小流域地質(zhì)災(zāi)害鏈分析

石敬鋒　岳建國

摘要：自然界中的氣候災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害和生物災(zāi)害之間存在著某種關(guān)聯(lián)性，常常引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)，由一種災(zāi)害導(dǎo)致多種災(zāi)害的發(fā)生。這個鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中包括物質(zhì)、能量的轉(zhuǎn)換和信息的傳遞。一旦鏈?zhǔn)竭^程形成，將按照自身規(guī)律運行，持續(xù)形成災(zāi)害。要終止災(zāi)害的發(fā)生，善于發(fā)現(xiàn)災(zāi)害鏈，并盡早斷鏈?zhǔn)顷P(guān)鍵。本文以康定縣二郎溝小流域為例，具體分析了災(zāi)害鏈的孕育、產(chǎn)生、發(fā)展直至成災(zāi)的全過程，并就如何斷鏈提出了自己的觀點，同時對該領(lǐng)域的研究前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：小流域；災(zāi)害鏈；堰塞湖；物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換；斷鏈；綜合防治

許多自然災(zāi)害發(fā)生之后，常常會誘發(fā)出一連串彼此關(guān)聯(lián)的次生災(zāi)害。尤其是強震和臺風(fēng)過后，各種次生災(zāi)害頻繁發(fā)生。

如1933年8月25日四川疊溪7.5級地震造成了大量的崩塌和滑坡，其中疊溪臺地和教場壩滑坡阻塞岷江后，形成了4個大的堰塞湖，潰壩后60m高的水頭傾瀉而下，抵達灌縣時水頭依然高達12m。地震直接造成6800人死亡，而滑坡又奪去了2523人的生命，其中疊溪一處滑坡壓埋全鎮(zhèn)577人，僅15人幸免于難（照片1、照片2）。

西藏易貢2000年4月9日在超量冰雪融水的誘發(fā)下，花崗巖體內(nèi)孔隙水壓力劇增，引起山體崩塌，一次性崩塌體積達3.0×107m3，崩塌巖體垂直下落高度約2580m，爾后激發(fā)具有崩塌-滑坡一體化特征的巨型超高速遠程滑坡（圖1）。滑坡最大水平位移為6.7～7.0km，體積達3.0×108m3。

滑坡體堵塞易貢藏布河，形成天然壩體及堰塞湖，淹沒周邊大范圍農(nóng)田、茶場、草場、房舍及森林，6月10日堰塞湖潰壩后，沖毀易貢藏布、帕隆藏布、雅魯藏布江兩岸的所有橋梁、交通及通信設(shè)施（照片3、照片4），并使下游沿江地區(qū)長達450km范圍的居民受害；大峽谷下游的印度境內(nèi)有30人死亡，100多人失蹤，5萬人無家可歸，20多座橋梁被毀。此次災(zāi)害是近期全世界較為嚴(yán)重的災(zāi)害之一，在世界上也較為罕見。

此外2008年5月12日14時28分四川汶川發(fā)生的Ms8.0級特大地震，激發(fā)了一系列崩塌、滑坡等山地災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟損失。臺風(fēng)登陸可引起近海區(qū)的風(fēng)暴潮災(zāi)害，深入內(nèi)陸可轉(zhuǎn)化為暴雨。暴雨在平原地區(qū)會引起洪澇災(zāi)害，在山區(qū)會引起山洪爆發(fā)，誘發(fā)滑坡、泥石流。

因而人們認(rèn)識到，自然界中的氣候災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害和生物災(zāi)害之間存在著某種關(guān)聯(lián)性，繼而提出了災(zāi)害鏈的概念，并對其展開了研究。

1.災(zāi)害鏈的基本特征及分布

災(zāi)害鏈，就是由于受外界影響而發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，進而啟動另外一種或多種地質(zhì)災(zāi)害損失的鏈?zhǔn)竭^程。這個過程中包括物質(zhì)、能量的轉(zhuǎn)換和信息的傳遞，所以災(zāi)害鏈?zhǔn)俏镔|(zhì)流、能量流及信息流的載體。災(zāi)害的發(fā)生都是其所處環(huán)境內(nèi)部和外部因素綜合作用的結(jié)果，不同環(huán)境及其相互作用的形式和程度差異，致使災(zāi)害具有不同的規(guī)律和發(fā)生機制。

參與災(zāi)害鏈的地質(zhì)災(zāi)害可能成因上相似并呈線性分布，也可能形成時間有先后，在空間上彼此相依，在成因上相互關(guān)聯(lián)、互為因果，呈連鎖反應(yīng)依次出現(xiàn)。

全球范圍內(nèi)存在兩條大的地質(zhì)災(zāi)害鏈，如環(huán)太平洋地質(zhì)災(zāi)害鏈和阿爾卑斯—喜馬拉雅地質(zhì)災(zāi)害鏈（圖2）。這兩條地質(zhì)災(zāi)害鏈?zhǔn)侨蜃钪匾膬蓷l災(zāi)害鏈，這個地區(qū)的自然災(zāi)害占全球自然災(zāi)害的60%～70%。其地震、崩滑流等內(nèi)、外動力地質(zhì)災(zāi)害都非常發(fā)育，并且具有規(guī)模大、頻率高、災(zāi)害嚴(yán)重的特點，也是地震、火山的強發(fā)育帶。

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害鏈的規(guī)模不同，依次可以分為四級。

（1）一級地質(zhì)災(zāi)害鏈：

全球級別的地質(zhì)災(zāi)害鏈，像環(huán)太平洋地質(zhì)災(zāi)害鏈和阿爾卑斯—喜馬拉雅地質(zhì)災(zāi)害鏈。其特點是分布范圍廣、災(zāi)害類型多，造成的災(zāi)害嚴(yán)重。

（2）二級地質(zhì)災(zāi)害鏈：

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害鏈，如四川盆地崩滑流區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害鏈和黃土高原崩滑流地質(zhì)災(zāi)害鏈。

（3） 三級地質(zhì)災(zāi)害鏈：

流域地質(zhì)災(zāi)害鏈，是指沿大江大河展布的地質(zhì)災(zāi)害鏈，像長江流域地質(zhì)災(zāi)害鏈。

（4）四級地質(zhì)災(zāi)害鏈：

單條沖溝地質(zhì)災(zāi)害鏈，是指沿一條沖溝展布的地質(zhì)災(zāi)害鏈。以下敘述的二郎溝小流域災(zāi)害鏈屬于三級地質(zhì)災(zāi)害鏈。

2.二郎溝小流域地質(zhì)災(zāi)害鏈成災(zāi)特點

2.1研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1）地形地貌

二郎溝小流域位于康定縣北部三合鄉(xiāng)，地貌上屬于東部深切割高山、極高山峽谷區(qū)，最高海拔為5360m，最低海拔為1800m，相對高差3560m（圖3、照片5）。區(qū)內(nèi)山高、坡陡、谷深，為地質(zhì)災(zāi)害的孕育提供了適宜的地形條件。

2）研究區(qū)氣象水文

康定縣年均降水量803.8mm，多集中于5～9月，多暴雨和連綿雨。最大日降雨量達65.9mm，最長連綿雨長達58天，雨量達542.9mm。這種特定的高原氣候條件，是激發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要外因，也是促使泥石流、滑坡暴發(fā)的主要動力條件，易引發(fā)群發(fā)性泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

3）研究區(qū)地層巖性

研究區(qū)出露地層主要為新生界的第四系，中生界的三疊系以及古生界的二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系，巖性主要為較堅硬的白云巖、灰?guī)r、花崗巖等，以及較軟的泥灰?guī)r、千枚巖，其中較破碎的白云巖、灰?guī)r易形成崩塌（照片6），泥灰?guī)r 、千枚巖易風(fēng)化形成潛在滑移帶，引發(fā)滑坡（照片7）。

4）研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

康定縣地質(zhì)構(gòu)造處于巨型青藏滇緬印尼“歹”字型構(gòu)造體系中部與龍門山北東向構(gòu)造帶接合部位，故構(gòu)造形跡較為復(fù)雜。受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖土體的完整性遭到了極大的破壞。

2.2小流域分區(qū)特征

1）溝床比降特征

二郎溝流域形態(tài)好似芭蕉葉，主溝長20.3km，流域面積約154.9km2，水系發(fā)育呈樹枝狀（圖4），發(fā)育2條較大的支溝。主溝上游縱坡為175‰，中游縱坡約90‰，下游縱坡約84‰，整體坡降較小，但局部呈現(xiàn)陡緩相間的空間變化特征。endprint

其中二級支溝昌須溝為泥石流溝。昌須溝流域形態(tài)呈葉片狀，主溝長1.9km，流域面積約1.59km2，相對高差1140m，水系發(fā)育呈葉脈狀，主要發(fā)育2條支溝，主溝中上游溝縱坡約392‰，下游縱坡約520‰，整體縱坡降較大。溝谷較平直，斷面形態(tài)主要以“V”字形為主。

2）物源特征

由于流域內(nèi)地形陡峻，兩側(cè)岸坡存在松散堆積物源和崩滑物源，主要為4個滑坡、1個崩塌，物源類型以崩滑物源為主，坡面侵蝕物源次之。

3）泥石流活動特征

該溝年年發(fā)生小規(guī)模泥石流，曾經(jīng)堵塞主溝，引起主溝短暫的斷流。

2.3研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

1）災(zāi)害分布特征

昌須溝流域附近的滑坡、崩塌存在成群分布、相對而生的特點（圖5），其中中上游分布1個滑坡群（老滑坡、新滑坡及變形體），主要因降雨、流水沖刷坡腳引起，總方量約130萬方（照片8）。

老滑坡和新滑坡所在斜坡剖面形態(tài)為上緩下陡的凸形坡，整體坡度為28°～35°，地形坡度較大，滑坡剪出口臨近昌須溝溝道。而滑坡對岸為50°～70°的陡坡。

滑體主要由含碎石粉質(zhì)粘土、碎石土組成，滑帶主要由軟塑的灰黑色含角礫粉質(zhì)粘土組成。

此外溝口分布1個滑坡以及數(shù)個崩塌災(zāi)害點（照片9），正對溝口的滑坡曾經(jīng)發(fā)生滑動，迫使一級支溝丁家溝向東南側(cè)（昌須溝溝口）凸出。沿岸崩塌常有發(fā)生，堆積體崩落至河溝中，曾將主河阻斷。

2）災(zāi)害變形特征及發(fā)展趨勢

上游的滑坡群目前均出現(xiàn)了不同程度的變形。

老滑坡后緣因滑動形成2～3m高的陡坎，側(cè)邊界出現(xiàn)滑塌變形，并伴隨出水點。受滑坡推移影響，滑坡前緣民房開裂。新滑坡后緣發(fā)育拉裂縫，寬15～30cm，延伸長10～25m，左側(cè)邊界因剪切作用形成滑塌，前緣出現(xiàn)線狀出水點（照片10）。

變形體后緣見有拉裂縫，并形成多級下錯陡坎，前緣坡腳多處垮塌，長期滲水，雨后顏色變渾。

目前老滑坡存在局部復(fù)活現(xiàn)象，新滑坡處于蠕滑變形階段，變形體則由局部滑移變形向整體滑動階段發(fā)展。隨著汛期的到來，降雨通過松散層的孔隙入滲、運移，使得坡體飽水，靜水壓力加大，土體自重增加，滑動帶抗剪強度下降，滑坡的穩(wěn)定性持續(xù)降低，最終發(fā)生整體滑動，形成災(zāi)害鏈的鏈源。

2.4研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈發(fā)育進程分析

根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件、災(zāi)害發(fā)育特征，災(zāi)害鏈發(fā)育進程大致可分為以下四個階段。

1）降雨誘發(fā)滑坡、加劇崩塌，隨之轉(zhuǎn)化為碎屑流-泥石流

因康定存在多暴雨和連綿雨，在長期降雨和坡腳遭受流水沖刷作用下，崩塌活動加劇，滑坡飽水快速滑下，并與溝谷對岸山脊正面碰撞，使物質(zhì)進一步解體和碎屑化。加上雨水的混合，形成了碎屑流-泥石流。

2）氣墊效應(yīng)、超孔隙水壓力和陡峻溝形維持了碎屑流的高速運動

因特定的地形地貌，滑坡對岸的山脊與平面之間的“V” 形深溝形成了封閉氣體，為碎屑流-泥石流的運動提供氣墊效應(yīng)，碎屑流與空氣進一步充分混合，同時碎屑流受到的地面摩擦阻力急劇降低。

較為平直的“V”形溝谷為其運動提供了良好的通道，較大的縱坡降使之能夠持續(xù)高速運動，這期間局部地段的超孔隙水壓力也起到了推波助瀾的作用。來勢洶洶的半固態(tài)流體對溝底及兩岸形成刮鏟、側(cè)蝕，像滾雪球一般，逐漸聚集起更多的固體物源，當(dāng)?shù)诌_溝口遇小橋涵阻擋后淤積爬高漫出溝道，對岸坡的昌須村構(gòu)成次生危害。

3）溝口的滑坡復(fù)活連同崩滑流堆積體堵溝，形成堰塞湖

在長期降雨作用下溝口的滑坡復(fù)活，溝岸的崩塌活動加劇，泥石流堆積體、滑坡堆積體及崩塌堆積體將一級支溝阻斷，形成堰塞湖。堰塞湖上游回水淹沒沿岸交通要道，威脅交通生命線。

4）堰塞湖潰壩后形成超大洪峰，將溝床的松散物源啟動，災(zāi)害鏈形成

潰壩后形成的超大洪峰易將下游溝床的松散物源啟動（照片11），最終形成完整的暴雨-崩塌-滑坡-碎屑流、泥石流-堰塞湖-泥石流災(zāi)害鏈，繼續(xù)對下游的河壩村及沿岸的交通要道構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

整個鏈?zhǔn)竭^程是物質(zhì)和能量在空間上的轉(zhuǎn)換或傳遞（耦合）的演化災(zāi)變過程，如崩塌、滑坡體轉(zhuǎn)化為碎屑流-泥石流就是由固態(tài)、液態(tài)轉(zhuǎn)換為流態(tài)，由勢能轉(zhuǎn)化為動能、沖擊能的過程，這期間通過地表開裂、局部沉陷、建筑物變形、地下水異常、樹木歪斜、坡體滑動、溝道斷流等完成信息傳遞，最終形成直接破壞力，其中能量轉(zhuǎn)換對災(zāi)害破壞力構(gòu)成了耦合與嵌套關(guān)系，形成典型的崩滑流災(zāi)害鏈。

一旦鏈?zhǔn)竭^程形成，將按照自身規(guī)律運行，持續(xù)形成災(zāi)害。要終止災(zāi)害的發(fā)生，善于發(fā)現(xiàn)災(zāi)害鏈，并盡早斷鏈?zhǔn)顷P(guān)鍵。

3.綜合防治措施

對于上述地質(zhì)災(zāi)害鏈的防治，需采取綜合防治措施，盡早實施前期斷鏈，同時規(guī)劃后期斷鏈預(yù)案。

1）前期斷鏈：對中上游有直接威脅對象的滑坡進行治理，減少物源，在碎屑流-泥石流可能爬高、淤積地段設(shè)單邊防護堤，并增大公路下穿涵洞斷面，疏通行洪通道，加強主溝排洪能力和輸砂能力；

2）在昌須溝泥石流山脊附近布置自動雨量監(jiān)測儀1臺，上游滑坡后緣拉裂縫處布置自動裂縫監(jiān)測預(yù)警儀2臺，同時完善群測群防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，做好預(yù)報提前撤離，并在河壩村村委會設(shè)置應(yīng)急避險場所；

3）后期斷鏈：如果前期工程失效，仍然形成了堰塞湖，針對堰塞湖潰決問題，利用“虹吸原理”，修建排水設(shè)備（管道） ，可有效地防止堆積壩潰決，避免災(zāi)害進一步衍化擴大。

4.前景展望

因自然界的地質(zhì)災(zāi)害鏈具有突然性、爆發(fā)性，目前還難以做到有效預(yù)報和超前預(yù)報，尤其是復(fù)合型災(zāi)害鏈就更為困難。地質(zhì)災(zāi)害鏈的研究涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，例如巖石力學(xué)、土力學(xué)、空氣動力學(xué)、熱物理學(xué)、聲波學(xué)、氣象學(xué)、天文學(xué)以及近幾十年來出現(xiàn)的新學(xué)科如顆粒流理論、非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和邊界層理論等。為加強災(zāi)害鏈危險性預(yù)估和預(yù)測預(yù)報，有效控制災(zāi)害的發(fā)生、擴展，減少損失，需要加強多學(xué)科的聯(lián)合，在災(zāi)害鏈領(lǐng)域開展更深入、全面的研究。

參考文獻

[1]門可佩，高建國.重大災(zāi)害鏈及其防御.地球物理學(xué)進展，2008，23（1）：270-276.

[2]李明，唐紅梅，葉四橋. 典型地質(zhì)災(zāi)害鏈?zhǔn)綑C理研究. 災(zāi)害學(xué)， 2008.

[3]韓金良，吳樹仁，汪華斌. 地質(zhì)災(zāi)害鏈. 地學(xué)前緣（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）：北京大學(xué)）， 2007： 11-22.

[4]郭付三，袁巧紅，殷坤龍，周春梅. 礦山小流域地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害鏈及系統(tǒng)治理技術(shù)研究. 金屬礦山， 2010：146—152.

[5]肖盛燮. 生態(tài)環(huán)境災(zāi)變鏈?zhǔn)嚼碚撛瓌?chuàng)結(jié)構(gòu)梗概. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006.

[6]崔云，孔紀(jì)名，吳文平. 汶川地震次生山地災(zāi)害鏈成災(zāi)特點與防治對策. 自然災(zāi)害學(xué)報，2012.

[7]史培軍. 五論災(zāi)害系統(tǒng)研究的理論與實踐. 自然災(zāi)害學(xué)報，2009.

[8]張衛(wèi)星，周洪建. 災(zāi)害鏈風(fēng)險評估的概念模型. 地理科學(xué)進展，2013：130-138.

[9]門可佩. 重大地震災(zāi)害鏈的時空有序性及其預(yù)測研究. 地球物理學(xué)進展，2007：645-651.

[10]劉文方，肖盛燮，隋嚴(yán)春等. 自然災(zāi)害鏈及其斷鏈減災(zāi)模式分析.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006：2675-2681.

[11]范海軍，肖盛燮等. 自然災(zāi)害鏈?zhǔn)叫?yīng)結(jié)構(gòu)關(guān)系及其復(fù)雜性規(guī)律研究，巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006：2603-2611.endprint