泥石流形成过程中的因子与作用

前面我们提到了关于泥石流的形成条件和影响因素，但是一些具体的因素，如哪些是相对稳定的，哪些是活跃的，哪些因子是缓变的，哪些是急变的，以及它们在泥石流中起什么作用，我们还不了解。只有了解了这些因素，我们才能更好地对泥石流的发生进行综合评估。同时，也有利于我们抓住主要因子、活跃因子，使泥石流的防灾减灾工作能够顺利开展。通过对泥石流的形成进行预测，将复杂的事情简单化。

（1）影响泥石流发生的缓变因素和急变因素

在主导泥石流发生、发展的条件和因素中，各个发展因素的影响是不一样的，有的影响是快速的、突变的、相对活跃的，有的影响是缓慢的、渐变的，相对稳定的；地形条件中的山体隆升属缓慢因素，新构造运动升降差异最多也不过每年几厘米。

大的地貌格局，山脉的形成布局，如山地中的极高山、高山、中山和低山的海拔、形态等都是地质历史时期形成的。地质中既有缓变因素，也有急变因素，中小地貌像沟谷形态、沟谷纵坡、流域面积、山坡坡度、阶地、跌水（指的是在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯形，水流呈瀑布跌落式通过的沟槽）等，变化一般比较缓慢。风化作用能够形成风化壳，比如，一般比较厚的高温多雨的热带风化壳，厚度都在20米以上，高山区的寒冻风化作用非常盛行，但是风化过程较慢。动力地质作用，影响了山坡上残积物、坡积物的形成，河床与沟床的侵蚀、堆积是不断积累长期渐变的过程；由于长期地积累，泥石流沟床内形成了丰富的松散碎屑物质；气候和降水条件呈周期性变化，地质历史上的冰期、间冰期，人类历史上的气候、降水条件的波动，都属于缓变因素。

地质条件中的重力侵蚀属于急变因素，泥石流沟内的滑坡、崩塌等重力侵蚀及陡坡耕地上的强度剧烈侵蚀、泥石流对沟谷侵蚀的“揭底”现象，造成了侵蚀模数和侵蚀深度的加大。

云南东川蒋家沟沟口外1965年修建的泥石流堤，随着沟床的淤高，现在堤顶已高出堤外原堆积扇地面41米，就像一座“城建”。强震转眼间就能改变地表形态，发生于山区的强震（如1933年四川叠溪地震、1950年西藏察隅地震和1976年松潘平武地震）都造成了山崩、泥石流，大量松散碎屑物质充填山谷，甚至堵江成湖。暴雨、大暴雨、天然堤坝的溃决、冰湖溃决等突发性水源激发的泥石流，也都属于急变因素。人为活动对泥石流的影响在当今最为活跃，开矿、筑路、弃碴、松散土石体的数量剧增，同样也属于急变因素。

分析主导泥石流发生的缓慢因素和急变因素，目的是在于知道哪些因素是不可控制的，哪些因素是可控制的。缓变因素是指天空、地表和地下等大的自然环境。从人类历史的过去到现在以至将来正所谓“江山依旧”，但仔细观察也在缓慢地变化着，这些因素是不可控制的。一个流域或区域的泥石流只有具备发生的环境和条件时才能存在。泥石流在有利的组合关系下会很活跃，急变因素都发生在陆地表面，有的人类目前技术还不可能控制它、治理它，有些不可控制的因素，人们只能预防、监测、避开它，如大型的滑坡、崩塌、泥石流、地震等；有的如中小型滑坡、崩塌、泥石流等在人类目前技术条件下，是能够控制和整治的。关于人为活动，因我国的人口、资源、环境所带来的一系列问题，导致人地矛盾越来越突出，环境质量每况愈下，加之季风气候明显，各种灾害丛生。

（2）形成泥石流的激发条件

在同一地质、地形条件相比之下，降水是引起泥石流暴发和规模最活跃的条件。由于降水有比地形地质更大的年月日变率，因此，世界各国都将降水作为泥石流发生的激发因子和预测指标。

不同成因类型的泥石流有不同的激发条件，暴雨或大暴雨激发常常引起雨水泥石流；当年热季连续数日的高温引起冰雪强烈消融就会激发冰雪消融泥石流，沟蚀泥石流要求足够大的暴雨径流才能起动。这些暴雨、气温、径流都具有数量界限，即通常所说的临界值，达到或超过临界值，泥石流就将发生或大量发生。我国和国外的一些泥石流专家对泥石流发生的临界值，特别是暴雨临界值，都进行了较深入的研究。

暴雨雨滴对地表的侵蚀力量和溅击是很强的。据研究，直径4.5毫米具有9米/秒终速度的大雨滴产生的动能比直径1.0毫米，具有3.8米/秒终速度的小雨滴产生的动能大500倍，降雨强度70毫米/小时的暴雨几乎是强度50毫米/小时暴雨所散失在地面功能的100倍，这类暴雨在一小时内可把15厘米厚的表土层分别拉起84厘米和90厘米，而强度20毫米/小时雨量的能量连土块都不能打碎。强大暴雨所具有的侵蚀力和打击力，使得陡坡上处于临界平衡状态的松散碎屑物失去稳定而坠落，这是运动水体作用的一部分。另外一部分是暴雨使斜坡上土石体中含水量猛增，增大了静水压力的孔隙水压力，增大了含水后的土石体重量，而减小了摩擦系数和安息角，如干燥时的沙黏土的摩擦系数0.84，饱和后就下降到0.31。随着松散碎屑含水量达到饱和甚至是过饱和，再加上暴雨径流的冲蚀，造成山坡上的土石体下滑，生成崩塌、暴雨滑坡、山坡泥石流。关于沟槽雨、径流雨沟蚀泥石流起动的关系，由模型试验证明， “表面流”使沟床堆积物起动的条件，与沟床坡度、径流临界深度和砾石粒径有关。沙石层中因泥石流发生产生的临界坡度约为14度，只有沟床坡度超过14度，表面流水深和颗粒粒径之比为1:4时，才能发生沟槽泥石流，但是，如果表面流水深和颗粒粒径之比超过1:4的时候，颗粒移动层和水流层就会发生分离，形成普通山洪。

在暴雨泥石流的临界研究方面，得到有四川暴雨泥石流区域临界雨量指标。所谓区域临界雨量是指在区域内，当面上的降雨量和平均降雨强度达到或超过一定量级时，在该区域内，就可能有许多泥石流沟同时发生泥石流。气候类型、相对高度和地址因素的差异导致了临界雨量在各个区域的差异。一般而论，半湿润半干旱、泥石流相对高度较大的山区，暴雨泥石流区域临界雨量值偏低，我们将其称之为低雨型，如川西南（凉山州、攀枝花市）、川西、川西北（阿坝州、甘孜州），区域临界日雨量值偏低，仅25～80毫米；湿润气候、泥石流沟相对高度较小的山区，区域临界雨量则值偏高，我们称之为高雨型。如重庆市（含长江三峡）、大巴山即四川盆地西部的龙门山，暴雨泥石流的区域临界日雨量值偏高，达到120～200毫米。

我国的暴雨泥石流皆有规律，区域临界雨量值达150～200毫米/天的大暴雨或特大暴雨，雨强超过60毫米/小时才形成泥石流。武陵山、南岭、井岗山及云岭等低山区，气候湿润，泥石流沟的相对高度较小，临界雨量值同样偏大，如湘桂间南岭、江西井岗山的泥石流，雨强达到150～200毫米/天才能暴发。华北的燕山、太行山东麓及辽东辽西山地为低山区，泥石流沟的相对高度较小，又属半湿润气候，要求有更大的水动力条件；西北半干旱区的暴雨历时短暂，泥石流发生的雨强20～40毫米/小时。

日本属湿润区，气候类型不及我国复杂，受梅雨、台风雨的影响，年降水量只有1200～2000毫米。据研究证实，只要产生150毫米/天以上的大暴雨或30毫米/小时以上的雨强时，就有可能发生崩塌、泥石流。

发生冰雪融水泥石流和气温、降水变化有很大关系。西藏和西北高山冰雪区，如果冰舌部分的日平均温度达到5度的时候，使冰川急剧消融，冰雪融水量明显增加，能激发泥石流的日平均温度下限：海洋冰川一般为5度，大陆性冰川一般为9度。在高山冰雪区如果夏季高温时再伴有丰沛降雨，异常充足的水源，更加促成了泥石流的发生。在藏东南波密等地的海洋性冰川区，夏季高温时间长，又逢多雨年，暴雨频繁，这些都是增加泥石流暴发的重要因素，培龙沟曾有四年连续发生多场大型泥石流。横断山脉高山区冬季若出现降雪异常，夏季又逢持续高温或春末夏初突然增温，很容易多沟同发泥石流。贡嘎山区1980年7月下旬连续8天高温，冰雪消融强烈，又骤降暴雨，瓦斯沟流域多条支沟暴发泥石流。

（3）影响泥石流发生的可能性因素

泥石流的形成包含三个基本条件和两个影响因素，而每一类中又包含了众多的因子。它们在泥石流形成过程中，相互作用，互相影响。

我们先来看一下泥石流形成的三个基本条件。

地形条件：主要为泥石流提供动能。流域形状和面积大小决定着泥石流形成的规模，所以地形条件主要因子应考虑坡降，流域比高，沟谷密度，保持厚度。(www.xing528.com)

地质条件：主要为泥石流形成提供固体物质。岩性、构造、地震、风化程度及不良地质现象等主要因子，决定着不稳定固体物质的数量和可动性。它们在本区越发育，泥石流形成的可能性越大，反之亦然。同时泥石流的黏性或非黏性也由地质条件决定。

降水条件：降水是泥石流形成的重要条件，为泥石流的发生提供充足的水量，也是泥石流及滑坡、崩塌发生的激发因素。雨强、暴雨频率、雨量和气温四个因子是降水条件中的主要因子。这些因子均系不稳定因子，经常发生变化，是形成泥石流最重要、最活跃的因素。其中，气温主要对冰雪融水引起的泥石流起作用。

如果泥石流影响因素发生变动，那么，其他的条件也会受到影响。我们来看一下泥石流的两个影响因素。

环境因素：环境因素是加速或减弱泥石流发生规模、频率的影响因素。其中森林覆盖率、水土流失状况及荒漠化状况是影响因素中最主要的因子。泥石流的加剧或减弱受环境影响的同时，也可以影响环境变化。环境变化更受到人类经济活动的控制。

社会经济活动：人类经济活动主要表现在：泥石流区内的陡坡耕地面积率、放牧方式、牛羊密度、人口密度和人均收入等级（贫困、中、富裕）。这些经济活动直接影响到环境的改变。经济活动合理，就能够保护和优化环境，减轻泥石流的灾害，经济活动不合理，则加剧山地泥石流灾害的发展。

（4）泥石流产生的可能性评定

如何根据泥石流形成的条件和影响因素，来定量地综合确定发生泥石流的程度，国内外都有关于此类的研究，但没有一种方法是通用的，例如资料统计法（专家评分法）、主导因子相关分析法（灰色系统分析法）、临界常数分割法。以上方法，都带有主观性和经验性，没有统一的指标，最后得出的结果差别也很大，不能交叉研究。

这里我们依据上述泥石流因子分析，暂确定各因素在泥石流形成中的权重，给予赋值。比如，我们确定泥石流形成的极值为100，形成的临界值为60。然后根据取值计算，进行打分评估如下：

小于60：泥石流不发生；

60～70：泥石流发生可能性小；

70～80：泥石流发生可能性中等；

大于80：泥石流发生可能性大。

（5）泥石流的形成条件影响因素

综合评估泥石流发生的可能性，理论上来讲是全面可靠的，但是要做到定量每个因子和相互关系，就极为复杂且不可能了，所以，我们可以利用形成泥石流的三大条件进行概化，以预测泥石流发生的可能性。这方面的尝试，过去无人涉足。这里提出的利用三大条件进行泥石流发生可能性预测模式，也只能是提供进一步探索此问题的思路和方法。

最后研究发现，除了其他条件以外，下垫面土体的性质有十分重要的作用。如果我们对某个泥石流发生区能够做出比较详细的调查和实验，用同样的方法绘制出该区域泥石流形成条件略模图，就可以评估泥石流的形成了，而且也可作为泥石流预测预报的基础资料。

（6）降雨因素的影响

为了简化对泥石流产生的预测，泥石流灾害的预报工作，降雨就成为了世界各国作为泥石流预报指标来重点观测研究，达到可操作的目的。根据这一方法，在这一领域里也取得了不少成果，但一般都是频率高的泥石流沟，并且都具有地区性，没有普遍性，不适合大范围地推广。为了使这种方法分析方便，首先需要弄清楚被预测的泥石流沟是高频率或是低频率泥石流，因为两种流域环境条件有很大的不同，要求的雨量临界值也不相同。根据近几十年中国所发生的泥石流灾害的统计，中国的泥石流灾害一般有两大类，一类是高频率泥石流（一年或几年暴发一次或多次的泥石流）引起的灾害；另一类是低频率泥石流（几十年到几百年才暴发一次的泥石流）引起的灾害。这两类泥石流在流域的环境背景、需要的降雨条件及形成机理方面都有明显的不同。

利用降雨预报泥石流的方法有很多种，例如，临界雨量值判别、降水过程天气系统成因法、临界水深测量法、雨量等值线图解法等，都可以应用于泥石流的预报中，但目前得到的研究较深入、能够普遍应用于实际的是临界雨量值判别法。