六、泥石流
（一）泥石流的一般特征
泥石流是山区特有的一种突发性地质灾害现象。它常发生于山区小流域，是一种饱含大量泥沙石块和巨砾的固液两相流体，呈黏性层流或稀性紊流等运动状态，是地质、地貌、水文、气象、植被等自然因素和人为因素综合作用的结果。泥石流暴发过程中，有时山谷雷鸣、地面震动，有时浓烟腾空、巨石翻滚；混浊的泥石流沿着陡峻的山涧峡谷冲出山外，堆积在山口。泥石流含有大量泥沙石块，具有发生突然、来势凶猛、历时短暂、大范围冲淤、破坏力极强的特点，常给人民生命财产造成巨大损失。
泥石流具有如下三个基本性质，并以此与挟沙水流和滑坡加予以区分。
（1）泥石流具有土体的结构性，即具有一定的抗剪强度，而挟沙水流的抗剪强度等于零或接近于零。
（2）泥石流具有水体的流动性，即泥石流与沟床面之间没有截然的破裂面，只有泥浆润滑面，从润滑面向上有一层流速逐渐增加的梯度层；而滑坡体与滑床之间有一破裂面，流速梯度等于零或趋近于零。
（3）泥石流一般发生在山地沟谷区，具有较大的流动坡降。泥石流体是介于液体和固体之间的非均质流体，其流变性质既反映了泥石流的力学性质和运动规律，又影响着泥石流的力学性质和运动规律。无论是接近水流性质的稀性泥石流，还是与固体运动相近的黏性泥石流，其运动状态介于水流的紊流状态和滑坡的块体运动状态之间。泥石流中含有大量的土体颗粒，具有惊人的运移能力和冲淤速度。挟沙水流几年，甚至几十年才能完成的物质运移过程，泥石流可以在几小时，甚至几分钟内完成。由此可见，泥石流是山区塑造地貌最强烈的外营力之一，又是一种严重的突发性地质灾害。
根据泥石流发育区的地貌特征，一般可划分出泥石流的形成区、流通区和堆积区。泥石流形成区位于流域的上游沟谷斜坡段，山坡坡度30°～60°，是泥石流松散固体物质和水源的供给区。泥石流流通区位于沟谷的中下游，一般地形较顺直，沟槽坡度大，沟床纵坡降通常在1.5%～4.0%。泥石流堆积区是泥石流固体物质停积的场所，位于冲沟的下游或沟口处，堆积体多呈扇形、锥形或带形。
（二）泥石流的形成条件
泥石流现象几乎在世界上所有的山区都有可能发生，尤其是在新构造运动时期隆起的山系最为活跃，遍及全球50多个国家。我国是一个多山的国家，山地面积广阔，又多处于季风气候区，加之新构造运动强烈、断裂构造发育、地形复杂，从而是我国成为世界上泥石流最发育、分布最广、数量最多、危害最严重的国家之一。泥石流的形成条件概括起来主要表现为三个方面：地表大量的松散固体物质、充足的水源条件和特定的地形地貌条件。
1.物源
泥石流形成的物源条件指物源区岩土体的分布、类型、结构、性状、储备方量和补给的方式、距离、速度等。而岩土体的来源又决定于地层岩性、风化作用和气候条件等因素。
从岩性来看，第四系各种成因的松散堆积物容易受到侵蚀、冲刷。因而山坡上的残坡积物、沟床内的冲洪积物以及崩塌、滑坡所形成的堆积物等都是泥石流固体物质的主要来源。厚层的冰碛物和冰水堆积物则是我国冰川型、融雪型泥石流的固体物质来源。
就我国泥石流物源区的土体来说，虽然成因类型很多，但依据其性质和组成结构可划分为碎石土、沙质土、粉质土和黏质土4种类型。沙质土广泛分布于沙漠地区，但因缺少水源很少出现水沙流，而多在风力作用下发生风沙流；粉质土主要分布于黄土高原和西北、西南地区的山谷内，在水流作用下可形成泥流；黏质土以红色土为代表，广布于我国南方地区，是这些地区泥石流细粒土的主要来源。板岩、千枚岩、片岩等变质岩和喷出岩中的凝灰岩等属于易风化岩石，节理裂隙发育的硬质岩石也易风化破碎，这些岩石的风化物质为泥石流提供了丰富的松散固体物质来源。
2.水源
水不仅是泥石流的组成部分，也是松散固体物质的搬运介质。形成泥石流的水源主要有大气降水、冰雪融水、水库溃决水、地表水等。我国诱发泥石流灾害的水源通常是由暴雨形成，由于降雨过程及降雨量的差异，形成明显的区域性或地带性差异。如南方雨量大，泥石流较为发育；北方雨量小，泥石流暴发数量也少。
3.地形地貌
地形地貌对泥石流的发生、发展主要有两方面的作用：
（1）通过沟床地势条件为泥石流提供位能，赋予泥石流一定的侵蚀、搬运和堆积能量。
（2）在坡地或沟槽的一定演变阶段内，提供足够数量的水体和土石体。沟谷的流域面积、沟床平均比降、流域内山坡平均坡度以及植被覆盖情况等都对泥石流的形成和发展起着重要的作用。
泥石流既是山区地貌演化中的一种外营力，又是一种地貌现象或过程。泥石流的发生、发展和分布无不受到山地地貌特征的影响。全球泥石流频发地带主要分布于环太平洋山系和阿尔卑斯—喜马拉雅山系。这两大山系的新构造运动活跃，地震强烈，火山时有喷发，山体不断抬升，河流切割剧烈，地形高差相对大，为泥石流发育提供了必需的地形条件。我国泥石流比较集中地分布于全国性三大地貌阶梯的两个边缘地带。这些地区地形切割强烈，相对高差大。坡地陡峻，坡面土层稳定性差，地表水径流速度和侵蚀速度快。这些地貌条件有利于泥石流的形成。地形陡峻、沟谷坡降大的地貌条件不仅给泥石流的发生提供了动力条件，而且在陡峭的山坡上植被难以生长，在暴雨作用下，极易发生崩塌或滑坡，从而为泥石流提供了丰富的固体物质。如我国云南省东川地区的蒋家沟泥石流，就明显具有上述特点。
泥石流的规模和类型受许多种因素的制约，除上述三种主要因素外，地震、火山喷发和人类活动都有可能成为泥石流发生的触发因素，从而引发破坏性极强的自然灾害。
（三）泥石流灾害实例
1.四川省“8·13”特大泥石流灾害
2010年8月12—14日，四川省部分地区降大到暴雨，局部地区大暴雨。本次降雨主要分布在成都、德阳、广元、绵阳、雅安、阿坝等“5·12”汶川地震的重灾区，并使极重灾区绵竹市清平乡、汶川县映秀镇和都江堰市龙池镇遭受了极为严重的泥石流灾害，造成了惨重的损失，这次泥石流灾害被相关部门统称为四川省“8·13”特大泥石流灾害。
（1）竹清平乡泥石流灾害。2001年8月12日18时至13日凌晨4时四川省绵竹市清平乡出现局地大暴雨，引发特大山洪泥石流灾害，使全乡6000余人遭受不同程度灾害，并造成7人遇难，7人失踪，33人受伤。泥石流灾害大范围损毁和掩埋了清平乡场镇（图5-18、图5-19），造成清平乡379户房屋受损，占总户数的20.9%，直接经济损失达6亿元左右。
图5-18 清平乡文家沟滑坡及泥石流灾害前后三维对比图
图5-19 绵远河流域文家沟泥石流汇水区、冲沟物源区和堆积河道区域航空影像
8月12日18时左右，清平乡开始降雨，22时之前，雨量较小，随后逐渐增大。22时30分时至13日凌晨1时30分左右，降雨演变为大到暴雨。随后逐渐减小，直至13日凌晨4时00分左右停止。据清平乡雨量站监测结果表明，此次降雨过程总雨量达到227mm。12日23时45分时左右，文家沟、走马岭沟开始暴发泥石流。13日凌晨l时左右，文家沟内大方量的泥石流整体涌出，泥石流像一股猛烈的巨浪一样瞬间抵达绵远河对岸，随即又折返回来形成堆积坝，堵塞绵远河，形成堰塞湖。后续的富含泥沙和碎块石的山洪泥石流逐渐漫过堆积坝，流向河流下游，将场镇上游新建的幸福大桥冲垮，整体向前推移至下游的老大桥，新桥桥面与老桥紧密贴合，致使桥洞大面积堵塞，形成“拦挡坝”。受此影响，13日凌晨2时30分左右，山洪泥石流改道漫流，进入左侧的清平乡场镇，淹没了镇上的学校、加油站及部分安置房。
清平乡在汶川地震前地质灾害就极为发育，共查明地质灾害隐患44处。汶川地震后新增地质灾害隐患71处。本次泥石流灾害共有11条沟同时暴发泥石流，在清平乡场镇形成了长达3.5km，宽400～500mm，平均厚约5m（最大厚度超过13m），总方量约600×104 m3的堆积和淤埋区，覆盖面积达120×104 m2左右。
（2）汶川县映秀红椿沟泥石流灾害。汶川县映秀红椿沟位于映秀新城区对岸，汶川地震的发震断裂带映秀—北川断裂带顺该沟穿过。红椿沟沟域面积5.35km2，主沟长3.62km，沟口至沟源相对高差1288m，沟床纵坡在沟口段10°～15°，沟源段15°～35°。“5·12”汶川地震在沟谷两岸诱发了大量的崩塌、滑坡，新增松散固体物源量约380×104 m3。
2010年8月13日下午4时30分左右，映秀镇开始降雨，至8月14日凌晨雨强加大，2 h降雨量达163mm。14日凌晨3时00分左右，红椿沟上游及其甘溪铺、大水沟、新店子等支沟同时暴发泥石流，5时左右结束。调查表明，在距红椿沟沟口约1km处的沟道内集中分布了“5·12”地震形成的B7崩塌、H 2、H 3滑坡等松散堆积物。此沟段物源量约100×104 m3，由大量泥土夹少量碎块石组成，结构松散，堆积厚度约20m。由于H 2和H 3呈“对冲”状态分布于红椿沟两岸，堵塞沟道形成滑坡坝。当上游洪水和泥石流体淤埋上涨到一定高度后滑坡体突然溃决，形成阵发性泥石流，将前部B7崩塌的部分物质冲掉。约70×104 m3的泥石流体，在经约1km沟道的加速流动后，其中约40×104 m3的泥石流龙头快速冲入岷江，形成宽约100m、长350～400m的堰塞体堵断岷江河道，将岷江主流逼向河谷右岸，直接冲进映秀新区，形成特大洪涝灾害。另30×104 m3因前缘受阻逐渐减速停积于沟口段。事后的调查分析表明，在此次泥石流暴发过程中，H 3滑坡几乎被全部冲走，其提供松散物质约18×104 m3；H 2滑坡的坡脚部分被侵蚀，提供5×104 m3左右的物源（H 2滑坡总体积为55×104 m3），B7崩塌大部分被冲走（B7总体积15×104 m3），提供了10×104 m3的物源，其他物源来自沟道中上游。2010年8月18日的另一次强降雨使停积于红椿沟沟口段的部分堆积物再次启动5～8×104 m3，使已疏通的河道再次被堵塞，造成映秀镇的二次洪涝灾害。
2.都江堰市龙池泥石流灾害
都江堰龙池镇于2010年8月13日午后开始降雨，15时30分降雨增大，最大1h降雨量达75mm（16时00分—17时00分），最大2h降雨量128.3mm（16时00分—18时00分），从15时00分到18时00分降雨量达150mm，从16时00分开始暴发泥石流。受特殊地形、地质条件影响，龙池镇在汶川地震前地质灾害就极为发育，共有21处地质灾害隐患点。汶川地震后，地质灾害隐患点增加到57处。在“8·13”强降雨过程中，龙池镇新增地质灾害点63处，其中泥石流37处、滑坡22处、崩塌4处，主要沿龙溪河两岸分布。“8·13”强降雨使龙池镇约50条沟同时暴发泥石流和滑坡灾害，估算进入河道的总固体物源量超出1000×104 m3，使分布于龙溪沟河床的绝大多数房屋被部分或全部掩埋，其中以八一沟最为典型和严重。八一沟泥石流位于龙池镇云华村、龙溪河右岸。八一沟是由八一沟、大干沟、小干沟和小湾支沟构成的大型泥石流沟，流域面积8.5km2，主沟长4.5km，沟床平均纵坡降200%。地震后多次暴发泥石流灾害。在“8·13”降雨过程中，先后有两次大规模的物源冲出，集中于13日16时00分左右和14日5时00分左右，总冲出量约200×104 m3，将沟内已完工的泥石流治理工程（拦挡坝和排导槽）全部摧毁。
分析“8·13”特大泥石流灾害的原因，主要有以下两点：
（1）“5·12”汶川大地震使震区山体大范围震裂松动，并触发了数以万计的崩塌、滑坡，巨量的松散固体物源堆积于沟谷、坡麓和斜坡浅表层，为泥石流的暴发提供了异常丰富的物源，是震区暴发特大泥石流灾害的根本原因。
（2）局地短时强降雨是灾区产生特大泥石流灾害的直接诱发因素。近年来，全球气候异常，容易出现局地短时强降雨天气。如在“8·13”特大泥石流过程中，在清平乡、映秀镇、龙池镇等泥石流暴发点都出现了局地强降雨天气，其降雨量都大大超过了震区泥石流启动的临界雨量（35～40mm/h）。此外，龙门山地区高山峡谷的地貌、复杂的地质构造、破碎的岩体结构，也为特大型泥石流的暴发提供了基本地形、构造和物源条件。
3.甘肃舟曲特大泥石流
2010年8月7日23时00分左右，甘肃省舟曲县城北面三眼峪和罗家峪受强暴雨影响，爆发了特大泥石流灾害。泥石流出山口后，沿沟床冲进月圆村、北关村、北街村、东街村、南门村、椿场村、罗家村、瓦厂村，所到之处淤埋耕地、摧毁房屋与建筑，三眼峪口被夷为平地。三眼峪泥石流出山口后，形成长约2km，宽170～270m（最宽350m，城区80m）、平均200m左右的堆积区，淤积厚度2～7m，平均约4m；罗家峪泥石流出山后，形成长约2.5km，平均宽度约70m的堆积区，平均堆积厚度2m。泥石流冲进白龙江，形成堰塞湖，水位上升10m左右，淹没大半个县城，造成重大财产损失和人员伤亡。据统计，泥石流灾害共造成4496户、20227人受灾，水毁农田约95hm2，水毁房屋307户、5508间，其中农村民房235户，城镇职工及居民住房72户；进水房屋4189户、20945间，其中农村民房1503户，城镇民房2686户；机关单位办公楼水毁21栋，损坏车辆18辆。截至2010年08月15日，共有1248人遇难，496人失踪，是新中国成立以来我国最严重的泥石流灾害事件。
对于此次泥石流灾害的发生，可以从物源、地形、水源三方面分析如下：
（1）物源条件。受构造运动和地震的影响，三眼峪和罗家峪内崩塌、滑坡较为发育，其堆积于沟道中，是泥石流物质的主要来源。据史料记载，1879年文县—武都地区曾经发生8级地震，形成大量的崩滑体堆积于沟道中，还形成了数量、高度不等的多级堆积坝，堵塞沟道。其中三眼峪的大峪、小峪形成了4座80～280m高的堆积坝，三眼峪4条支沟共有滑坡8处，滑动面积0.88km2，滑坡总体积1303.9×104 m3，发育崩塌体58个，方量约2830.1×104 m3，此外沟内还发育滑塌、坍塌和沟道堆积物约1029×104 m3，以上各项共计5163×104 m3，可以直接补给泥石流的松散固体物质2510×104 m3。根据对罗家峪的勘查，从遥感影像判断，其沟谷内的固体物质与三眼峪近似，主要由坡积物供给。
（2）地形条件。三眼峪、罗家峪地形独特，其沟谷形态呈圈椅状，上游宽阔，下游束窄，在流域出山口形成卡口，此种地形容易汇集上游水土，在下游形成大规模泥石流。三眼峪山体陡峻，源区坡度普遍超过50°，支沟沟道坡降14%，跌坎、堆石坝位置坡降超过50%，主沟沟床坡降9%。沟内山体基岩裸露，造成流域内地表径流极易汇流，为泥石流提供了有利的动力条件。野外调查与遥感解译表明，罗家峪与三眼峪地形、地表覆盖相近，利于泥石流活动。
（3）水源条件。具备丰富的固体物质与有利的地形条件后，强降雨是泥石流最重的触发因子。气象观测数据显示，2010年8月7日当地强降雨持续约40min，降雨量超过90mm，最大降雨量出现在舟曲县城东南10km的东山镇，降雨量96.3mm，舟曲县西北方向上游的迭部县代古寺为93.8mm，据此推断，三眼峪和罗家峪上游地区与这两个地区地处同一降雨带，降雨量与东山镇、代古寺相当，是舟曲县建站以来的最大降雨强度。受三眼峪、罗家峪自然条件的影响，强降雨迅速汇流，形成沟谷洪水，冲刷堆石坝及沟道中的固体物质，造成堆石坝及拦沙坝溃坝，形成泥石流。