產生於溝穀中或坡地上的飽含大量固體物質(泥、沙、石塊和巨礫)的、不均質的特殊洪流。它具有突然暴發、歷時短暫、來勢兇猛、破壞力大等特點,是山區常見的一種自然災害。

  研究簡況 在泥石流研究中,蘇聯居領先地位。蘇聯的研究始於1859年,研究內容較廣,且註重綜合研究,設有全國性的統一協調機構,成果顯著。日本是一個多泥石流的島國,1966年開始進行泥石流定點觀測和室內實驗研究,進展較快快,在世界泥石流研究中居重要地位。其他如奧地利、美國、英國、法國、民主德國和聯邦德國、南斯拉夫、羅馬尼亞、挪威、加拿大、澳大利亞、新西蘭和印度尼西亞等國傢,均不同程度地進行瞭泥石流災害的防治研究。中國古代先民已積累瞭一些同泥石流作鬥爭的經驗,但對泥石流的科學研究始於20世紀50年代,至80年代中期,已積累瞭豐富而珍貴的泥石流資料,初步掌握瞭中國泥石流的分佈、形成、運動、堆積及其發展演變的規律,針對不同山區、不同類型、不同防治要求的泥石流,摸索出一些行之有效的綜合治理或單項治理的方法。與國外相比,中國在區域泥石流綜合考察研究、野外定位觀測試驗研究(見彩圖)、泥石流預警報研究和綜合治理研究等方面成績較顯著。

中國科學院雲南東川泥石流觀測站

  形成條件 泥石流是泥沙石塊和水相互作用、矛盾的產物,它的形成和發展受到地質、地貌、水文、氣象等一系列因素的控制和影響,而人類活動的合理與否又在很大程度上抑制或加劇瞭泥石流的形成和發展。總括起來,泥石流的形成須同時具備3個條件:①流域內有豐富的松散固體物質,並能以滑坡、崩塌等塊體運動方式轉移到溝谷內,直接與湍急的水流相互作用而成泥石流,這是形成泥石流的物質基礎;②流域內谷坡陡峻,溝床縱比降大,有利於水流的匯集和松散堆積物的崩落,並摻混為泥石流體迅猛下瀉,這是形成泥石流的地形條件;③在溝谷的上、中遊區,有暴雨洪水,或冰川積雪融水和湖泊、水庫潰決等提供充沛的水源,憑借有利的匯流地形,沖蝕掏挖谷坡或溝床松散物,這是形成泥石流的水動力條件。上述3個條件是相輔相成的,其總的規律是:泥石流的區域分佈和發育程度受控於地質構造和地貌組合,泥石流的暴發頻率和活動強度受控於水源補給量和水動力激發因素,泥石流的性質和規模受控於松散固體物質的儲量多寡和補給方式。因此,在空間分佈上,泥石流主要形成於斷裂構造發育或新構造運動活躍、地震頻發、降水集中且多局地性暴雨和水土流失嚴重的山區,以及古冰川發育、現代冰川盤踞(尤以現代海洋性冰川分佈的山區最為活躍)的高山地區。在時間上,泥石流大多形成於多年幹旱後的或者人類不合理地開發利用山地資源後的多雨或暴雨年份;氣候轉暖,冰川衰退、積雪消融、凍土解凍的年份。

  形態分區 泥石流大多發育在山區大江、大河兩岸的支溝中,典型泥石流溝的流域形態類似一條金魚,從上遊到下遊分為泥石流形成區、流通區和堆積區3個區段。

  形成區 位於流域的上遊,多為高山環抱的漏鬥狀地形,滑坡、崩塌或冰崩、雪崩等多集中於此,山高谷深,坡陡流急,重力侵蝕和坡面侵蝕強烈,是泥石流的發源地,形成泥石流的固體物質和水源主要由這裡供給。

  流通區 位於流域的中遊,多為基巖峽谷地形,溝床縱坡大,常有陡坎、跌水或瀑佈,是泥石流破山而出的通道。

  堆積區 多位於流域的下遊,泥石流到此擺動頻繁,快速漫淤,形成扇形和錐形地貌,大小石塊密集,地面壟崗起伏、坎坷不平,山區城鎮、村寨、廠礦、鐵路和公路等多佈設於此,是遭受泥石流襲擊的主要地區。

  分佈和危害 泥石流在全球山區廣為分佈,除南極洲外,其餘6大洲都有泥石流活動。最活躍的地區是北回歸線至北緯50°之間的山區,諸如阿爾卑斯山-喜馬拉雅山系、環太平洋山系、歐亞大陸內部一些褶皺斷裂山系等,其次是拉丁美洲、大洋洲和非洲的某些山區。在北回歸線以南的地區,有時也發生泥石流活動(見彩圖)。泥石流災害波及世界60多個國傢和地區,受災最多的國傢有蘇聯、日本、美國、奧地利、印度尼西亞、秘魯、智利、新西蘭、印度、巴基斯坦、法國、意大利和尼泊爾等。據已公佈的資料,日本有泥石流溝6萬餘條,蘇聯有6000餘條,奧地利有4000餘條,每年都造成巨大的經濟損失和人身傷亡。蘇聯的阿拉木圖城在歷史上屢遭泥石流的襲擊,1921年一次特大泥石流,造成500人死亡、損失財產達600萬盧佈。1966年意大利暴發泥石流,死亡100餘人,埋沒瞭30萬公頃耕地、5萬隻大牲畜。1973年7~8月間,日本全國性大暴雨使230多條溝谷普遍暴發泥石流,釀成巨大災害。美國的泥石流主要分佈於西部幹旱山區,地處內華達山脈的洛杉磯城附近有泥石流溝100多條。

香港泥石流

  中國是世界上泥石流分佈廣泛、類型多樣、活動頻繁、危害較重的國傢之一。根據自然環境的差異以及泥石流類型、結構和活動的特點,將中國泥石流劃分為極強活動、強烈活動和弱活動3個區和6個亞區:①青藏高原邊緣山地冰川泥石流亞區,②橫斷山脈和川滇山地暴雨泥石流亞區,③黃土高原邊緣梁峁溝壑暴雨泥流亞區,④西北山地暴雨-冰雪消融泥石流亞區,⑤華北和東北山地暴雨水石流亞區,⑥東南沿海山地丘陵暴雨(臺風雨)水石流亞區(圖1)。

圖1 中國泥石流分佈圖

據統計,泥石流災害波及到全國23個省區,有近200座縣城遭受過災害性泥石流。中國鐵路沿線(臺灣省鐵路未計)有泥石流溝1010條,主要集中在成昆鐵路、寶成鐵路、隴海鐵路(西段)、蘭青鐵路、青藏鐵路、鷹廈鐵路和東川支線上。近幾十年的跡象表明,中國泥石流的活動范圍和破壞強度,隨著山區建設的不斷發展,有明顯擴大和加重的趨勢。

  性質和特點 泥石流不同於一般水流或洪水,它是高濃度的固液相顆粒流,泥石流體中固體物質的體積含量達30~80%,流體容重在1.5~2.3噸/米3左右。固體物質的多寡、成分和補給方式,決定泥石流的性質、類型和規模,與一般水流相比,它有如下特點:

  突發性和短暫性 一般山區河流,旱季多為涓涓細流,雨季變為滔滔洪流。泥石流則是幾年、十幾年甚至幾十年出現一次,它突然暴發、瞬間即逝(一場泥石流歷時幾分鐘至幾個小時),來勢兇猛,常在頃刻之間造成巨大災難,並使當地自然環境發生變化。

  多相性和不均質性 泥石流是泥砂石塊和巨礫組成的不均質的固液兩相流體。其成分從粒徑0.005毫米的粉砂粘粒到幾米至一、二十米的大漂礫,其大小懸殊是任何類型的水流都無法比擬的。

  脈動性和大沖淤量 泥石流暴發時,幾乎以相等的間隔時間一陣一陣地流動,稱為陣性運動或波狀運動,這是由於泥石流不均勻流動造成的。中國雲南東川蔣傢溝的泥石流是典型的陣性流,一陣可出現幾十次至幾百次脈動。泥石流沖淤量大得驚人,一次泥石流可將溝床切深幾米至十幾米,搬出山外的固體物質可達幾十萬、幾百萬至上千萬立方米;搬出巨礫的重量,可達幾百噸、幾千噸至上萬噸(圖2),形成一片“石海”。

圖2 被泥石流搬出溝口的巨礫

  周期性和季節性 泥石流的活動過程有其活躍期與間歇期的交替變化,即泥石流的周期性活動特便。泥石流的活動有季節性,主要受氣候條件的制約,不論暴雨區或冰川區的泥石流,大多發生於每年的夏、秋高溫多雨季節。

  夜發性和齊發性 據統計,大部分災害性泥石流多發生在夏、秋季節的傍晚或夜間。這種夜發性特點在中國尤為明顯,中國屬季風氣候,夏、秋季節的午後至傍晚往往是暴雨雨勢最大、冰雪消融最強烈的時段,泥石流的暴發一般稍晚於水源的突增時間,故多發生於傍晚至夜間。不少山區泥石流溝成群、成片或成帶分佈,因此大暴雨往往導致多條溝同時齊發泥石流。

  分類 對泥石流分類國內外學者提出瞭多種方案,總的趨勢是由單項分類向綜合分類發展。目前有如下幾種分類系統:

  形成特點分類 ①冰川泥石流,在高山冰川區因冰雪的強烈消融而造成的泥石流。②降雨泥石流,在非冰川覆蓋的山區由降雨造成的泥石流。

  溝谷形態分類 ①溝谷泥石流,指發育完整的大型泥石流溝,能區分出泥石流的形成區、流通區和堆積區。②山坡泥石流。指發育在山坡坡面上的小型泥石流溝,形成區和堆積區相貫連,無明顯的流通區。

  物質組成分類 ①泥石流,由泥砂、石塊、巨礫和水所組成的較粘稠的流體。②泥流,以細粒的泥砂為主、含有少量碎石巖屑的稠泥狀流體,如黃土泥流、火山灰泥流。③水石流,由水與粗砂、石塊和巨礫組成的特殊流體,其粘粒含量少於上述兩類,發育在大理巖、白雲巖和礫巖山區。

  結構-流變分類 ①稀性泥石流(圖3),水與固體物質分離,水為搬運介質,容重1.5~1.8噸/米3,含沙量800~1200千克/米3,紊動強烈。②粘性泥石流(圖4),水與固體物質融為一體,質體粘稠,水已不是搬運介質,容重大於2.0噸/米3,含沙量大於1600千克/米3,以層流運動為主。③過渡性泥石流,介於上兩者之間,容重1.8~2.0噸/米3,含沙量1200~1600千克/米3

圖3 稀性泥石流(紊動形態)

圖4 粘性泥石流(沖起形態)

  規模分類 ①小型泥石流,一次泥石流總方量小於10萬立方米,沖淤輕微,破壞性小。②中型泥石流,一次泥石流總方量為10~50萬立方米,沖刷、淤積均較強烈,對建築物有較大破壞力。③大型泥石流,一次泥石流總方量為50~100萬立方米,沖刷、淤積很強烈,對建築物有很強的破壞力。④特大型泥石流,一次泥石流總方量大於100萬立方米,沖刷、淤積均極強烈,對各類建築物有毀滅性的破壞。

  防治措施 ①與保護山區環境結合進行防治。泥石流是山地環境各種自然因素和人為活動綜合作用的結果,防治泥石流須從保護山地環境入手,把治理小流域同改善大環境緊密結合起來。在擬定山區開發利用規劃時把泥石流和其他山地災害的預防和治理規劃緊密結合起來,根據山地的特點和優勢,科學合理地開發利用各種資源,抑制泥石流形成的3個基本條件。②以防為主,防與治相結合。泥石流溝數以千計萬計,很難對所有的泥石流溝逐條地進行治理,因此應把泥石流預測預報工作放在首要地位,在判定泥石流溝位置以及泥石流形成發展的基礎上,擬定預測預報方案和危險區劃范圍,山區的經濟發展、城鎮規劃、廠礦佈局和交通線網等一系列重大工程的實施應盡可能地避開泥石流活動區。③防治突出重點,因害設防。從目前看,應把城鎮泥石流防治放在首位,其次是礦山和交通幹線的泥石流防治。④治理與幹流江河整治相結合。絕大多數泥石流溝都發育在幹流江河兩岸的山溝中,泥石流將大量泥砂石塊傾入江河,危害沿江谷地,因此確定幹流江河整治方案時要兼顧治理泥石流的活動。⑤技術治理與管理相結合。泥石流的防治工程,包括工程措施中的攔擋、停淤、排導,生物措施中的植樹造林等,應與管理養護以及組織上、政策上和方法上的一系列措施結合。

  

參考書目

 中國科學院冰川凍土沙漠研究所編:《泥石流》,黃學出版社,北京,1973。

 全國泥石流防治經驗交流會論文集編審組編輯:《全國泥石流防治經驗交流會論文集》,科學技術文獻出版社,重慶,1983。