张少毅

　　摘要：水力类泥石流作为泥石流的一种重要类型，一旦爆发会造成非常巨大的人员伤亡及财产损失，因此对水力类泥石流的起动机理进行研究与及时预报，也就成为了相关工作技术人员迫切需解决的一个问题。水力类泥石流的起动机理过于复杂，现阶段的预报模式较难以取得良好的预报效果。本文在前人论证研究的基础上，就水力类泥石流起动机理及预报研究的进展与方向进行了部分总结和探究分析。

　　关键词：水力类泥石流;松散物质;起动机理;预报研究

　　泥石流灾害作为一种常见的山地灾变性事件，危害的多是分布于沟口地带的密集居民区等，其一旦发生会直接危害当地居民的生命财产安全。加之，泥石流具有成因复杂、量大面广以及治理成本高等问题，导致现阶段无法对较大范围地区内的全部泥石流沟进行全面治理控制，只能有针对性的选取个别威胁严重的泥石流沟进行优先治理。因此，借助多种合理的理论手段来对泥石流的形成成因进行积极探索研究，可为其可能产生的灾害进行提前的准确预测预报、为工程治理工作提供一系列科学依据等，以此来控制泥石流造成的危害和损失、减少工程治理的困难和费用，以期尽快达到全面治理控制的效果。

　　一、国内外研究进展简析

　　(一)水力类泥石流的起动过程机制

　　有科学家研究认为泥石流在流动过程中，原有的松散物质颗粒组成结构受到了破坏，并进行重新组合，以此达到新的运动平衡。在泥石流流域范围内，松散物与水相互之间的力的作用、上述物质在流动过程中能量损失情况等均是研究工作关注的重点。

　　水力类泥石流在运动过程中，为了保持运行状态，水体会和松散物质、沟道等之间进行能量传递与转换，物质在运动的过程中以不同的形式进行传递，包括跳跃、滚动、滑动等。水力类泥石流在运动过程中，固体颗粒物质的起动会受到地表径流、流速的影响，在流动过程中又会因为竖直方向存在的流速差异导致携带的固体颗粒物质粒径存在差异。

　　美国联邦地质调查局也多将水力类泥石流起动机制叫做是消防水管效应，将该类泥石流的起动过程描述如下：首先是位于陡峻流域上游的暴雨产生沟道径流，并像消防水管一样汇水导致水流快速的集中，从而对一些堆积有松散固体物质的沟道、坡面会起到强烈的冲刷以及侵蚀效果，推动固体物质流动，形成泥石流。

　　我国的一些研究专家认为该类型泥石流的起动机制在于沟道的固体颗粒物在一定径流深度水流影响下，会对固体颗粒产生拖拽力，当对固体颗粒的剪切力超过了抵抗力之后就会导致泥石流起动。通过该过程机制，能够对山区沟道的石制沟床及非粘性河床在水动力作用下形成的泥石流现象进行充分的解释。

　　此外还有部分泥石流学者认为水力类泥石流的起动是因为沟道受到了比较严重的地表径流以及洪水冲刷侵袭影响，导致了沟槽内的堆积物被揭底，使得流体所携带的固体物质跟滚雪球一般迅速增大，并在短时间内形成汇流——泥石流，将该种形成过程机制叫做揭底作用以及滚雪球效应。

　　(二)水力类泥石流的预报研究

　　现阶段我国多通过降水特征(降雨量、沟道流量等)来进行泥石流的预报，并取得了良好的研究成果及预报效果。但因为水力类泥石流的爆发频率比较低，承载需要一定的规模：多为50年一遇或者100年一遇等，因此在对这类泥石流进行预报的过程中不仅需要考虑到沟道径流以及洪水过程等因素，还可以将水文以及水力学作为解决该问题的一项主要途径，并将临界余量以及始发径流量作为水力类泥石流预报工作的一项关键指标。

　　通过实际调查发现，水力类泥石流发生具有一定的特点：多发于风化严重的基岩出露山区或松散堆积物覆盖层较厚的山坡、沟道等，加之该地区降雨量较多，沟道多呈V形、U形。费莱施曼认为在进行水力类泥石流的预报应当应用诸多洪流功能指标来进行，并将水文气象因素以及地质土壤因素作为重要的度量特征值，在此基础上提出了最小径流量、土壤含水量以及松散物质聚集量来作为3种定量指标。日本除了将暴雨作为一种重要的预报和预警指标之外，还将水文学方法应用在水力类泥石流的预报工作之中。日本的水力类泥石流预报技术主要是立足于沟槽内洪水流量变化的基础上来进行：即通过现场观测以及室内试验的模式，对洪水流量及水深临界值进行有效确定，在此基础上来进行泥石流预警预报。

　　而我国现阶段对于水力类泥石流的形成机理以及预报研究多表现在以下几个方面：①借助于大量的现场观测以及模拟实验模式，来对水力类泥石流的起动过程进行研究，并在膨胀作用、揭底作用以及消防水管作用的基础上来对泥石流的起动机制问题进行研究。②在泥石流的预报过程之中，除了借助于降水指标之外，还需要充分考虑到水文学方法，并将径流量、径流深度、土壤含水量以及沟床松散固体物质聚集量作为重要的预报定量指标。

　　近年来国内外虽然在水力类泥石流的起动机理以及预报方面起到了一定的研究进展，但是该类型泥石流的起动具备有一定的复杂性，再加上现场测试以及模拟实验的困难性，也就导致了该模式的实用性比较差，并难以满足现阶段泥石流预报的具体需求，因此加强对水力类泥石流起动机理及预报的研究、将理论尽快转化为可生产使用的监测、预警预报、治理手段非常重要。

　　二、研究方向

　　(一)基本条件的研究

　　在该方面研究中，需要立足于水力类泥石流原型调查与分析的基础上来进行，通过对研究区进行调查，来对水力类泥石流起动过程的地形地貌条件、工程地质特征以及水流侵蚀特征来进行深入的分析，结合沟床堆积物特征来进行研究。

　　(二)起动过程的研究

　　该方面的研究一方面放在泥石流起动的水体及流域内松散堆积物质的相互作用与规律上面，另一方面是对水力类泥石流的起动全过程及起动机制进行分析研究。在具体研究过程之中，需要将研究重点放在泥石流起动过程的实验、分析上。

　　(三)起动动力学机理研究

　　借助于理论分析及模型实验，对沟道中的不同类型及物力特征堆积物在径流作用下的动力学过程和机理等进行研究。通过试验研究发现，水力类泥石流流量与沟道坡度、角度等存在密切关系。水力类泥石流中粗颗粒物质占据了绝大部分比例，粗颗粒在受到流水冲刷作用时，颗粒之间会相互碰撞从而产生能量更替、损耗，这就要求泥石流的发生需要一定坡度、水流量和松散物质：如果前两项条件无法满足，就无法起动沟道物源;当前者两项条件满足要求时，经过汇流作用，会使沟道物源受到强烈冲刷，从而使大量物质处于运动状态就会形成泥石流。因此，开展泥石流起动区的堆积层抗剪应力及剪切应力定量分析，以便在径流条件之下对沟道堆积物稳定性进行计算对水利类泥石流的起动研究十分必要。

　　(四)起动径流特征研究

　　该方面研究主要是通过原型现场试验以及室内模型试验来进行，研究径流量、径流深度以及流速变化等径流特征参数，结合这些特征参数的变化对泥石流起动的径流临界条件进行研究分析。通过对这些径流特征参数进行监控，可对水力类泥石流的发生起到良好的预报效果。

　　(五)基于流域水文模型的起动预报研究

　　在对水力类泥石流的起动多要素进行研究时，需要在对原型进行调查、实验分析以及理论研究的基础上，结合沟床堆积物类型、堆积量等诸多内容，构建一个以流域水文特征为主线的预报模型，从而为水力类泥石流的预报服务。

　　结束语：

　　水力类泥石流灾害是全球范围内的一种严重地质灾害，一旦发生势必会造成重大的损失，并具有爆发频率低、间歇时间长以及难以进行识别和预报的特征，因此，能够进一步加强对水力类泥石流的研究力度、充分重视水力类泥石流的起动以及预报工作，才能够对水力类泥石流起到良好的防控效果，并有效避免其所造成的一系列灾害损失。

　　参考文献：

　　【1】唐川, 章书成. 水力类泥石流起动机理与预报研究进展与方向[J]. 地球科学进展, 2008, 23(8):787-793.

　　【2】屈永平. 水力类泥石流起动模型初步研究[D]. 成都理工大学, 2013.

　　【3】 屈永平, 唐川, 崔晓飞等. 水力类泥石流冲出规模模拟实验[J]. 地质灾害与环境保护, 2012, 23(2):109-114.

　　已在《建材与装饰》2017年12月总第509期发表