關(guān)于山洪與泥石流災(zāi)害及其流域性質(zhì)判別的討論*

陳寧生，劉 美,2，劉麗紅

(1.中國科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

關(guān)于山洪與泥石流災(zāi)害及其流域性質(zhì)判別的討論*

陳寧生1，劉 美1,2，劉麗紅1

(1.中國科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

山洪災(zāi)害與泥石流災(zāi)害分別屬于水利、國土不同部門管理，其性質(zhì)的不同決定減災(zāi)的歸口管理和具體防治模式的不同。為了實(shí)現(xiàn)山洪泥石流災(zāi)害防治的科學(xué)化，亟需建立其性質(zhì)判定統(tǒng)一規(guī)則。該文對(duì)比分析了山洪泥石流運(yùn)動(dòng)特征、災(zāi)害形式及發(fā)展趨勢，建立了山洪泥石流災(zāi)害性質(zhì)與溝道性質(zhì)的判定規(guī)則。從災(zāi)害形成特征、運(yùn)動(dòng)特征、災(zāi)體特征和堆積特征分析山洪泥石流的差異，以受災(zāi)體所處位置的流體性質(zhì)、山洪泥石流所造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失比重來綜合確定山洪泥石流災(zāi)害的性質(zhì)。鑒于山洪和泥石流在不同的地質(zhì)環(huán)境下存在相互轉(zhuǎn)化的可能，特別引入了時(shí)間概念討論在過去和將來山洪與泥石流溝的判別問題。以石棉縣洪壩河和寧南縣矮子溝為例進(jìn)一步說明山洪災(zāi)害和泥石流災(zāi)害，山洪溝和泥石流溝的判別。

災(zāi)害性質(zhì)； 溝道性質(zhì)； 山洪泥石流； 判定規(guī)則

從定義上講，容重小于1.3 g/cm3的流體為山洪，而容重大于1.3 g/cm3的流體為泥石流，同時(shí)大于1.8 g/cm3的流體定義為粘性泥石流[1]。對(duì)于可觀測的山洪泥石流，通過取樣進(jìn)行單位體積重量的測量，很容易區(qū)分山洪泥石流災(zāi)害性質(zhì)。然而，絕大多數(shù)山洪和泥石流災(zāi)害發(fā)生在偏遠(yuǎn)山區(qū)，具有夜發(fā)性、突發(fā)性、持續(xù)時(shí)間短的特征。災(zāi)害性質(zhì)的調(diào)查只能通過對(duì)災(zāi)后受災(zāi)體的調(diào)查來確定，由于無災(zāi)害時(shí)的實(shí)測數(shù)據(jù)，僅依靠對(duì)災(zāi)害體的調(diào)查，難以確定災(zāi)害的性質(zhì)。例如四川敘永縣白臘苗族鄉(xiāng)2015年“8·17”暴雨山洪(泥石流)災(zāi)害已造成10人死亡 14人失聯(lián)，有關(guān)災(zāi)害的爭論持續(xù)較長時(shí)間，到底是山洪還是泥石流引發(fā)的災(zāi)害，不同的人認(rèn)識(shí)很難統(tǒng)一。特別是有的流域?yàn)?zāi)害發(fā)生時(shí)，流域的頂部或支溝發(fā)生了泥石流，而隨著溝道的匯流，泥石流轉(zhuǎn)化為山洪，則此時(shí)災(zāi)害類型的定義出現(xiàn)了新的難題。且山洪和泥石流災(zāi)害屬于水利和國土不同的部門管理，其性質(zhì)的不同決定防治減災(zāi)的模式的巨大差異，所以有時(shí)山洪與泥石流災(zāi)害的判識(shí)就顯得十分重要，但由于缺乏野外現(xiàn)場具體的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，又顯得十分棘手。

山洪或泥石流災(zāi)害性質(zhì)確定后，人們就可以依據(jù)災(zāi)害的性質(zhì)確定流域的性質(zhì)。通常發(fā)生過泥石流的流域定義為泥石流溝，對(duì)于沒有發(fā)生過泥石流，但存在發(fā)生泥石流的土源、水源和地形條件的流域也定義為泥石流溝，而對(duì)于那些歷史上沒有發(fā)生過泥石流，今后發(fā)生的可能性比較小的流域則定義為山洪溝。然而針對(duì)分布極廣的降雨型泥石流，當(dāng)暴雨頻率小、降雨強(qiáng)度大時(shí)，可能引發(fā)泥石流，而降雨量小、頻率高則易暴發(fā)山洪。所以山洪溝和泥石流溝的判別也涉及到頻率標(biāo)準(zhǔn)的確定。實(shí)際上，山洪溝和泥石流溝是可以相互轉(zhuǎn)化的。例如都江堰的龍溪河的八一溝，歷史上沒有發(fā)生過程泥石流，區(qū)域侵蝕模數(shù)也很低，小于0.3 mm[2-5]，過去將它定義為山洪溝，然而汶川地震后流域內(nèi)泥石流頻繁發(fā)生，八一溝從山洪溝變成了泥石流溝。有研究顯示在BP2300-2500年前可能發(fā)生過與汶川地震相仿的地震[6-7]，因此，在構(gòu)造、地震活動(dòng)和人類活動(dòng)影響下山洪和泥石流流域是可以相互轉(zhuǎn)化的。這樣，在定義流域的山洪或泥石流性質(zhì)時(shí)就涉及到年代問題。所以，山洪和泥石流災(zāi)害及其流域性質(zhì)的判識(shí)受諸多因素的影響，導(dǎo)致“公說公有理，婆說婆有理”的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，客觀上需要進(jìn)行這些特征判識(shí)的討論，形成一些人們共同遵守規(guī)程或原則，以利于人們認(rèn)識(shí)的提升和災(zāi)害防治的科學(xué)化。因此，本文在總結(jié)山洪和泥石流形成運(yùn)動(dòng)過程特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合山洪與泥石流災(zāi)害的案例，提出山洪與泥石流災(zāi)害的判識(shí)方法，進(jìn)一步基于理論和實(shí)踐以及案例的分析研究山洪溝與泥石流溝的判識(shí)方法，并進(jìn)行典型案例的示范應(yīng)用。

1 山洪與泥石流的形成運(yùn)動(dòng)過程與特征

山洪和泥石流的形成具有不同的特征(表1，圖1)，這些特征是由于山洪和泥石流不同的性質(zhì)決定的。山洪是以水為主體，而泥石流土石含量較多，通常泥石流泥沙的體積含量為15%～80%，這反映了山洪泥石流形成運(yùn)動(dòng)和堆積過程及其相應(yīng)的特征具有很大的區(qū)別。泥石流的形成需要具有大量的土體參與，而山洪則為暴雨或冰雪融水匯流形成。在泥石流的形成過程中土源的主要來源為坡面滑坡或坍滑與崩塌以及溝床的下切侵蝕形成，表現(xiàn)為超蓄產(chǎn)流的產(chǎn)生土體強(qiáng)度的極大衰減和滑動(dòng)與液化，而山洪通常僅為坡面和溝道徑流的侵蝕和匯流。在運(yùn)動(dòng)過程中泥石流經(jīng)常表現(xiàn)為堵塞、潰決、侵蝕和流速的增加與流量的遞增過程，而后在堆積區(qū)停積或進(jìn)入主河。而山洪則通常僅經(jīng)過流域的匯流流量增加后并匯入主河，僅在少量情況下出出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象使得流量具有波狀的增加。所以泥石流和山洪在流域內(nèi)表現(xiàn)出不同的特征。

2 山洪與泥石流災(zāi)害的判別

山洪與泥石流經(jīng)常會(huì)引發(fā)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等災(zāi)害，災(zāi)害后可以通過調(diào)訪當(dāng)?shù)乩习傩栈蚱渌繐粽?因一般的調(diào)查均在災(zāi)害發(fā)生以后)調(diào)查山洪泥石流的堆積物顆粒特征、漿體特征、堆積和進(jìn)入主河的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)過程的洪痕，形成區(qū)啟動(dòng)和溝床變化特征判別災(zāi)害的性質(zhì)(表2)。

在實(shí)際的山洪和泥石流災(zāi)害的判識(shí)中，常遇到的難點(diǎn)是上游暴發(fā)泥石流，在匯流過程中稀化成山洪；或者上游形成山洪而侵蝕溝床在中下游發(fā)育成泥石流；以及存在支溝為泥石流而主河為山洪災(zāi)害。對(duì)于這兩種工況，區(qū)域?yàn)?zāi)害性質(zhì)的判定則判別成為難點(diǎn)，且災(zāi)害性質(zhì)的判別決定著災(zāi)后國土和水利部門由誰主導(dǎo)災(zāi)害防治的問題。為此從科學(xué)角度出發(fā)，建議以受災(zāi)體所處的位置的流體性質(zhì)確定山洪或泥石流災(zāi)害。首先考慮人員死亡失蹤情況，如果在泥石流區(qū)死亡失蹤大于山洪區(qū)，則災(zāi)害定義為泥石流災(zāi)害；反之定義為山洪災(zāi)害。如人員死亡失蹤相等或無人員死亡失蹤，建議以直接經(jīng)濟(jì)損失為標(biāo)準(zhǔn)分別統(tǒng)計(jì)，山洪區(qū)的經(jīng)濟(jì)損失如較大則定為山洪災(zāi)害，反之定為泥石流災(zāi)害。

圖1 山洪泥石流形成運(yùn)動(dòng)過程示意圖

山洪泥石流形成運(yùn)動(dòng)特征山洪泥石流容重指標(biāo)特征/(g/cm3)13>13滲流作用啟動(dòng)特征降水或冰雪融水匯流以超滲產(chǎn)流為主降水或冰雪徑流作用下，超滲產(chǎn)流與超蓄產(chǎn)流相結(jié)合導(dǎo)致崩塌滑坡物源加入，溝床侵蝕大量土源加入。流量過程流量總體上呈現(xiàn)逐漸增加過程，初少數(shù)的堰塞湖過程，總體上均為連續(xù)流。流量呈現(xiàn)波動(dòng)過程中的增加而后在堆積區(qū)迅速減小。陣性流和連續(xù)流均有分布流域面積山洪溝流域面積小于200km2流域面積普遍小于100km2，大于100km2基本沒有，在50～100km2范圍內(nèi)通常上游支溝具有泥石流現(xiàn)場而在匯流過程中，主河中下游稀化成山洪現(xiàn)象普遍。20～50km2的流域也存在泥石流匯流過程稀化成山洪的現(xiàn)象。主河堵塞特征難以堵塞河道當(dāng)泥石流流量大于主河流量5倍時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)堵河現(xiàn)象，特別是攜帶粗大顆粒的泥石流堵塞更易發(fā)生。一次固體物質(zhì)總量一次固體物質(zhì)總量通常較小，但冰湖堰塞湖潰決類的山洪侵蝕量大一次固體物質(zhì)總量較大，冰川類泥石流最大，如古鄉(xiāng)溝1953年一次泥石流總量可達(dá)1000萬m3[8-9]，而暴雨型的泥石流一次總量多在100萬m3以內(nèi)，蔣家溝4h左右的泥石流一次固體物質(zhì)總量大多20～30萬m3年侵蝕總量年侵蝕總量占區(qū)域總侵蝕量比重大一般年侵蝕總量占區(qū)域總侵蝕量比重小，但高頻率泥石流溝侵蝕總量占區(qū)域總侵蝕量比例大，如：蔣家溝泥石流侵蝕固體物質(zhì)總量達(dá)到98%[10]；黃土地區(qū)高頻率泥石流占60%[11-15]，中低頻泥石流溝比例小，干旱河谷中低頻泥石流侵蝕總量僅占25%以下[16-18]。

2013年7月13日凌晨，甘孜州九龍縣洪壩鄉(xiāng)境內(nèi)突降暴雨，大渡河的支流洪壩河河水暴漲，流域多條支溝暴發(fā)泥石流，其中巖峰溝、調(diào)壓井溝泥石流規(guī)模巨大。此次災(zāi)害未造成人員傷亡，但巖峰溝泥石流導(dǎo)致位于溝口的6戶家庭財(cái)產(chǎn)損失約20萬元，泥石流攜帶的巨石進(jìn)入主河后，被洪壩河洪水往下游搬運(yùn)，在A點(diǎn)(圖3)，由于溝道較為彎曲，大量的塊石堵塞河道，洪水回淤，導(dǎo)致尾水電站廠房等設(shè)施被淹沒、主河道兩側(cè)防洪堤以及沿河公路被沖毀，給電站和公路交通帶來巨大的損失。由于此次災(zāi)害未造成人員傷亡，但洪水所造成的電站與公路交通損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泥石流所造成的農(nóng)戶家庭財(cái)產(chǎn)損失，因此，此次災(zāi)害的性質(zhì)為山洪災(zāi)害。

圖3 洪壩河山洪災(zāi)害圖

3 山洪溝與泥石流溝的判別

山洪溝與泥石流溝的判別目前存在以下需要討論的問題：①由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和極端氣候以及人類活動(dòng)的影響山洪和泥石流溝不是永恒的，而是可以相互轉(zhuǎn)化。有時(shí)山洪溝可以轉(zhuǎn)化為泥石流溝，而泥石流溝也可以演化為山洪溝。如都江堰龍溪河及其支流汶川地震前為山洪溝，汶川地震后則發(fā)展為泥石流溝，并且研究顯示，30多年后還會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為山洪為主的流域。所以山洪與泥石流的性質(zhì)不是永恒不變的，因此山洪和泥石流溝的判識(shí)是有時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的，過去發(fā)生泥石流和將來在防治標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間范圍內(nèi)可能發(fā)生泥石流的流域?yàn)槟嗍髁饔?，否則為山洪溝流域。②今后百年尺度范圍內(nèi)可能暴發(fā)泥石流的流域?yàn)槟嗍鳒?，判斷方法如圖4所示，否則為山洪溝。由于泥石流的容重通常隨著頻率的增加而減小，如有的泥石流溝百年一遇的泥石流容重推算為1.40 g/cm3的泥石流，那么當(dāng)估算到20年一遇的容重時(shí)，其數(shù)值小于1.3 g/cm3，而變?yōu)樯胶椤Ｓ捎谌藗冋{(diào)訪的歷史通?？梢赃_(dá)到100年，而大部分泥石流防治設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，所以今后百年尺度范圍內(nèi)可能暴發(fā)泥石流的流域?yàn)槟嗍鳒希诎倌瓿叨确秶鷥?nèi)暴發(fā)泥石流可能性小的流域命名為山洪溝。③過去包括古老泥石流災(zāi)害發(fā)生以來的流域定義為泥石流溝，判斷方法如圖4所示。泥石流的發(fā)生是內(nèi)外動(dòng)力綜合作用的結(jié)果，具體講是受活動(dòng)斷層的地震活動(dòng)與極端干濕循環(huán)、凍融循環(huán)和暴雨的影響。地震的活動(dòng)具有周期性和區(qū)域性，所以泥石流常在一個(gè)流域重復(fù)發(fā)生。因此萬年和千年尺度的古老泥石流流域，今后發(fā)生泥石流的可能性較大，所以將古老泥石流和過去具有泥石流活動(dòng)歷史的流域定位泥石流溝。

圖4 山洪泥石流溝判識(shí)方法

四川寧南縣、會(huì)東縣與云南巧家縣所處的金沙江干旱河谷區(qū)域，該區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，地震活動(dòng)較頻繁，且氣候較為干燥，遇到強(qiáng)降雨，金沙江沿岸溝道時(shí)有泥石流發(fā)生。如金沙江左岸的支溝矮子溝經(jīng)歷連續(xù)3年干旱，且受汶川地震的影響，2012年6月28日遭遇強(qiáng)降雨，誘發(fā)特大型泥石流。矮子溝歷史上于1998年7月發(fā)生的一次泥石流，大約持續(xù)了1～2 h，致使石頭和樹木沖出溝口，1998年7月泥石流發(fā)生的前幾天，當(dāng)?shù)匕l(fā)生了小的地震，泥石流沖毀了7間房子，沖毀近14 hm2耕地[17-18]。矮子溝過去100年發(fā)生過兩起泥石流災(zāi)害，且現(xiàn)今流域松散物質(zhì)較為豐富(圖5)，未來可能再次發(fā)生泥石流，所以矮子溝為泥石流溝。而距矮子溝37 km的金沙江上游的大崇鄉(xiāng)大橋溝，歷史上從未發(fā)過泥石流，溝道無泥石流殘積物、拋高和超高堆積物、擦痕或其它痕跡；溝床中存在樹齡20～30年的樹木，流域內(nèi)植被覆蓋較好(圖6)，且流域內(nèi)松散物質(zhì)較少，未來百年內(nèi)暴發(fā)泥石流的可能性較小，所以大橋溝為山洪溝。

表2 山洪災(zāi)害與泥石流災(zāi)害對(duì)比

圖5 白鶴灘矮子溝泥石流

圖6 寧南縣大崇鄉(xiāng)大橋溝

4 結(jié)論

(1)通過對(duì)山洪泥石流運(yùn)動(dòng)過程的分析對(duì)比，結(jié)合實(shí)際的山洪泥石流災(zāi)害案例，確定山洪與泥石流災(zāi)害的判識(shí)規(guī)則：若是單一的泥石流或山洪導(dǎo)致災(zāi)害，則以受災(zāi)體所處位置流體的性質(zhì)來確定；而對(duì)較大區(qū)域同時(shí)發(fā)生了山洪和泥石流，首先以受災(zāi)體所處位置流體的性質(zhì)來進(jìn)行初步判定，若無法區(qū)分，以受災(zāi)死亡失蹤人數(shù)、災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失為判定指標(biāo)，且首先考慮受災(zāi)死亡失蹤人數(shù)。在山洪和泥石流綜合作用的區(qū)域，若泥石流區(qū)死亡失蹤人數(shù)大于山洪區(qū)，則災(zāi)害定義為泥石流災(zāi)害，反之定義為山洪災(zāi)害；若人員死亡失蹤相等或無人員死亡失蹤，則以災(zāi)害導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失的大小為判定依據(jù)，泥石流導(dǎo)致的災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失大于山洪災(zāi)害時(shí)則確定為泥石流災(zāi)害，反之為山洪災(zāi)害。

(2)由于山洪溝與泥石流可以相互轉(zhuǎn)化，溝道性質(zhì)的判定需考慮時(shí)間尺度：以泥石流溝工程防治標(biāo)準(zhǔn)百年一遇為尺度，在工程防治標(biāo)準(zhǔn)百年內(nèi)可

能發(fā)生泥石流的溝道，判定為泥石流溝；而在百年尺度范圍內(nèi)暴發(fā)泥石流的可能性較小的溝道為山洪溝。地質(zhì)歷史上發(fā)生的萬年、千年尺度的古老泥石流溝也定義為泥石流溝。

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A Discussion on How to Discriminate the Hazard and Watershed Properties of Mountain Torrent and Debris Flow

CHEN Ningsheng1, LIU Mei1, 2and LIU Lihong1

(1.KeyLaboratoryofMountainHazardsandSurfaceProcess,ChengduInstituteofMountainHazardsandEnvironment,Chengdu610041,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

The managements of torrents and debris flow hazards were conducted by two divided ministry in China (i.e. the Ministry of Water Resources and the Ministry of Land and Resources). The properties of disaster determine which ministry should take the responsibility for disaster reduction and prevention strategies. In order to realize the scientific prevention and controls of torrents and debris flow, it is urgent to establish a unified regulation of hazards identification which based on the properties. In this paper, we analyzed the movement characteristics, types and development tendency of mountain torrent and debris flow, and established the rules for identification of properties which associated with disasters and watersheds. The differences between torrent disasters and debris flow disasters were analyzed from the characteristics of formation, movement, disaster body and accumulation. And we determine the properties of disasters based on the fluid properties of disaster body location, the proportion of casualty and economic losses that caused by mountain torrents and debris flow. Given that there is the possibility of mutual transformation between torrents and debris flow under different geological environment, this paper introduced the concept of time to discuss the discrimination of the flood and debris flow from the past and future. To be convenient for application, we takes the Hongba River in Shimian County and Aizi gully in Ningnan County as example to further illustrate how to discriminate the torrents and debris flow gullies and disasters.

hazards properties; watershed properties; torrent and debris flow, discrimination rule

陳寧生，劉美，劉麗紅.關(guān)于山洪與泥石流災(zāi)害及其流域性質(zhì)判別的討論[J].災(zāi)害學(xué)，2018，33(1)：39-43，64.[CHEN Ningsheng, LIU Mei and LIU Lihong.A Discussion on How to Discriminate the Hazard and Watershed Properties of Mountain Torrent and Debris Flow[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：39-43，64.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.008.]

2017-06-07

2017-08-16

國家自然科學(xué)基金國際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目(41661134012)；中國長江三峽集團(tuán)公司科研項(xiàng)目(JGJ0492014)

陳寧生(1965- )，男，福建建寧人，研究員，主要從事山地災(zāi)害形成機(jī)理理論與防治技術(shù)研究.

E-mail: chennsh@imde.ac.cn

X43; P642.23

A

1000-811X(2018)01-0039-06

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.008