论滑坡-泥石流灾害链

雨德聪，杨志全，李 倩

(昆明理工大学 公共安全与应急管理学院，云南 昆明 650093)

0 引言

滑坡、泥石流是山地灾害链的中心载体，而其形成的滑坡-泥石流灾害链是最常见的山地灾害链形式[1]。山地灾害链是指在致灾因素作用下，一种灾种发生后，引起其他灾种也随之或滞后发生的灾变现象，通常包括崩塌、滑坡、泥石流、山洪、雪崩、堰塞湖等，种类繁多，结构复杂。钟敦伦等[2]认为山地灾害链是山地灾害的物质、能量和信息在特定条件下相互作用、相互渗透、相互传递和相互转化的结果。其中滑坡-泥石流灾害链则是由于滑坡的发生，在某种特定条件下引发泥石流的灾变现象，可以理解为滑坡是灾害链的成灾源头，而泥石流是否启动是此灾害链会否演化成灾的关键，其具有一定的隐蔽性和灾害链效应[3-4]。一旦成灾，破坏性强，影响范围广。

由于链式灾害的复杂性，目前大多数研究侧重于单沟泥石流和单体滑坡，对于区域性研究还较为欠缺，因此研究链式灾害对山地防灾减灾具有重要意义。

1 滑坡与泥石流的关系

滑坡和泥石流是最常见的山地灾害类型，群发性和关联性很强，两者的共同点是均具有较大的物质输出量[5-6]。胡明鉴等[7]提出了在特殊环境下的滑坡、泥石流具有共生关系，在滑坡-泥石流运动过程中，存在以下2种情况：一种是滑坡从斜坡向河床的运动和泥石流在高速水流作用下的冲刷过程[8]；另一种是滑坡发生后，与水流结合形成泥石流的连续过程[9]，滑坡形成的大量松散物质为泥石流提供了丰富的物源。灾害发生的同时，灾害链不一定会发生，但它们都具有巨大的危险性，一旦爆发将会造成难以估量的损失。有学者[10]提出滑坡、泥石流灾害的危险程度可以用滑坡和泥石流各自危险度相加来衡量，可以看出滑坡-泥石流灾害链相较于单灾种更加危险，所以对于滑坡-泥石流灾害链的危险性评价与风险分析极其重要[11-13]。

2 滑坡-泥石流灾害链成灾因素

2.1 地震

引发地质灾害的内动力一般是指地球的构造运动、地震、火山活动。其中地震诱发的次生灾害最为常见。例如在“5·12”汶川大地震以及多次余震的反复作用下，原有地质结构遭到了严重破坏，导致山体整体性受损而出现裂缝，不稳定地质隐患增多，在极端天气条件下诱发了大量地质灾害，呈现出高频率、群发性、大规模等特征[14-19]。震后诸多次生灾害进入活跃期，如崩塌、滑坡灾害的活跃期可能会持续 5～10年，泥石流的活跃期则更久[20]。张永双等[21]将地震-滑坡-泥石流灾害链的形成、演化过程划分为孕育、地震同震滑坡、震后滑坡-泥石流发育、高位泥石流的动态演化四个阶段，这四个阶段是一个连续的过程。从滑坡-泥石流数量以及规模来看，其与震级大小和震源深度成正相关。对于地震力的计算，毛昶熙等[22]提出了一种改进算法，推导了降雨浸水饱和与非饱和情况下的浅层滑坡计算公式。地震的影响是不可避免的，因此要从其他方面作出努力以减轻灾害造成的损失。

2.2 地形和降雨

复杂陡峭的地形以及一定强度的持续降雨，是滑坡转化为泥石流的重要因素。地形条件中影响程度从高到低依次是山坡坡度、流域面积、沟床纵比降。大多数滑坡的坡度在20°～40°。流域面积越大，发生滑坡的数量越多，泥石流总量越大。沟床纵比降越大，泥沙搬运能力越强[23]，为泥石流的形成提供的势能越大。

从灾害链链式作用机理出发，认为强降雨在山地灾害链成灾演化中起到了关键的控制作用[1]，并且泥石流发生的可能性随降雨因子值的增加而增大[24]。降雨与滑坡-泥石流灾害存在因果关系，但缺乏定量的分析与验证，陆研等[25]运用信息流理论将降雨指标与滑坡-泥石流灾害进行了因果分析。刘丽楠等[26]研究了降雨诱发黄土坡体结构渗流破坏过程与机制，采用渗流-稳定性耦合计算方法，分析了非饱和渗透诱发坡体结构的失稳过程。

2.3 人类活动

人类对资源的过度利用和工程施工的不合理，对环境造成了不利影响。这些活动会造成不同程度的地质问题从而成为灾害链的致灾因素。反过来，灾害的发生也会对工程造成不同程度的破坏甚至威胁到生命安全[27]。在不破坏生态环境平衡的同时，合理利用资源，科学开发，与自然和谐共处，才是可持续发展之路。

3 滑坡-泥石流灾害链风险评估

随着地质灾害风险评估技术的发展，越来越多的学者开始投入对多灾种灾害链的研究。国内外对于单一泥石流灾害的风险评价已较为成熟，MURGESE等[28]建立了两种模型研究泥石流风险；唐川等[29-30]运用GIS和神经网络，基于人口和土地资源建立了复合函数模型等风险评价方法对泥石流风险进行了研究，并在实际案例中取得了合理的评价结果。而对滑坡-泥石流灾害链风险评估方面的研究起步较晚，胡凯衡等[31]建立了一个滑坡-泥石流灾害风险评估的概念体系和理论框架，界定了灾害易发性、危险性和风险性的内涵；马金珠等[32]通过遥感解译和科学实验，在白龙江流域建立了多尺度滑坡-泥石流综合风险评估体系与技术示范点；乔建平等[33]以风险区划、风险概率、风险受损率、风险防御工程效益四要素为基础建立了小流域滑坡-泥石流风险综合评估模型。但是，众多滑坡-泥石流灾害链风险评估模型对资料数据的多源性、可靠性、准确性要求较高，可能仅适用于单一案例。随着计算机科学的发展，滑坡-泥石流风险综合评估模型具有较广阔的应用前景。

4 滑坡-泥石流灾害链形成机制

滑坡流态化是指在滑坡高速运动过程中，由于震动和水的作用，使滑坡运动由滑动状态向流化状态转化的作用和过程。滑坡向泥石流的转化过程有两种类型：一种是强降雨后由浅层土体破坏和小型滑坡液化引起的边坡泥石流；另一类是大规模滑坡直接转化为泥石流[4]。YIN等[34]提出了地震诱发地灾主要表现为裂隙-滑坡-碰撞-刮擦-泥石流、裂隙-滑坡、振动-降雨-滑坡-泥石流、振动-抛掷-滚动四种机制。IMAIZUMI等[35]将泥石流引发机制分为3种类型，即表面流侵蚀、沉积物作为整体滑动、流体区域向上发展。

不少学者通过试验以及数值模拟等手段来探究滑坡-泥石流的转化机制。HSU 等[36]研究发现采用泥石流模型的数值模拟能更好地理解泥石流的发生和运动过程。ZHANG等[37]开展了室内滑槽试验，利用PFC进行模拟发现滑坡-泥石流运动过程中发生了颗粒碰撞，最终堆积物中出现了明显的分选现象。ZHOU等[38]采用物理模型和数值模拟方法发现在降雨过程中，滑坡堆积物的黏聚力和摩擦系数随含水率的增大而减小。李驰等[39]通过室内人工降雨试验模拟了泥石流的启动过程，利用FLAC建立了降雨条件下坡体雨水入渗分析数值模型，研究结果表明，降雨条件下泥石流的产生最先可能出现在坡脚，随着边坡角、降雨强度、土体饱和度的增大，边坡的稳定性逐渐下降，促进了泥石流的发生。陈晓清等[40]通过野外人工降雨试验，解释了滑坡转化为泥石流的启动机制是土体振动软化或液化。张明等[41]通过环剪试验发现除超孔隙水压力的作用外，软弱基座效应也是重要的转化机制之一，滑体土剪胀造成的黏聚力降低及应变软化是滑坡型泥石流转化的主要原因。周健等[42]对无黏性土滑坡-泥石流进行了离心机模型试验，结果显示其形成的原因是坡体中细小颗粒随孔隙水迁移，导致孔隙水压力升高，降低了坡体的抗剪强度。

上述研究都缺乏实时监测手段，实验以及模拟的结果与实际情况会有出入，另外地质条件本就复杂多样难以还原，外加灾害链的作用机制也十分复杂，因而结论可能会不准确，研究深度还远远不够。需要注意的是，不是所有的滑坡都会转化为泥石流，所以今后的研究方向、方法、技术应更加符合或高度还原灾害发生现场，这样才更具实践意义和应用价值。

5 滑坡-泥石流灾害链与其他灾种的链接

灾害对环境的敏感性造成了不同环境下原生灾害诱生的灾害链种类差异[43]。滑坡、泥石流作为中心载体的2个灾种，除了两者发生链式反应成灾以外，还能与其他灾种链接，形成更加复杂的链式结构。最常见的3条灾害链为：崩塌-滑坡-泥石流灾害链、滑坡-泥石流-山洪灾害链、滑坡-泥石流-堰塞湖灾害链。它们都具有链式放大效应，一旦发生，将会产生严重的后果，所以一定要做好日常的防灾减灾工作。

5.1 崩塌-滑坡-泥石流灾害链

崩塌-滑坡-泥石流灾害链可以简称为崩滑流灾害链[44]，指崩塌、滑坡、泥石流3个灾种在内外复杂因素的综合作用下，任意1个或2个灾种率先爆发，将使3种灾害接踵成链，同期迸发，致灾强度和破坏作用急剧扩大的灾害链式过程。崩滑流活动在时间序列上呈现出周期旋回变化，其中与降雨强度的季节性变化基本同步。崩滑流链存在以下4种情形：①滑坡诱发崩塌，引发泥石流，促成崩滑流灾链；②崩塌诱发滑坡，引发泥石流，促成崩滑流灾链；③崩塌和滑坡引发泥石流，促发崩滑流灾链；④泥石流冲刷、掏蚀，引发崩塌和滑坡，促发崩滑流灾链。

5.2 滑坡-泥石流-山洪灾害链

浅表层滑坡在冰川消融和冰湖溃决时会引发泥石流，泥石流堵塞河流以后会诱发洪水灾害，这是川藏铁路沿线最典型的地质灾害链[45]。山洪灾害具有群发性、隐蔽性强、成灾范围广[46]等特点，对所经之处会造成严重的环境破坏以及人员伤亡。可从系统角度入手，引用综合风险指数测定灾害损失，以达到对山洪灾害进行风险分析的目的[12]。

5.3 滑坡-泥石流-堰塞湖灾害链

在一定的地质地貌条件下，冰碛、滑坡、泥石流堆积等形成侧坝阻断河道，上游积水形成的湖泊称为堰塞湖。滑坡形成的大量松散岩体和水能资源，为泥石流、堰塞湖的形成提供了丰富的物质来源和外部条件[17]。堰塞坝在溃决瞬间呈现明显的放大效应，在重力、动静水压及掏蚀作用下，急速下泄[47-49]。溃坝方式对泥石流的扩大有重要影响[50]，因此有必要进一步研究其破坏机理。刘建康等[51]建立了滑坡-泥石流坝在自然条件下首次溃决的形式的经验公式模型，能有效预测溃坝对下游产生的危害范围和程度。

6 断链措施

灾害链包括孕灾环、激发环、演化环、损害环，孕灾环是前提，激发环是启动因素，演化环是过程，损害环是结果，环环相扣。断链措施主要有孕源断链减灾法、易控灾种防治断链法[52]。因此要从灾害链和单个灾种的形成机理以及触发条件入手，抓住关键因素和关键环节，切断灾害之间的连锁反应，以采取相应的防控措施。可利用国内外对山地灾害链已有的研究成果，优化出适用于滑坡-泥石流灾害链的防治方法。

对于滑坡灾害，国内外采用的防治基本原则均是以防为主，采取削坡减重、堆载反压、截排水工程、支挡工程、锚固工程和改变土体性质等措施进行综合整治[53-54]，同时对其进行综合预警监测。泥石流则需预防与治理同时进行，对上游物源区松散土体进行加固、引洪蓄水，在流通区设置梳子坝、切口坝、缝隙坝等拦挡装置，对冲积区进行及时清理与排导。

7 结语

滑坡、泥石流是山地灾害链的中心载体，两者具有共生关系。值得注意的是，不是所有的滑坡都会形成泥石流，根据形成条件的不同，它们有时单独发生，有时相伴发生，甚至会形成堰塞湖、山洪等一系列灾害，进一步扩大灾害范围。从成灾因素——地震、地形和降雨、人类活动等3个方面对滑坡-泥石流灾害链进行分析发现，多数情况是地震破坏山体后提供大量物源，在特定的地形以及强降雨条件下发生滑坡-泥石流。除此之外，滑坡-泥石流还会与其他灾种链接，引发其他类型灾害，而相继或滞后发生的灾害通常比原生灾害更具破坏性，需特别关注和重视。