泥石流 （地质灾害的类型）

简介

泥石流是介于流水和滑坡之间的一种地质作用，常发生于山间小流域地区，具有突发性、流速快、流量大、物质容量大、破坏力强等特点，常造成冲毁公路、铁路等交通设施、摧毁房屋村庄等，还会引发河流堵塞、冲毁堤坝或形成堰塞湖等次生灾害影响，造成生命财产的重大损失。

泥石流一般从地貌上分为形成区、流通区和堆积区三部分组成，具有土体的结构性、水体的流动性和较大的流动坡降三个基本性质。其运动机理和径流特征受其物质构成和地形地势有关。

定义

泥石流是一种快速移动的山体滑坡，多存在于山区沟谷中，由暴雨、冰雪融水等水源激发，含有大量的泥砂、石块的特殊洪流。

主要结构

标准型泥石流一般从地貌上分为形成区、流通区和堆积区三部分组成，但并非所有的泥石流都如一般泥石流地貌特征，不同的地形导致泥石流的地貌特点也并不相同。

形成区

泥石流的形成区一般位于山谷或山坡上部，也被称为泥石流上游，形成区多为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段周围的山坡陡峭，山坡表面的岩土体破碎、松散、植被稀少。

流通区

流通区是泥石流流经的沟段，也被称为泥石流中游，流通区多为狭窄和深度很大的峡谷或冲沟，峡谷或冲沟的两壁陡峻、有较多的陡坎。

堆积区

堆积区是泥石流堆积的地段，也被称为泥石流的下游。堆积区一般位于开阔平坦的山口外或者山间盆地边缘，常形成扇形、锥形或带形的堆积地貌。泥石流沉积物是在堆积区形成的泥石流堆积体，主要由泥石流运动中携带的泥沙、石块、碎屑等物质组成，其沉积物特征为分选性差，层次不明显，整个剖面仍保持泥石流流动时的结构，大石块主要停积在堆积体的前缘或两侧，在大石块上可见粗大毛糙、多呈斑状或纺锤状的擦痕。泥石流沉积物常呈扇形堆积或形成平行于流动方向的舌状、堤状、岛状泥砾堆，其成因多受地质构造和地形地貌的影响，受泥石流强烈的冲刷侵蚀作用，整个堆积区崎岖不平，与由洪水或冰水作用形成的山麓堆积扇有显著不同。

形成原因

孕灾环境

1. 山体裸露。裸露的山体容易受到雨水冲刷，导致山体松动易形成泥石流。

2. 岩石滑坡。滑坡导致山体地层松软，增大地层间的缝隙，形成软弱结构面，在雨水冲击下极易形成泥石流。

3. 持续降雨、河流水位上涨。暴雨、山体崩塌、滑坡都是引起河流水位上涨的因素，河水冲破堤坝形成泥石流也是泥石流的多发在状态之一。

4. 地震。地震等自然灾害可能会导致山体松动和崩塌，加速泥石流的形成。

形成条件

泥石流现象几乎在所有的山区都有可能发生，尤其以新构造运动时期隆起的山系最为活跃，这些地区是地球表面动力过程最活跃的区域，地形复杂，地质条件差，常引发泥石流灾害。泥石流的形成条件大体包括物源条件、水源条件和地形条件三个方面。

物源条件

物源条件是指泥石流形成的物质来源，主要为泥石流形成区的土体和石体。包括土石体的分布、类型、结构、性状、储备量、补给的方式、速度、距离等，其土石体的来源主要受地层岩性、风化作用和气候条件等因素影响。

泥石流多发地区的岩石岩性软弱，地质构造复杂，多为褶皱、断裂发育地带，地震活动频繁，因而易发生崩塌、滑坡等地质灾害现象，为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源；一些人为的活动因素，如滥伐森林造成水土流失、开山采矿、采石弃渣等也可以为泥石流提供大量的固体物质来源。

形成泥石流的固体物质一般分为碎石土、砂质土、粉质土和粘质土四种类型，分别形成不同状态的泥石流，砂质土主要分布在沙漠地区，缺少水源状态多形成风沙流；粉质土多分布于泥土堆积的山谷地区，在水流作用下多形成泥流；粘质土多为细土颗粒，以红色黏土为代表，多形成以细粒土为主的泥石流；碎石土多为板岩、千枚岩、片岩等变质岩和凝灰岩形成的岩石，易受风化影响而变得松散、破碎，形成的泥石流多为块状固体物泥石流。

水源条件

水不仅是泥石流的主要组成部分，还是泥石流中固体物质的搬运介质。泥石流形成的水源主要由暴雨、冰雪融水、水库（水塘）堤坝溃决等原因形成。

地形条件

泥石流多形成于山高谷深、地形陡峻、沟床坡度大的地方，高落差一方面可以加快地表水的径流速度导致地面受侵蚀速度加快，另一方面也可以提高泥石流的冲击力和水流的搬运能力。从地形上看其上游多为三面环山、一面出口呈漏斗形的圈谷，这样的地形便于水流汇集形成径流，也容易存储周围山坡的固体物质形成泥石流的物源。

致灾因子

泥石流的致灾因子主要分为自然原因和人为原因两个方面。

自然原因

1. 水流激发。水流激发是泥石流灾害中最常见的触发因素，大雨、暴雨、冰雪融水、江河湖库溃决等因素导致的水量的突然增加，导致水体冲刷地层严重，超过地层稳定情况下极易引发泥石流灾害。

2. 岩石风化。风化作用可以对岩石造成破坏、分解，从而导致土壤层松动、增厚，在雨水冲击下容易形成泥石流。

3. 自然灾害的次生影响。山体崩塌、滑坡、火山、地震等自然灾害往往会形成巨大的应力导致山体破裂，在暴雨或是山洪稀释下诱发泥石流等次生灾害。

人为原因

1. 不合理开挖。在修建铁路、公路、水渠以及其它工程建筑中，容易对山体结构造成破坏形成泥石流。

2. 不合理的弃土、弃渣、采石，容易在暴雨过程中对固体堆积物形成冲击导致泥石流。

3. 滥伐乱垦。滥伐森林造成水土流失，使得山坡失去保护，土体变得疏松，形成冲沟后加重水土流失，进而破坏山体的稳定性引发泥石流。

前兆和形成过程

来临前兆

1. 沟谷深处变昏暗并伴随轰隆巨响，或感受到了地表的轻微振动。

2. 泉水、井水的水质突然变得浑浊，原本干燥的地方突然渗水。

3. 地下发生异常响声，同时家禽、家畜有异常反应。

4. 河水断流、或河水水流突然增大，夹杂较多柴草树木，很有可能是上游形成崩塌或滑坡导致堵塞或冲毁堤坝形成泥石流。

泥石流形成过程

泥石流的形成过程分为两类，分别是土力型泥石流形成和水力型泥石流，也称为搬运型泥石流形成过程和滑移型泥石流形成过程。二者的形成过程大体相当，主要区别是形成的泥石流类型不同。土力类泥石流形成过程是山坡上或沟谷不稳定土体的液化过程；水力类泥石流形成是在暴雨、冰雪强烈消融、阻塞或拦挡物突然溃决导致水体猛增冲刷不稳定土体造成结构失衡，流体夹杂砂石形成泥石流。其泥石流形成的一般过程如下：

1. 触发因素。受有诱因影响形成泥石流。

2. 松散物质开始运动。受触发因素影响，山体上松散物质（如泥土、碎石、岩石）开始蠕动、扰动变化。

3. 混合物形成。运动的松散物质与山坡上的水混合，形成泥石流。

4. 流体加速。受地形影响泥石流会随着山坡的地形变化开始俯冲加速。

5. 沉积物堆积。泥石流在下游区开始减速堆积，形成泥石流堆积体。

泥石流运动机理与径流特征

运动机理

泥石流是介于液体和固体之间的非均质流体，其运动状态介于水流的紊流状态和滑坡的块体运动状态之间，形成的运动模式主要取决于物质组成，黏粒的性质与含量决定泥浆的 结构、浓度、强度、黏性和运动状态，按泥石流的运动模式划分可将其大体划分为塑性蠕动流、黏性阵流、阵性连续流和稀性连续流四种。

• 塑性蠕动流。塑性蠕动流的泥浆具有极高的黏滞力，浆体中土水比大于0.8，石土比大于4.0，密度大于2.3吨/立方米，其泥石流块体中以石块的比重为主，塑性泥石流多由滑坡演化而来。在流动的过程中产生的阻力较大，坡度较小的山体流动速度多以蠕动流为主，坡度较大的山体以滑动式流动为主。

• 黏性阵流。黏性阵流的流速较快，一般为8米/秒，最大可至15米/秒，浆体中土水比为0.6~0.8，石土比大于1.0~4.0，密度为1.9~2.3吨/立方米，泥石流中的石块含量不如塑性蠕动流多，在浆体中呈蜂窝状或聚合状结构，形成的黏滞力较小，动能损耗也小，因而其运动速度较快。

• 阵性连续流。阵性连续流其泥浆接近流体性质，属于过渡性浆体，浆体中土水比为0.35~0.6，石土比大于0.2~1.0，密度为1.6~1.9吨/立方米，泥石流中的水含量增高导致黏滞力下降，启动条件降低，搬运力下降，石块在泥石流中的自由度增大，相互之间易发生碰撞，使泥石流的移动呈现出推移性。

• 稀性连续流。稀性连续流黏滞力很小，接近水流性质，浆体中土水比小于0.35，石土比大于0.001~0.2，密度为1.3~1.6吨/立方米，流态紊乱，石块翻滚并互相撞击。

径流特征

流态特征

泥石流是固态、液相的混合流体，其流态受物质组成及稠度不同而呈现不同的变化。稀泥性泥石流的流体密度低，黏度小，浮托力弱，石块呈翻滚、跃移的状态运动，其流向多不固定，易改道漫流；黏性大的泥石流，流体密度高，黏度大，浮托力强，呈等速整体运动的特征及阵流性流动的特点，石块在泥石流中呈悬浮状态或滚动状态运动，其流向集中不易分散，呈整体性运动。

流速特征

泥石流的流速受地形和流体内外阻力的影响，泥石流因含固体物质导致消耗动能大，整体流速小于洪水速度。稀性泥石流的搬运能力弱，其流速偏小，黏性泥石流石块含量较高，粘聚力高，整体性强，形成的惯性作用大，其流速也相对较大。

流量特征

泥石流的流量与降水量和地形有关，常呈现多峰型。降水量越高，泥石流的流量越大；泥石流在沟槽弯曲处很容易发生堵塞现象形成固体物堆积，在崩溃后形成的阵流流量增大。泥石流在形成区、流通区和堆积区也呈现出不同的流量特点，形成区的流量逐步增大，流通区较为稳定，堆积区逐步降低。

其他特征

• 直进性：泥石流具有强烈的直进性和冲击力，受其运动惯性影响，在弯道处泥石流常冲破沟岸摧毁阻碍物截弯取直。

• 爬高性：泥石流在急转弯的沟岸或遇到阻碍物时，常出现爬高现象。

• 周期性：泥石流的形成多与暴雨有关，呈现出季节性周期性的特点。

泥石流分类

泥石流分类的方法有很多，分类依据包括泥石流的形成环境、集水区地貌特征、物质组成、流体性质、暴发规模等，分别从不同侧面反应泥石流的某些特征。

泥石流按水源和物源成因分类

集水区地貌特征的泥石流分类

物质组成的泥石流分类

流体性质的泥石流分类

暴发规模的泥石流分类

泥石流分布

全球分布概况

泥石流的活动和危害几乎遍及全球的各个山区，全球除了南极洲以外的各大洲均有泥石流分布，其多发地区主要集中在北回归线至北纬50°之间的山区，如环太平洋山系、阿尔卑斯山-喜马拉雅山系、斯堪迪纳维亚、美洲的科迪勒拉山系和安第斯山系、阿帕拉契亚山系以及欧洲大陆内部的一些褶皱断层山脉，多分布于中国、俄罗斯、美国、日本、奥地利、瑞士、印度尼西亚、意大利、新西兰、印度、尼泊尔、巴基斯坦、法国、英国、秘鲁、智利、罗马尼亚等。

中国分布概况

中国的泥石流主要分布在山地的地震带和地质构造断裂带发育的地区、沿河流两岸及山间盆地的山前，主要是半干旱和温带的山区，以西藏东南部山区、川滇山区、西北山区、黄土高原、冀西辽西山区等水土流失严重、暴雨和融雪水充沛的地区为高发地区。

从山脉、地形上看，中国泥石流大体以大兴安岭一燕山山脉一太行山山脉一巫山山脉一雪峰山山脉一线为界，该线为中国第二、第三阶梯的分界线，该线以东为低山、丘陵、平原地貌，泥石流零星分布，该线以西为中国第一、第二阶梯地貌，高原、高山广布，是泥石流最发育最集中的地区，泥石流呈呈带状或零星分布。

从成因类型看，冰川型泥石流主要分布于西藏东南部地区；暴雨型泥石流主要分布于西南地区，西北地区、华北地区、东北地区零星分布。

从泥石流的物质组成看，西南、西北、东北的山区多为泥石流；华北地区多为水石流。黄土高原地区多为泥流。

泥石流危害

危害特点

泥石流的主要危害特征表现为爆发突然、来势凶猛、冲击力强、冲淤变幅大、沟道摆动速度和宽幅大等几方面。泥石流从形成到爆发往往可以在短时间内形成，难以进行预测和预报，泥石流在冲击过程中携带了大量的砂石石块等固体物质，有着规模大、流速快、冲击力强的特点，往往造成严重的破坏。

危害方式

泥石流的危害方式主要有冲刷、冲击、磨蚀和淤埋四种。

冲刷

泥石流的冲刷危害是泥石流的振动和携沙能力对沟底、沟岸和沟源地区的侵蚀作用，将地表层的物质带走，造成建筑物、构筑物、农田与环境造成损坏。

冲击

泥石流的冲击危害是泥石流在行进过程中具有强大的动压力和撞击力，其造成的冲击作用很容易使河流改道，冲毁堤坝、桥梁、公路、建筑物等。

磨蚀

泥石流的磨蚀危害是泥石流中的泥沙石块在流经公路、排水沟、堤坝等地方，可以对路面、排水沟、堤坝等造成严重的磨蚀。

淤埋

泥石流的淤埋危害也称堆积、淤积危害，主要出现于泥石流的下游沟堆积扇上，泥石流在下游遇阻后发生堆积，在堆积过程中埋没交通干线、建筑物、构筑物、农田等造成危害，还可以导致河道堵塞继而造成各种次生灾害。

其他

泥石流还具有振动、气浪、砸击等次要危害方式，主要受泥石流的规模、流态、沟床条件等因素影响。

主要危害

泥石流的危害主要分为直接危害和间接危害两种，直接危害是泥石流的冲击、冲刷、淤埋和堵塞等作用直接造成的危害和泥石流掀起的巨大气浪所造成的非接触式危害；间接危害是泥石流形成的次生灾害所形成的危害。

直接危害

1. 对城镇、居民的危害。泥石流可以冲击甚至摧毁城镇房屋、工厂及附属设施，淹没人畜、毁坏土地，造成严重的危害。

2. 对交通设施的危害。泥石流可以直接埋没车站、铁路、公路等交通设施，其强大的冲击力可以摧毁路基、桥涵等设施造成交通中断，还可以对正在行进的火车、汽车进行冲击或掩埋，造成车毁人亡的重大事故。

3. 对河流、水利水电工程的危害。泥石流的强大冲击力可以拓宽河道或冲破弯道导致河流溃坝、改道等危害事故；也会对水利水电工程造成冲击破坏；还会对河道造成堰塞、淤积形成堰塞湖，致使河水水深变浅无法通航。

4. 对矿山的危害。泥石流可以摧毁矿山及其设施，淤埋矿山坑道、伤害矿山人员、造成停工停产，甚至使矿山报废。

间接危害

• 泥石流可以导致河水堵塞形成临时堤坝或堰塞湖，继而引发洪水和洪涝灾害。

• 泥石流导致森林植被被破坏、流域内水土流失加剧，下游河床淤积泄洪能力减弱，导致洪涝、旱灾加剧。

灾害案例

• 2010年8月7日，中国甘肃省甘南藏族自治州舟曲县发生特大山洪泥石流，其形成的碎屑堆积总体积约为169万立方米，泥石流将宽约500米、长约5公里区域夷为平地，冲毁房屋307户、5508间，舟曲受灾人口达26470多人，紧急转移人口21509人，遇难1501人，失踪264人，造成经济损失共计133亿元，是新中国成立以来最为严重的山洪泥石流灾害。

• 1950年8月15日，中国西藏自治区林芝市察隅县发生8.6级地震，地震的Ⅹ度以上地区普遍发育泥石流，在墨脱县格当区泥石流分布广、规模大，有十沟九泥石流之称；聂巴和凯兴村之间的泥石流堵塞金珠藏布达江一天一夜，布炯村与背崩村之间江额阿曲的泥石流涌入雅鲁藏布江，造成堵水截流达长达6小时。

泥石流监测与预警

监测

对泥石流的监测主要分为形成条件监测、运动特征监测、流体特征监测三部分组成，其监测方法一般基于遥感和GIS技术，通过构建相关目视解译标志进行泥石流的有效识别。

形成条件监测

形成条件监测主要包括物源、水源等形成条件的监测，其监测方向包括地质环境、固体物质的性质与类型、固体物质的空间分布及规模，尤其以物源区坡面、沟道内堆积体(不稳定斜坡)的空间分布、积聚速度以及位移情况，如地表变形监测、深部位移监测等，其他监测还包括降雨过程中、 薄层径流条件下的物理性质变化情况，如松散土体含水量、孔隙水压力变化过程等。

运动特征监测

运动特征监测主要包括对流动动态要素、动力要素和输移冲淤的监测，其监测方向包括降雨量、降雨强度和降雨历时时间的监测，还包括针对降雨量对其渗漏、溃决的危险性进行评估等。

流体特征监测

流体特征监测主要包括对泥石流物质组成、结构特性及相关物理化学性质等运动特征进行监测，其监测方向主要包括泥石流的矿物组成、化学成分、孔隙率、浆体微观结构、流体容重、黏度、爆发时间、历时、运动过程、流态和流速、宽度、爬高、阵流次数、沟床纵横坡度变化、 输移冲淤变化和堆积情况等，通过监测计算出泥石流的深度、输砂量或泥石流流量、总径流量、固体总径流量等要素。

预警系统

泥石流监测预警仪器的广泛应用，可以在泥石流防灾减灾中发挥重要作用。根据与泥石流接触与否可将监测仪器分为接触式预警仪和非接触式预警仪，根据人工参与程度分为人工监测预警和自动监测预警。

接触式预警仪。接触式预警仪是通过预警仪器与泥石流直接接触时触动感应装置而发出警报的预警仪。主要包括高精度GPS位移监测仪、各种传感器、地下水位计、断面钢索监测仪及冲击力监测器等。主要通过埋设监测仪器对流域内测点位移量、方向、速率等进行直接量测，根据其物理量的变化进行泥石流预警。

非接触式预警仪 。非接触式预警仪是通过监测仪器在不与泥石流(物源、水源、流体)直接接触的情况下获取泥石流影像、声音、泥位等信息，对泥石流是否发生进行判别后发布不同级别预警。主要包括天气雷达、红外视频监测仪(夜视仪)、超声波泥位计、地声、次声报警器、自计雨量计等。

人工监测预警，是通过人工干预的方式进行监测预警，通过监测员对泥石流流域内固体物源、水源分布、坡体堆积物的移动性等进行监测判别，在泥石流可能发生的时候进行预警，该预警手段直观、可信，但是会花费大量人力、物力，且监测员需要具有较高的临灾判别能力。

自动监测预警，是通过综控中心(控制台)、雨量遥测、GPS位移、地声遥测、泥／水位遥测等子系统共同作用对泥石流活动进行监测。自动检测预警系统在监测中设定预警值，在超过阈值时触发警报进行预警，该预警手段可靠性高于人工监测预警，但成本较高。

泥石流遇险自救与防范治理

遇险自救

1. 泥石流多发地区的居民要随时注意暴雨预警预报，警惕远处传来的土石崩落、洪水咆哮等异常声响，提前选好躲避路线，积极做好防范泥石流的准备。

2. 泥石流多发季节内，尽量不要到泥石流多发山区旅游。

3. 在山区逗留时，听到山沟内有轰鸣声，或看到主河洪水上涨、正常流水突然断流，应该意识到泥石流发生，立即采取逃生措施，逃生时要朝山坡两侧跑，不要顺沟方向往上游或下游跑且不要停留在凹坡处。

4. 泥石流发生时要设法从房屋内跑出来到开阔地带，尽可能防止被埋压。

5. 选择平整的高低作为营地，尽可能避开有滚石和大量堆积物的山坡下面，不要在山谷和河沟底部扎营。

6. 暴雨停止后，不要急于返回沟内住地，应等待一段时间。

防范治理

1. 预防工程措施。在修建桥梁、隧道、涵洞、公路等交通设施的时候，通过在泥石流沟上方跨过、从泥石流沟下方通过、建设防护建筑物（护坡、挡墙、顺坝、丁坝等）、设计排导工程（导流堤、急流槽、束流堤等）、设计拦挡工程（拦渣坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等）等工程措施，来防治泥石流带来的危害。

2. 合理建筑居民房屋。山麓扇形地是历史泥石流活动的多发地，在村庄选址和规划建设过程中，尽量将房屋设立在安全地带，不占据泄水沟道，不宜离沟岸过近，在沟道两侧修建防护堤和营造防护林。

3. 应注意采矿排渣、修路弃土、生活垃圾的堆放和分布，在暴雨期间这些物体可能会形成新的泥石流物源，促进泥石流的活动，在雨季来临前，应清除沟道中的障碍物，保证沟道有良好的泄洪能力。

4. 保护和改善山区生态环境，提高植被覆盖率，营造防护林缓冲带，不仅可以有效降低泥石流的发生频率，还可以在泥石流发生时形成有效的缓冲带减少泥石流带来的损失。

5. 提高泥石流的监测预警，在形成区设立观测点，可以及时发现泥石流的危险，采取有效的避灾措施，降低泥石流带来的危害。

泥石流研究方向

近年来的泥石流研究主要集中在泥石流发生机理、预警技术、治理技术、风险评估几个方面。

1. 泥石流发生机理研究主要通过对泥石流发生的地质、地形、气候、水文条件等因素进行分析，探究泥石流发生的机理，为泥石流的预防和治理提供科学依据。

2. 泥石流预警技术研究主要通过对泥石流的监测和预警技术的研究，提高泥石流预警的准确性和实效性，为减少泥石流灾害的损失提供技术支持。

3. 泥石流治理技术研究主要通过对泥石流治理技术的研究提高泥石流治理的可行性和效果，为减少泥石流造成的灾害损失提供技术支持。

4. 泥石流风险评估主要通过对泥石流危险性评价做出相关应对措施，来降低泥石流带来的灾害损失。

注释

物源：泥石流形成区的松散堆积物。

紊流：水流流束相互混杂，运动迹线呈不规则的流动。

Pa·s，流体黏度单位，帕斯卡·秒

t/m3:吨/立方米

kg/m3:千克/立方米

立方米

m /s：立方米/秒