太行山區(qū)泥石流災(zāi)害降雨觸發(fā)條件的研究

柴 艷,祁穎輝

(石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院,河北 石家莊 050031)

泥石流是山區(qū)常見(jiàn)的一種自然災(zāi)害,它是由土石等固體物與水相混合在重力作用下沿陡峻溝坡運(yùn)動(dòng)的飽和流體,具有爆發(fā)突然、歷時(shí)短暫、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。太行山區(qū)位于河北省西部,地處中朝準(zhǔn)地臺(tái)的二級(jí)構(gòu)造單元——山西斷隆的東部邊緣,其北端與燕山臺(tái)褶帶相斜接,面積 36 321.4 km2。在河北省太行山區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害中,泥石流的危害和損失是最嚴(yán)重的。因此,泥石流預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估受到了廣泛關(guān)注,是該區(qū)減災(zāi)研究的熱點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題。本文主要就泥石流災(zāi)害發(fā)生的兩大影響因素——降水因素和地質(zhì)因素中的前者進(jìn)行分析與研究。

1 研究區(qū)泥石流災(zāi)害的降水因子

1.1 降水氣候分布

太行山區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,降水量分布規(guī)律受氣候、地形等因素影響,由于太行山與燕山相連呈“弧形山脈”,對(duì)南來(lái)暖濕氣流有輻合和阻抬效應(yīng),在山脈的東、南迎風(fēng)坡形成了一條弧形多雨帶,在多雨帶里出現(xiàn)多處降雨中心。因此降雨時(shí)空分布不均,年際變化較大,全年降水量的90%主要集中 6～9月份,尤其在 7月下旬和 8月上旬多以暴雨形式出現(xiàn),降水強(qiáng)度大,歷時(shí)短,日降雨量最大可達(dá)300mm,往往集中于 5～7天之間就完成全年 70%的降雨量,易引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害[1]。

太行山區(qū)的地形地貌受大地構(gòu)造,特別是區(qū)域性深大斷裂、活動(dòng)層控制,山體走向呈北東向及北北東向展布。泥石流發(fā)育與斷裂構(gòu)造相一致,即集中分布在構(gòu)造裂隙發(fā)育的中低山地區(qū),如贊皇、元氏、阜平等地。泥石流發(fā)育與暴雨中心空間分布基本一致,即集中分布在易降暴雨的山區(qū),如邢臺(tái)將軍墓、贊皇嶂石巖、平山西部等地,且多發(fā)生于連陰雨后的暴雨中。1978年 8月 20日平山縣牛圈溝泥石流就是在連續(xù)2 d降雨后又經(jīng)歷 4 h大暴雨而形成的,造成數(shù) 10間房屋倒塌、100多畝耕地被沖毀、死亡 20人。

在空間分布上,河北省太行山區(qū)的泥石流災(zāi)害主要發(fā)生在保定市的淶源縣、易縣、滿城縣、順平縣,石家莊市的平山縣、元氏縣、贊皇縣、井陘縣、靈壽縣,邯鄲市的涉縣,邢臺(tái)市西部等縣市的中低山區(qū)域,海拔高度一般在 500 m～1 000m。其中石家莊市西部山區(qū)為主要泥石流發(fā)生區(qū),河北省太行山區(qū) 50%左右的泥石流發(fā)生在石家莊西部太行山區(qū),保定、邢臺(tái)次之,邯鄲最少,占全區(qū)的 7%(見(jiàn)表 1)[2]。

表1 河北省太行山區(qū)泥石流空間分布表(據(jù)劉立等,2006)

在時(shí)間分布上,建國(guó)以來(lái)主要發(fā)生在 1953,1956,1963,1978,1988,1989,1996,1999年等[3]年份的 7～8月份的雨季,其中 90%左右的泥石流災(zāi)害發(fā)生在7月 20日至8月 10日之間。

2.2 降水作用

從泥石流形成過(guò)程來(lái)看,水不僅是 泥石流的組成部分,而且也是泥石流的搬運(yùn)介質(zhì)。因此水的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1)使巖土體浸透飽和變?nèi)?軟弱夾層摩擦力降低,滑動(dòng)可能性增大,對(duì)固體物質(zhì)起到浸潤(rùn)飽和作用。泥石流流域固體物質(zhì)的儲(chǔ)存地區(qū),往往是各種水源的匯集區(qū),從而使固體物質(zhì)得以大量充水,達(dá)到飽和或過(guò)飽和狀態(tài),物質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞,摩擦力減少,滑動(dòng)力加大,處于塑化狀態(tài),從而為泥石流的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件;

(2)雨水沿巖土體強(qiáng)烈發(fā)育的節(jié)理裂隙滲透沖刷,帶走細(xì)顆粒物,對(duì)固體物質(zhì)起到側(cè)蝕掏挖作用。泥石流流域的上、中游地段,溝床縱坡大,湍急的水流 從底部側(cè)蝕掏挖溝坡固體物質(zhì),使其邊坡坡度變大甚至處于懸空狀態(tài),發(fā)生崩塌滑坡。崩落下來(lái)的固體物質(zhì)借助于陡峻的溝床,在急流的推沖下形成泥石流[4]。

3 研究區(qū)內(nèi)降水與地質(zhì)的關(guān)系

泥石流的形成離不開(kāi)物源條件和動(dòng)力條件,太行山區(qū)巖層破碎,溝源巖土體崩滑并在溝道源頭和溝道內(nèi)松散堆積,為泥石流的形成準(zhǔn)備了豐富的物源;暴雨形成的洪水和大的溝床比降成為泥石流暴發(fā)的強(qiáng)大動(dòng)力。二者直接影響著泥石流的形成,尤其是降雨的主控性更強(qiáng),決定著崩滑的產(chǎn)生和泥石流的發(fā)生。

降雨包括準(zhǔn)備期降雨和激發(fā)期降雨,準(zhǔn)備期降雨是指泥石流暴發(fā)當(dāng)日激發(fā)暴雨之前的降雨,為泥石流的暴發(fā)準(zhǔn)備條件,主要作用是浸潤(rùn)溝坡巖土體,降低其抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性,增大溝側(cè)壁巖土體崩滑的可能性或直接誘發(fā)崩塌或滑坡的產(chǎn)生。激發(fā)期降雨是指泥石流暴發(fā)當(dāng)日的強(qiáng)暴雨,一方面激發(fā)溝側(cè)壁已經(jīng)軟化的巖土體發(fā)生崩塌或滑坡,為泥石流的初始形成提供初始物源;另一方面在溝道內(nèi)雨水匯集形成洪水,與崩滑物相混合形成初始泥石流,并在泥石流運(yùn)移過(guò)程中提供持續(xù)動(dòng)力條件[5]。

圖1 泥石流爆發(fā)的準(zhǔn)備期和激發(fā)期雨量圖

太行山區(qū)泥石流主要發(fā)生在中低山區(qū),在地質(zhì)條件好的地區(qū),需要長(zhǎng)時(shí)間的較強(qiáng)的降水才能導(dǎo)致泥石流的發(fā)生;在地質(zhì)條件差的地區(qū),如山坡坡度較大,大于 35度,泥石流溝道多為 V形谷或U形谷,溝床比降大,平均在 200‰以上[6],地表植被破壞嚴(yán)重,巖體裸露,則只需較弱的降水,甚至沒(méi)有準(zhǔn)備期雨量,只有激發(fā)期雨量即可引發(fā)泥石流(見(jiàn)圖 1)。因此,在地質(zhì)條件基本相同的地區(qū),由降雨作為第一主控因子,決定著泥石流是否能在暴雨中被激發(fā)。

4 結(jié)論

(1)降水因素包括準(zhǔn)備期降水和激發(fā)期降水,準(zhǔn)備期降水為泥石流的暴發(fā)準(zhǔn)備條件,主要作用是軟化邊坡巖土體或直接誘發(fā)崩塌或滑坡的產(chǎn)生。激發(fā)期降水的主要作用是激發(fā)溝側(cè)壁已經(jīng)軟化的巖土體發(fā)生崩塌或滑坡,并溝道內(nèi)雨水匯集形成洪水,與崩滑物相混合形成初始泥石流。

(2)泥石流發(fā)生主要受降水因素和地質(zhì)因素的影響,太行山區(qū)巖層破碎,溝源巖土體崩滑并在溝道源頭和溝道內(nèi)松散堆積,為泥石流的形成準(zhǔn)備了豐富的物源;在地質(zhì)條件好的地區(qū),需要較強(qiáng)的降水才能導(dǎo)致泥石流的發(fā)生;在地質(zhì)條件差的地區(qū),則不需太強(qiáng)降水即可引發(fā)泥石流。因此,在地質(zhì)條件相同的地區(qū),由降水決定是否發(fā)生泥石流災(zāi)害。

[1]王濱,王維早等.平山縣泥石流的形成特征和機(jī)理分析.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2008.12.

[2]劉立,路紫.河北省太行山泥石流成因、分布特征及危害[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2006.

[3]徐建芳,武強(qiáng),王欣寶.河北省太行山泥石流分布規(guī)律及其危險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)[J].勘察科學(xué)技術(shù),2003(3)

[4]中國(guó)科學(xué)院甘肅省冰川凍土沙漠研究所.泥石流.北京科學(xué)出版社1973.06.

[5]王濱,張發(fā)旺,陳立等.河北省太行山區(qū)泥石流的災(zāi)變特征與崩滑演化機(jī)理.南水北調(diào)與水利科技,2008-12.

[6]馮金良.太行山北段迎風(fēng)坡泥石流及其防治[J].地理學(xué)與國(guó)土研究,1996.