震后災害鏈生機制及其對汶川地震城鎮(zhèn)重建的影響＊

向靈芝,崔 鵬,方 華

(1.中國科學院成都山地災害與環(huán)境研究所,中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室;四川成都 610041;2.中國科學院研究生院,北京 100049)

0 引言

2008年汶川8級特大地震后,山體破碎、巖石松動,新增了大量地質災害隱患。地震直接誘發(fā)的山地災害形成災害鏈,即:崩塌、滑坡→泥石流→堰塞湖→潰決洪水(泥石流)。震后即有專家指出:震后次生災害將進入活躍期,崩塌、滑坡的活躍期可能持續(xù)5～10年,泥石流的活躍期將可能持續(xù)20年。在未來5～10年內因滑坡、泥石流強烈活動,災害鏈表現(xiàn)比較突出;隨著泥石流、滑坡的活動強度降低,災害鏈表現(xiàn)相對弱,出現(xiàn)概率減小。根據次生山地災害的特征和發(fā)展趨勢不僅要在震后采取應急減災措施防止次生山地災害造成更大的危害,還要在震后的恢復重建中采取減災措施,防止次生山地災害對恢復重建的基礎設施和重建場址造成危害[1-2]。

2010年8月12 日以來,四川部分地區(qū)普降大到暴雨,致使極重災區(qū)綿竹市清平鄉(xiāng)、汶川縣映秀鎮(zhèn)和都江堰龍池鎮(zhèn)受災尤為嚴重。據2010年8月全國地質災害通報,截至19日17時,初步統(tǒng)計全省14個市(州)、67個縣(市)、576萬人受災,共發(fā)生較大規(guī)模的地質災害75處(其中滑坡30處,崩塌6處,泥石流39處),因災死亡16人,失蹤66人。全省因災直接經濟損失68.9億元人民幣。

震后災害鏈的危害已全面體現(xiàn),本文以四川省汶川縣映秀鎮(zhèn)紅椿溝因強降雨激發(fā)形成崩塌-滑坡-泥石流-洪水災害鏈為例,闡述分析災害鏈的形成過程及對城鎮(zhèn)的危害特點,為恢復重建提供理論支持。

1 汶川8級地震災害鏈

災害鏈是指原生災害及其引起的一種或多種次生災害所形成的災害系列。所謂原生災害是指由動力活動或環(huán)境異常變化直接形成的自然災害;次生災害是由原生災害引起的“連帶性”或“延續(xù)性”災害[3]。災害鏈的分類有多種[4-7],韓金良按時空劃分為空間鏈和時空鏈,按誘發(fā)因素分為內動力,外動力,人類工程活動地質災害鏈,內外地質作用耦合地質災害鏈、復合型地質災害鏈;地震及其誘發(fā)的斷層、地裂縫、崩塌和滑坡形成的災害鏈即屬于內動力地質災害鏈。唐曉春將災害鏈劃分為因果型、同源型、重現(xiàn)型、互斥型、偶排型災害鏈;針對汶川地震,將地震誘發(fā)的災害鏈詳細劃分為地震-建筑倒塌-人員傷亡及財產損失災害鏈;地震-山體崩塌、滑坡以及泥石流-阻斷道路交通災害鏈;地震-山體崩塌、滑坡、泥石流-阻斷河流形成堰塞湖-堰塞壩潰決形成洪水災害鏈;地震-水庫大壩破壞-水庫大壩潰決形成洪水災害鏈;地震-致使化工企業(yè)管道斷裂造成有毒危險物質溢出-人員傷亡災害鏈;地震-造成爐具倒塌、漏電、漏氣及易燃易爆物品引起火災-人員傷亡及財產損失災害鏈;地震-沙土液化、噴沙冒水-地基失穩(wěn)災害鏈;地震-人、畜死亡后尸體腐爛-污染水源-瘟疫災害鏈;地震-毀壞植被和農田-形成荒蕪的跡地-林業(yè)和農業(yè)減產災害鏈;地震-放射性廢物庫以及危險廢物處理、處置庫(場)損毀-生態(tài)環(huán)境污染災害鏈;地震-傷員及救援人員受災情強烈刺激-心靈傷害災害鏈。

地震發(fā)生至今兩年多時間內,已經發(fā)生過多起典型災害鏈事件,其中最主要的就是強降雨引發(fā)因地震震松和堆積在溝谷里的松散物質啟動,形成泥石流,危害河道、道路、房屋等設施。如2008年9月24日,北川縣、平武縣等地遭遇多年不遇暴雨襲擊,暴雨中心日降雨達370 mm,在強暴雨作用下,導致該區(qū)域河水暴漲,淹沒了大片農田、板房安置區(qū),沖毀公路、橋梁,誘發(fā)了區(qū)域性泥石流災害。2010年8月8日,甘肅省舟曲縣城區(qū)及上游村莊遭受特大山洪泥石流災害,造成1 481人死亡、284人失蹤。8月13日四川普降暴雨,綿竹縣清平鄉(xiāng)爆發(fā)特大泥石流淤埋清平鄉(xiāng)場鎮(zhèn),都江堰龍池鎮(zhèn)爆發(fā)山洪泥石流,8月14日,汶川映秀紅椿溝泥石流堵斷岷江,洪水沖進重建居民區(qū)。

2 “8.14”山洪泥石流災害鏈發(fā)育特征、形成因素及成災過程

2.1 發(fā)育特征和形成因素

紅椿溝特大泥石流的形成具備了以下三個基本條件:

(1)有陡峭便于集水集物的適當?shù)匦?紅椿溝流域面積3.51 km2,溝長3.6 km,在地形上山高溝深,地形陡峻,溝口至溝源相對高差1 288 m,溝床坡度大,溝床縱坡溝口段10°～15°,溝源段15°～35°。上游形成區(qū)的地形多為三面環(huán)山,一面出口為瓢狀或漏斗狀,地形比較開闊、周圍山高坡陡、山體破碎、植被生長不良,這樣的地形有利于水和碎屑物質的集中;中游流通區(qū)的地形多為狹窄陡深的峽谷,谷床縱坡降大,使泥石流能迅猛直涌進岷江。

(2)上游堆積有豐富的松散固體物質且堆積物膠結差:汶川地震發(fā)震斷裂映秀-北川斷裂從該溝通過,斷裂褶皺發(fā)育,地震烈度高達Ⅺ度。地表巖石破碎,崩塌、錯落、滑坡等不良地質現(xiàn)象發(fā)育,汶川地震誘發(fā)的崩塌滑坡在溝內堆積松散物源達380萬m3,為泥石流的爆發(fā)提供了異常豐富的物源。沿溝堆積物主要為巖粉、巖屑、角礫、碎塊石,粘粒含量極少,很難自身膠結和固結,在流水沖刷下,很容易產生底蝕和側蝕。在下蝕的過程中還不時伴隨有溝壁斜坡的局部滑塌,容易在溝道產生局部堵塞和瞬時潰決。

(3)短期內有突然性的大量流水來源。水既是泥石流的重要組成部分,又是泥石流的激發(fā)條件和搬運介質(動力來源),泥石流的水源,有暴雨、水雪融水和水庫潰決水體等形式。我國泥石流的水源主要是暴雨、長時間的連續(xù)降雨等。8月14日凌晨,映秀鎮(zhèn)遭受強降雨,2 h降雨量高達163 mm。

2.2 成災過程

一個完整的鏈式過程包括致災環(huán)、激發(fā)環(huán)、損害環(huán)和斷鏈環(huán)。致災環(huán)主要是由地質構造而形成的地質因素構成,激發(fā)環(huán)主要是由暴雨、地震、冰雪融水等非地質因素構成,損害環(huán)是由災害發(fā)生后形成的災害損失構成,斷鏈環(huán)則是指工程治理與防護措施[8]。

映秀紅椿溝位于岷江左岸,映秀新城區(qū)對岸,由于地貌復雜、地形陡峻、巖石破碎、風化嚴重,比較容易發(fā)生滑坡、崩塌和泥石流災害,汶川地震的發(fā)震斷裂映秀-北川斷裂順該溝穿過,在汶川地震中該溝兩岸被整體震裂松動,并誘發(fā)了多處崩滑體。加之年初旱情導致一些巖石解體,裂縫暴露在外,雨水很容易進入,發(fā)生滑坡的概率較大。因此此次災害鏈的致災環(huán)即是因汶川地震而堆積在溝道內的大量松散固體物質;激發(fā)環(huán)即暴雨,2010年8月14日臨晨02:30,映秀發(fā)生強降雨,2 h降雨量達163 mm,迅速引發(fā)了紅椿溝特大泥石流(圖1),其一次沖出量高達70萬m3,溝口堆積30萬m3,沖入岷江河道內近40萬m3形成雍塞體,順河總長約3.2 km。巨大的雍塞體沖毀了213國道,中斷了都汶高速公路,同時覆蓋阻斷了岷江左河道,致使水流改道,迅速翻過右岸岸頂,直奔正在重建中的映秀集鎮(zhèn)施工區(qū),援建新房被沖、被淹(圖2)。大量泥沙隨著洪水淤積在房屋內,人民群眾生命財產和映秀新鎮(zhèn)災后重建成果受到嚴重威脅,形成損害環(huán)。當時的映秀新鎮(zhèn)瞬間變成了一座孤島,平均水深約2～3 m,一樓全部被淹。涌入映秀新鎮(zhèn)的江水沿著河堤奔流直下,在堤岸上形成了一面‘瀑布墻’。2010年8月18日23:10,經過3 h多的連續(xù)暴雨襲擊,使停積于紅椿溝口的部分堆積物再次啟動5～8萬m3,將剛剛開通行洪的左岸泄流明渠完全堵塞,導致洪水再次逼向右岸,離剛剛筑起的截水大壩只有30 cm左右,嚴重威脅映秀新鎮(zhèn)的安全。造成這次災害鏈的二次洪澇災害。8月19日23:40,浸泡多日的映秀原河堤難以承受河水的巨大沖壓力,約60 m長的防洪堤垮塌,直接威脅截水大壩以及新鎮(zhèn)安全。

圖1 紅椿溝泥石流

圖2 岷江改道淹沒映秀新鎮(zhèn)

3 “8.14”災害鏈對映秀的危害特點

此次“8.14”特大山洪泥石流災害鏈的直接危害對象為城鎮(zhèn),具有以下幾個特點:

(1)從時間上看,災害鏈啟動過程迅速,從8月11日開始降雨,而災害鏈的啟動爆發(fā)階段僅因2 h的強降雨,但從其形成的整個過程來看,地震形成的崩塌、滑坡堆積體停積了2年多時間才發(fā)威,因此此次災害鏈在致災環(huán)上具有潛伏隱蔽的特點。

(2)此災害鏈的每一個環(huán)節(jié)都可能造成危害,比如相似的“8.8”舟曲泥石流災害就是泥石流在流通和停積階段就對沿線房屋、耕地、道路造成了重大破壞,最后堵塞白龍江,形成堰塞湖,使河水上漲,河面拓寬。而此次映秀災害鏈只有其末端泥石流沖進岷江后洪水直接危害到重建居民點,使得重建樓房一樓普遍遭淹沒,泥石流的固體物質并未直接破壞房屋建筑,因此,已有重建建筑還可以維護加固使用。

(3)這場特大山洪泥石流災害鏈的損失環(huán)直接危害到城鎮(zhèn)建設設施,造成映秀鎮(zhèn)新建的自來水廠和70多棟房屋被淹,交通、通信、電力、供水中斷,特別是岷江河映秀段因近70萬方垮方泥石流迫使河道改道,形成堰塞湖,將沿江的九寨溝環(huán)線、213國道淹沒200 m米,道路中斷,大量人員滯留或被困,岷電公司所屬輸電線路110 kV楊(柳坪)百(花)線、35 kV草(坡)百(花)線、35 kV郭(家壩)百(花)線、35 kV楊(柳坪)白(沙)線均因災不同程度受損。洪水退去后,一些原本被淹在水中的樓房,潔白的外墻被江水泡過的痕跡依稀可見,室內和道路上到處堆滿了淤泥,造成巨大損失。

4 震后災害鏈減災對策

(1)提高山區(qū)城鎮(zhèn)防洪標準,加固和延伸截水大壩邊坡,加寬壩頂,防止超常洪水對城鎮(zhèn)的危害。

(2)治理重點災害,確保重建安全。對無法避開災害的災后重建點,應再次進行詳細的勘察,查明泥石流、滑坡、堰塞湖的性質、規(guī)模、潛在危害,對于有潛在危害的泥石流溝采取攔擋、導流、停淤、排導等工程措施,并與生態(tài)措施和預警措施相結合的方法,進行綜合治理和災害監(jiān)測,保證重建工程的安全。

(3)做好綜合性自然災害的監(jiān)測預報,加強震后滑坡和泥石流災害監(jiān)測預警。震后滑坡和泥石流災害多數(shù)由暴雨誘發(fā),應加降水(特別是局地強降水)的監(jiān)測預報,及時做出滑坡和泥石流災害預測預報同時,對具有重要危害對象的滑坡和泥石流點進行監(jiān)測和預警,減輕滑坡和泥石流災害。加強衛(wèi)星遙感、3S等高新技術在綜合減災工作中的應用,提高防災減災決策服務的科技含量,力爭把災害損失降到最低程度。

(4)在城鎮(zhèn)和村莊重建過程中,盡量避免開挖邊坡,保持坡面自然狀態(tài),避免誘發(fā)新的滑坡。在山區(qū)道路恢復重建中,進行道路地質災害評估,對有大型滑坡和泥石流災害點和隱患點重新選線,盡量采取繞避方案,從源頭上減少災害。

[1] 崔鵬,韋方強,陳曉清,等.汶川地震次生山地災害及其減災對策[J].科技賑災,2008,23(4):317-323.

[2] 崔鵬,韋方強,何思明,等.“5·12”汶川地震誘發(fā)的山地災害及減災措施[J].山地學報,2008,26(3):280-282.

[3] 《地球科學大辭典》編輯委員會.地球科學大辭典-應用學科卷[M].北京:地質出版社,2005:479-480.

[4] 韓金良,吳樹仁,汪華斌.地質災害鏈[J].地學前緣,2007,14(6):11-23.

[5] 唐曉春.四川5·12地震災害鏈探討[J].西南民族大學學報:自然科學版,2008,34(6):1091-1095.

[6] 劉文方,肖盛燮,隋嚴春,等.自然災害鏈及其斷鏈減災模式分析[J].巖石力學與工程學報,2006,25(S1):2675-2680.

[7] 王春振,陳國階,譚榮志,等.“5·12”汶川地震次生山地災害鏈(網)的初步研究[J].四川大學學報:工程科學版,2009,41(S0):84-88.

[8] 李明,唐紅梅,葉四橋.典型地質災害鏈式機理研究[J].災害學,2008,23(1):1-5.