太行山區泥石流災害降雨觸發條件的研究

柴 艷,祁穎輝

(石家莊經濟學院,河北 石家莊 050031)

泥石流是山區常見的一種自然災害,它是由土石等固體物與水相混合在重力作用下沿陡峻溝坡運動的飽和流體,具有爆發突然、歷時短暫、破壞力強等特點。太行山區位于河北省西部,地處中朝準地臺的二級構造單元——山西斷隆的東部邊緣,其北端與燕山臺褶帶相斜接,面積 36 321.4 km2。在河北省太行山區的地質災害中,泥石流的危害和損失是最嚴重的。因此,泥石流預測預報和災害風險評估受到了廣泛關注,是該區減災研究的熱點和關鍵問題。本文主要就泥石流災害發生的兩大影響因素——降水因素和地質因素中的前者進行分析與研究。

1 研究區泥石流災害的降水因子

1.1 降水氣候分布

太行山區屬暖溫帶大陸性季風氣候,降水量分布規律受氣候、地形等因素影響,由于太行山與燕山相連呈“弧形山脈”,對南來暖濕氣流有輻合和阻抬效應,在山脈的東、南迎風坡形成了一條弧形多雨帶,在多雨帶里出現多處降雨中心。因此降雨時空分布不均,年際變化較大,全年降水量的90%主要集中 6～9月份,尤其在 7月下旬和 8月上旬多以暴雨形式出現,降水強度大,歷時短,日降雨量最大可達300mm,往往集中于 5～7天之間就完成全年 70%的降雨量,易引發多種地質災害[1]。

太行山區的地形地貌受大地構造,特別是區域性深大斷裂、活動層控制,山體走向呈北東向及北北東向展布。泥石流發育與斷裂構造相一致,即集中分布在構造裂隙發育的中低山地區,如贊皇、元氏、阜平等地。泥石流發育與暴雨中心空間分布基本一致,即集中分布在易降暴雨的山區,如邢臺將軍墓、贊皇嶂石巖、平山西部等地,且多發生于連陰雨后的暴雨中。1978年 8月 20日平山縣牛圈溝泥石流就是在連續2 d降雨后又經歷 4 h大暴雨而形成的,造成數 10間房屋倒塌、100多畝耕地被沖毀、死亡 20人。

在空間分布上,河北省太行山區的泥石流災害主要發生在保定市的淶源縣、易縣、滿城縣、順平縣,石家莊市的平山縣、元氏縣、贊皇縣、井陘縣、靈壽縣,邯鄲市的涉縣,邢臺市西部等縣市的中低山區域,海拔高度一般在 500 m～1 000m。其中石家莊市西部山區為主要泥石流發生區,河北省太行山區 50%左右的泥石流發生在石家莊西部太行山區,保定、邢臺次之,邯鄲最少,占全區的 7%(見表 1)[2]。

表1 河北省太行山區泥石流空間分布表(據劉立等,2006)

在時間分布上,建國以來主要發生在 1953,1956,1963,1978,1988,1989,1996,1999年等[3]年份的 7～8月份的雨季,其中 90%左右的泥石流災害發生在7月 20日至8月 10日之間。

2.2 降水作用

從泥石流形成過程來看,水不僅是 泥石流的組成部分,而且也是泥石流的搬運介質。因此水的作用主要表現在兩個方面：

(1)使巖土體浸透飽和變弱,軟弱夾層摩擦力降低,滑動可能性增大,對固體物質起到浸潤飽和作用。泥石流流域固體物質的儲存地區,往往是各種水源的匯集區,從而使固體物質得以大量充水,達到飽和或過飽和狀態,物質結構被破壞,摩擦力減少,滑動力加大,處于塑化狀態,從而為泥石流的產生創造了有利條件;

(2)雨水沿巖土體強烈發育的節理裂隙滲透沖刷,帶走細顆粒物,對固體物質起到側蝕掏挖作用。泥石流流域的上、中游地段,溝床縱坡大,湍急的水流 從底部側蝕掏挖溝坡固體物質,使其邊坡坡度變大甚至處于懸空狀態,發生崩塌滑坡。崩落下來的固體物質借助于陡峻的溝床,在急流的推沖下形成泥石流[4]。

3 研究區內降水與地質的關系

泥石流的形成離不開物源條件和動力條件,太行山區巖層破碎,溝源巖土體崩滑并在溝道源頭和溝道內松散堆積,為泥石流的形成準備了豐富的物源;暴雨形成的洪水和大的溝床比降成為泥石流暴發的強大動力。二者直接影響著泥石流的形成,尤其是降雨的主控性更強,決定著崩滑的產生和泥石流的發生。

降雨包括準備期降雨和激發期降雨,準備期降雨是指泥石流暴發當日激發暴雨之前的降雨,為泥石流的暴發準備條件,主要作用是浸潤溝坡巖土體,降低其抗剪強度和穩定性,增大溝側壁巖土體崩滑的可能性或直接誘發崩塌或滑坡的產生。激發期降雨是指泥石流暴發當日的強暴雨,一方面激發溝側壁已經軟化的巖土體發生崩塌或滑坡,為泥石流的初始形成提供初始物源;另一方面在溝道內雨水匯集形成洪水,與崩滑物相混合形成初始泥石流,并在泥石流運移過程中提供持續動力條件[5]。

圖1 泥石流爆發的準備期和激發期雨量圖

太行山區泥石流主要發生在中低山區,在地質條件好的地區,需要長時間的較強的降水才能導致泥石流的發生;在地質條件差的地區,如山坡坡度較大,大于 35度,泥石流溝道多為 V形谷或U形谷,溝床比降大,平均在 200‰以上[6],地表植被破壞嚴重,巖體裸露,則只需較弱的降水,甚至沒有準備期雨量,只有激發期雨量即可引發泥石流(見圖 1)。因此,在地質條件基本相同的地區,由降雨作為第一主控因子,決定著泥石流是否能在暴雨中被激發。

4 結論

(1)降水因素包括準備期降水和激發期降水,準備期降水為泥石流的暴發準備條件,主要作用是軟化邊坡巖土體或直接誘發崩塌或滑坡的產生。激發期降水的主要作用是激發溝側壁已經軟化的巖土體發生崩塌或滑坡,并溝道內雨水匯集形成洪水,與崩滑物相混合形成初始泥石流。

(2)泥石流發生主要受降水因素和地質因素的影響,太行山區巖層破碎,溝源巖土體崩滑并在溝道源頭和溝道內松散堆積,為泥石流的形成準備了豐富的物源;在地質條件好的地區,需要較強的降水才能導致泥石流的發生;在地質條件差的地區,則不需太強降水即可引發泥石流。因此,在地質條件相同的地區,由降水決定是否發生泥石流災害。

[1]王濱,王維早等.平山縣泥石流的形成特征和機理分析.地質災害與環境保護,2008.12.

[2]劉立,路紫.河北省太行山泥石流成因、分布特征及危害[J].石家莊職業技術學院學報,2006.

[3]徐建芳,武強,王欣寶.河北省太行山泥石流分布規律及其危險程度評價[J].勘察科學技術,2003(3)

[4]中國科學院甘肅省冰川凍土沙漠研究所.泥石流.北京科學出版社1973.06.

[5]王濱,張發旺,陳立等.河北省太行山區泥石流的災變特征與崩滑演化機理.南水北調與水利科技,2008-12.

[6]馮金良.太行山北段迎風坡泥石流及其防治[J].地理學與國土研究,1996.