国内外泥石流灾害防治研究现状

国内外泥石流灾害防治研究现状

郭阳冰  倚江星  田艺菀

陕西地矿区研院有限公司（陕西咸阳712000）

摘要：泥石流是一种广泛分布于世界各国、具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害。作为主要自然灾害形成原因之一，在世界范围内引起了普遍的关注。本文通过对泥石流灾害防治领域文献的阅读、总结，针对我国泥石流的特点，对其定义及分类做了较为详细的介绍，重点阐述了国内外泥石流防治技术的发展及其相应的防治措施。通过分析，对泥石流防治技术发展趋势进行了展望，并提出自己的拙见。             

关键词： 综述；泥石流灾害；防治技术

中图分类号：P642    文献标志码： A       文章编号：

Abstract:Debris flow is a kind of natural disaster which is widely distributed in some areas with special topography and geomorphology all over the world. It is one of the main causes of natural disasters. Through reading and summarizing the literature in the field of debris flow prevention and control, this paper introduces the definition and classification of debris flow in detail in accordance with the characteristics of debris flow in China. The development of debris flow prevention and control technology at home and abroad and its corresponding control measures are expounded. Through analysis, the development trend of debris flow prevention technology is prospected, and its own views are put forward.

Keywords:Summary; Debris flow disaster; Prevention and control technology

1928年美国地质学家Blackwelder博士发表了第一篇泥石流英文论文：“半干旱山区的地质营力：泥石流”。这篇重要的科学论文，使人们开始认识到泥石流不再是“上帝的行动”，而是自然界的一种地貌过程。自此，地学界开始了对泥石流进行科学和系统的研究。1950年，在京西原宛平县（现门头沟区）清水河流域发生了山洪和泥石流灾害。北京林学院（现北京林业大学）关君蔚先生带队考察后，对灾情较重的田寺东沟泥石流进行了治理，采用以工代赈的形式修筑治理工程，取得了高质量的效果，经受了3次相似暴雨的考验，经历了半个多世纪仍安然无恙[1]。这是新中国成立以后最早的泥石流治理工程。然而，泥石流灾害作为我国山区城镇常见的一种地质灾害，不仅发生数量大，造成的人员伤亡和财产损失较高，同时防治、监测难度极大。据统计，自2005-2015年的11年间，我国共发生泥石流灾害10927起，占地质灾害总数的3.92%；因泥石流灾害造成的死亡（失踪）人数为3000人，占11年间因地质灾害造成死亡（失踪）总数的36.14%；因泥石流灾害造成的直接经济损失共计约合142亿元，占11年间因地质灾害造成的直接经济损失的28.83%。特别是2010年8月8日在甘肃舟曲发生的“8.8特大泥石流灾害”，共造成1765人死亡失踪，直接经济损失达4亿元，成为我国近年来最为惨重的一次地质灾害。

一、泥石流概况

1.泥石流的定义

研究至今，泥石流的定义多达几十条，唐邦兴等人认为，泥石流是一种含有大量的泥沙石块和巨砾的固液两相流体；吴积善等人将泥石流定义为，发育于山区的处于含沙水流与滑坡之间的三相流体[2]；杜榕桓等人对泥石流的描述较为概括，认为这是一种发育于山区的带有突发性质的自然灾害现象；章书成与唐邦兴对泥石流的概括较为相似，皆认为泥石流是固液二相流体，只是张述成对泥石流发生地进行了归纳，认为泥石流发生地多位于小流域；倪晋仁对泥石流的定义较为宏观，泥石流是一种灾害地貌过程，带有突发性质，而对其组成成分描述较为模糊；陈洪凯则将泥石流定义为介于滑坡和洪流之间的灾害地貌过程及灾害地质现象，其物质组成为大量石块、巨砾和气体的三相流体；王继康将泥石流定义为含有大量泥、砂、石的两相颗粒流体，其发育为地斜坡上或沟谷中……。从以上来看，各种泥石流定义虽然表达方式各异，但分析其定义内容，都包含了泥石流的物质组成和泥石流现象的影响两方面。在大方向上，沿着观察现象，探查本质，分析研究对策的思路，宏观与微观结合建立起相对完备的学科系统。泥石流地理学、结构学、形成学、流体力学、沉积学和防治学等组成了泥石流系统理论。泥石流系统理论的构建也体现了其涵盖内容多，学科交互面广的特征。

2.泥石流的产生条件

通过泥石流的定义，可大致了解泥石流的物质组成，即流水和松散的固体物质，而发生泥石流则需要一定的地形条件，能够使泥石流流动的条件—坡度。容易发生泥石流的区域大多地形较陡，而陡峭地势对泥石流纵向发展供给必要的发展空间，并且利于将泥石流的势能转化为促使泥石流运动的动能。常规泥石流活动区域自上而下由清水区、形成区、流通区和堆积区组成[3]，如图1所示。

图1 泥石流活动区划分

3.泥石流分类

分布在不同地区的泥石流，其形成条件、发展规律、物质组成、土体理学性质、运动特征及破坏强度等都存在着差异性[4]。深入观察研究这些差异性，不仅对认识泥石流的内在规律有重要意义，而且更重要的是能够在山区建设中根据泥石流的不同特点，制定合理的设计方案和防治措施。关于泥石流分类，有多种不同方法，如按照成因分类，按照发生地分类，按照规模大小分类，按照物质组成分类等，但此类研究并未完全成熟，分类方法和指标也不统一。本文通过归纳，根据不同分类指标将泥石流进行分类，见表1。

表1 泥石流分类及指标体系

4.泥石流危害

泥石流的危害不仅表现在其发生过程中对房屋，公路，村庄等设施的冲击与淹没，也表现在泥石流发生后，堆积区土地肥力的下降，不利于农作物和其他植物生长。在近居住段的泥石流发生过程中，根据发生规模大小，其危害也不同，但终归给人们日常生活和社会经济发展带来很大影响，即对建筑物的冲击，掩埋，破坏，甚至造成人员伤亡。而泥石流发生后，当地土地被泥石流堆积物所覆盖，土地无法正常利用也是泥石流带来的危害。如图2所示。

图2 中国泥石流易发程度分区图

二、我国泥石流防治发展

我国山区广大劳动人民，长期以来在与泥石流这种自然灾害斗争中积累了许多宝贵经验，然而最早对泥石流灾害进行系统科学的研究要追溯到20世纪50年代，对危害严重的铁路，公路，航道，工矿企业，城镇和村庄的泥石流进行了调查研究和工程处理，通过植树造林，改修梯田，兴修水利等水土保持措施，很大程度上减轻了泥石流的危害，同时在认识泥石流形成发展的内在规律和治理举措方面也取得了丰富的经验。例如，在西北黄土高原区域，因地制宜地改坡地为梯田，修设谷坊坝，封沟屏，植物固坡等，大大减轻了水土流失和泥石流的危害，使一些较小泥石流沟得到了治理。在西南山区，为了防止泥石流的危害，修设的许多导流坝和拦截泥沙石块的拦挡坝以及植树造林等方面都取得了较好的效果。

泥石流的防治是结合实际情况，通过分析泥石流的成因因素和治理需求，采用综合治理和局部治理相结合，预防和预测措施并用的方法来抑制泥石流的发生和阻止泥石流进一步发展，以减轻或消除泥石流的危害，使治理的结果达到设想的要求。

通过在全国各地建立多个观测站点，以获取不同地区、不同种类泥石流的原始资料，人们认识了泥石流的形成条件和发生规律。总结出以下防治原则：（1）全面规划，突出重点。根据泥石流的实际情况，综合考虑泥石流的成因要素、活动特征及危害状况，全面地制定防治规划。应打破部门及地域间的界线，统筹兼顾，远近结合，突出重点，抓住关键性因素，实行因害设防。（2）坚持以防为主，预防和治理相结合，除害与兴利的方针。（3）结合实际，注意节约，做到经济上合理，技术上可靠[5]。

三、我国泥石流灾害防治现状

我国泥石流的防治对策是结合中国泥石流的成灾特点，根据国家建设的需要以及经济能力而采用的一种适合我国国情的泥石流防治。经过几十年的研究，形成了一系列的泥石流防治体系，即治理体系、防护体系、预防体系、预报体系、警报体系等。在泥石流监测、预报与报警方面，我国水利部门、自然资源部门、气象部门和中国科学院都开展滑坡和泥石流监测预报工作，其中，中国科学院以研究现象机理，建立方法模型为主：自然资源部门以地面监测并为工程建设服务为主：水利部门则以抢险救灾为主：气象部门主要开展降雨监测并与国土资源部门合作，以全国性、区域性灾害预报为主[6]。

四、日本泥石流灾害防治现状

日本对泥石流研究也十分重视，并且相关研究进展速度迅猛。由于其国内地貌类型和气候条件致使其境内极易发生泥石流，并且自身人口密度较大，泥石流对其的危害显然更大。日本为有效控制泥石流发生投入大量的财力物力，在短时间内对泥石流研究得到了显著的成就，对泥石流的实验模拟和数学计算已经能够为泥石流防治做出理论依据和依靠。并提出切实可靠的实际方法应对泥石流爆发，建造了防泥石流堤坝，有效地减少了泥石流带来的损失。对于泥石流的运动形态，现阶段多采用多普勒流速仪对其水位、流速等水文物理量进行观测。日本在图像解析流速测量方法（粒子图像流速测定法，简称PIV法）的研究有了进展，并可在一定河段范围内使用[7-8]。

1.日本的泥石流预测及预报

预测及预报模型研究在日本极为重视，在滑坡和泥石流的时空预测、预报模型及预警的方法上相对集中，并应用最先进的RS和GPS技术做进一步研究[9]。

2.日本泥石流的治理

“砂防”简称Sabo，即对侵蚀与沉积物运移进行防治。Sabo works可分为建筑防治措施和非建筑防治措施两种。建筑防治指通过修建工程和建筑对泥石流进行治理和调节，如修建拦挡、防护工程等：非建筑防治主要包括泥石流预警、预报、危险地区的区划及相关信息的处理等[10]。

（1）建筑防治。对不同的灾害类型，需要根据实际情况采用不同的建筑措施进行防治。控制泥石流主要有三种方式：防止泥石流的爆发：控制泥石流的流量和规模：对运移过程中的泥石流所携带的能量进行削减，最大程度地使其在可控制的范围内。同一灾害类型的不同地段的治理措施也具有差异性。泥石流对应的措施是：在泥石流的发源地宜修筑调洪水库和引水渠等措施，以减少水量、削减洪峰，抑制形成泥石流的水动力；在泥石流的运移路途中，修建拦砂坝、谷坊、砂防坝等工程，截取泥石流中的沉积物；在泥石流的沉积区域，主要采用排导槽，河岸、河床铺垫等。

（2）非建筑防治。由于发生灾害的范围很广，灾害发生的时间和地点具有很大的不确定性，对可能发生灾害的地点都采用建筑防治方法是不实际的。因此，为在泥沙灾害中保护人的生命，在完善建筑防治的同时，与有关部门相互配合，建立健全预警撤离系统等非工程措施体系。发展非建筑防治需要考虑以下四点：健全泥沙灾害信息系统：让人们熟知泥石流灾害地点；研究并应用预警和疏散体系：制定泥沙灾害防治法[11]。

（3）绿化砂防。绿色砂防具有两层含义：一是建设能够控制产砂，具有防止砂土流失并能堆积砂土功能的防沙林或绿地。二是考虑自然环境的保护的同时，还需在原有的基础上利用砂防工程和周边绿化等工作，创造新的环境，达到更好的目标[12]。

五、其他国家的泥石流防治

国外泥石流防治体系始建于19世纪后半叶，17-18世纪在阿尔卑斯山区的一些国家（奥地利、法国、意大利和瑞士等）就出现了泥石流灾害。18世纪末或19世纪初，泥石流灾害日趋严重，至19世纪中叶，法国、奥地利等国不得不建造泥石流治理工程，颁布森林保护法和建立专门的泥石流防治管理部门，并出现了坡地梯田化、植树造林与水利工程相结合的综合治理。当时俄国已开始较为系统的泥石流防治。20世纪初，尤其40年代以来，苏联修建了大量泥石流治理工程，形成了森林土壤改良措施与河床水利工程相结合的泥石流综合治理体系。

随着对泥石流研究的深化，国外泥石流治理措施日趋完善，最初采用水利工程的设计方法，仅加大安全系数，致使大多数工程遭受损坏。尔后，视泥石流为含沙量较高的挟沙水流，据此设计泥石流防治工程，导致不少工程遭受泥石流冲刷，淤埋而报废。20世纪60-70年代以来，各国专家学者在认识粘性泥石流特殊性的基础上，采用了较为合理的工程结构，取得了良好的治理效果。

世界各国泥石流治理，苏联学者A.I0.弗拉索夫归纳为三个学派，即欧洲派、亚洲派和美洲派。欧洲派以奥地利、法国为代表，主要采用森林土壤改良措施与小型坡地、河床水利工程（含梯级渠道、挡坝群、潜坝群、导流堤等）相结合：亚洲派以日本为代表，主要采用农林土壤改良综合措施（含梯田化、梯级渠道与集水网等）和密布的水利工程相结合。美洲派以美国为代表，主要采用一整套相互关联的水利工程综合防护建筑物（含拦挡坝、梯级泥石流与调洪水库等）。

在泥石流预警预报领域，美国的相关研究较为成熟，2005年USGS和NOAA共同合作开发了“NOAA-USGS泥石流预警系统”，该系统成为国际上最全面、先进的泥石流早期预警系统。NOAA和USGS还计划把更先进的降水预报和测量技术应用于该预警系统，以预测不利的地理环境、泥石流触发条件和描述泥石流灾害的发生[13]。

六、结论

泥石流作为主要自然灾害形成原因之一，对其基本机理及灾害防治措施的研究已在世界范围内引起广泛的重视。经过阅读前人对泥石流的治理以及积累的丰富经验，得出了泥石流治理的五种趋势：（1）从单项治理趋向综合治理；（2）从单纯的防御趋向注意综合效益；（3）从按水利工程标准设计转向结合泥石流特性进行设计；（4）工程结构趋向实用化、轻便化和多样化；（5）泥石流防治工程设计趋向规范化和标准化；（6）从“专群结合”向“专群结合”的防治模式转化，利用高精度的遥感解译结果，进行精准预防。

参考文献：

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[3]高国胜，杜学礼.应用PIV法测定泥石流流速[J].水土保持应用技术，2006(6):3-4.

[4]柴艳，祁颖辉.太行山区泥石流形成的影响因素与分类研究[J].山西建筑，2011(4):78-80.

[5]崔鹏.我国泥石流防治进展[J].中国水土保持科学，2009,7(5):7-13.

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[11]李瑛,黄建和.日本的山洪灾害防御体系[J].人民长江,2008,39 (20):80-81.

[12]刑大韦,张玉芳.日本的山洪灾害和水土流失治理[J].国外水[J]，2004(19):59-61.

[13]李婧华.美国 NOAA-USGS 泥石流预警系统及预警预防业务简介[J].气象科技进展,2013(Z1):121-123.

【作者简介】郭阳冰（1995.05-），男，汉族，陕西省渭南市人，大学本科学历，陕西地矿区研院有限公司项目经理，主要研究方向：地质灾害治理和研究。