西南山區(qū)典型地質(zhì)災(zāi)害鏈成災(zāi)模式研究

鐵永波張憲政龔凌楓高延超白永健徐 偉巴仁基李宗亮葛 華

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081;

2.自然資源部地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控工程技術(shù)創(chuàng)新中心,四川 成都 610000;

3.自然資源部成都地質(zhì)災(zāi)害野外科學(xué)觀測(cè)研究站,四川 成都 610000

0 引言

西南山區(qū)是中國(guó)構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈、地貌演化最復(fù)雜、氣候變化最敏感、高陡地形最發(fā)育的地區(qū),區(qū)內(nèi)地質(zhì)內(nèi)、外動(dòng)力耦合作用強(qiáng),是國(guó)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育的地區(qū)(彭建兵等,2020; 殷躍平等,2021)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,截止到2021年底,西南山區(qū)統(tǒng)計(jì)在庫(kù)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)約9.5萬(wàn)處,約占全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的30%(鐵永波等,2022)。從地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布數(shù)量上看,四川省最多,其次是云南省,地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要以滑坡(55630處)為主,約占西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)的58.5%(鐵永波等,2022)。一些發(fā)育在高地貌部位的特大型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后,常形成跨國(guó)界、跨省界的次生鏈?zhǔn)綖?zāi)害,影響范圍廣,成災(zāi)嚴(yán)重,給災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控帶來(lái)極大難度(韓金良等,2007;殷躍平等,2021;尹福光等,2021)。西南山區(qū)一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)系列工程規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)區(qū),新中國(guó)成立后,從20世紀(jì)開(kāi)始的滇藏公路、成昆鐵路等到如今“十四五”期間規(guī)劃實(shí)施的系列工程,都集中分布在西南高山峽谷區(qū),同時(shí),這一區(qū)域也是中國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施的重點(diǎn)地區(qū)(李濱等,2020; 鐵永波等,2021a;楊期祥,2022)。大量工程和臨時(shí)設(shè)施建設(shè)及城鎮(zhèn)發(fā)展必然會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害承災(zāi)體數(shù)量激增,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增大,給西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害潛在風(fēng)險(xiǎn)防控帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)(黃潤(rùn)秋等,2007;殷躍平和王文沛,2020;亓星等,2022)。

地質(zhì)災(zāi)害鏈?zhǔn)窃跒?zāi)害鏈的基礎(chǔ)上命名而來(lái),目前很多學(xué)者一致認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害鏈?zhǔn)且虻刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生后引發(fā)的一系列其他災(zāi)害現(xiàn)象,是地質(zhì)災(zāi)害之間的相互運(yùn)動(dòng)形式或動(dòng)力過(guò)程差異的轉(zhuǎn)換結(jié)果,如地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后堵塞江河形成堰塞湖,堰塞湖潰決后形成洪水災(zāi)害等(柴賀軍等,1995;韓金良等,2007; Fan et al.,2019;殷躍平和王文沛,2020;崔鵬和郭劍,2021;尹云鶴等,2021)?？紤]地質(zhì)災(zāi)害鏈的空間尺度,有研究將其分為4個(gè)等級(jí)(韓金良等,2007):一級(jí)地質(zhì)災(zāi)害鏈(全球級(jí)別的地質(zhì)災(zāi)害鏈)、二級(jí)地質(zhì)災(zāi)害鏈(區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害鏈)、三級(jí)地質(zhì)災(zāi)害鏈(流域地質(zhì)災(zāi)害鏈)、四級(jí)地質(zhì)災(zāi)害鏈(單條沖溝地質(zhì)災(zāi)害鏈)。研究認(rèn)為,地質(zhì)災(zāi)害鏈不同過(guò)程的轉(zhuǎn)化在時(shí)間、空間和因果關(guān)系上均存在密切聯(lián)系,即后種災(zāi)害的發(fā)生是因前種災(zāi)害而直接引起(張永雙等,2020;崔鵬和郭劍,2021)。受氣候變化影響,西南高山峽谷區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害鏈呈頻發(fā)趨勢(shì),對(duì)其研究及風(fēng)險(xiǎn)防范受到越來(lái)越多的關(guān)注(余瀚等, 2014;殷躍平等,2021)。尤以2018年發(fā)生在西藏自治區(qū)江達(dá)縣的白格滑坡為典型地質(zhì)災(zāi)害鏈為代表,其成災(zāi)范圍波及西藏、四川、云南三省(自治區(qū)),造成數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)損失,波及范圍達(dá)數(shù)百千米,影響極大(張永雙等,2020);西藏米林縣境內(nèi)的色東普溝泥石流曾于2018年(兩次)、2021年發(fā)生高位冰巖崩碎屑流,均堵斷雅魯藏布江形成堰塞湖,潰決洪水對(duì)下游基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞,是西南高山區(qū)高頻地質(zhì)災(zāi)害鏈的典型代表。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者在地質(zhì)災(zāi)害鏈頻發(fā)的雅魯藏布江、金沙江等大江大河沿岸開(kāi)展了地質(zhì)災(zāi)害鏈的發(fā)育分布規(guī)律研究,探索了基于“空-天-地”一體化技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害鏈早期識(shí)別,目前已初步形成相應(yīng)的調(diào)查技術(shù)體系與研究方法,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈的成因機(jī)制認(rèn)識(shí)及防災(zāi)減災(zāi)起到了積極作用(李濱等,2020)。

目前對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈的主要誘發(fā)因素、成災(zāi)模式及評(píng)價(jià)方法等取得了初步的認(rèn)識(shí),提出了地質(zhì)災(zāi)害鏈的級(jí)聯(lián)效應(yīng)、多米諾效應(yīng)、連鎖反應(yīng)、誘發(fā)效應(yīng)等特征,揭示了地質(zhì)災(zāi)害鏈在演進(jìn)中的災(zāi)情傳遞和放大過(guò)程,在考慮不同致災(zāi)因素和災(zāi)害鏈演進(jìn)過(guò)程的基礎(chǔ)上將地質(zhì)災(zāi)害鏈的演進(jìn)模式進(jìn)行了總結(jié)分類(lèi),并提出了地質(zhì)災(zāi)害鏈形成過(guò)程中的致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損害環(huán)和斷鏈環(huán)等基于時(shí)間段的過(guò)程模式(韓金良等,2007;劉建康等,2019;崔鵬和郭劍,2021)。雖然目前在地質(zhì)災(zāi)害鏈的成因認(rèn)識(shí)、成災(zāi)機(jī)制及調(diào)查技術(shù)方法等方面取得了一些進(jìn)展(王天河等,2018;劉錚等,2020),但因西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈控災(zāi)的內(nèi)外動(dòng)力耦合過(guò)程復(fù)雜、成災(zāi)模式多樣,對(duì)其發(fā)育分布規(guī)律及形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步深入。

1 西南山區(qū)典型地質(zhì)災(zāi)害鏈特征

文章通過(guò)收集近300年間西南山區(qū)發(fā)生過(guò)的19次典型重大地質(zhì)災(zāi)害鏈?zhǔn)录?在其成因機(jī)制、成災(zāi)特征與模式系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,總結(jié)了區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害鏈的主控因素。

1.1 暴雨和強(qiáng)震是西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈的主控因素

從誘發(fā)動(dòng)力條件差異看,西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈誘發(fā)的動(dòng)力條件可分為內(nèi)動(dòng)力型地質(zhì)災(zāi)害鏈和外動(dòng)力型地質(zhì)災(zāi)害鏈(白永健等,2019;秦宇龍等,2021)。內(nèi)動(dòng)力型地質(zhì)災(zāi)害鏈的發(fā)生主要受控于因地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)引起的地震、斷裂蠕變等導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的過(guò)程,如2008年汶川地震誘發(fā)的汶川縣唐家山滑坡,形成地震-滑坡-堰塞湖-洪水災(zāi)害鏈,為典型內(nèi)動(dòng)力型地質(zhì)災(zāi)害鏈。外動(dòng)力型地質(zhì)災(zāi)害鏈的受控因素相對(duì)較為復(fù)雜,除了受常規(guī)的降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)影響外,還與高山峽谷區(qū)重力卸荷、高寒山區(qū)凍融等因素密切關(guān)聯(lián),如2018年金沙江白格滑坡-堰塞湖-洪水災(zāi)害鏈、2000年易貢滑坡-碎屑流-堰塞湖-洪水災(zāi)害鏈等,為典型外動(dòng)力型地質(zhì)災(zāi)害鏈(圖1;殷躍平,2000;高楊等,2020;崔鵬和郭劍,2021)。由內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)共同作用誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害鏈稱為復(fù)合型地質(zhì)災(zāi)害鏈,如2010年四川省綿竹市清平鄉(xiāng)地震-暴雨-滑坡-泥石流-堰塞湖的地質(zhì)災(zāi)害鏈就是典型的內(nèi)、外動(dòng)力耦合型地質(zhì)災(zāi)害鏈。

圖1 溝谷災(zāi)害鏈要素(崔鵬和郭劍,2021)Fig.1 Elements of the valley hazard chain (Cui and Guo, 2021)

雖然西南山區(qū)重大歷史地質(zhì)災(zāi)害鏈誘發(fā)動(dòng)力條件復(fù)雜,但根據(jù)19次歷史災(zāi)害鏈?zhǔn)录y(tǒng)計(jì)表明,暴雨和地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害鏈約占總數(shù)的79%,尤以暴雨控災(zāi)特征最為顯著(鐵永波等,2021b)。地質(zhì)災(zāi)害鏈多集中發(fā)生在5—9月,與汛期強(qiáng)降雨關(guān)系密切;地震誘發(fā)的鏈?zhǔn)降刭|(zhì)災(zāi)害與震級(jí)大于MS7.5級(jí)及以上強(qiáng)震對(duì)應(yīng)較好(表1)。

表1 西南山區(qū)典型歷史重大地質(zhì)災(zāi)害鏈統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of typical geohazard chains in the southwest mountainous region

1.2 地質(zhì)災(zāi)害鏈具多樣化空間成災(zāi)特征

由于西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈形成過(guò)程中的鏈?zhǔn)江h(huán)節(jié)復(fù)雜、類(lèi)型多樣,從始發(fā)的原生地質(zhì)災(zāi)害到終止的地質(zhì)災(zāi)害均會(huì)形成差異明顯的致災(zāi)過(guò)程,在空間上具有成災(zāi)特點(diǎn)的多樣性。通常情況下,地質(zhì)災(zāi)害鏈發(fā)生后,原生災(zāi)害滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害會(huì)在其直接影響區(qū)造成淤埋災(zāi)害,具有小范圍成災(zāi)特征。因原生災(zāi)害引發(fā)的次生潰決洪水除了直接對(duì)下游淹沒(méi)區(qū)造成破壞外,還會(huì)侵蝕下游河道岸坡,導(dǎo)致河岸兩側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施遭受破壞,引發(fā)岸坡失穩(wěn),進(jìn)而誘發(fā)群發(fā)性崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害并呈現(xiàn)大范圍成災(zāi)特征。

1.3 地質(zhì)災(zāi)害鏈具有顯著的跨界成災(zāi)特征

西南山區(qū)所處的地理位置及地形條件特殊,是許多大江大河流域的上游地區(qū),巨大的地形高差導(dǎo)致災(zāi)害運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn),一旦形成鏈?zhǔn)綖?zāi)害,其影響范圍會(huì)波及下游數(shù)百甚至數(shù)千千米遠(yuǎn),并造成災(zāi)害。如2000年易貢滑坡堵塞易貢藏布后形成堰塞湖,潰決洪水一直影響下游數(shù)千千米外的地區(qū),具有典型的跨國(guó)界成災(zāi)特征,其影響范圍極為罕見(jiàn)。2018年發(fā)生在西藏境內(nèi)的白格滑坡堵塞金沙江后,形成的潰決洪水在下游四川省、云南省境內(nèi)造成災(zāi)害,其影響范圍遠(yuǎn)達(dá)數(shù)百千米,具有典型的跨省界成災(zāi)特征。

因此,西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈具有影響區(qū)域跨國(guó)界、跨省界、跨縣界等行政界線的顯著特征。由于不同行政界線之間的聯(lián)動(dòng)防災(zāi)減災(zāi)機(jī)制目前尚不成熟,在信息通報(bào)、聯(lián)合防控及應(yīng)急撤離等方面的機(jī)制還有待系統(tǒng)建立。特別是跨國(guó)界、跨省界這些行政單元之間的高效信息互通與聯(lián)動(dòng)機(jī)制缺乏,是目前地質(zhì)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)防控中存在的難點(diǎn)。

2 西南山區(qū)典型地質(zhì)災(zāi)害鏈成災(zāi)模式

因地質(zhì)災(zāi)害鏈的誘發(fā)因素、原生災(zāi)害類(lèi)型、鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)換過(guò)程及成災(zāi)模式均較復(fù)雜,給地質(zhì)災(zāi)害鏈分類(lèi)的統(tǒng)一性帶來(lái)極大困難?？紤]每次地質(zhì)災(zāi)害鏈的形成過(guò)程都始于一個(gè)原生地質(zhì)災(zāi)害,在不考慮地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)條件的基礎(chǔ)上,結(jié)合西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈形成特征,按照原生地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi),可分為滑坡型災(zāi)害鏈、崩塌型災(zāi)害鏈及泥石流型災(zāi)害鏈(表2)。

表2 西南山區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害鏈分類(lèi)表Table 2 Classification of main geohazard chains in the southwest mountainous region

2.1 滑坡-堰塞湖-潰決洪水災(zāi)害鏈成災(zāi)模式

西南山區(qū)歷史強(qiáng)震頻發(fā),因地震誘發(fā)的同震大型滑坡極為發(fā)育,在西南的深切河谷區(qū),高位斜坡受地形高差大、巖體破碎等影響,在強(qiáng)震作用下極易發(fā)生變形破壞,形成大規(guī)?；虏⒍氯骱?形成堰塞湖,堰塞湖潰決后形成洪水對(duì)下游造成災(zāi)害(殷躍平,2000;許沖等,2010;孫萍等,2011)。2008年汶川8.0MS強(qiáng)震觸發(fā)數(shù)百處大型滑坡,其中造成堵江災(zāi)害鏈的不在少數(shù),如唐家山滑坡發(fā)生后堵斷湔江,形成長(zhǎng)803 m、高82.65～124.40 m的堰塞壩,堰塞湖最大庫(kù)容量高達(dá)3.2億立方米,對(duì)下游沿江城市數(shù)十萬(wàn)人生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅,后因處置得當(dāng)成功解除威脅。1786年,四川省康定市發(fā)生7.7級(jí)強(qiáng)震,導(dǎo)致瀘定縣磨西鎮(zhèn)摩崗嶺發(fā)生滑坡,地震觸發(fā)的摩崗嶺滑坡,約1.5億立方米的巖石瞬間從高約800 m的山頂迅速滑下,滑坡徹底堵斷大渡河并形成一道高約250 m的天然大壩,形成蓄水量多達(dá)13億立方米的堰塞湖。大渡河被堵斷近十天后發(fā)生潰決,數(shù)億立方米的洪水沖起高達(dá)30多米高的巨浪洶涌而下,導(dǎo)致下游的今石棉縣、峨邊縣及樂(lè)山市等沿河一帶城鎮(zhèn)、民房及農(nóng)田被嚴(yán)重?fù)p毀,造成嚴(yán)重災(zāi)情。這類(lèi)地震-滑坡-堵江堰塞湖-洪水災(zāi)害是發(fā)育在西南山區(qū)的滑坡型災(zāi)害鏈的典型代表(圖2)。

圖2 典型滑坡-堰塞湖-潰決洪水災(zāi)害鏈模式示意圖Fig.2 Typical pattern graph of an earthquake-landslidedammed lake-burst flood hazard chain

2.2 滑坡-涌浪災(zāi)害鏈成災(zāi)模式

西南山區(qū)巨大地形高差帶來(lái)的勢(shì)能為水電站規(guī)劃建設(shè)帶來(lái)有利條件,高山峽谷區(qū)各類(lèi)水電站建成后,因庫(kù)區(qū)水位季節(jié)性消漲引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害極具代表性,其中尤以三峽水電站庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害極為典型。研究表明,三峽庫(kù)區(qū)蓄水后的未來(lái)五年地質(zhì)災(zāi)害呈急劇上升的趨勢(shì),許多庫(kù)區(qū)滑坡至今仍在變形,庫(kù)水位消漲對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響極為顯著(殷躍平,2004)。除受庫(kù)水位影響外,三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害還受汛期強(qiáng)降雨的疊加作用,特別是汛期長(zhǎng)時(shí)間降雨導(dǎo)致土體含水量飽和,坡體自重增加,在庫(kù)水位消漲過(guò)程中更容易產(chǎn)生變形破壞?；掳l(fā)生后,特別是高位滑坡因巨大的勢(shì)能進(jìn)入庫(kù)區(qū)后,會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模涌浪,對(duì)滑坡影響區(qū)域上下游均會(huì)造成破壞,其影響范圍可達(dá)數(shù)千米至數(shù)十千米。如2015年6月24日,重慶市巫山縣大寧河發(fā)生滑坡,滑坡進(jìn)入庫(kù)區(qū)后形成5～6 m高的涌浪,導(dǎo)致13艘無(wú)作業(yè)人員小型船只翻沉,1人失蹤,5人受傷,11處碼頭鋼纜不同程度受損的災(zāi)情;2013年7月27日,云南昭通市永善縣黃華鎮(zhèn)黃坪村四社三轉(zhuǎn)灣處發(fā)生山體滑坡,約12萬(wàn)立方米滑坡體墜入金沙江后形成20多米高的巨浪,瞬間將在四川涼山雷波縣巖腳鄉(xiāng)金沙村復(fù)建碼頭的十余人及正在江面行駛的一艘船只卷入江中。這類(lèi)滑坡-涌浪災(zāi)害是發(fā)育在西南水庫(kù)區(qū)的滑坡型災(zāi)害鏈的典型代表(圖3)。

圖3 典型滑坡-涌浪災(zāi)害鏈模式示意圖Fig.3 Typical pattern graph of a landslide-surge hazard chain

2.3 冰巖崩-碎屑流/泥石流-堰塞湖-潰決洪水災(zāi)害鏈成災(zāi)模式

在西南高山和極高山區(qū),因陡峻的地形、巨大的高差和較大的溫差導(dǎo)致高位冰巖崩極為發(fā)育(李濱等,2020)。受溫度升高、降雨、重力等因素影響,高位冰川極易產(chǎn)生崩落并解體,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為高速碎屑流。夾帶大量冰塊、巖塊的冰崩碎屑流在運(yùn)動(dòng)中沿途鏟刮冰川前部冰磧土,混合著冰體融水、溝道洪水等形成大規(guī)模泥石流沖出。因這類(lèi)來(lái)自極高山區(qū)的鏈?zhǔn)綖?zāi)害具有沖出規(guī)模大、運(yùn)動(dòng)速度快、運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)等特點(diǎn),在進(jìn)入下游主河后往往會(huì)造成堵江,并形成大規(guī)模堰塞湖,隨后堰塞湖潰決形成洪水,可在其下游數(shù)百甚至數(shù)千千米范圍內(nèi)造成災(zāi)害,破壞力極強(qiáng)(殷躍平等,2021;申艷軍等,2022)。如2018年10月17日,西藏林芝市雅魯藏布江左岸色東普溝上游發(fā)生冰巖崩,碎屑流鏟刮流域內(nèi)的冰磧土形成大規(guī)模泥石流進(jìn)入雅魯藏布江,造成雅魯藏布江被堵斷50余小時(shí)并形成堰塞湖,隨后堰塞壩前水位升高至壩后形成漫頂沖刷,堰塞湖潰決后形成洪水,對(duì)下游造成災(zāi)害(李濱等,2020;劉錚等,2020)。這類(lèi)冰巖崩-泥石流-堵江堰塞湖-潰決洪水災(zāi)害是發(fā)育在西南極高山區(qū)的崩塌型災(zāi)害鏈的典型代表(圖4)。

圖4 典型冰巖崩-泥石流-堰塞湖-潰決洪水災(zāi)害鏈模式示意圖Fig.4 Typical pattern graph of an ice rock fall-debris flowdammed lake-outburst flood hazard chain

2.4 冰崩-冰湖潰決-泥石流災(zāi)害鏈成災(zāi)模式

因構(gòu)造隆升作用強(qiáng)烈,西南地區(qū)現(xiàn)代冰川極為發(fā)育,冰川前端冰舌地形極為陡峻,受冰裂縫、重力等因素影響,失穩(wěn)的冰塊在脫離冰川后崩落至前端冰湖,冰湖水體將冰崩沖擊力傳遞至下游壩體,對(duì)壩體形成強(qiáng)大沖擊力,極易導(dǎo)致冰磧湖壩體破壞而產(chǎn)生潰決。冰湖潰決后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放大量湖水沖出形成洪水,洪水沿途鏟刮冰磧土后形成泥石流,可在下游數(shù)十千米范圍內(nèi)造成災(zāi)害,因這類(lèi)來(lái)自極高山區(qū)的冰崩誘發(fā)的冰湖潰決泥石流鏈?zhǔn)綖?zāi)害具有鏈?zhǔn)江h(huán)節(jié)多、早期識(shí)別難、防范難度大等特點(diǎn)(陳曉清等,2006;秦宇龍等,2021)。一些冰湖潰決泥石流進(jìn)入下游主河后還會(huì)造成堵江,并形成堰塞湖,隨后堰塞湖再潰決形成洪水,對(duì)下游造成災(zāi)害(陳曉清等,2006;劉文等,2021)。如西藏自治區(qū)聶拉木縣境內(nèi)沖堆普于2002年5月23日和6月29日先后兩次潰決,并誘發(fā)了大規(guī)模泥石流,導(dǎo)致下游的水電站、中尼公路、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、通訊設(shè)施等遭受?chē)?yán)重破壞,總共損失約750余萬(wàn)元,給地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重的影響(陳曉清等,2006)。這類(lèi)冰崩-冰湖潰決-泥石流災(zāi)害是發(fā)育在西南極高山區(qū)的崩塌型災(zāi)害鏈的又一典型代表(圖5)。

圖5 典型冰崩-冰湖潰決-泥石流災(zāi)害鏈模式示意圖Fig.5 Typical pattern graph of an ice fall-debris flow-dammed lake-outburst flood hazard chain

2.5 泥石流-堰塞湖-滑坡災(zāi)害鏈成災(zāi)模式

受特殊氣候條件影響,西南山區(qū)降雨集中,且短時(shí)強(qiáng)降雨過(guò)程頻繁,因暴雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害每年多達(dá)數(shù)千起(唐川,2010)。在一些流域面積較大、匯流條件較好的流域,強(qiáng)降雨會(huì)快速形成洪水,啟動(dòng)流域內(nèi)的松散物源并形成泥石流。通常情況下,大規(guī)模泥石流進(jìn)入主河后會(huì)堵斷河道形成堰塞湖,導(dǎo)致主河上游水位迅速抬升,對(duì)上游形成回水淹沒(méi)。當(dāng)堰塞湖水位抬升至堰塞壩頂時(shí),便會(huì)形成漫壩潰決洪水,這類(lèi)洪水多會(huì)沿著泥石流堆積扇厚度相對(duì)較薄的一側(cè)潰決,通常情況下都是泥石流沖出的對(duì)岸一側(cè)。當(dāng)潰壩洪水集中從對(duì)岸一側(cè)沖出時(shí),會(huì)對(duì)岸坡坡腳造成強(qiáng)烈侵蝕,導(dǎo)致岸坡失穩(wěn)并引發(fā)滑坡,滑坡滑入主河后進(jìn)一步堵塞河道,形成更大的堰塞壩并形成堰塞湖,堰塞湖潰決后洪水再造成更大災(zāi)害。如2020年6月17日,四川省甘孜藏族自治州丹巴縣半扇門(mén)鄉(xiāng)梅龍溝受暴雨影響,暴發(fā)大規(guī)模泥石流,阻斷小金川河并形成堰塞湖,導(dǎo)致上游村莊和水電站被淹。隨后,堰塞湖從小金川河左岸一側(cè)潰決,洪水強(qiáng)烈沖刷左岸阿娘寨古滑坡坡腳,導(dǎo)致滑坡發(fā)生整體變形和前緣滑動(dòng)。這類(lèi)暴雨-泥石流-堰塞湖-滑坡地質(zhì)災(zāi)害鏈在時(shí)間和空間上呈現(xiàn)出典型的遞進(jìn)式特點(diǎn),是發(fā)育在西南高山峽谷地區(qū)泥石流型災(zāi)害鏈的典型代表(圖6)。

圖6 典型泥石流-堰塞湖-滑坡災(zāi)害鏈模式示意圖Fig.6 Typical pattern graph of a rainstorm-debris flowdammed lake-landslide hazard chain

3 西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈研究展望

受特殊地質(zhì)環(huán)境條件影響,西南山區(qū)是我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害鏈發(fā)育數(shù)量最多、類(lèi)型最全的地區(qū)。雖然在目前對(duì)西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈的成因類(lèi)型、演化模式及成災(zāi)特征等方面均有了深入的認(rèn)識(shí),但由于地質(zhì)災(zāi)害鏈的孕災(zāi)條件復(fù)雜、控災(zāi)因素多樣、成因機(jī)理復(fù)雜及早期識(shí)別難等問(wèn)題,對(duì)其認(rèn)識(shí)仍存在一些亟待深入調(diào)查和研究的問(wèn)題,未來(lái)需要在以下一些方面加強(qiáng)研究(韓金良等,2007;崔鵬和郭劍,2021;殷躍平等,2021)。

3.1 地質(zhì)災(zāi)害鏈歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與發(fā)育分布規(guī)律研究

西南山區(qū)歷史上曾發(fā)生過(guò)多起地質(zhì)災(zāi)害鏈,但目前對(duì)歷史地質(zhì)災(zāi)害鏈發(fā)育規(guī)律把握不全面,未形成地質(zhì)災(zāi)害鏈數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈的數(shù)量、類(lèi)型及發(fā)育分布規(guī)律的系統(tǒng)總結(jié)與研究缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,尤其是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈的孕災(zāi)背景條件及主要控災(zāi)因素的認(rèn)識(shí)程度有待提升(殷躍平和王文沛,2020;鐵永波等,2022)。因此,需要建立西南山區(qū)歷史地質(zhì)災(zāi)害鏈數(shù)據(jù)庫(kù),并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈孕災(zāi)背景開(kāi)展綜合研究,在歷史地質(zhì)災(zāi)害鏈成災(zāi)規(guī)律總結(jié)的基礎(chǔ)上分析其控災(zāi)條件,開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)評(píng)價(jià),揭示地質(zhì)災(zāi)害鏈形成與活動(dòng)斷裂帶、水系、區(qū)域性特殊成因易滑地層、地震烈度、降雨強(qiáng)度及人類(lèi)工程活動(dòng)等要素之間的關(guān)系,為西南山區(qū)城鎮(zhèn)和重大工程規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 基于多源遙感技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害鏈識(shí)別體系構(gòu)建

對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈而言,第一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害在什么地方對(duì)整個(gè)災(zāi)害鏈的識(shí)別極為重要,根據(jù)已有的研究成果看,鏈?zhǔn)江h(huán)節(jié)中第一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害都發(fā)生在高位山體,這些地貌部位往往是無(wú)人區(qū),交通條件極差,地面調(diào)查或勘查設(shè)備難以到達(dá)(孫萍等,2011;張永雙等,2020;李濱等,2020),如金沙江白格滑坡高差極大,交通條件差,一些常規(guī)的手段難以實(shí)現(xiàn)有效調(diào)查(圖 7)。

圖7 西藏金沙江白格滑坡災(zāi)害鏈現(xiàn)場(chǎng)Fig.7 Photo of the hazard chain caused by the Baige landslide in 2020

西南一些高山峽谷地區(qū)還因?yàn)楹０胃摺⒃旗F多和冰雪覆蓋厚等,光學(xué)遙感等手段也難以對(duì)其早期形變進(jìn)行有效識(shí)別,而普通的無(wú)人機(jī)也難以飛抵這些區(qū)域,如四川省丹巴縣半扇門(mén)鎮(zhèn)梅隆溝泥石流物源啟動(dòng)區(qū)位于上游高海拔地區(qū),植被覆蓋好,云霧多,給調(diào)查帶來(lái)極大難度(圖8)。目前對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈進(jìn)行有效識(shí)別的手段仍尚未被攻克,缺乏針對(duì)性的技術(shù)體系,急需建立基于多源綜合遙感技術(shù)的不同類(lèi)型特大地質(zhì)災(zāi)害鏈早期識(shí)別標(biāo)志,實(shí)現(xiàn)對(duì)高山、極高山區(qū)隱蔽型地質(zhì)災(zāi)害鏈潛在相互轉(zhuǎn)化關(guān)鍵區(qū)段的時(shí)空預(yù)測(cè)。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害鏈成因機(jī)制研究的理論方法體系構(gòu)建

西南山區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害鏈的原生災(zāi)害源類(lèi)型與成鏈模式多樣,這些原生災(zāi)害的成因機(jī)制、動(dòng)力學(xué)過(guò)程及成災(zāi)特征都有顯著差異(許沖等,2010;崔鵬和郭劍,2021)。同時(shí),地質(zhì)災(zāi)害鏈在形成過(guò)程中的多形態(tài)(固態(tài)-液態(tài))、多過(guò)程(流-堵-潰)轉(zhuǎn)化特征決定了其動(dòng)力學(xué)過(guò)程的復(fù)雜性和綜合性,目前在深入認(rèn)識(shí)災(zāi)害鏈在每個(gè)環(huán)節(jié)的成因機(jī)理,尤其是定量的物理模型與數(shù)值模擬研究方面還相對(duì)較弱,將宏觀的地質(zhì)動(dòng)力過(guò)程和微觀的力學(xué)模型進(jìn)行耦合研究還未達(dá)到量化標(biāo)準(zhǔn),缺乏系統(tǒng)理論與方法的指導(dǎo)。因此,需要構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害鏈形成機(jī)理研究理論方法與技術(shù)體系,形成以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為基礎(chǔ)的多學(xué)科交差理論與方法,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害鏈研究的系統(tǒng)化與定量化。

3.4 針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈的調(diào)查、評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)預(yù)警等技術(shù)規(guī)范體系建設(shè)

雖然在西南山區(qū)常規(guī)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)方面已有較為成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),但對(duì)地質(zhì)災(zāi)害鏈這類(lèi)形成部位高、隱蔽型強(qiáng)、成災(zāi)面廣的特殊災(zāi)害類(lèi)型,哪些調(diào)查技術(shù)是最有效的?哪些內(nèi)容是調(diào)查的重點(diǎn)?哪些技術(shù)流程需要規(guī)范?等等,目前都還沒(méi)有系統(tǒng)的規(guī)范與要求,給調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和統(tǒng)一性帶來(lái)不便(申艷軍等,2022;亓星等,2022)。因此,下一步需要加強(qiáng)多類(lèi)型災(zāi)害過(guò)程融合的系列地質(zhì)災(zāi)害鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè),并形成規(guī)范,包括地質(zhì)災(zāi)害鏈早期識(shí)別、調(diào)查評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等全過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)體系,從技術(shù)層面規(guī)范地質(zhì)災(zāi)害鏈調(diào)查評(píng)價(jià)流程、內(nèi)容及成果表達(dá)。

3.5 跨界流域特大地質(zhì)災(zāi)害鏈調(diào)查評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管控示范

地質(zhì)災(zāi)害鏈發(fā)生后往往會(huì)造成跨行政區(qū)域(國(guó)界、省界、縣界)成災(zāi),如西藏自治區(qū)境內(nèi)發(fā)生的金沙江白格滑坡堵江堰塞湖潰決后,對(duì)下游的四川省、云南省等造成災(zāi)害,形成跨省界的成災(zāi)過(guò)程。目前雖然各省(市、自治區(qū))均有自己的地質(zhì)災(zāi)害防控聯(lián)動(dòng)體系,但對(duì)于跨省界的地質(zhì)災(zāi)害鏈防控,尚未形成有效的聯(lián)動(dòng)機(jī)制。如何對(duì)跨界成災(zāi)的地質(zhì)災(zāi)害鏈進(jìn)行有效風(fēng)險(xiǎn)管控,急需開(kāi)展各類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害鏈的綜合示范,一方面包括技術(shù)層面的地質(zhì)災(zāi)害鏈早期識(shí)別、調(diào)查評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等專業(yè)內(nèi)容;另一方面還包括管理層面的跨行政邊界地質(zhì)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)動(dòng),需要不同行政單元責(zé)任部門(mén)形成暢通的信息共享與應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)跨界流域的上下游聯(lián)動(dòng)、多部門(mén)協(xié)同的地質(zhì)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)防控機(jī)制。

4 結(jié)論與建議

(1)西南山區(qū)歷史重大地質(zhì)災(zāi)害鏈主要沿大江大河流域及強(qiáng)活動(dòng)性斷裂帶分布,其誘發(fā)動(dòng)力條件主要以暴雨和強(qiáng)震為主,西南山區(qū)地震頻發(fā)區(qū)、暴雨中心區(qū)的大江大河流域?qū)⑹堑刭|(zhì)災(zāi)害鏈防范的重點(diǎn)地區(qū)。

(2)西南山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害鏈成災(zāi)模式在區(qū)域上具有顯著差異,流域上游高山和極高山區(qū)需要重點(diǎn)防高位滑坡及冰巖崩等原生災(zāi)害誘發(fā)的鏈?zhǔn)叫?yīng),大江大河中下游區(qū)域要重點(diǎn)防范潰決洪水災(zāi)害,災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)防范需要有針對(duì)性的措施。

(3)發(fā)育在西南大江大河流域無(wú)人區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害鏈具有極強(qiáng)的隱蔽型,其早期變形跡象不易被發(fā)現(xiàn),需要通過(guò)提高無(wú)人區(qū)多源遙感的監(jiān)測(cè)與識(shí)別,同時(shí)加大對(duì)重點(diǎn)流域沿岸的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查力度,提前開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

(4)西南山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,地質(zhì)災(zāi)害鏈的形成機(jī)理研究需要加強(qiáng)物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬,強(qiáng)化定量研究,同時(shí)要推進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害鏈精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查區(qū)劃與管控體制構(gòu)建,形成跨行政單元聯(lián)動(dòng)的地質(zhì)災(zāi)害鏈風(fēng)險(xiǎn)管控體系。