第四節(jié) 山洪災(zāi)害形成的影響因素

一、水文因素

山洪災(zāi)害成因中，最活躍的因素是因暴雨引起的強大的地面徑流。除暴雨外，其他一些原因，也可能引起山洪災(zāi)害，如迅速融雪或冰川迅速融化、水體（湖泊或水庫）潰決。

本書主要討論暴雨型山洪災(zāi)害。

影響山洪災(zāi)害形成的水文要素主要有暴雨量及其強度、暴雨損失、暴雨集流。

1.暴雨量及其強度

暴雨是指短時間內(nèi)強度很大的降雨。我國氣象部門現(xiàn)在將暴雨分為3個等級，即暴雨、大暴雨、特大暴雨。在12h內(nèi)降雨量為30～70mm或24h內(nèi)降雨量為50～100mm者為暴雨；在12h內(nèi)降雨量為70～140.0mm或24h內(nèi)降雨量為100～200mm者為大暴雨；在12h內(nèi)降雨量大于140mm或24h內(nèi)降雨量大于200mm者為特大暴雨。

我國除西北內(nèi)陸少數(shù)地區(qū)外，大多出現(xiàn)過日雨量100mm以上的大暴雨。東南部各省中多數(shù)出現(xiàn)過日雨量200mm以上的特大暴雨。至于日雨量超過400mm的地區(qū)，東北只有長白山余脈、千山山脈東南坡的丹東地區(qū)。華北只有太行山東坡和豫西山地東部。南方只有廣東沿海及臺灣省等地。

我國大陸上最大的兩場大暴雨發(fā)生在1963年8月上旬太行山東坡和1975年8月上旬豫西山區(qū)東部。河北省內(nèi)丘縣獐獏鄉(xiāng)1963年8月4日日雨量達950mm，比當?shù)仄骄暧炅窟€多一半。1975年受3號臺風影響，河南方城縣郭林8月7日下了1054.7mm，泌陽縣林莊從8月7日14時到8日2時的12h內(nèi)降雨954.4mm，破大陸的暴雨紀錄。分析某一地區(qū)的暴雨分布規(guī)律是預(yù)測山洪災(zāi)害的重要依據(jù)之一。

2.暴雨損失及其影響因素

暴雨損失大約可分成3個部分，即植物截留、土壤入滲、地面坑洼蓄水。

（1）植物截留。關(guān)于植物截留的定量資料，國內(nèi)尚缺乏系統(tǒng)的研究，現(xiàn)列舉美國R.E.賀頓公式及蘇聯(lián)H.H.戚戈戴夫的資料作為參考。

R.E.賀頓的經(jīng)驗公式為

式中 I——植物截留量，mm；

x——一次雨量，mm。

a、b、n——系數(shù)，依植物種類不同而定。a的變化范圍為0.5～1.5；b的變化范圍為0.15～1.15；n取0.5或1.0。

據(jù)蘇聯(lián)H.H.戚戈戴夫的研究，植物截留量，依喬木（針葉、闊葉）、灌木、草而不同，隨植物的稠密程度又有很大差異，見表1-2。

（2）土壤入滲。水向土壤中入滲，最初是土壤表面被潤濕，隨后地面水在重力的作用下滲入較大的土壤孔隙、裂縫與植物根系通道、動物孔穴等。同時在毛細管力與分子力的作用下，水滲入土壤的毛細管等較細小的孔隙中。

在整個降雨過程中，入滲強度是隨時間而遞減的。

當降雨強度小于當時的土壤入滲率時，就不產(chǎn)生地面徑流。當降雨強度大于入滲率時，其超過入滲的部分，在地面積聚起來，等達到一定厚度之后，受地心吸力的作用，沿地面坡度最陡的地方運動，產(chǎn)生地面徑流。

影響入滲率的主要因素是土壤的物理性質(zhì)、植被特性、坡度、土壤濕度、溫度、降雨強度等。

（3）地面坑洼蓄水。地面坑洼具有不同的大小與深度，有土壤顆粒大小那樣的微穴以至幾百平方米的大坑不等。當降雨強度超過入滲率之后，超滲雨量首先填滿坑洼。然后順坡流下，坡面上就開始全面漫流。坑洼所蓄水量通常在降雨變小時或雨后陸續(xù)滲入地下。

隨著坡面坡度的增大，坑洼的容量與作用將迅速減少。在山洪計算中，坑洼的定量估計并不特別重要。

人工履行微小地形，如修筑梯田、魚鱗坑、等高耕作、修小池塘等，都是增加坑洼蓄水量的措施，具有緩和與減少地面徑流的作用。

3.暴雨集流及其影響因素

暴雨集流是指流域地面各點由暴雨產(chǎn)生的凈雨在重力的作用下，沿坡面和溝槽向流域出口的匯集過程。流域集流過程中，按其水力特性的不同，分為坡面集流和溝槽集流兩個階段。

（1）坡面集流。坡面集流（或地面漫流）是指坡面上漫過地面的集流，其特點是成片的漫流。

在山區(qū)天然坡面上，山坡長度長短不一，在有地形圖時，可直接從地形圖上量取若干山坡長度，然后取其平均值供暴雨徑流計算用。坡面集流在暴雨徑流中起著很大的作用。

（2）溝槽集流。全面漫流的水沿坡面下流，逐步向低處集中。最后跌入溝槽后，就成為沿溝槽縱向流動的槽流。各級槽流向著較大一級的溝道匯合，最后集合進入主溝槽，并向流域出口斷面匯集運動，這就是溝槽集流運動。

二、地形地貌因素

溪河洪水及泥石流中所挾帶的泥沙，來源于侵蝕作用以及流域中過去發(fā)生的洪水或泥石流的沉積物。

“侵蝕作用”是指現(xiàn)在地球表面上的土壤及巖石破壞過程及破壞產(chǎn)物，從其形成地點移往低處的搬運過程（包括沉積作用）的總稱。在各種侵蝕作用中，對于山洪災(zāi)害來說，最重要的有三種作用，即風化作用、破壞產(chǎn)物沿坡面的移動（主要是重力侵蝕作用）及水蝕作用。這三種作用與地質(zhì)因素有著密切的關(guān)系。

1.地質(zhì)構(gòu)造

山洪挾帶泥石極多而轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗍鞯牡貐^(qū)。絕大多數(shù)是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷裂褶皺發(fā)育、新構(gòu)造運動強烈、地震烈度大的地區(qū)。導(dǎo)致地表巖石破碎以及山崩、滑坡、崩塌、錯落等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為山洪及泥石流提供了豐富的固體物質(zhì)來源。例如，云南東川地區(qū)的泥石流荒溪群，主要是沿著小川斷裂帶發(fā)育的，四川西昌地區(qū)的泥石流荒溪群，主要是沿著安寧河谷地塹式斷裂帶發(fā)育的，甘肅武都地區(qū)的泥石流荒溪群是發(fā)育在與白龍江大致平行的斷裂褶皺帶上。地震活動是現(xiàn)代地殼活動最明顯的反應(yīng)。在地震作用強烈的情況下，山體穩(wěn)定性遭到破壞，巖層破裂，引起山崩地裂或滑坡坍塌。一般在強烈地震后，原來是一般山洪的荒溪轉(zhuǎn)而為泥石流荒溪；已趨穩(wěn)定的老泥石荒溪，重新復(fù)活，再度暴發(fā)泥石流；正在活動的泥石荒溪，則暴發(fā)泥石流的次數(shù)增多、規(guī)模變大。我國和世界各國的許多實例表明，許多災(zāi)害性泥石流分布區(qū)與強烈的地震帶是一致的。

新構(gòu)造運動（即第三紀末到第四紀以來的地殼升降和斷裂運動），可以引起荒溪溝道縱坡的巨大變化，因而可以使一般山洪荒溪轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗍骰南倪^程，得到加速或減緩。在新構(gòu)造運動強烈的地區(qū)，由于山地的急劇上升，谷地相應(yīng)地強烈下切，造成河谷相對高差越來越大，山高溝深，谷地兩側(cè)支流短小，縱坡陡急，很容易發(fā)展成泥石流。

結(jié)構(gòu)松散，抗剪強度和抗風化能力低，在水作用下易發(fā)生變化的松散覆蓋層、黃土、頁巖、泥巖、煤系地層、凝灰?guī)r、片巖、板巖、千枚巖等是產(chǎn)生滑坡的內(nèi)在物質(zhì)基礎(chǔ)。巖土力學(xué)強度較弱與較堅硬巖層互層結(jié)構(gòu)的碎屑巖組也利于滑坡的形成。巖層中的各種節(jié)理、裂隙、層理面、巖性界面、斷裂發(fā)育的斜坡、平行和垂直的陡傾構(gòu)造面及順坡緩傾的結(jié)構(gòu)面是產(chǎn)生滑坡的內(nèi)在地質(zhì)環(huán)境條件。

地下水使巖土軟化，降低巖土的抗剪和黏結(jié)強度，產(chǎn)生動水和孔隙水壓力，潛蝕巖土，增大巖土容重，對透水巖石產(chǎn)生浮托力等是產(chǎn)生滑坡的水文地質(zhì)條件。

2.巖石風化作用

巖石風化作用是指在氣候、大氣影響下巖石在原地發(fā)生的破壞作用。風化作用有三種類型，即物理風化作用、化學(xué)風化作用、生物風化作用。

（1）物理風化作用。物理風化作用是指巖石分散為形狀與數(shù)量各不相同的許多個別碎塊，或分散為其各個組成的礦物部分。物理風化的主要因素是溫度的變化。在溫帶及寒帶地區(qū)，尤其是高山地區(qū)雪線附近，當氣溫低于0℃時，則凍脹風化的物理風化起著重要作用。水滲入巖石孔隙后，在溫度下降而凍結(jié)時，以很大的力量分裂巖石；水凍結(jié)時加給巖石裂縫壁面的壓力達到6000kg/cm²，使巖石崩解成角礫狀碎石。

（2）化學(xué)風化作用。由于空氣中的氧、水、二氧化碳和各種水溶液的作用，引起巖石中礦物的化學(xué)成分發(fā)生變化的作用稱為化學(xué)風化作用。化學(xué)風化不僅使巖石破壞，而且還使巖石的礦物成分有顯著的改變。

（3）生物風化作用。生物風化作用是指在生物活動影響下，使巖石發(fā)生破壞的作用。例如，植物根系和動物活動的孔穴，以及生物分泌的有機酸與巖石作用，致使巖石發(fā)生崩解、分解而破壞，逐步形成土壤。

微生物也有破壞巖石的作用。例如，真菌（以及苔蘚和某些藻類）生長在巖石表面，并從巖石內(nèi)吸取養(yǎng)料，因而破壞了巖石的表層。

3.地貌因素

斜坡的坡度、坡長與坡型（直線型、凹型、凸型）以及溝道縱坡、曲折狀況是影響山洪及其泥沙含量的地貌因素。

泥沙沿坡面向下移動，基本作用力是重力。重力或是直接起作用，或是通過某種介質(zhì)（如水）間接起作用。

泥沙移動的形式主要可分為以下幾種，即崩塌、滑坡、土流及覆蓋層坍滑。

崩塌是坡積層（指已移動到斜坡下部的風化產(chǎn)物）或基巖的坍塌，并同時發(fā)生傾覆。山塌也是崩塌的一種。崩塌發(fā)生于險峻的山坡上或陡峭的溝（河）岸上，是巖石風化，坡面遭到地下水侵蝕、溝（河）岸沖溝、地質(zhì)構(gòu)造原因（地震），或人為活動（采石、取土、大爆破等）引起的。

滑坡與崩塌的區(qū)別在于滑坡不是突然發(fā)生的，而是一個比較長期的過程，在移動時是滑動而不是向前傾倒。滑坡脫離開基巖之后，一般都向后稍稍傾斜，如果滑動體上原來有樹木，則形成傾斜而立的“醉林”。

被水所飽和的、呈半流體狀坡積層可能形成土流或山坡型泥石流。土流是由于斜坡上部出現(xiàn)滑坡而引起的。

三、人為因素

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，人類的活動越來越多地向山區(qū)延伸，對山區(qū)自然環(huán)境的影響也越來越大，增加了形成山洪災(zāi)害的松散固體物質(zhì)，減弱了流域的水文效益，有助于山洪災(zāi)害的形成。

森林不合理的采伐，導(dǎo)致山坡荒蕪、山體裸露，加劇水土流失；燒山開荒，陡坡耕種同樣使植被遭到破壞而導(dǎo)致環(huán)境惡化。缺乏森林植被的地區(qū)在暴雨作用下，極易形成山洪，從而引發(fā)山洪災(zāi)害，山區(qū)修路、建廠、采礦等工程建設(shè)項目棄渣，將松散固體物質(zhì)堆積于坡面和溝道中，在缺乏防護措施情況下，一遇到暴雨，不僅促進山洪的形成，而且會導(dǎo)致山洪規(guī)模的增大。陡坡墾殖擴大耕地面積，破壞山坡植被；改溝造田侵占溝道，壓縮過流斷面，致使排洪不暢，增大山洪規(guī)模和擴大危害范圍。山區(qū)建設(shè)忽視環(huán)境保護及山坡穩(wěn)定性，造成山坡失穩(wěn)，引起滑坡與崩塌，施工棄土不當，堵塞排洪溝道，降低排洪能力。