論滑坡-泥石流災(zāi)害鏈

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?jiàn)的山地災(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(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。鐘敦倫等[2]認(rèn)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(dòng)是此災(zāi)害鏈會(huì)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(qiáng)，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(duì)于區(qū)域性研究還較為欠缺，因此研究鏈?zhǔn)綖?zāi)害對(duì)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(jiàn)的山地災(zāi)害類(lèi)型，群發(fā)性和關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，兩者的共同點(diǎn)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中，存在以下2種情況：一種是滑坡從斜坡向河床的運(yùn)動(dòng)和泥石流在高速水流作用下的沖刷過(guò)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(guò)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(shí)，災(zāi)害鏈不一定會(huì)發(fā)生，但它們都具有巨大的危險(xiǎn)性，一旦爆發(fā)將會(huì)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(xiǎn)程度可以用滑坡和泥石流各自危險(xiǎn)度相加來(lái)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(xiǎn)，所以對(duì)于滑坡-泥石流災(zāi)害鏈的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)力一般是指地球的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震、火山活動(dòng)。其中地震誘發(fā)的次生災(zāi)害最為常見(jiàn)。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(yán)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(jìn)入活躍期，如崩塌、滑坡災(zāi)害的活躍期可能會(huì)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(guò)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(dòng)態(tài)演化四個(gè)階段，這四個(gè)階段是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。從滑坡-泥石流數(shù)量以及規(guī)模來(lái)看，其與震級(jí)大小和震源深度成正相關(guān)。對(duì)于地震力的計(jì)算，毛昶熙等[22]提出了一種改進(jìn)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(jì)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(qiáng)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(yùn)能力越強(qiáng)[23]，為泥石流的形成提供的勢(shì)能越大。

從災(zāi)害鏈鏈?zhǔn)阶饔脵C(jī)理出發(fā)，認(rèn)為強(qiáng)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(yàn)證，陸研等[25]運(yùn)用信息流理論將降雨指標(biāo)與滑坡-泥石流災(zāi)害進(jìn)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(guò)程與機(jī)制，采用滲流-穩(wěn)定性耦合計(jì)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(guò)程。

2.3 人類(lèi)活動(dòng)

人類(lèi)對(duì)資源的過(guò)度利用和工程施工的不合理，對(duì)環(huán)境造成了不利影響。這些活動(dòng)會(huì)造成不同程度的地質(zhì)問(wèn)題從而成為災(zāi)害鏈的致災(zāi)因素。反過(guò)來(lái)，災(zāi)害的發(fā)生也會(huì)對(duì)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(shí)，合理利用資源，科學(xué)開(kāi)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(xiǎn)評(píng)估

隨著地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始投入對(duì)多災(zāi)種災(zāi)害鏈的研究。國(guó)內(nèi)外對(duì)于單一泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已較為成熟，MURGESE等[28]建立了兩種模型研究泥石流風(fēng)險(xiǎn)；唐川等[29-30]運(yùn)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(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)泥石流風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，并在實(shí)際案例中取得了合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。而對(duì)滑坡-泥石流災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的研究起步較晚，胡凱衡等[31]建立了一個(gè)滑坡-泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念體系和理論框架，界定了災(zāi)害易發(fā)性、危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性的內(nèi)涵；馬金珠等[32]通過(guò)遙感解譯和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在白龍江流域建立了多尺度滑坡-泥石流綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系與技術(shù)示范點(diǎn)；喬建平等[33]以風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、風(fēng)險(xiǎn)概率、風(fēng)險(xiǎn)受損率、風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)綜合評(píng)估模型。但是，眾多滑坡-泥石流災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)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(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，滑坡-泥石流風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)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(jī)制

滑坡流態(tài)化是指在滑坡高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于震動(dòng)和水的作用，使滑坡運(yùn)動(dòng)由滑動(dòng)狀態(tài)向流化狀態(tài)轉(zhuǎn)化的作用和過(guò)程?；孪蚰嗍鞯霓D(zhuǎn)化過(guò)程有兩種類(lèi)型：一種是強(qiáng)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(lèi)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(dòng)-降雨-滑坡-泥石流、振動(dòng)-拋擲-滾動(dòng)四種機(jī)制。IMAIZUMI等[35]將泥石流引發(fā)機(jī)制分為3種類(lèi)型，即表面流侵蝕、沉積物作為整體滑動(dòng)、流體區(qū)域向上發(fā)展。

不少學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)以及數(shù)值模擬等手段來(lái)探究滑坡-泥石流的轉(zhuǎn)化機(jī)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(yùn)動(dòng)過(guò)程。ZHANG等[37]開(kāi)展了室內(nèi)滑槽試驗(yàn)，利用PFC進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)滑坡-泥石流運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)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(guò)室內(nèi)人工降雨試驗(yàn)?zāi)M了泥石流的啟動(dòng)過(guò)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(qiáng)度、土體飽和度的增大，邊坡的穩(wěn)定性逐漸下降，促進(jìn)了泥石流的發(fā)生。陳曉清等[40]通過(guò)野外人工降雨試驗(yàn)，解釋了滑坡轉(zhuǎn)化為泥石流的啟動(dòng)機(jī)制是土體振動(dòng)軟化或液化。張明等[41]通過(guò)環(huán)剪試驗(yàn)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(jī)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(duì)無(wú)黏性土滑坡-泥石流進(jìn)行了離心機(jī)模型試驗(yàn)，結(jié)果顯示其形成的原因是坡體中細(xì)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(qiáng)度。

上述研究都缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段，實(shí)驗(yàn)以及模擬的結(jié)果與實(shí)際情況會(huì)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(jī)制也十分復(fù)雜，因而結(jié)論可能會(huì)不準(zhǔn)確，研究深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。需要注意的是，不是所有的滑坡都會(huì)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(chǎng)，這樣才更具實(shí)踐意義和應(yīng)用價(jià)值。

5 滑坡-泥石流災(zāi)害鏈與其他災(zāi)種的鏈接

災(zāi)害對(duì)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(lèi)差異[43]。滑坡、泥石流作為中心載體的2個(gè)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(jiàn)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(huì)產(chǎn)生嚴(yán)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(jiǎn)稱(chēng)為崩滑流災(zāi)害鏈[44]，指崩塌、滑坡、泥石流3個(gè)災(zāi)種在內(nèi)外復(fù)雜因素的綜合作用下，任意1個(gè)或2個(gè)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(qiáng)度和破壞作用急劇擴(kuò)大的災(zāi)害鏈?zhǔn)竭^(guò)程。崩滑流活動(dòng)在時(shí)間序列上呈現(xiàn)出周期旋回變化，其中與降雨強(qiáng)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(shí)會(huì)引發(fā)泥石流，泥石流堵塞河流以后會(huì)誘發(fā)洪水災(zāi)害，這是川藏鐵路沿線(xiàn)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(qiáng)、成災(zāi)范圍廣[46]等特點(diǎn)，對(duì)所經(jīng)之處會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞以及人員傷亡?？蓮南到y(tǒng)角度入手，引用綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)測(cè)定災(zāi)害損失，以達(dá)到對(duì)山洪災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)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(chēng)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(lái)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(dòng)靜水壓及掏蝕作用下，急速下泄[47-49]。潰壩方式對(duì)泥石流的擴(kuò)大有重要影響[50]，因此有必要進(jìn)一步研究其破壞機(jī)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(yàn)公式模型，能有效預(yù)測(cè)潰壩對(duì)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(dòng)因素，演化環(huán)是過(guò)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(gè)災(zāi)種的形成機(jī)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?guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)于滑坡災(zāi)害，國(guó)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(jìn)行綜合整治[53-54]，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行綜合預(yù)警監(jiān)測(cè)。泥石流則需預(yù)防與治理同時(shí)進(jìn)行，對(duì)上游物源區(qū)松散土體進(jìn)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(duì)沖積區(qū)進(jìn)行及時(shí)清理與排導(dǎo)。

7 結(jié)語(yǔ)

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(huì)形成泥石流，根據(jù)形成條件的不同，它們有時(shí)單獨(dú)發(fā)生，有時(shí)相伴發(fā)生，甚至?xí)纬裳呷?、山洪等一系列?zāi)害，進(jìn)一步擴(kuò)大災(zāi)害范圍。從成災(zāi)因素——地震、地形和降雨、人類(lèi)活動(dòng)等3個(gè)方面對(duì)滑坡-泥石流災(zāi)害鏈進(jìn)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(qiáng)降雨條件下發(fā)生滑坡-泥石流。除此之外，滑坡-泥石流還會(huì)與其他災(zāi)種鏈接，引發(fā)其他類(lèi)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。