Analysis of the characteristics and development trends of the “7•5” catastrophic debris flow in Xiangjiao gully, Muli County, Sichuan
-
摘要:
2021年7月5日，凉山州木里县项脚沟暴发特大型泥石流灾害。文章通过野外调查和特征参数计算，研究了本次泥石流的形成条件、暴发过程和暴发特征。根据实地考察判断，泥石流主要在森林火灾、短时强降雨和沟道地形条件等因素共同作用下暴发，为暴雨径流冲刷引发的火后泥石流。暴雨形成的洪水冲刷坡面、侵蚀沟道，导致沟道两岸坍塌滑坡，堵溃效应明显，泥石流规模扩大。项脚沟过火面积达74.61%，高烈度火烧区面积达57.98%，泥石流临界降雨强度为77.84 mm/h，累计降雨达141.60 mm。根据泥石流特征参数计算结果，此次泥石流密度范围为1.83～1.93 g/cm3，属黏性泥石流，主沟下游出口流速为7.22 m/s，峰值流量759.08 m3/s。结合雨洪法和形态调查法结果分析，此次泥石流重现周期为百年一遇。结合泥石流发育趋势，文章认为流域仍有可能暴发大型泥石流，提出了上游固坡、中游调控、下游排导的防治建议。
Abstract:On July 5, 2021, a catastrophic debris flow disaster occured in Xiangjiao gully, Muli County, Sichuan Province. This study analyzed the formation conditions, eruption process and eruption characteristics of the debris flow through field investigation and characteristic parameter calculation. Based on the results of on-site inspection, this debris flow was mainly caused by the combined effects of forest fires, short-term heavy rainfall, and channel topography. It was a post-fire debris flow caused by rainfall runoff erosion. The heavy rain caused powerful flood erosion on the slope surface, eroded the channel, led to collapse and landslides on both sides of the channel, and resulted in significant damming effects, which enlarged the scale of the debris flow. The forest fire area in Xiangjiao gully reached 74.61%, and the high-intensity burned area was 57.98%. The critical rainfall intensity for this debris flow was 77.84 mm/h, and the cumulative rainfall was 141.60 mm. According to the calculation results of characteristic parameters, the density of this debris flow was in the range of 1.83 ～1.93 g/cm3, indicating it was a viscous debris flow. The flow velocity at the downstream outlet of the main channel was 7.22 m/s, and the peak flow rate was 759.08 m3/s. Combined with the results of the rainfall-runoff method and the morphology investigation method, the recurrence interval of this debris flow was estimated to be once in a hundred years. Considering the development trend of debris flow, it is believed that there is still a possibility of large-scale debris flow in the basin. Therefore, prevention and control suggestions including slope reinforcement in the upstream, regulation in the middle reach, and drainage in the downstream are proposed.
-
0. 引言
黄土潜蚀是指地表水沿黄土节理裂隙面流动时发生的物理侵蚀和化学溶蚀过程[1-2]。黄土强水敏性、结构面发育和存在优势渗流现象的三大特征，决定了在黄土中极易发生潜蚀[3]。研究表明黄土潜蚀具有显著的致灾效应和环境效应[4-5]，与黄土高原地区常见的崩塌、滑坡、泥流及地裂缝等地质灾害和水土流失密切相关[6-12]，常间接造成人员伤亡和巨大的经济损失[13-18]。
目前关于黄土潜蚀的研究主要集中在主控因素、成因机理和致灾效应三大方面。彭建兵等[3]和李喜安等[2]多年研究成果表明，黄土潜蚀的主控因素包括黄土易灾变的土性、节理裂隙通道和水力条件，但是当前对黄土潜蚀的每一类控制因素认识仍不够深入，且缺少定量化的评价指标。成因机理方面，目前流行三种主要学说[3,19]：化学潜蚀说、机械潜蚀说和复合潜蚀说，其中复合潜蚀说发展最为成熟已被学界普遍接受，但是复合潜蚀说对潜蚀过程中水土相互作用机理尚不明确。致灾效应方面，目前主要集中在潜蚀对黄土滑坡[13]、崩塌[14-15]、地裂缝[16-18]等单种灾害的诱发或加剧作用，而对黄土潜蚀在黄土地质灾害链中的关键链接作用研究不足。
综上所述，目前黄土潜蚀研究还存在很多不足，文章以黄土潜蚀现象为研究对象，梳理黄土潜蚀的基本概念，分析黄土潜蚀的主控因素和成因机理，总结黄土潜蚀的致灾效应，最后就黄土潜蚀机理研究未来发展趋势作简要展望，旨在为今后黄土潜蚀研究提供科学参考。
1. 黄土潜蚀的基本概念
潜蚀一词最初是由前苏联学者A.M.巴甫洛夫提出用来表征由于地下水对下伏岩层中易溶解部分的溶滤及携出而形成的地表变形现象[20]，近年来被用于描述黄土内部特殊的侵蚀现象。关于黄土潜蚀的定义，王景明[21]于1996年将黄土潜蚀定义为：地表水沿黄土节理尤其是构造节理渗入地下和沟缝内进行侵蚀的侵蚀作用。李喜安等[2]2010年将黄土潜蚀定义为：在地表以下地下水的作用使地层发生的各种形式的侵蚀，主要包括物理侵蚀和化学侵蚀。上述两位学者给出的定义各有侧重，但是并不全面。从潜蚀发生的过程来看，由于地表径流相对集中，渗入黄土节理中的水分增多，不断冲刷裂隙壁并溶解黄土中的可溶性物质（碳酸钙），在向下运移的过程中又带走了细小的黄土颗粒，破坏了黄土结构，在自重作用下上部土体坍塌，形成一系列的浅洼地、碟状地、陷穴、暗穴等小的侵蚀形态[1]，当地表水沿黄土中的缝隙渗入地下进行侵蚀时，其侵蚀过程中常常参与了土体塌陷，所以黄土潜蚀可视为水力侵蚀与重力侵蚀共同参与的复合侵蚀类型。文献1所述定义概括了黄土潜蚀的发生过程，揭示了黄土潜蚀的复合侵蚀本质，概念清晰，文章即沿用此定义，黄土潜蚀演化过程示意图如图1所示。
2. 黄土潜蚀的主控因素
黄土高原地区黄土潜蚀分布广泛[6,22-26]，影响因素众多[22,27]，研究表明黄土潜蚀的发生必须具备三个基本条件[3,21,28]：易潜蚀的土性、优势渗流通道和水动力条件，黄土潜蚀的主控影响因素如图2所示。
2.1 易潜蚀的土性
黄土结构疏松，胶结程度差，节理发育，决定了黄土具有强水敏性[29]，也是黄土潜蚀发生的物质基础[27]。研究表明，黄土水敏性中以渗透性、湿陷性、崩解性对黄土潜蚀灾变影响最大[2-3,22-23]。
黄土的渗透性反映水在黄土中的入渗速度[30]，在一定程度上决定了水对黄土的侵蚀路径及侵蚀速率影响的大小。野外调查发现黄土潜蚀发生的部位通常是渗流作用较强的部位，因而优势渗流与黄土潜蚀的形成具有直接关系[31-34]。而当前关于黄土优势渗流的研究主要集中在优势渗流规律[18,35-39]和优势渗流模型的建立等方面[40-42]，这些研究的前提均视优势渗流通道的边界为固定边界，与实际条件下动边界的优势渗流过程出入较大，且对优势渗流与黄土优势通道之间的水土相互作用研究较少。
黄土的湿陷性是指黄土在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质[43]。一般地，黄土潜蚀发育的地区普遍为强湿陷性黄土区，尤其是自重湿陷性黄土区黄土潜蚀发育程度明显较高，因此，黄土的自重湿陷性是黄土潜蚀的直接土性因素[2-3,33-44]，除此以外，黄土的湿陷性还直接或间接影响着黄土的崩解和抗冲等特性[45]。当前对黄土湿陷性与黄土潜蚀的区域分布相关性较为明确，但是湿陷性对陷穴、暗穴等空间形态发展的控制作用不明，湿陷性与黄土潜蚀速率量化之间的关系不明。
黄土的崩解性直接反映了黄土受侵蚀搬运的难易程度，因此对黄土潜蚀的形成和发展速度也起着至关重要的作用[46-47]。近年来，李喜安等学者进一步揭示了黄土的崩解性、湿陷性等水理性质及侵蚀速率对黄土潜蚀的影响。研究表明，黄土试块的崩解过程不是无限发展的，而是受浸水边界的限制，即存在明显的“边界效应”。通过不同数量棱边柱体原位崩解试验发现黄土崩解还具有明显的“去棱边效应”，由于坡体内部棱边较少， “去棱边效应”较弱，可见崩解作用对坡体内部潜蚀的影响并不大[48]。通过黄土洞穴侵蚀速率试验研究发现，黄土洞穴潜蚀过程中，会在洞穴中形成跌水侵蚀，坡度越小，跌水侵蚀的贡献量越大[2]；由于黄土地层在垂向上呈现出古土壤—黄土交替出现的各向异性，且黄土、古土壤抗侵蚀性差别明显，因此会形成差异性溯源侵蚀，从而加速洞穴潜蚀[2]；而黄土中沿节理裂隙的优势渗流不断潜蚀，使得水流具有选择性侵蚀，因此，决定了洞穴延伸方向在三维空间的频繁变化[49-50]，但是由于当前缺乏有效的土体内部侵蚀观测手段，导致对黄土内部潜蚀过程研究极为不足。
黄土中优势渗流、湿陷性和崩解性等特性是黄土潜蚀发生的基础条件之一。不同优势流类别对优势通道的作用差异巨大，例如膜状流主要因自身波动性对渗流通道产生差异性侵蚀，而径流冲刷主要为势能和动能的转换，当前对黄土优势渗流模式的分类及优势流对优势通道的侵蚀效应尚不明确；湿陷性是黄土洞穴发育的关键因素，湿陷性对洞穴形态特征及扩展规律具有怎样的控制作用还不明确，更是缺少量化的评价方法；目前对于黄土试样的崩解规律研究较为深入，黄土暗穴中积水后的原位崩解特征和崩解速率是尚待解决的难题，动水环境下崩解与侵蚀速率之间的关系亟待解决。
2.2 优势渗流通道
黄土中的构造节理、原生垂直节理、风化裂隙以及卸荷裂隙等构成了优势渗流通道，具有汇水、导水、排水通道的作用，对黄土潜蚀的形成起到了边界控制作用，是黄土潜蚀形成和发展必备条件之一[33,51-57]。研究发现，黄土中优势渗流通道类别不同对地表水的下潜模式、优势流与优势通道的相互作用过程影响巨大[51-57]，因此很有必要对黄土中的优势入渗通道进行分类。
目前关于黄土优势渗流通道的分类成果很多，分类依据主要有渗流规律和不同尺度，具体见表1。按照闭合状态、水在裂隙中的渗透或运移情况及裂隙两侧土体在受力后的相互影响程度的分类[18,58]，对研究裂隙性黄土的渗流规律和潜蚀机理研究具有重要意义。以入渗规律为主的分类体系[59-60]为进一步研究通道中水土作用规律奠定了基础。从微观、细观和宏观多个尺度对黄土中的优势渗流通道进行分类[18]，为从多尺度揭示黄土潜蚀机理提供了有利条件。张宇[42]通过对不同开度、裂隙黄土湿润锋迁移形态、迁移深度宽度以及湿润锋迁移过程中的深度比值分析，对黄土节理的量化分类进行了初步探索，但是他的实验节理开度范围在0.63～5.04 mm，仅适用于5 mm以内的裂隙开度，对黄土潜蚀机理研究而言，还有必要对大开度节理裂隙的分类进行深入探究。
表 1 黄土优势渗流通道分类及特征表Table 1. Classification and characteristic table of dominant seepage channels in loess作者 分类依据 类别 渗流特征 卢全中等[58] 闭合状态、水在裂隙
中的渗透运移闭合结构面 水在裂隙中渗透的速度与两侧土体中接近，此时土体可视为连续介质或不均匀连续介质 裂开结构面 水在裂缝中渗漏，可视为不连续介质，但在压力作用下两侧土体可相互影响 张开结构面 将两侧黄土分成互不影响的两部分，水在裂缝中可以自由流动，此时水对土体产生侵蚀，
对土体的性质起着决定性作用张珊珊等[59,60] 水分入渗规律 Ⅰ类优势渗流通道 微小节理（裂隙）、孔隙类，由于水分快速运移的通道不发育，所以水分在这类优势通道中
基本呈现出均匀入渗的模式Ⅱ类优势渗流通道 中宽节理（裂隙）、大孔隙及近地表微小洞穴类，这类优势通道为黄土体中的水分运移
发挥着重要作用，水分运移呈现出快速入渗的模式Ⅲ类优势渗流通道 宽大节理（裂隙）及黄土洞穴类，这类优势通道发育及其明显，尤其是对于落水洞而言，
容易形成水分汇集区并呈现出灌入渗透的模式彭建兵等[18] 微细宏观
不同尺度微观尺度通道 黄土中的大孔隙，表现为均匀入渗 细观尺度通道 具有强渗透性的节理裂隙、断层以及黄土中的虫孔、根孔，具有优势渗流特性 宏观尺度通道 水可以自由出入的、开放性的裂缝和落水洞 张宇[42] 湿润锋迁移形态、
深度和宽度小张开度
（0 mm<a<1.50 mm）由于节理壁面的水—土互馈作用，导致裂隙壁面细颗粒随水流运移，最终堵塞节理，
演变成特殊的大孔隙流中等张开度
（1.50 mm≤a≤2.50 mm）处于小开度和大开度之间 大张开度
（a>2.50 mm）水流会直接穿过裂隙铅直入渗，几乎不与裂隙面发生作用 目前，不同尺度下黄土优势通道的划分未实现量化，也极少有优势通道与潜蚀作用之间量化关系的研究。黄土中的优势通道与岩体中的节理裂隙相比，最大的特点是黄土优势通道在优势流作用下其空间形态会发生不断扩宽延伸或局部堵塞，其结果是，优势通道要么不断扩宽演化为黄土洞穴，最终发生地面塌陷，要么因为通道内部塌陷造成通道局部堵塞，形成一定的水位，地下水不断浸润软化通道侧壁，受黄土湿陷、崩解等特性影响，通道空间进一步扩大，形成大面积的积水，最终导致滑坡等地质灾害的发生。因此，未来对黄土优势渗流通道的分类需考虑建立动态的、量化的分类体系，并在分类体系的基础上进行黄土潜蚀作用机理的深入研究。
2.3 水动力条件
水动力作用是黄土潜蚀发生的动力来源[3]，而黄土区地下水的动力条件又仅受地表水的不同入渗模式的控制。
2.3.1 地表水入渗模式
地表水的不同入渗模式决定了黄土中优势流的动力特性，影响着黄土潜蚀速率，控制着黄土潜蚀的成因机理，已有多位学者对黄土区地表水的入渗模式进行了分类。根据地表水的入渗特征，可将黄土地区地表水的入渗模式分为四类[3,61]，其中与黄土潜蚀关系最为密切的优势入渗模式有：地表径流集中灌入入渗模式、渗透重力水沿优势渗流通道集中入渗模式和混合灌渗入渗模式等三种模式。当黄土地层中存在具备进出口的径流通道时，一般发生灌入下渗；当下渗重力水沿优势通道集中而迅速下潜时，可视为集中入渗模式；而当渗透重力水与径流同时存在时，往往表现为混合入渗模式。张珊珊等[59-60]则将入渗模式分为均匀入渗、快速入渗和灌入入渗，这三种入渗模式分别对应三类优势渗流通道（图3）。
![]()
黄土具有大孔隙、节理裂隙发育的结构构造特征，且水敏性强，导致水渗入黄土中的途径多样，而不同的入渗模式又产生差异明显的水动力条件，导致黄土潜蚀过程中水动力作用极为复杂。
2.3.2 水动力作用与潜蚀类型划分
地下水的侵蚀作用是黄土潜蚀的最直接动力，控制着黄土潜蚀的形成。通常地下水与土体相互作用方式主要有物理作用、化学作用和力学作用（图4）[62]。其中，控制黄土潜蚀机制的力学作用有：静水压力作用和动水压力作用。在静水压力作用下，黄土中的裂隙会发生扩容变形，而在动水压力作用下，会对黄土节理面产生拖曳力和软化黄土强度。地下径流在优势渗流通道中运动时，对土颗粒施加一种体积力，在动水压力作用下可以使土体中的细颗粒物质发生移动，甚至被带出土体以外，产生潜蚀而使土体破坏，据此，可以对黄土潜蚀的类型进行分类。
李喜安等[2]将潜蚀作用分为机械潜蚀作用、化学溶蚀作用及搬运作用等三类。化学潜蚀一般指地下一切以各种化学作用为主的侵蚀现象，以化学溶蚀为主。机械潜蚀是在地下径流机械力作用下发生的潜蚀，包括在多孔介质中的渗流作用下发生的潜蚀和以地下管流、洞穴流的水动力冲刷作用为主的潜蚀。这一分类与常见的水土之间的相互作用类型划分差异较大，概念比较模糊，适用性不强。文中根据水土之间的作用类型将黄土潜蚀划分为：静水潜蚀作用和动水潜蚀作用。静水潜蚀作用指在静水条件下黄土发生的软化崩解和湿陷等促使黄土结构解体的潜蚀作用，包括物理潜蚀作用和化学潜蚀作用。而动水潜蚀作用才是潜蚀发生的关键，它是指因动水的冲刷、搬运和沉积作用而发生的潜蚀。静水潜蚀可以为动水潜蚀提供物质来源，而动水潜蚀的冲刷、搬运、堵塞沉积作用可以进一步促进静水潜蚀作用的发生。
黄土潜蚀是地下水与黄土之间的复杂作用过程，以当前的科技手段，很难实现全面考虑各种水土作用类型。如上文所述，黄土潜蚀过程中水是动力来源，依据水土之间的不同力学作用对潜蚀类型进行划分，会大大简化潜蚀机理的研究。
3. 黄土潜蚀的形成机理
早期关于黄土潜蚀机理的研究主要根据潜蚀作用类型进行定性解释，包括：机械潜蚀[63-64]、化学潜蚀[28]和复合潜蚀[1]。王景明等[56]基于黄土构造节理理论，进一步发展了复合潜蚀成因观点。该观点认为，黄土潜蚀的形成并不是单一的化学作用或物理作用，而是多种潜蚀作用复合的结果[31,46,64-66,]。
近年来，PENG[67]和WANG等[44]学者从黄土强水敏性、优势渗流通道和地下水动力作用类型等主控因素角度对潜蚀机理进行了系统研究。研究表明，黄土的土性结构和水敏特性是潜蚀发生的物质基础，水动力作用是潜蚀发生的根本源动力，各种优势渗流通道为潜蚀发展过程中物质运移的通道[67]（图2）。
未来揭示黄土潜蚀的形成机理，需厘清土、水和通道三者之间的耦合关系（图5）。渗流通道决定了入渗水流的运移模式，起到了汇水、导水和排水的关键作用，也是潜蚀发生的场所；在静水和动水潜蚀作用下，通道会不断扩展演化或堵塞，最终趋于稳定；渗流通道附近的土性易受通道中水流的浸润或冲刷作用，发生崩解、湿陷、软化等，完整性降低，强度减小，最终导致灾害发生；而土体内部结构约束着黄土的水理性质，控制着黄土的抗侵蚀能力，因此对潜蚀速率有重要影响；另外，水动力条件的变化也会造成土壤易溶盐流失，最终导致结构变化，影响土性。黄土潜蚀演化过程异常复杂，又由于发生在地下，难以直接对其进行观测，因此截至目前也未建立有效的黄土潜蚀的模式。鉴于此，文章提出未来大致的研究思路（图6）。主要研究内容有：①明确黄土潜蚀的主控因素，建立各主控因素的量化评价指标；②通过野外调查和室内简化的模型实验，总结和归纳黄土潜蚀的地质演化模式，进行阶段划分；③在提出地质演化模式的基础上，综合利用水力学、土力学和工程地质学原理等探索建立黄土潜蚀的水土力学耦合模型；④将已建立的力学模型应用于解决重大黄土地质灾害的形成机理。
![]()
图 5 黄土-水-通道耦合关系图Figure 5. The picture of Loess - water - channel coupling relationship![]()
图 6 黄土潜蚀机理及其致灾效应研究思路Figure 6. The study idea of loess subsurface-erosion mechanism and it’s hazard effects黄土潜蚀最显著的特征是其多发生在地表以下，而当前缺乏有效的土体内部侵蚀过程观测手段，这严重制约着对黄土潜蚀机理的研究。因此，在未来研究中可以借助室内模型试验的研究手段，将实际的三维潜蚀过程概化为二维的平面问题，在黄土（剖）面上模拟潜蚀过程，从而间接认知土体潜蚀机理，以便于抽象概化出潜蚀的概念模式，最终实现潜蚀过程的物理数学量化建模，为未来预测潜蚀速率，研究黄土潜蚀的致灾效应提供科学依据。
4. 黄土潜蚀的致灾效应
黄土潜蚀是一种常见的不良地质现象，同时还具有间接诱发或加剧崩塌、滑坡、地裂缝和泥流等灾害的灾害效应[4,67-68]。笔者认为，黄土潜蚀的灾害效应主要表现在两个方面，其一，黄土潜蚀对单种地质灾害的诱发或加剧效应；其二，黄土渗透潜蚀作为水源型黄土灾害链的关键环节[69]，对黄土地质灾害成链所具有的链接效应（图7）。
4.1 对单种地质灾害的诱发或加剧效应
当潜蚀洞穴为串珠状分布时，具有很强的“排洞劈裂作用”，在劈裂作用下经常造成黄土边坡不同程度的崩塌，其中以串珠状陷穴对边坡的崩塌破坏最为严重[8,70]。黄土潜蚀与黄土滑坡在某些方面表现为互促关系[4]，黄土滑坡发生后滑体上的土体受拉剪等作用，完整性降低，易被水流渗透潜蚀[71-72]；而在天然斜坡中各类优势渗流通道的导水作用，会在地下形成径流，不断淘蚀斜坡内部，同时改变坡体内部水文条件[73]，软化土体，降低坡体整体稳定性[74]，引发滑坡灾害[13,75]。黄土潜蚀对黄土泥流也具有极其重要的作用，黄土崩塌、滑坡等灾害形成的堆积体经过潜蚀作用的解体搬运，为黄土泥流提供了充足的物源；而黄土潜蚀通道一般为径流汇集区，潜蚀通道中的径流为黄土泥流的发生提供了充足的水动力[19,69,76]。黄土地区地裂缝的发育与黄土洞穴潜蚀也呈现出互为因果的关系[4,77]。
目前，对黄土潜蚀诱发或加剧单种地质灾害的形成机理研究较多，但是当前研究手段单一，多数还停留在概念模型的定性分析方面；潜蚀作用对黄土斜坡水文连通性、坡体内部水文地质条件、黄土强度的影响尚待进一步深入研究；受观测手段限制，老滑坡体中潜蚀作用的演化过程仍是亟待解决的科学难题；未来需考虑进行大规模的原位潜蚀试验，开发有效的坡体内部潜蚀过程监测仪器，进一步揭示潜蚀与各类黄土地质灾害之间的关系。
4.2 对地质灾害链的链接效应
地质灾害往往表现出链生性，即由成因上相互关联，时间上有先后顺序，空间上彼此相依，并呈线性分布的一系列地质灾害体组成，呈连锁反应并依次出现的几种地质灾害所组成的链式灾害结构，叫做灾害链[78-81]。黄土潜蚀对黄土地质灾害链的链接效应表现为：降雨或灌溉条件下，必然引起黄土体内部的渗透潜蚀，随着黄土体内部湿陷的加剧，导致地表出现裂缝；裂缝在地表扩展或在土体内部进一步发育，形成软弱面，最终导致黄土崩塌或滑坡；在水源充足的条件下，崩塌滑坡体作为泥流物源，被冲刷输移至流域下游[5]，潜蚀作用导致的老滑坡转化为泥流如图8所示。
HU等 [5]结合野外调查，将黄土地质灾害链过程典型的演化模型分为六个阶段，即初始边坡阶段、早期洞穴阶段、洞穴加速侵蚀阶段、洞穴连接阶段、滑坡蠕动阶段和堰塞坝形成阶段。通过占主导地位的黄土潜蚀，将土壤侵蚀、洞穴发育、地下水运动、河流侵蚀、坡体蠕变、滑坡发生、堰塞坝形成等自然地表过程有机地联系在一起，形成了黄土地质灾害链[82]。文献[67]指出在灾害链演化过程中，灾害体的物质及能量逐渐增大，最终表现为灾害链产生过程中放大效应。黄土地区地下水的潜蚀作用作为地质灾害链的关键环节，随着土体内部潜蚀的不断推进，地下水与塌落的土体混为一体演变为黄土泥流，规模和动能增大，很有可能也存在放大效应，这一点有待进一步证实。
5. 结论及展望
（1）文章梳理了黄土潜蚀的基本概念、分析了黄土潜蚀三大主控因素、阐述了黄土潜蚀机理研究现状。结果表明，黄土潜蚀的本质是地下水与黄土结构面之间的互馈作用，黄土特殊的土性是潜蚀发生的物质基础；黄土中的节理裂隙为潜蚀发生提供了场所和物质输送通道；地下水是黄土潜蚀发生的最直接动力；根据水土相互作用机理，可将潜蚀分为静水潜蚀作用和动水潜蚀作用。黄土潜蚀的致灾效应主要表现为对单种灾害的诱发或加剧效应、灾害链生成过程中的链接效应和灾害链演化过程中的放大效应。
（2）虽然我国学者高度重视黄土潜蚀问题的研究，取得了突出的成果，但也存在许多不足。如：目前关于黄土潜蚀的影响因素研究不够深入；研究过程中往往将黄土裂隙中的渗流规律和潜蚀机理研究割裂，事实上这两者之间是相互作用相互影响的统一体系；土性、通道与水力条件之间的复杂耦合机制，仍是亟待研究的科学问题；黄土潜蚀对单种灾害的诱发或加剧效应，对灾害链的链接效应以及放大效应等亟需不断深入；另外，当前缺乏有效的土体内部潜蚀过程观测装备，鲜有在室内直接模拟黄土潜蚀的模型实验。
（3）黄土潜蚀问题未来研究应从以下4个方面着手。①明确黄土潜蚀的主控因素，建立各种主控因素的量化评价指标；②通过野外调查和室内简化的模型实验，总结和归纳黄土潜蚀的地质演化模式，进行阶段划分；③在提出地质演化模式的基础上，综合利用水力学、土力学和工程地质学原理等探索建立黄土潜蚀的水土力学耦合模型；④将已建立的力学模型应用于解决重大黄土地质灾害形成机理。
-
![]()
图 3 项脚沟泥石流累计降雨数据
Figure 3. The accumulated rainfall data of debris flow in Xiangjiao gully
![]()
图 4 项脚沟流域火烧烈度分布情况
Figure 4. Fire intensity distribution map of debris flow at Xiangjiao gully
表 1 项脚沟泥石流物源统计
Table 1 Statistical table of physical sources of debris flow in Xiangjiao gully
物源类型 总量/（104 m3） 动储量/（104 m3） 坡面侵蚀型物源 520.92 146.68 崩滑型物源 440.22 113.88 沟道堆积型物源 390.24 89.02 合计 1351.39 349.58 
下载: 导出CSV
表 2 泥石流颗粒分布及容重计算表
Table 2 Summary of particle distribution and bulk density of debris flow at Xiangjiao gully
编号 P2/% P0.05/% γd/（g·cm−3） S1 75.3 1.3 1.831 S2 68.4 2.3 1.864 S3 70.5 1.8 1.848 S4 75.0 2.0 1.880 S5 65.3 4.2 1.930 S6 73.8 2.6 1.913
下载: 导出CSV
表 3 泥石流运动特征参数
Table 3 Summary of the movement characteristics parameters of debris flow
名称 Vc/（m·s−1） 1/n Rc/m Ic Sc/m2 Qc/（m3·s−1） D1 7.22 13 2.10 0.115 105.10 759.08 D2 8.17 13 1.51 0.229 13.50 110.28 D3 8.44 13 1.53 0.239 13.93 117.64 D4 7.34 13 1.72 0.155 22.02 161.64 D5 7.32 13 1.70 0.156 28.16 206.09
下载: 导出CSV
表 4 不同重现周期下断面1流量
Table 4 Flow rate at cross-section #1 under different recurrence frequencies
参数 频率/% 0.5 1 2 5 t/h 4.21 4.33 4.48 4.72 n 0.79 0.79 0.79 0.78 s/（mm·h−1） 52.36 48.18 43.78 37.62 ψ 0.90 0.89 0.87 0.85 Dw 2.50 2.30 2.20 2.10 1.95 1.86 1.78 1.67 φ 1.35 1.10 0.90 0.68 Qw/（m3·s−1） 176.49 157.42 137.72 112.06 Qc/（m3·s−1） 1037.90 760.07 574.25 395.28
下载: 导出CSV
-
[1] STOOF C R,VERVOORT R W,IWEMA J,et al. Hydrological response of a small catchment burned by experimental fire[J]. Hydrology and Earth System Sciences,2012,16(2):267 − 285. DOI: 10.5194/hess-16-267-2012
[2] CANNON S, GARTNER J E, RUPERT M, et al. Emergency assessment of debris-flow hazards from basins burned by the grand prix and old fires of 2003, southern California[J]. U. S. Geological Survey, 2003.
[3] WALL S A,ROERING J J,RENGERS F K. Runoff-initiated post-fire debris flow western Cascades,Oregon[J]. Landslides,2020,17(7):1649 − 1661. DOI: 10.1007/s10346-020-01376-9
[4] 张绍科,胡卸文,王严,等. 四川省冕宁县华岩子沟火后泥石流成灾机理[J]. 中国地质灾害与防治学报,2021,32(5):79 − 85. [ZHANG Shaoke,HU Xiewen,WANG Yan,et al. Disaster mechanism of post-fire debris flow in Huayanzi gully,Mianning County,Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2021,32(5):79 − 85. (in Chinese with English abstract) Zhang Shaoke, Hu Xiewen, Wang Yan, et al. Disaster mechanism of post-fire debris flow in Huayanzi gully, Mianning County, Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32（5）: 79-85. （in Chinese with English abstract）
[5] 胡卸文,王严,杨瀛. 火后泥石流成灾特点及研究现状[J]. 工程地质学报,2018,26(6):1562 − 1573. [HU Xiewen,WANG Yan,YANG Ying. Research actuality and evolution mechanism of post-fire debris flow[J]. Journal of Engineering Geology,2018,26(6):1562 − 1573. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2018-073 HU Xiewen, WANG Yan, YANG Ying. Research actuality and evolution mechanism of post-fire debris flow[J]. Journal of Engineering Geology, 2018, 26（6）1562-1573（in Chinese with English abstract） DOI: 10.13544/j.cnki.jeg.2018-073
[6] 殷万清,曹希超,胡卸文,等. 木里县项脚沟火后泥石流发育特征及应急处置对策[J]. 地质灾害与环境保护,2021,32(1):12 − 17. [YIN Wanqing,CAO Xichao,HU Xiewen,et al. Development characteristics of post-fire debris flow and emergency response measures in Xiangjiao township,Muli[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation,2021,32(1):12 − 17. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1006-4362.2021.01.002 YIN Wanqing, CAO Xichao, HU Xiewen, et al. Development characteristics of post-fire debris flow and emergency response measures in Xiangjiao township, Muli[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation, 2021, 32（1）: 12-17. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.3969/j.issn.1006-4362.2021.01.002
[7] KEY C H, BENSON N C. Landscape Assessment （LA） Sampling and Analysis Methods[M]. Washington, D.C: USDA Forest Service, 2005.
[8] 王晓莉,王文娟,常禹,等. 基于NBR指数分析大兴安岭呼中森林过火区的林火烈度[J]. 应用生态学报,2013,24(4):967 − 974. [WANG Xiaoli,WANG Wenjuan,CHANG Yu,et al. Fire severity of burnt area in Huzhong forest region of Great Xing’an Mountains,northeast China based on normalized burn ratio analysis[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2013,24(4):967 − 974. (in Chinese with English abstract) WANG Xiaoli, WANG Wenjuan, CHANG Yu, et al. Fire severity of burnt area in Huzhong forest region of Great Xing’an Mountains, Northeast China based on normalized burn ratio analysis[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24（4）: 967-974. （in Chinese with English abstract）
[9] MILLER J D,THODE A E. Quantifying burn severity in a heterogeneous landscape with a relative version of the delta Normalized Burn Ratio (dNBR)[J]. Remote Sensing of Environment,2007,109(1):66 − 80. DOI: 10.1016/j.rse.2006.12.006
[10] 王严,胡卸文,金涛,等. 火后泥石流形成过程的物源启动模式研究[J]. 工程地质学报,2019,27(6):1415 − 1423. [WANG Yan,HU Xiewen,JIN Tao,et al. Material initiation of debris flow generation processes after hillside fires[J]. Journal of Engineering Geology,2019,27(6):1415 − 1423. (in Chinese with English abstract) Wang Yan, Hu Xiewen, Jin Tao, et al. Material initiation of debris flow generation processes after hillside fires[J]. Journal of Engineering Geology, 2019, 27（6）: 1415-1423. （in Chinese with English abstract）
[11] 黄健,胡卸文,金涛,等. 四川西昌 “3•30” 火烧区响水沟火后泥石流成灾机理[J]. 中国地质灾害与防治学报,2022,33(3):15 − 22. [HUANG Jian,HU Xiewen,JIN Tao,et al. Mechanism of the post-fire debris flow of the Xiangshui gully in “3•30” fire area of Xichang,Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2022,33(3):15 − 22. (in Chinese with English abstract) HUANG Jian, HU Xiewen, JIN Tao, et al. Mechanism of the post-fire debris flow of the Xiangshui gully in “3·30” fire area of Xichang, Sichuan Province[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2022, 33（3）15-22（in Chinese with English abstract）
[12] 余斌. 根据泥石流沉积物计算泥石流容重的方法研究[J]. 沉积学报,2008,26(5):789 − 796. [YU Bin. Research on the calculating density by the deposit of debris flows[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2008,26(5):789 − 796. (in Chinese) DOI: 10.14027/j.cnki.cjxb.2008.05.024 Yu Bin. Research on the calculating density by the deposit of debris flows[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2008, 26（5）: 789-796. （in Chinese） DOI: 10.14027/j.cnki.cjxb.2008.05.024
[13] 周必凡. 泥石流防治指南[M]. 北京: 科学出版社, 1991 ZHOU Bifan. Guide to debris flow prevention and control[M]. Beijing: Science Press, 1991. （in Chinese）
[14] 中华人民共和国国土资源部. 泥石流灾害防治工程勘查规范: DZ/T 0220—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006 Ministry of Land and Resources of the People's Republic of China. Specification of geological investigation for debris flow stabilization: DZ/T 0220—2006[S]. Beijing: Standards Press of China, 2006. （in Chinese）
[15] 游勇,陈兴长,柳金峰. 四川绵竹清平乡文家沟“8•13”特大泥石流灾害[J]. 灾害学,2011,26(4):68 − 72. [YOU Yong,CHEN Xingchang,LIU Jinfeng. “8•13” extra large debris flow disaster in Wenjia gully of Qingping township,Mianzhu,Sichuan Province[J]. Journal of Catastrophology,2011,26(4):68 − 72. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1000-811X.2011.04.013 You Yong, Chen Xingchang, Liu Jinfeng. “8 · 13” extra large debris flow disaster in Wenjia gully of Qingping township, Mianzhu, Sichuan Province[J]. Journal of Catastrophology, 2011, 26（4）: 68-72. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.3969/j.issn.1000-811X.2011.04.013
[16] 丰强,唐川,陈明,等. 汶川震区绵虒镇“8·20”登溪沟泥石流灾害调查与分析[J]. 防灾减灾工程学报,2022,42(1):51 − 59. [FENG Qiang,TANG Chuan,CHEN Ming,et al. Field investigation and research on debris flow on August 20,2019 in Mianshi town,epicenter of Wenchuan earthquake[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(1):51 − 59. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210220002 FENG Qiang, TANG Chuan, CHEN Ming, et al. Field investigation and research on debris flow on August 20, 2019 in Mianshi town, epicenter of Wenchuan earthquake[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2022, 42（1）: 51-59. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210220002
[17] 王东伟,游勇,李道凌,等. 汶川县绵虒镇板子沟“8•20”大型泥石流堵河特征及危害性预测[J]. 中国地质灾害与防治学报,2022,33(1):58 − 66. [WANG Dongwei,YOU Yong,LI Daoling,et al. The river blockage characteristics of “8•20” large-scale debris flow and the hazard prediction in Banzi gully in Miansi Town,Wenchuan County[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2022,33(1):58 − 66. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.01-07 WANG Dongwei, YOU Yong, LI Daoling, et al. The river blockage characteristics of “8·20” large-scale debris flow and the hazard prediction in Banzi gully in Miansi Town, Wenchuan County[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2022, 33（1）: 58-66. （in Chinese with English abstract） DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.01-07
[18] DOERR S H,SHAKESBY R A,WALSH PD R,et al. Soil water repellency:Its causes,characteristics and hydro-geomorphological significance[J]. Earth-Science Reviews,2000,51(1/2/3/4):33 − 65.
[19] KEAN J W,STALEY D M,CANNON S H. In situ measurements of post-fire debris flows in southern California:comparisons of the timing and magnitude of 24 debris-flow events with rainfall and soil moisture conditions[J]. Journal of Geophysical Research,2011,116(F4):F04019.
[20] SANTI P M,MORANDI L. Comparison of debris-flow volumes from burned and unburned areas[J]. Landslides,2013,10(6):757 − 769. DOI: 10.1007/s10346-012-0354-4
[21] 铁永波,张宪政,卢佳燕,等. 四川省泸定县Ms6.8级地震地质灾害发育规律与减灾对策[J]. 水文地质工程地质,2022,49(6):1 − 12. [TIE Yongbo,ZHANG Xianzheng,LU Jiayan,et al. Characteristics of geological hazards and it’s mitigations of the Ms6.8 earthquake in Luding County,Sichuan Province[J]. Hydrogeology & Engineering Geology,2022,49(6):1 − 12. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209023 TIE Yongbo, ZHANG Xianzheng, LU Jiayan, et al. Characteristics of geological hazards and it’s mitigations of the Ms6.8 earthquake in Luding County, Sichuan Province[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2022, 49（6）: 1-12.（in Chinese with English abstract） DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209023
[22] 朱渊,余斌,亓星,等. 地形条件对泥石流发育的影响:以岷江流域上游为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版),2014,44(1):268 − 277. [ZHU Yuan,YU Bin,QI Xing,et al. Topographical factors in the formation of gully type debris flows in the upper reaches of Minjiang River[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2014,44(1):268 − 277. (in Chinese with English abstract) ZHU Yuan, YU Bin, QI Xing, et al. Topographical factors in the formation of gully type debris flows in the upper reaches of Minjiang River[J]. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）, 2014, 44（1）268-277（in Chinese with English abstract）
-
期刊类型引用(23)
1. 王之君，马彦杰，张座雄，刘兴荣. 兰州地区堆填黄土微观孔隙结构特征. 科学技术与工程. 2025(07): 2703-2711 . 
百度学术
2. 包维斌，李成云，张维东，张景庄，郭万里. 基于BP、RF模型的黄土区地质灾害易发性评价——以正宁县山河镇为例. 甘肃地质. 2025(01): 34-41 . 百度学术
3. 陈峰峰，马多荣. 黄土丘陵沟壑区土壤潜蚀发生机制探究. 中国水土保持. 2025(05): 86-90 . 百度学术
4. 王新雷，刘双峰. 黄土干湿循环作用下力学特性研究. 价值工程. 2025(14): 44-46 . 百度学术
5. 李志国，徐涛，刘永杰，赵立春，徐勇超，杨天鸿，郑小斌. 露天矿边坡稳定性的层次分析-模糊综合评价耦合分析. 中国地质灾害与防治学报. 2024(01): 116-123 . 本站查看
6. 陈家乐，倪万魁，王海曼，荣誉. 原状黄土土-水特征曲线与湿陷性的相关性. 中国地质灾害与防治学报. 2024(02): 107-114 . 本站查看
7. 王之君，马彦杰，刘兴荣，黄金燕，李启润. 降雨冲刷条件下含水率变化对堆填黄土沟床侵蚀的影响. 中国水土保持科学(中英文). 2024(05): 31-40 . 百度学术
8. 张卜平，朱兴华，程茜，肖永玖，王梦奎，冯笑瑞. 董志塬区固沟保塬工程水土侵蚀病害现状及科学挑战. 水文地质工程地质. 2024(05): 182-194 . 百度学术
9. ZHANG Buping，ZHU Xinghua，CHENG Yuxiang，Aamir ASGHAR. Internal erosion characteristics and microstructure effects of undisturbed loess. Journal of Mountain Science. 2024(11): 3630-3649 . 必应学术
10. 黄骁力，江岭，陈西，位宏，闫振军. 基于深度学习的黄土陷穴易发育区域预测与分析. 测绘通报. 2024(12): 61-69 . 百度学术
11. 金钊，彭建兵，庄建琦，冯立，霍艾迪，穆兴民，王文龙. 黄土塬沟道侵蚀扩张机理与固沟保塬工程的科学性. 中国科学:地球科学. 2023(04): 806-822 . 百度学术
12. 孙富强，张永军. 兰州市非饱和黄土水土关系与力学性质变化规律. 甘肃地质. 2023(01): 38-43 . 百度学术
13. 罗光明，刘宏. 西宁市复杂地质条件下地面塌陷的致灾模式研究. 中国水运(下半月). 2023(06): 100-101+146 . 百度学术
14. 刘锋，张茂省，董英，丁维强，张勖，马俊. 基于1984～2022年榆林市地质灾害记录对其时空分布规律分析. 西北地质. 2023(03): 204-213 . 百度学术
15. 邱明明，周占江，郭富杭，赵霞玉，赵艳秋. 不同初始含水率黄土雨滴溅蚀试验. 人民黄河. 2023(10): 106-110+117 . 百度学术
16. 刘鑫，苗雪青，黄良，魏骁. 5种排水条件下饱和重塑黄土三轴剪切特性. 吉林大学学报(地球科学版). 2023(05): 1499-1509 . 百度学术
17. 张卜平，朱兴华，程茜，孙恒飞，蔡佳乐. 早期黄土洞穴识别理论与技术发展现状. 自然灾害学报. 2023(05): 1-11 . 百度学术
18. 张卜平，朱兴华，孙恒飞，蔡佳乐，程茜. 裂隙性黄土潜蚀洞穴形成机理模型试验研究. 水文地质工程地质. 2023(06): 158-167 . 百度学术
19. 李明，陈新，龚国庆. 三峡升船机液压系统运行减振节能优化分析. 中国水运. 2023(12): 109-111 . 百度学术
20. 钱法桥，邓亚虹，慕焕东，唐亚明，宋焱勋，李艳杰，山聪. 吕梁山区黄土物理性质力学参数区域分布特征. 中国地质灾害与防治学报. 2022(02): 61-70 . 本站查看
21. 苏旭，黄骁力，王春，吴复柱，江岭. 基于深度学习与融合地形特征的黄土陷穴面向对象提取方法. 农业工程学报. 2022(10): 102-110 . 百度学术
22. 蒲虹宇，张立峰，何毅，陈宝山，陈毅，何旭. 甘肃通渭黄土滑坡二维形变时序监测. 中国地质灾害与防治学报. 2022(06): 114-124 . 本站查看
23. 黄小龙. 对地下水的致灾效应及异常地下水流诱发地质灾害的分析. 西部资源. 2022(05): 51-53 . 百度学术
其他类型引用(3)
计量
- 文章访问数: 138
- HTML全文浏览量: 88
- PDF下载量: 118
- 被引次数: 26
邮件订阅
RSS