溝谷災害鏈演化模式與風險防控對策

崔 鵬，郭 劍

(1.中國科學院 水利部成都山地災害與環境研究所 山地災害與地表過程重點實驗室，四川 成都 610041；2.中國科學院大學，北京 100049；3.中國科學院–巴基斯坦高等教育委員會，中國–巴基斯坦地球科學研究中心，伊斯蘭堡 45320；4.長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054)

川藏鐵路交通廊道連接成都和拉薩，全長1 639 km，橫穿青藏高原東緣地形急變帶，是人類歷史上最具挑戰性的道路建設工程，對國家西部大開發和西藏經濟社會發展具有重大戰略意義[1]。青藏高原最為活躍的新構造活動背景下，區域內地勢起伏大，河流切割強烈，巖體節理裂隙發育，坡體穩定性較差。在復雜的內外應力作用下，滑坡、崩塌、泥石流等山地災害遍布，是中國山地災害最發育、最活躍、類型最齊全、危害最嚴重的區域之一[2–4]。據統計，擬建川藏鐵路雅安—林芝段全長1 011 km，線路兩側10 km緩沖區內發育山地災害1 702處，其中，崩塌167處，滑坡589處，泥石流946處，災害的平均線密度高達1.68 處/km[5]。這些災害規模大、運動速度快、影響范圍廣、破壞性強，多次重塑高原地貌，嚴重威脅沿江城鎮居民的生命安全和國家重大工程的建設運營。

顯著的氣候變化、復雜的地質環境、獨特的冰川地貌為川藏鐵路沿線災害的發育提供了得天獨厚的水源、物源和地形條件，極大地增加了溝谷災害鏈發生的風險[3,6]。據統計，1970年以來川藏交通廊道已發生特大溝谷災害鏈15起。這些溝谷災害鏈災害輕則推擠河道、淤埋道路，導致交通被迫中斷，影響居民日常生活；重則形成堰塞湖淹沒村莊，誘發波及數百公里的潰決洪水，掃蕩下游房屋建筑，威脅人民生命安全。因此，如何應對和處置溝谷災害鏈造成的風險，關乎川藏鐵路項目建設和運營的安全。

傳統的災害研究認為不同災種間是相互獨立的，針對不同類型災害（如滑坡、崩塌、泥石流等）的調查、監測、預警、治理等研究通常獨立開展，目前已經在單災種形成機制、運動過程、風險分析等方向取得豐碩研究成果[7–9]。但近年來越來越多的案例表明，在青藏高原復雜的溝谷地貌條件下災害具有明顯的災種轉化特性。不同災種間在時間和空間上常呈現連鎖反應，這些災害如多米諾骨牌般演進，最終造成嚴重危害[10]。鏈式災害的放大效應，為災害鏈的防治帶來了巨大挑戰。盡管已經意識到溝谷災害鏈的復雜性，但針對災害鏈的研究成果仍相對薄弱。目前，對溝谷災害鏈的形成模式研究稍顯不足，對不同災種的臨界轉化條件仍不明晰。理論研究的不足導致對災害鏈風險評估幾乎沿用傳統的單災種的評估方法,缺乏適用于溝谷災害鏈的評估方法和體系[11]。在溝谷災害鏈形成與演化機制研究中，不同災種的演進過程和臨界轉化條件一直是災害研究領域的熱點和難點問題之一。開展溝谷災害鏈研究既是認識災害演化復雜機理的前沿科學問題，也是制定應對鏈式災害防災減災的基本要求，對山地災害學的發展和完善具有重要意義[1]。

面對溝谷災害鏈理論研究和川藏鐵路實際應用的迫切需求，通過對近年來典型溝谷災害鏈事件進行回顧，明確溝谷災害鏈的定義和組成要素，總結溝谷災害鏈的4大典型特性。根據原生災害類型將溝谷災害鏈的演化模式劃分為3大類和11小類。同時，探討了溝谷災害鏈在早期識別、監測預警、模擬評估、應急避險與綜合治理方面提出的要求和應對思路。

1 溝谷災害鏈的定義與組成要素

廣義災害鏈(disaster chain)種類眾多，如大氣災害鏈[12]、地質災害鏈[13]、環境災害鏈[14]等。郭增建等[15]認為災害鏈是一系列災害相繼發生的現象。文傳甲[12]強調了災種之間的關聯性，認為前種災害是后種災害的部分原因。李明等[16]認為完整的鏈式過程包括致災環、激發環、損害環和斷鏈環。史培軍等[17]認為災害鏈是某種原發災害引起系列次生災害，進而形成的復雜災情傳遞與放大過程。此外，學者們還采用級聯效應、多米諾效應、連鎖反應、誘發效應等詞匯來描述災害相互影響、連續出現的現象[18]。

作者認為，溝谷災害鏈是發育在溝谷地貌中的原生災害體在運動中受地形影響轉化運動方式或動力特性而演化成不同類型災害的物理過程及其結果，這些不同類型的災害具有時間相接、空間相連、因果關聯、鏈式演進的典型特性。完整的溝谷災害鏈由潛在孕災體、原生災害、次生災害（系列）、承災體4大要素組成（圖1）。

圖1 溝谷災害鏈要素Fig. 1 Elements of the valley disaster chain

溝谷地貌在長期的內外地質營力作用下，斜坡巖體破碎，結構面發育。處于不穩定或欠穩定狀態的潛在孕災體在地震、降雨、冰川躍動、人工擾動等的條件下極易失穩并形成原生災害。此階段與傳統單災種的形成和過程基本一致。溝谷災害鏈區別于單災種災害的關鍵在于原生災害能否轉化或誘發新的次生災害（系列）。

典型的溝谷災害鏈演進方式可分為兩種類型。第1種類型指原生災害的物源在與外界環境耦合作用下物理力學性質發生變化，運動形式隨之改變而形成次生災害。如：崩滑體從高位墜落后，其運動形式由滑動、崩落、翻滾轉化為流動，內部阻力降低促進了災害的遠程運動；又如：運動中水分補給改變了固體碎屑的黏性及阻力特性，流動性隨之改變。與之類似，在堰塞湖和冰湖潰決災害鏈中，潰決洪水在經過不斷垮塌的潰口時，裹挾大量壩體固體物質，在此后運動中又不斷侵蝕溝谷底部和兩側山體，混合體的固體含量不斷改變，最終在宏觀上表現為災種的變化。李基德等[19]通過現場調查發現在西藏米堆溝冰湖潰決—泥石流災害鏈中，災害形式發生了洪水—泥石流—洪水的轉化。崔鵬等[20]在大量冰湖潰決—泥石流災害鏈演化過程中，也發現了洪水—稀性泥—石流—黏性泥石流的不斷轉化。

第2類演進類型指原生災害通過改變地形條件誘發新的次生災害（系列）。地形的變化一方面會提供潛在災害物源，增大災害規模；另一方面，會積累勢能，提高災害破壞能力。如滑坡、泥石流發生后，改變了原有的溝谷地貌形態，堰塞湖隨之形成。具有一定高度的堰塞壩為不斷抬高的水位積累了巨大勢能，這是潰決洪水巨大能量的根本來源。在冰湖潰決災害鏈中，滑坡運動至冰湖中改變了底部地形，原有冰湖物質平衡被打破，最終誘發漫壩及潰決洪水[21]。

承災體是溝谷災害鏈研究中不可忽視的一部分。自然發生的滑坡、泥石流等屬于地貌現象，只有當其影響到人類生活，造成經濟損失時才被稱為災害[22]。

2 溝谷災害鏈的特性與類型

2.1 溝谷災害鏈的特性

溝谷災害鏈的特性可以概括為時間相接、空間相連、因果關聯、鏈式演進。

2.1.1 時間相接

溝谷災害鏈的發生有一定的先后順序，即原生災害在前，次生災害在后。溝谷災害鏈的時間尺度通常較短，如：滑坡/崩塌—碎屑流/泥石流災害鏈中，巖土體從失穩到運動、堆積通常會在數分鐘到數十分鐘內完成。堰塞湖形成到潰決的時間則受壩體強度影響，多數小規模泥石流堰塞壩由于強度較低、高度小，會在數小時內潰決（如四川省丹巴縣梅隆溝泥石流[23]）；巖質碎屑流堰塞壩固體物源不易侵蝕，則可維持數天（如都江堰龍池泥石流[24]）；一些運動距離短、規模大的滑坡堰塞壩，由于保留了完整的巖體結構，可以保存幾年、幾十年（四川省茂縣疊溪海子[25]），甚至長期存留。

盡管不同災種時長不一，但溝谷災害鏈在時間上是連續的。通常前一災種的結束即下一災種演化的開始（如堵江—堰塞湖，堰塞湖潰決—潰決洪水）；當然，也存在特殊情況，即兩災種間不存在明確的分界點，而是一個過渡區間（如滑坡—碎屑流—泥石流、洪水—稀性泥石流—黏性泥石流），但其在時間上仍是連續的。

2.1.2 空間相連

溝谷災害鏈的每一個環節在空間上都是連續的，一個災種的末端通常作為下一災種的起始端演進。如高位滑坡、崩塌發生后，原本完整的巖土體通常已經解體并轉化為碎屑流，這些碎屑流又進一步與水結合形成泥石流，導致影響范圍不斷擴大。在此過程中，碎屑流既是滑坡/崩塌災害的末端，又是泥石流災害的起始端。類似地，當泥石流、滑坡堆積體形成堰塞湖時，堰塞壩又作為潰決洪水的起點繼續延伸。總的來說，溝谷災害鏈中原生災害的表現形式不斷變化，影響范圍不斷增加，呈現空間相連的特性。

2.1.3 因果關聯

溝谷災害鏈之間存在因果關系，即一種災害的發生由另一種災害誘發或演化而來。如滑坡通常需要轉化為碎屑流后才能形成泥石流，而潰決洪水的形成必然以滑坡或泥石流堵江并形成堰塞湖為前提。潰決洪水、泥石流在某些特定條件下又可以誘發潛在滑坡（如丹巴縣梅隆溝泥石流）。總之，不同災種間的因果誘發關系是溝谷災害鏈形成的關鍵。

2.1.4 鏈式演進

由地震、臺風等誘發的大規模災害，通常表現為并發性災害，也稱災害群[17]，即在短時間內一定區域中集中暴發大量的災害。與之不同，溝谷災害鏈通常以鏈式演進，溝谷地貌作為災害體演進的載體，為其提供了勢能和運動路徑。自然條件下，溝谷內物源和水源會在重力作用下沿斜坡向溝谷底部匯聚，這是溝谷災害鏈鏈式演進的基礎。在典型溝谷災害鏈中，崩塌、滑坡/泥石流—堰塞壩—堰塞湖—潰決洪水在空間上首尾相接，依次排開；在時間上連續發生，總體環環相扣；每兩個災種間存在過渡區，整體上呈鏈式演進。

2.2 常見溝谷災害鏈類型

已經有學者嘗試對典型的溝谷災害鏈進行分類。如王春振等[26]將2008年汶川地震誘發的各類次生災害分為由“崩—滑—災”“崩—滑—湖—災”“崩—滑—流—災”構成的災害鏈和災害網。朱興華等[13]根據黃土的沉、陷、裂、崩、滑、流各災種的災變關系，將黃土災害鏈分為水源型和力—水源型災害鏈。鐘敦倫等[27]考慮了不同的致災因素和災害鏈演進過程，將災害鏈細分為128類。上述分類多借鑒單災種的研究方法，從不同的角度闡述了某類溝谷災害鏈的形成原因與演化過程。然而，溝谷災害鏈的成災關鍵在于原生災害發生后能否轉化或誘發次生災害（系列）。因此，分類時需要將降雨、地震等致災因素剝離出來，從而抓住其本質進行簡化。基于不同災種的演進過程，可以將常見的主要溝谷災害鏈演進模式分為滑坡災害鏈、泥石流災害鏈、冰湖潰決災害鏈。其典型特征如表1所示。

表1 常見溝谷災害鏈類型及典型特征Tab. 1 Types and typical characteristics of common valley disaster chains

3 溝谷災害鏈的演進模式

3.1 滑坡災害鏈

當前，國內學者通常將滑坡和崩塌作為不同災種研究，但在國際上崩塌通常被認為是滑坡的一個亞類。盡管二者在定義上存在差異，但在災害發育和運動中仍存在共性，尤其是對形成溝谷災害鏈的崩塌和滑坡，二者在失穩后的鏈式演進過程非常相似。本文依照國際慣例，將崩塌作為滑坡災害的亞類進行考慮。

3.1.1 滑坡—碎屑流

滑坡—碎屑流災害鏈是指具有高速和遠程運動特征的一類滑坡在起動后不斷解體形成碎屑流，在溝道中進行遠距離運動的災害過程。發生于重慶市武隆縣的雞尾山滑坡是典型的滑坡—碎屑流災害鏈。2009年6月5日，約700×104m3的巖體突破鎖固段，沿視傾向方向發生滑動。滑體從百余米的高空墜落后發生解體，所形成的碎屑流沿著溝道繼續運動了2 000余米，最終造成了74人死亡、8人受傷[40]。與之類似，2010年7月27日，持續強降雨和暴晴天氣導致四川雅安市漢源縣雙合村突發滑坡[29]，方量約10×104m3，滑體在運動中逐漸轉化為碎屑流沖出溝道，造成萬工集鎮58戶房屋受損、21人失蹤。相似的事件還發生在四川省茂縣疊溪鎮新磨村[41]，2017年6月24日，約390×104m3的巖體從1 200 m高的山頂崩落并迅速解體形成碎屑流，最大水平運動距離2 800 m，堆積體體積達1 637×104m3，摧毀了新磨村村莊，致83人死亡。此次鏈式災害導致崩塌的影響面積擴大了11倍，體積增加了4倍。

3.1.2 滑坡—泥石流

滑坡—泥石流災害鏈指在降雨或其他水源的作用下，持續的崩塌和滑坡產生的固體物源逐漸起動而形成泥石流的過程。這類災害在時間上表現出滯后性。如：四川省綿竹市清平鄉小崗劍溝在汶川地震的影響下，累計發生崩塌和小型滑坡24處，為泥石流提供了330×104m3的松散固體物源。據統計，小崗劍溝在隨后的3年內共發生10次泥石流，這些災害嚴重損毀流域出口的公路等基礎設施[30]。類似的災害鏈在溝谷發育的川藏鐵路交通廊道十分常見。這些流域上游地形高陡，伴隨長期的凍融循環、降雨及風化作用，冰崩和巖體崩塌非常發育。如：1964年6月至8月，西藏古鄉溝上游冰磧物崩塌持續發生648次，僅7月22日就達36次，崩塌總體積3×108m3以上，為古鄉溝1964特大泥石流提供了豐富的固體來源。據統計，僅1964年，古鄉溝就暴發泥石流85次[42]，這些高頻泥石流的孕育發生與持續的冰磧土崩塌息息相關。

3.1.3 滑坡—碎屑流—泥石流

在滑坡—碎屑流—泥石流災害鏈中，水源的影響作用至關重要。滑坡在遠程運動中不斷解體并與水分不斷摻混，混合體物理力學性質發生改變；當水分超過臨界閾值時，混合體發生相變，形成泥石流。這類溝谷災害鏈主要表現為以下兩種形式。

第1類表現形式為滑坡碎屑在運動中直接與水源摻混而形成泥石流。如：2013年7月10日，持續降雨導致四川省都江堰市中興鎮三溪村發生大型滑坡[32]，約200×104m3的巖體沿結構面發生滑動，并從前端陡崖墜落解體形成碎屑流。此后，在降雨和地下水的共同作用下，碎屑流進一步轉化為泥石流，最終沖出溝道，造成11戶居民房屋被毀，52人遇難，109人失蹤。與之類似，2013年7月22日，持續降雨使甘肅省天水市大溝村12×104m3黃土斜坡失穩，高含水率的滑體在撞擊對側山體后迅速解體形成高孔壓的碎屑流，這些滑坡碎屑在運動中與降雨和地表徑流充分混合，最終形成泥石流，造成百余戶房屋受損[33]。

第2類表現形式為滑坡運動所產生的碎屑廣泛分布于坡面和溝道之中，在隨后的降雨和徑流作用下啟動形成小型泥石流。如：2019年7月23日貴州省水城縣雞場鎮大型滑坡中[28]，約200×104m3的固體物源在啟動后迅速解體，并在地形的約束下沿兩個支溝運動，在溝谷及坡面上形成了平均厚度達2 m的豐富松散堆積物。且該區域發生持續降雨，在地表徑流與地下水的共同作用下，溝道內的松散物源啟動并形成小型泥石流，為現場救援工作的帶來巨大安全隱患。類似地，2017年瑞士Pizzo Cengalo發生了體積約3.0×106m3的巖質滑坡，滑體從上千米高度墜落后迅速解體并轉化為碎屑流，在其沿溝道運動的3.2 km內，底部侵蝕了超過100×104m3的冰川冰和沉積物。在停止運動30 s時，第一次泥石流在沒有降雨的情況下突然暴發，此后的9.5 h內又暴發十次泥石流。Fabian等[43]通過現場考察認為碎屑流運動導致的底部冰川冰的融化為泥石流提供了重要水源補給，對滑坡—碎屑流—泥石流災害鏈的形成起到了重要作用。

3.1.4 滑坡—堰塞湖—潰決洪水

青藏高原大江大河兩岸的溝谷內大型滑坡非常發育，極易阻塞河道形成滑坡堰塞壩。堰塞壩一旦形成，壩后水位便開始上升，堰塞湖也隨之形成。若壩體不穩定（如存在漫頂、管涌等危險），下游將面臨巨大的潰決洪水威脅。唐家山堰塞湖就是非常典型的案例。受2008年汶川地震的影響，距北川上游約3 km的唐家山發生特大型滑坡，約2×107m3的滑體沖入河谷，形成長803 m、寬611 m、最小厚度80 m的堰塞壩，最大蓄水量3×108m3（圖2）。據估算，如果壩口崩塌一半，綿陽市將受到淹沒危害。最終，通過開挖人工泄流槽，在堰塞湖水位降低后泄流，使得險情得以控制[35]。類似地，2018年10月11日，西藏自治州江達縣白格村發生大型高位滑坡，超過2.4×107m3的滑體從850 m高的岸坡涌下，阻塞金沙江，并形成了最大庫容為2.9×108m3的堰塞湖，次日堰塞湖自然下泄[36]；同年11月3日，同樣的位置再次發生滑坡，在潰后的壩體上疊加，最大庫容增加到7.8×108m3。通過對潰決風險進行評估發現：堰塞湖直接潰決流量為5.15×104m3/s，通過人工開挖泄流槽降低壩體約15 m，最終最大庫容降低到5.8×108m3（庫容降低26%）；實測峰值流量約為3.1×104m3/s（為預估的60%），極大地降低了潰決洪水的風險[44–45]。盡管如此，潰決洪水的影響范圍一直延伸至600 km以外的麗江。可見，由滑坡堵江形成的“滑坡—堰塞湖—潰決洪水”溝谷災害鏈危險性極大，是川藏鐵路必須應對的災害鏈問題。

圖2 唐家山滑坡堰塞湖和潰決洪水[34]Fig. 2 Tangjiashan dammed lake and outburst flood[34]

3.1.5 滑坡—碎屑流/泥石流—堰塞湖—潰決洪水

除河道兩岸滑坡直接堵江的情況外，一些位于溝谷上游的滑坡在失穩后會先轉化為碎屑流或泥石流，隨后沿溝谷運動至溝口堵江形成堰塞湖，進而形成潰決洪水（圖3）。

圖3 典型滑坡—碎屑流—泥石流—堰塞湖—潰決洪水演進過程Fig. 3 Typical chain process of landslide—debris flow—dammed lake and outburst flood

2000年4月9日，西藏林芝市波密縣易貢鄉發生特大滑坡[46]，滑坡體從3 000 m的高處失穩形成碎屑流并運動了8 km之遠，阻斷易貢藏布達1.5 km，形成了面積超過5 km2、最大庫容近3×104m3的堰塞湖。易貢堰塞湖潰決后又形成特大洪水災害，造成下游公路被沖斷和淹沒，對外交通完全中斷。類似地，2002年2月，俄羅斯高加索地區發生巨型冰/巖崩，所形成的碎屑流在運動了18 km后逐漸轉化為泥石流繼續運動了15 km。據推算，碎屑流/泥石流的最大速度可達80 m/s，造成了超過120人的死亡[47]。Haeberli等[48]的研究表明這次由崩塌誘發的泥石流可能與山谷中大量被侵蝕的含冰碎屑物有關。泥石流在Gornaia Saniba形成了堰塞湖，導致上游村莊幾乎淹沒于堰塞湖中，下游則面臨潰決洪水的風險。這類災害鏈在青藏高原非常常見，2018年10月17日5時左右，西藏林芝市米林縣雅魯藏布江左岸色東普溝發生冰/巖崩[37]，這些固體物源與底部冰川相互作用形成泥石流，在運動了近10 km后沖入雅魯藏布江堵塞河道并形成堰塞湖。兩日后，堰塞壩右岸自然漫頂過流，堰塞湖險情解除。此次事件是色東普流域自1950年有記錄以來發生的第13次大規模堵江。由于這類災害鏈通常發生于高寒地區，人煙稀少，監測和預警都面臨巨大困難，所產生的潰決洪水對雅魯藏布江下游人民的生命和財產安全造成了巨大威脅[49]。

3.2 泥石流災害鏈

3.2.1 泥石流—滑坡

泥石流在溝道中運動時，會不斷侵蝕溝道底部及兩側坡腳，進而影響坡體的穩定性，誘發泥石流—滑坡災害鏈，這類現象在青藏高原大型泥石流溝比較常見[38]。天魔溝為西藏帕隆藏布右岸的一條支流，頻繁暴發的泥石流在運動時不斷從坡腳侵蝕側磧壟，導致兩側坡體不斷失穩，形成泥石流—滑坡災害鏈。在此過程中，不斷垮塌的滑坡又進一步改變泥石流的物質組成，進而增大泥石流的規模，改變了其動力特征。這種溝谷災害鏈改變了泥石流的物源和濃度，增加了泥石流堵江的風險。類似的災害鏈在培龍溝、比通溝仍時有發生。

3.2.2 泥石流—堰塞湖—潰決洪水

泥石流在溝口形成的堆積扇會阻塞河道，誘發泥石流—堰塞湖災害鏈。2001年7月8日，云南省蔣家溝在持續降雨作用下暴發泥石流，這場泥石流持續了15個小時，造成主河道小江阻塞并形成堰塞湖。類似的事件在1919—1968年間共出現了7次，泥石流—堰塞湖災害鏈不僅造成直接災難后果，更是對主河道的發育和河床演變產生深遠影響[50]。類似的泥石流堵江事件在四川省龍門山時常發生，磨子溝、湔溝、簇頭溝、茶園溝、板子溝、八一溝等泥石流溝在歷史上曾多次暴發泥石流—堰塞湖災害鏈。如：2019年8月19—20日，汶川縣多地暴發山洪泥石流，泥石流沖出溝口堵塞岷江，國道被迫阻斷，災害造成30余人死亡或失聯，近2萬游客被困，6個水電站嚴重受損。據估算，此次災害鏈經濟損失超過36億[51]。

3.2.3 泥石流—堰塞湖—潰決洪水—古滑坡復活

在構造活躍地區，大量的古滑坡分布于主河道兩岸，由支溝泥石流堰塞湖導致的潰決洪水會改變下游古滑坡的穩定性，進而誘發“泥石流—堰塞湖—潰決洪水—古滑坡復活”災害鏈。2020年6月17日，四川省丹巴縣梅隆溝發生大型泥石流，約2.4×105m3的泥石流沖出溝道形成堰塞壩，阻斷小金川河并形成堰塞湖。堰塞湖在兩個小時內自然漫頂，受潰決洪水的影響，距潰口僅百余米的阿娘寨古滑坡堆積體被不斷掏蝕，導致古滑坡復活。變形區面積達0.62 km2，體積6.6×106m3。坡體整體下挫，變形劇烈，表面裂縫非常發育，四周出現了近20 m的顯著剪切位移，連接丹巴縣和小金縣的唯一國道被阻斷兩個月之久。由于古滑坡前緣為小金川河，一旦阿娘寨古滑坡再次失穩，極有可能誘發新的滑坡堵江—堰塞湖—潰決洪水災害鏈，更大范圍的下游河道及周邊居民將面臨更為嚴峻的潰決洪水風險[23]。

3.3 冰湖災害鏈

冰湖潰決是青藏高原地區典型的山地災害之一。隨著氣候變暖，冰川消融使冰湖的數量增加。頻繁發生的冰/巖崩、滑坡可能導致冰湖潰決，進而形成潰決洪水[52]。潰決洪水在運動中極易裹挾溝道內松散堆積物而形成冰川泥石流，這些泥石流又會在溝口堆積并堵塞河道形成堰塞湖[53]。這類鏈式災害在冰川覆蓋廣、地形高差大、固體物源豐富的易貢藏布、帕隆藏布和雅魯藏布江支溝內頻繁發生，多次對沿江城鎮和工程設施造成破壞，嚴重威脅居民的生命財產安全。

3.3.1 冰湖潰決—洪水

冰湖通常位于冰川地貌區，海拔較高，儲存著豐富的水源（圖4）。由冰湖潰決誘發的最直接的災害形式即為潰決洪水（圖5）。

圖4 尼泊爾伊姆扎冰湖[54]Fig. 4 Imza Glacier Lake in Nepal[54]

2013年7月5日，受持續高溫和強降雨影響，藏東南嘉黎縣忠玉鄉然則日阿錯后緣冰舌以冰崩形式從1 200 m高跌落，冰體墜入湖內分裂，激起巨大涌浪。涌浪漫過頂寬約30 m的終磧堤，原本低矮的壩體被迅速刷深，潰口在短時間內不斷擴大，潰口流量急劇增加，又進一步增加了潰口的侵蝕能力，潰口展寬和刷深持續增加，最終形成了巨大潰決洪水[21]。這次災害造成忠玉鄉238戶1 160人不同程度受災，49戶房屋被徹底沖毀，通往嘉黎縣的唯一水泥橋被毀，損失高達2.7×108元。

3.3.2 冰湖潰決—洪水—泥石流

冰川退縮過程中會在冰川谷中形成了大量的冰磧物，加之“U”型谷兩側坡度較陡，滑坡十分發育，在溝谷內形成了豐富的松散物源。由于冰湖潰決產生的潰決洪水具有非常高的勢能，攜砂能力極強，因此潰決洪水在運動中極易轉化為泥石流。如：1988年7月15日，西藏波密縣米堆溝冰湖潰決，這次潰決的原因在于終磧堤內埋藏冰潛蝕發展為管涌，最終潰決[19]。壩體潰決后，潰決洪水不斷侵蝕壩體和沿程堆積物，流體含沙量增高而形成泥石流，泥石流沿米堆溝一直運動至8 km外的溝口。此后，由于固體物質的沉積，又轉化為洪水演進。據記載[56]，此次潰決洪水持續了30 min，影響范圍8 km，最大洪峰流量達1 270 m3/s。

3.3.3 冰湖潰決—洪水—泥石流—堰塞湖—潰決洪水

由冰湖潰決形成的泥石流在溝谷中運動時會產生堵江風險并形成堰塞湖，進而再次形成潰決洪水。如：2016年7月5日，樟木鎮上游章藏布源頭次仁瑪錯右側支溝發生冰湖潰決[21]，潰決洪水隨后轉化為泥石流，阻斷波曲河形成堰塞壩；堰塞壩潰決形成潰決洪水導致主河水量暴漲。這次事件中波曲河友誼橋段水位漲幅達到約6 m，樟木口岸被淹。

4 溝谷災害鏈的關鍵過程

圖5 冰湖潰決—洪水—泥石流演進過程[55]Fig. 5 Schematic of the evolution process of glacial lake—outburst flood—debris flow[55]

溝谷災害鏈的關鍵過程關系到不同災種間物質傳輸和能量傳遞，是認識并揭示溝谷災害鏈形成演化機制的重要途徑。通過梳理不同類別溝谷災害鏈演進模式，總結出3個關鍵過程：1）崩塌/滑坡—碎屑流/泥石流；2）滑坡/泥石流堵江；3）堰塞湖/冰湖潰決。這些關鍵過程通過不同組合方式，演化出復雜多變的溝谷災害鏈演進模式。

4.1 崩塌/滑坡—碎屑流/泥石流

溝谷災害鏈通常由滑坡或崩塌作為原生災害誘發。這些崩滑體能否轉化為碎屑流或泥石流繼續運動，是溝谷災害鏈形成與否的重要前提。而在眾多影響因素中，地形起控制作用。在大量的溝谷災害鏈事件中，物源區通常位于高陡的流域末端（如旺蒼滑坡—泥石流災害鏈[57]、色東普冰崩—泥石流災害鏈[49]等）。高地勢為物源提供了初始勢能，使崩滑體失穩后能迅速將勢能轉化為動能并做高速運動，為進一步解體及碎屑化創造條件。在易貢滑坡[46]、新磨滑坡[41]等災害鏈中，失穩區與堆積區的相對高差可以達到上千米。在滑坡—泥石流災害鏈中，水源則扮演著更為重要的角色。以地下水（五里坡滑坡[32]）、降雨徑流（雞場鎮滑坡[28]）、埋藏冰（Pizzo Cengalo崩塌[43]）、河流入匯（旺蒼滑坡[57]）等多種形式的水源補給，是碎屑流經水土摻混進一步形成泥石流的重要條件。

4.2 滑坡/泥石流堵江

滑坡堵江和泥石流堵江存在差異。滑坡能否堵江與滑體體積和江水流量的比值有密切關系。當比值較小時，滑坡的固體物質通常直接被江水帶走，堵江危險較小；當比值較大時，滑坡失穩極易阻塞江河并形成堰塞湖。這類滑坡體積可以達到千萬方級別（如唐家山滑坡[35]、白格滑坡[58]），由此也造成極大庫容的堰塞湖，一旦潰決便會形成嚴重的潰決洪水。碎屑流和泥石流的堵江過程類似，當溝谷內由崩滑體轉化的碎屑流或泥石流從溝口流出時，由于動力條件急劇減弱，進入主河后便開始脅迫河道水流，一旦其到達對岸并占據整個河道，便形成堰塞壩。碎屑流/泥石流堵江與其濃度、流速、流量、主河道夾角、主河流量均關系密切[59]。

4.3 堰塞壩/冰湖潰決

堰塞壩的壽命可以持續幾分鐘到幾千年不等[60]其壽命長短主要取決于堰塞壩的幾何形狀、材料性質及堰塞湖的入庫流量等因素。碎屑流/泥石流堰塞通常壽命較短，潛在風險相對較小，如丹巴縣梅隆溝泥石流在堵江后兩個小時內便自然漫頂潰決。相較而言，位于塔吉克斯坦東部的薩雷茲堰塞湖形成于1911年地震，水深達500 m，長度55.8 km，蓄水量超過160×108m3，直到現在仍然存活。冰湖潰決是冰川地區特有的溝谷災害鏈形式，在青藏高原分布較廣。其觸發形式既包括終磧堤內埋藏冰融化導致的管涌破壞，又包括冰滑坡和冰崩入湖產生涌浪，快速通過溢流口強烈沖刷導致潰堤[20]。

5 溝谷災害鏈風險評估

傳統的單災種風險評估主要圍繞災害的易發性、危險性和易損性進行評估，經多年的發展已經相對成熟，但針對溝谷災害鏈的風險評估方法和理論體系仍處于初步探索方面。面對具有復雜鏈生過程的溝谷災害鏈，僅使用傳統單災種風險評估方法已經不能滿足新的定量評估需求，需在此基礎上進一步考慮各災種間的關聯，從而真實刻畫溝谷災害鏈式演變過程所帶來的風險。

易發性指災害鏈的發生概率。傳統單災種的易發性評估主要關注原生災害的物源區，評估內容包括坡度、相對高度、巖性、構造、地震、土地利用類型、水文等因素對災害發育的影響。由于溝谷災害鏈具有顯著的鏈生效應，對其易發性評估除了關注物源區的孕災條件外，還需關注原生災害運動過程中可能觸發的潛在物源。以梅隆溝泥石流災害鏈為例[23]，傳統單災種的風險評估通常僅考慮泥石流的易發性，但此次泥石流沖出溝口后發生堵江，所產生的潰決洪水又進一步誘發沿程古滑坡復活，形成了復雜的鏈生災害。類似地，由潰決洪水造成的古滑坡復活在青藏高原非常常見，但在單災種風險評估中通常被忽視。因此，溝谷災害鏈易發性評估要進一步考慮沿程松散堆積物源（如坡積物、古滑坡堆積體等）的規模，確定其穩定性，評估其潛在補給方式和規模，從而定量評估這些物源對災害運動、規模、危害能力的貢獻。特別重要的是，還需要考慮一種災害在運動過程中轉化或者誘發另一種災害的可能性。

危險性指災害鏈的破壞能力。評估災害的動力過程和影響范圍是危險性評估的核心內容。基于經驗法和數值模擬方法已經建立了較為成熟的單災種危險性評估體系。而在溝谷災害鏈演進過程中，災害體在運動過程中通過侵蝕與沉積、水源補給與排泄與外界不斷進行物質交換，由此導致災害體物理力學性質和運動狀態持續發生改變。如：發生于2021年2月7日的印度Chamoli冰崩，從海拔5 550 m的物源區失穩解體形成碎屑流，運動了1.4 km；隨后在冰川融化和侵蝕作用下，災害體物質組成發生變化，發展為泥石流，運動了7 km，隨著地形變緩固體物質不斷沉積，最終演化為洪水[61]。整個災害的最大運動距離超過25 km。在這類災害鏈中，物理過程十分復雜，使用基于單災種的經驗法和未考慮災種轉化物理過程的數值模型，難以刻畫災害的真實運動過程，必然帶來對運動速度、運動范圍及破壞能力的評估誤差，直接影響評估結果。因此溝谷災害鏈危險性評估應抓住關鍵轉化節點和轉化條件，明確災種轉化物理過程，提出決定災種轉化的關鍵參數及臨界閾值（如滑坡/泥石流堵江臨界條件、冰/巖崩–泥石流形成條件等），從而定量、準確描述災害鏈的發展過程，獲取運動速度、危害范圍等關鍵指標，為災害鏈的危險性分析提供科學依據。

溝谷災害鏈的危險性模擬評估，最重要的是深化對溝谷災害鏈災種轉化關鍵過程物理機制的科學認識，如：影響巖土體流態轉化的關鍵參數和臨界閾值；滑坡、碎屑流、泥石流侵蝕差異性和影響因素；滑坡、泥石流堵江條件判斷；堰塞壩潰口演化和峰值流量變化規律等。傳統的模擬手段在災害鏈模擬的適用性依然存在限制，如：基于有限元的邊坡變形計算方法難以模擬隨后的碎屑流或泥石流大變形運動[62]；基于深度積分的山洪、泥石流模擬方法中物理參數隨深度變化做了大量假設[63]。此外，由于不同數學模型的關鍵參數存在差異，導致不同災種模擬通常是割裂的，暫時還無法實現考慮災種轉化物理過程的全過程數值模擬。因此，盡管這些方法在單災種評估中取得了較好的發展，但在溝谷災害鏈的模擬中依然受到了很大的限制。當前亟需發展考慮災害運動及轉化物理機制的全過程數值模擬理論和方法，從而實現溝谷災害鏈模擬和風險評估。

易損性指承災體受到災害破壞概率大小與發生損毀的難易程度。由于溝谷災害鏈影響范圍通常較遠（尤其是冰湖/堰塞湖潰決洪水），在進行易損性評估時需要結合危險性分析對更大范圍的承災體類型、數量及分布進行調查和分析。對不同的溝谷災害鏈演進模式來說，其最后也是危害最大的一環通常為潰決洪水，波及范圍甚至可達上百公里。因此，需加強大江大河兩岸的承災體的調查，這在單災種災害風險評估中通常是被低估的。溝谷災害鏈的易損性評估還需考慮未來情景下，溝谷災害鏈的潛在誘發形成、演化過程和與承災體的作用方式，應加強對下游危險區承災體的類型、范圍進行統計，考慮概率模型，劃分危險區，準確評估災害鏈風險，并制定相應的減災措施。

6 溝谷災害鏈防控對策

近年來，單災種災害防控對策的理論研究和成果應用已取得了顯著成效。如：采用InSAR、光學遙感、無人技機術在大區域上進行滑坡的早期識別[64–66]；基于位移傳感器、地下水位傳感器和地基雷達等手段對具有變形趨勢的滑坡進行持續監測[67–68]；基于降雨閾值對泥石流進行緊急災前預警[69–71]；采用多種數值模擬手段（有限元、離散元、有限差分、有限體積等方法[72–75]）對災害的運動過程進行模擬評估；針對滑坡、泥石流災害制定應急預案[76–77]；提出一系列關鍵防治技術（如泥石流攔排導工程體系[78]、滑坡防治技術體系[79]等）；開展了一系列滑坡、泥石流綜合治理等綜合治理示范工程。上述單災種防控決策有效降低了原生災害的危險性和災害損失。溝谷災害鏈的防控對策除了發展現有的針對原生災害的防控理論方法體系外，還應結合溝谷災害鏈的演化特性提出新的理論和方法，以適應新的防控要求。

在溝谷災害鏈的早期識別方面，除了識別原生災害的位置、規模以外，應進一步提取溝道地貌指標，量化溝道比降對原生災害運動演進過程的影響；關注溝道兩側和支溝內可能造成災害體物質組成變化的固體物源和水源[57]；識別溝道空間組合形式及斷面形狀，確定潛在堵溝、堵江堰塞湖位置。

在監測預警方面，應在已經識別的原生災害潛在危害區，尤其是潛在物源、水源補給位置及潛在堰塞湖位置設置視頻、地聲、流深等監測設備，實時監測并及時發出災害預警信息。此外，通過多源震動信號及時獲取災害位置、規模，推算災害體密度等物理指標[80]，也可為進一步模擬評估提供基礎模型參數。

在應急處置與工程治理方面，由于溝谷災害鏈在近年來才受到社會的廣泛關注，針對溝谷災害鏈的研究尚處于起步階段，對關鍵過程的科學認識依然不足，所以在面對大型溝谷災害鏈時主要沿用基于單災種的防災減災技術，防治效果不夠顯著。因此，要加強溝谷災害鏈防災減災理論研究，在單災種災害的應急處置中要考慮和評估可能誘發的次生災害的風險。要完善多部門應急協調聯動機制，提高工程災害防御能力。要基于溝谷災害鏈風險評估結果，合理進行工程規劃與選址，提高基礎工程災害設防等級；在水壩、電站等工程設計中考慮災害鏈效應、合理提高水壩的防洪能力。要建立災害鏈仿真平臺，加強溝谷災害鏈的未來情景預測，預測不同條件下溝谷災害鏈的演化過程、危害范圍及災害損失，從而有針對性的做好防災預案，規劃防災減災措施，力求將災害鏈損失降到最低。

在緊急避險與風險管理方面，應基于溝谷災害鏈風險評估結果進行危險區劃分，盡量避免在危險區內新建工程和規劃居民點。當實在無法避讓該區域時，應提高工程災害設防等級，修建攔擋、疏導槽等減災工程，做好防治規劃，制定防災預案，規劃逃生路線，及時排練演練，儲備救災物資，將未來可能發生的災害損失降到最低。此外，應健全減災管理體制，建立群測群防體系、災情速報制度、減災指揮調度機制和責任落實辦法，保證災害的早發現、早預警和減災的早決策、早落實，形成高效運轉的減災管理體系。

7 結 論

溝谷災害鏈是川藏交通廊道建設運營中面臨的巨大挑戰，也是傳統單災種研究向多災種災害鏈研究的重要橋梁。為了適應新的需求，本文回顧并總結了大量已發生溝谷災害鏈事件，取得了以下結論：

1）完整的溝谷災害鏈由潛在孕災體、原生災害、次生災害（系列）和承災體組成，具有時間相接、空間相連、因果關聯、鏈式演進的典型特性。根據災害演進過程可將其劃分為滑坡災害鏈、泥石流災害鏈和冰湖災害鏈3個大類和11個小類。這些演進模式可通過崩塌/滑坡—碎屑流/泥石流、滑坡/泥石流堵江、冰湖/堰塞湖潰決3個關鍵過程以不同形式組成。

2）溝谷災害鏈的鏈生機制可分為兩類：一是，原生災害體在運動中狀態發生改變形成次生災害；二是，原生災害改變次生災害的形成條件并誘發新的災害。

3）溝谷災害鏈的風險評估要同時關注原生災害的起動機制和次生災害的鏈生機制，要強化潛在災害鏈物源的準確識別，加強關鍵轉化過程的科學認識，定量研究災種轉化機制和臨界條件，構建災害鏈全過程數值模擬評估方法，開展未來情景下的溝谷災害鏈演進過程和風險評估。

4）溝谷災害鏈的防控研究尚處于起步階段，應提高溝谷災害鏈的科學認識，建立完善的溝谷災害鏈早期識別、監測預警、模擬評估、應急處置、工程治理、應急避險與風險管理綜合治理體系。