山挖石、弃渣不当、无防渗措施等，造成了大量的水土流失、崩塌、滑坡，为泥石流的发生创造了有利条件。每到雨季，就会形成泥石流灾害，对农田、村舍造成了严重危害。

不合理的矿山弃渣是造成很多矿山泥石流发生的主要影响因素。

我国云南、四川、江西、广东等很多省份都有因为弃渣处理不当造成的泥石流灾害事件发生。例如四川的冕宁县泸沽盐井矿因采矿弃渣于沟中，堵塞沟道，在暴雨激发下发生泥石流，曾造成百余人丧生，至今泥石流还很活跃，威胁成昆铁路的安全。

此外，修筑公路和铁路也是影响泥石流形成的不可忽视的因素。

例如，自成昆铁路通车以来，每年雨季都因泥石流灾害而不同程度中断交通。很多公路在修路养路时往往只顾开挖取土方便，忽视山坡的稳定，破坏公路的上下坡体，造成山坡失稳，引起公路上下滑坡和崩塌，导致泥石流的发生。