小流域地质灾害链分析

石敬锋　岳建国

摘要：自然界中的气候灾害、地质灾害和生物灾害之间存在着某种关联性，常常引发一系列的连锁反应，由一种灾害导致多种灾害的发生。这个链式反应过程中包括物质、能量的转换和信息的传递。一旦链式过程形成，将按照自身规律运行，持续形成灾害。要终止灾害的发生，善于发现灾害链，并尽早断链是关键。本文以康定县二郎沟小流域为例，具体分析了灾害链的孕育、产生、发展直至成灾的全过程，并就如何断链提出了自己的观点，同时对该领域的研究前景进行了展望。

关键词：小流域；灾害链；堰塞湖；物质和能量的转换；断链；综合防治

许多自然灾害发生之后，常常会诱发出一连串彼此关联的次生灾害。尤其是强震和台风过后，各种次生灾害频繁发生。

如1933年8月25日四川叠溪7.5级地震造成了大量的崩塌和滑坡，其中叠溪台地和教场坝滑坡阻塞岷江后，形成了4个大的堰塞湖，溃坝后60m高的水头倾泻而下，抵达灌县时水头依然高达12m。地震直接造成6800人死亡，而滑坡又夺去了2523人的生命，其中叠溪一处滑坡压埋全镇577人，仅15人幸免于难（照片1、照片2）。

西藏易贡2000年4月9日在超量冰雪融水的诱发下，花岗岩体内孔隙水压力剧增，引起山体崩塌，一次性崩塌体积达3.0×107m3，崩塌岩体垂直下落高度约2580m，尔后激发具有崩塌-滑坡一体化特征的巨型超高速远程滑坡（图1）。滑坡最大水平位移为6.7～7.0km，体积达3.0×108m3。

滑坡体堵塞易贡藏布河，形成天然坝体及堰塞湖，淹没周边大范围农田、茶场、草场、房舍及森林，6月10日堰塞湖溃坝后，冲毁易贡藏布、帕隆藏布、雅鲁藏布江两岸的所有桥梁、交通及通信设施（照片3、照片4），并使下游沿江地区长达450km范围的居民受害；大峡谷下游的印度境内有30人死亡，100多人失踪，5万人无家可归，20多座桥梁被毁。此次灾害是近期全世界较为严重的灾害之一，在世界上也较为罕见。

此外2008年5月12日14时28分四川汶川发生的Ms8.0级特大地震，激发了一系列崩塌、滑坡等山地灾害，造成了巨大的经济损失。台风登陆可引起近海区的风暴潮灾害，深入内陆可转化为暴雨。暴雨在平原地区会引起洪涝灾害，在山区会引起山洪爆发，诱发滑坡、泥石流。

因而人们认识到，自然界中的气候灾害、地质灾害和生物灾害之间存在着某种关联性，继而提出了灾害链的概念，并对其展开了研究。

1.灾害链的基本特征及分布

灾害链，就是由于受外界影响而发生的地质灾害，进而启动另外一种或多种地质灾害损失的链式过程。这个过程中包括物质、能量的转换和信息的传递，所以灾害链是物质流、能量流及信息流的载体。灾害的发生都是其所处环境内部和外部因素综合作用的结果，不同环境及其相互作用的形式和程度差异，致使灾害具有不同的规律和发生机制。

参与灾害链的地质灾害可能成因上相似并呈线性分布，也可能形成时间有先后，在空间上彼此相依，在成因上相互关联、互为因果，呈连锁反应依次出现。

全球范围内存在两条大的地质灾害链，如环太平洋地质灾害链和阿尔卑斯—喜马拉雅地质灾害链（图2）。这两条地质灾害链是全球最重要的两条灾害链，这个地区的自然灾害占全球自然灾害的60%～70%。其地震、崩滑流等内、外动力地质灾害都非常发育，并且具有规模大、频率高、灾害严重的特点，也是地震、火山的强发育带。

依据地质灾害链的规模不同，依次可以分为四级。

（1）一级地质灾害链：

全球级别的地质灾害链，像环太平洋地质灾害链和阿尔卑斯—喜马拉雅地质灾害链。其特点是分布范围广、灾害类型多，造成的灾害严重。

（2）二级地质灾害链：

区域地质灾害链，如四川盆地崩滑流区域性地质灾害链和黄土高原崩滑流地质灾害链。

（3） 三级地质灾害链：

流域地质灾害链，是指沿大江大河展布的地质灾害链，像长江流域地质灾害链。

（4）四级地质灾害链：

单条冲沟地质灾害链，是指沿一条冲沟展布的地质灾害链。以下叙述的二郎沟小流域灾害链属于三级地质灾害链。

2.二郎沟小流域地质灾害链成灾特点

2.1研究区地质环境条件

1）地形地貌

二郎沟小流域位于康定县北部三合乡，地貌上属于东部深切割高山、极高山峡谷区，最高海拔为5360m，最低海拔为1800m，相对高差3560m（图3、照片5）。区内山高、坡陡、谷深，为地质灾害的孕育提供了适宜的地形条件。

2）研究区气象水文

康定县年均降水量803.8mm，多集中于5～9月，多暴雨和连绵雨。最大日降雨量达65.9mm，最长连绵雨长达58天，雨量达542.9mm。这种特定的高原气候条件，是激发地质灾害的重要外因，也是促使泥石流、滑坡暴发的主要动力条件，易引发群发性泥石流、滑坡等地质灾害。

3）研究区地层岩性

研究区出露地层主要为新生界的第四系，中生界的三叠系以及古生界的二叠系、泥盆系、志留系、奥陶系，岩性主要为较坚硬的白云岩、灰岩、花岗岩等，以及较软的泥灰岩、千枚岩，其中较破碎的白云岩、灰岩易形成崩塌（照片6），泥灰岩 、千枚岩易风化形成潜在滑移带，引发滑坡（照片7）。

4）研究区地质构造

康定县地质构造处于巨型青藏滇缅印尼“歹”字型构造体系中部与龙门山北东向构造带接合部位，故构造形迹较为复杂。受区域构造应力影响，岩体节理裂隙发育，岩土体的完整性遭到了极大的破坏。

2.2小流域分区特征

1）沟床比降特征

二郎沟流域形态好似芭蕉叶，主沟长20.3km，流域面积约154.9km2，水系发育呈树枝状（图4），发育2条较大的支沟。主沟上游纵坡为175‰，中游纵坡约90‰，下游纵坡约84‰，整体坡降较小，但局部呈现陡缓相间的空间变化特征。endprint

其中二级支沟昌须沟为泥石流沟。昌须沟流域形态呈叶片状，主沟长1.9km，流域面积约1.59km2，相对高差1140m，水系发育呈叶脉状，主要发育2条支沟，主沟中上游沟纵坡约392‰，下游纵坡约520‰，整体纵坡降较大。沟谷较平直，断面形态主要以“V”字形为主。

2）物源特征

由于流域内地形陡峻，两侧岸坡存在松散堆积物源和崩滑物源，主要为4个滑坡、1个崩塌，物源类型以崩滑物源为主，坡面侵蚀物源次之。

3）泥石流活动特征

该沟年年发生小规模泥石流，曾经堵塞主沟，引起主沟短暂的断流。

2.3研究区地质灾害发育特征

1）灾害分布特征

昌须沟流域附近的滑坡、崩塌存在成群分布、相对而生的特点（图5），其中中上游分布1个滑坡群（老滑坡、新滑坡及变形体），主要因降雨、流水冲刷坡脚引起，总方量约130万方（照片8）。

老滑坡和新滑坡所在斜坡剖面形态为上缓下陡的凸形坡，整体坡度为28°～35°，地形坡度较大，滑坡剪出口临近昌须沟沟道。而滑坡对岸为50°～70°的陡坡。

滑体主要由含碎石粉质粘土、碎石土组成，滑带主要由软塑的灰黑色含角砾粉质粘土组成。

此外沟口分布1个滑坡以及数个崩塌灾害点（照片9），正对沟口的滑坡曾经发生滑动，迫使一级支沟丁家沟向东南侧（昌须沟沟口）凸出。沿岸崩塌常有发生，堆积体崩落至河沟中，曾将主河阻断。

2）灾害变形特征及发展趋势

上游的滑坡群目前均出现了不同程度的变形。

老滑坡后缘因滑动形成2～3m高的陡坎，侧边界出现滑塌变形，并伴随出水点。受滑坡推移影响，滑坡前缘民房开裂。新滑坡后缘发育拉裂缝，宽15～30cm，延伸长10～25m，左侧边界因剪切作用形成滑塌，前缘出现线状出水点（照片10）。

变形体后缘见有拉裂缝，并形成多级下错陡坎，前缘坡脚多处垮塌，长期渗水，雨后颜色变浑。

目前老滑坡存在局部复活现象，新滑坡处于蠕滑变形阶段，变形体则由局部滑移变形向整体滑动阶段发展。随着汛期的到来，降雨通过松散层的孔隙入渗、运移，使得坡体饱水，静水压力加大，土体自重增加，滑动带抗剪强度下降，滑坡的稳定性持续降低，最终发生整体滑动，形成灾害链的链源。

2.4研究区地质灾害链发育进程分析

根据研究区的地质环境条件、灾害发育特征，灾害链发育进程大致可分为以下四个阶段。

1）降雨诱发滑坡、加剧崩塌，随之转化为碎屑流-泥石流

因康定存在多暴雨和连绵雨，在长期降雨和坡脚遭受流水冲刷作用下，崩塌活动加剧，滑坡饱水快速滑下，并与沟谷对岸山脊正面碰撞，使物质进一步解体和碎屑化。加上雨水的混合，形成了碎屑流-泥石流。

2）气垫效应、超孔隙水压力和陡峻沟形维持了碎屑流的高速运动

因特定的地形地貌，滑坡对岸的山脊与平面之间的“V” 形深沟形成了封闭气体，为碎屑流-泥石流的运动提供气垫效应，碎屑流与空气进一步充分混合，同时碎屑流受到的地面摩擦阻力急剧降低。

较为平直的“V”形沟谷为其运动提供了良好的通道，较大的纵坡降使之能够持续高速运动，这期间局部地段的超孔隙水压力也起到了推波助澜的作用。来势汹汹的半固态流体对沟底及两岸形成刮铲、侧蚀，像滚雪球一般，逐渐聚集起更多的固体物源，当抵达沟口遇小桥涵阻挡后淤积爬高漫出沟道，对岸坡的昌须村构成次生危害。

3）沟口的滑坡复活连同崩滑流堆积体堵沟，形成堰塞湖

在长期降雨作用下沟口的滑坡复活，沟岸的崩塌活动加剧，泥石流堆积体、滑坡堆积体及崩塌堆积体将一级支沟阻断，形成堰塞湖。堰塞湖上游回水淹没沿岸交通要道，威胁交通生命线。

4）堰塞湖溃坝后形成超大洪峰，将沟床的松散物源启动，灾害链形成

溃坝后形成的超大洪峰易将下游沟床的松散物源启动（照片11），最终形成完整的暴雨-崩塌-滑坡-碎屑流、泥石流-堰塞湖-泥石流灾害链，继续对下游的河坝村及沿岸的交通要道构成严重威胁。

整个链式过程是物质和能量在空间上的转换或传递（耦合）的演化灾变过程，如崩塌、滑坡体转化为碎屑流-泥石流就是由固态、液态转换为流态，由势能转化为动能、冲击能的过程，这期间通过地表开裂、局部沉陷、建筑物变形、地下水异常、树木歪斜、坡体滑动、沟道断流等完成信息传递，最终形成直接破坏力，其中能量转换对灾害破坏力构成了耦合与嵌套关系，形成典型的崩滑流灾害链。

一旦链式过程形成，将按照自身规律运行，持续形成灾害。要终止灾害的发生，善于发现灾害链，并尽早断链是关键。

3.综合防治措施

对于上述地质灾害链的防治，需采取综合防治措施，尽早实施前期断链，同时规划后期断链预案。

1）前期断链：对中上游有直接威胁对象的滑坡进行治理，减少物源，在碎屑流-泥石流可能爬高、淤积地段设单边防护堤，并增大公路下穿涵洞断面，疏通行洪通道，加强主沟排洪能力和输砂能力；

2）在昌须沟泥石流山脊附近布置自动雨量监测仪1台，上游滑坡后缘拉裂缝处布置自动裂缝监测预警仪2台，同时完善群测群防网络系统，做好预报提前撤离，并在河坝村村委会设置应急避险场所；

3）后期断链：如果前期工程失效，仍然形成了堰塞湖，针对堰塞湖溃决问题，利用“虹吸原理”，修建排水设备（管道） ，可有效地防止堆积坝溃决，避免灾害进一步衍化扩大。

4.前景展望

因自然界的地质灾害链具有突然性、爆发性，目前还难以做到有效预报和超前预报，尤其是复合型灾害链就更为困难。地质灾害链的研究涉及多个学科领域，例如岩石力学、土力学、空气动力学、热物理学、声波学、气象学、天文学以及近几十年来出现的新学科如颗粒流理论、非连续介质力学和边界层理论等。为加强灾害链危险性预估和预测预报，有效控制灾害的发生、扩展，减少损失，需要加强多学科的联合，在灾害链领域开展更深入、全面的研究。

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