第四节 山洪灾害形成的影响因素

一、水文因素

山洪灾害成因中，最活跃的因素是因暴雨引起的强大的地面径流。除暴雨外，其他一些原因，也可能引起山洪灾害，如迅速融雪或冰川迅速融化、水体（湖泊或水库）溃决。

本书主要讨论暴雨型山洪灾害。

影响山洪灾害形成的水文要素主要有暴雨量及其强度、暴雨损失、暴雨集流。

1.暴雨量及其强度

暴雨是指短时间内强度很大的降雨。我国气象部门现在将暴雨分为3个等级，即暴雨、大暴雨、特大暴雨。在12h内降雨量为30～70mm或24h内降雨量为50～100mm者为暴雨；在12h内降雨量为70～140.0mm或24h内降雨量为100～200mm者为大暴雨；在12h内降雨量大于140mm或24h内降雨量大于200mm者为特大暴雨。

我国除西北内陆少数地区外，大多出现过日雨量100mm以上的大暴雨。东南部各省中多数出现过日雨量200mm以上的特大暴雨。至于日雨量超过400mm的地区，东北只有长白山余脉、千山山脉东南坡的丹东地区。华北只有太行山东坡和豫西山地东部。南方只有广东沿海及台湾省等地。

我国大陆上最大的两场大暴雨发生在1963年8月上旬太行山东坡和1975年8月上旬豫西山区东部。河北省内丘县獐獏乡1963年8月4日日雨量达950mm，比当地平均年雨量还多一半。1975年受3号台风影响，河南方城县郭林8月7日下了1054.7mm，泌阳县林庄从8月7日14时到8日2时的12h内降雨954.4mm，破大陆的暴雨纪录。分析某一地区的暴雨分布规律是预测山洪灾害的重要依据之一。

2.暴雨损失及其影响因素

暴雨损失大约可分成3个部分，即植物截留、土壤入渗、地面坑洼蓄水。

（1）植物截留。关于植物截留的定量资料，国内尚缺乏系统的研究，现列举美国R.E.贺顿公式及苏联H.H.戚戈戴夫的资料作为参考。

R.E.贺顿的经验公式为

式中 I——植物截留量，mm；

x——一次雨量，mm。

a、b、n——系数，依植物种类不同而定。a的变化范围为0.5～1.5；b的变化范围为0.15～1.15；n取0.5或1.0。

据苏联H.H.戚戈戴夫的研究，植物截留量，依乔木（针叶、阔叶）、灌木、草而不同，随植物的稠密程度又有很大差异，见表1-2。

（2）土壤入渗。水向土壤中入渗，最初是土壤表面被润湿，随后地面水在重力的作用下渗入较大的土壤孔隙、裂缝与植物根系通道、动物孔穴等。同时在毛细管力与分子力的作用下，水渗入土壤的毛细管等较细小的孔隙中。

在整个降雨过程中，入渗强度是随时间而递减的。

当降雨强度小于当时的土壤入渗率时，就不产生地面径流。当降雨强度大于入渗率时，其超过入渗的部分，在地面积聚起来，等达到一定厚度之后，受地心吸力的作用，沿地面坡度最陡的地方运动，产生地面径流。

影响入渗率的主要因素是土壤的物理性质、植被特性、坡度、土壤湿度、温度、降雨强度等。

（3）地面坑洼蓄水。地面坑洼具有不同的大小与深度，有土壤颗粒大小那样的微穴以至几百平方米的大坑不等。当降雨强度超过入渗率之后，超渗雨量首先填满坑洼。然后顺坡流下，坡面上就开始全面漫流。坑洼所蓄水量通常在降雨变小时或雨后陆续渗入地下。

随着坡面坡度的增大，坑洼的容量与作用将迅速减少。在山洪计算中，坑洼的定量估计并不特别重要。

人工履行微小地形，如修筑梯田、鱼鳞坑、等高耕作、修小池塘等，都是增加坑洼蓄水量的措施，具有缓和与减少地面径流的作用。

3.暴雨集流及其影响因素

暴雨集流是指流域地面各点由暴雨产生的净雨在重力的作用下，沿坡面和沟槽向流域出口的汇集过程。流域集流过程中，按其水力特性的不同，分为坡面集流和沟槽集流两个阶段。

（1）坡面集流。坡面集流（或地面漫流）是指坡面上漫过地面的集流，其特点是成片的漫流。

在山区天然坡面上，山坡长度长短不一，在有地形图时，可直接从地形图上量取若干山坡长度，然后取其平均值供暴雨径流计算用。坡面集流在暴雨径流中起着很大的作用。

（2）沟槽集流。全面漫流的水沿坡面下流，逐步向低处集中。最后跌入沟槽后，就成为沿沟槽纵向流动的槽流。各级槽流向着较大一级的沟道汇合，最后集合进入主沟槽，并向流域出口断面汇集运动，这就是沟槽集流运动。

二、地形地貌因素

溪河洪水及泥石流中所挟带的泥沙，来源于侵蚀作用以及流域中过去发生的洪水或泥石流的沉积物。

“侵蚀作用”是指现在地球表面上的土壤及岩石破坏过程及破坏产物，从其形成地点移往低处的搬运过程（包括沉积作用）的总称。在各种侵蚀作用中，对于山洪灾害来说，最重要的有三种作用，即风化作用、破坏产物沿坡面的移动（主要是重力侵蚀作用）及水蚀作用。这三种作用与地质因素有着密切的关系。

1.地质构造

山洪挟带泥石极多而转变为泥石流的地区。绝大多数是地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造运动强烈、地震烈度大的地区。导致地表岩石破碎以及山崩、滑坡、崩塌、错落等不良地质现象，为山洪及泥石流提供了丰富的固体物质来源。例如，云南东川地区的泥石流荒溪群，主要是沿着小川断裂带发育的，四川西昌地区的泥石流荒溪群，主要是沿着安宁河谷地堑式断裂带发育的，甘肃武都地区的泥石流荒溪群是发育在与白龙江大致平行的断裂褶皱带上。地震活动是现代地壳活动最明显的反应。在地震作用强烈的情况下，山体稳定性遭到破坏，岩层破裂，引起山崩地裂或滑坡坍塌。一般在强烈地震后，原来是一般山洪的荒溪转而为泥石流荒溪；已趋稳定的老泥石荒溪，重新复活，再度暴发泥石流；正在活动的泥石荒溪，则暴发泥石流的次数增多、规模变大。我国和世界各国的许多实例表明，许多灾害性泥石流分布区与强烈的地震带是一致的。

新构造运动（即第三纪末到第四纪以来的地壳升降和断裂运动），可以引起荒溪沟道纵坡的巨大变化，因而可以使一般山洪荒溪转变为泥石流荒溪的过程，得到加速或减缓。在新构造运动强烈的地区，由于山地的急剧上升，谷地相应地强烈下切，造成河谷相对高差越来越大，山高沟深，谷地两侧支流短小，纵坡陡急，很容易发展成泥石流。

结构松散，抗剪强度和抗风化能力低，在水作用下易发生变化的松散覆盖层、黄土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等是产生滑坡的内在物质基础。岩土力学强度较弱与较坚硬岩层互层结构的碎屑岩组也利于滑坡的形成。岩层中的各种节理、裂隙、层理面、岩性界面、断裂发育的斜坡、平行和垂直的陡倾构造面及顺坡缓倾的结构面是产生滑坡的内在地质环境条件。

地下水使岩土软化，降低岩土的抗剪和黏结强度，产生动水和孔隙水压力，潜蚀岩土，增大岩土容重，对透水岩石产生浮托力等是产生滑坡的水文地质条件。

2.岩石风化作用

岩石风化作用是指在气候、大气影响下岩石在原地发生的破坏作用。风化作用有三种类型，即物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。

（1）物理风化作用。物理风化作用是指岩石分散为形状与数量各不相同的许多个别碎块，或分散为其各个组成的矿物部分。物理风化的主要因素是温度的变化。在温带及寒带地区，尤其是高山地区雪线附近，当气温低于0℃时，则冻胀风化的物理风化起着重要作用。水渗入岩石孔隙后，在温度下降而冻结时，以很大的力量分裂岩石；水冻结时加给岩石裂缝壁面的压力达到6000kg/cm²，使岩石崩解成角砾状碎石。

（2）化学风化作用。由于空气中的氧、水、二氧化碳和各种水溶液的作用，引起岩石中矿物的化学成分发生变化的作用称为化学风化作用。化学风化不仅使岩石破坏，而且还使岩石的矿物成分有显著的改变。

（3）生物风化作用。生物风化作用是指在生物活动影响下，使岩石发生破坏的作用。例如，植物根系和动物活动的孔穴，以及生物分泌的有机酸与岩石作用，致使岩石发生崩解、分解而破坏，逐步形成土壤。

微生物也有破坏岩石的作用。例如，真菌（以及苔藓和某些藻类）生长在岩石表面，并从岩石内吸取养料，因而破坏了岩石的表层。

3.地貌因素

斜坡的坡度、坡长与坡型（直线型、凹型、凸型）以及沟道纵坡、曲折状况是影响山洪及其泥沙含量的地貌因素。

泥沙沿坡面向下移动，基本作用力是重力。重力或是直接起作用，或是通过某种介质（如水）间接起作用。

泥沙移动的形式主要可分为以下几种，即崩塌、滑坡、土流及覆盖层坍滑。

崩塌是坡积层（指已移动到斜坡下部的风化产物）或基岩的坍塌，并同时发生倾覆。山塌也是崩塌的一种。崩塌发生于险峻的山坡上或陡峭的沟（河）岸上，是岩石风化，坡面遭到地下水侵蚀、沟（河）岸冲沟、地质构造原因（地震），或人为活动（采石、取土、大爆破等）引起的。

滑坡与崩塌的区别在于滑坡不是突然发生的，而是一个比较长期的过程，在移动时是滑动而不是向前倾倒。滑坡脱离开基岩之后，一般都向后稍稍倾斜，如果滑动体上原来有树木，则形成倾斜而立的“醉林”。

被水所饱和的、呈半流体状坡积层可能形成土流或山坡型泥石流。土流是由于斜坡上部出现滑坡而引起的。

三、人为因素

随着社会经济发展的需要，人类的活动越来越多地向山区延伸，对山区自然环境的影响也越来越大，增加了形成山洪灾害的松散固体物质，减弱了流域的水文效益，有助于山洪灾害的形成。

森林不合理的采伐，导致山坡荒芜、山体裸露，加剧水土流失；烧山开荒，陡坡耕种同样使植被遭到破坏而导致环境恶化。缺乏森林植被的地区在暴雨作用下，极易形成山洪，从而引发山洪灾害，山区修路、建厂、采矿等工程建设项目弃渣，将松散固体物质堆积于坡面和沟道中，在缺乏防护措施情况下，一遇到暴雨，不仅促进山洪的形成，而且会导致山洪规模的增大。陡坡垦殖扩大耕地面积，破坏山坡植被；改沟造田侵占沟道，压缩过流断面，致使排洪不畅，增大山洪规模和扩大危害范围。山区建设忽视环境保护及山坡稳定性，造成山坡失稳，引起滑坡与崩塌，施工弃土不当，堵塞排洪沟道，降低排洪能力。