第四節 山洪災害形成的影響因素

一、水文因素

山洪災害成因中，最活躍的因素是因暴雨引起的強大的地面徑流。除暴雨外，其他一些原因，也可能引起山洪災害，如迅速融雪或冰川迅速融化、水體（湖泊或水庫）潰決。

本書主要討論暴雨型山洪災害。

影響山洪災害形成的水文要素主要有暴雨量及其強度、暴雨損失、暴雨集流。

1.暴雨量及其強度

暴雨是指短時間內強度很大的降雨。我國氣象部門現在將暴雨分為3個等級，即暴雨、大暴雨、特大暴雨。在12h內降雨量為30～70mm或24h內降雨量為50～100mm者為暴雨；在12h內降雨量為70～140.0mm或24h內降雨量為100～200mm者為大暴雨；在12h內降雨量大于140mm或24h內降雨量大于200mm者為特大暴雨。

我國除西北內陸少數地區外，大多出現過日雨量100mm以上的大暴雨。東南部各省中多數出現過日雨量200mm以上的特大暴雨。至于日雨量超過400mm的地區，東北只有長白山余脈、千山山脈東南坡的丹東地區。華北只有太行山東坡和豫西山地東部。南方只有廣東沿海及臺灣省等地。

我國大陸上最大的兩場大暴雨發生在1963年8月上旬太行山東坡和1975年8月上旬豫西山區東部。河北省內丘縣獐獏鄉1963年8月4日日雨量達950mm，比當地平均年雨量還多一半。1975年受3號臺風影響，河南方城縣郭林8月7日下了1054.7mm，泌陽縣林莊從8月7日14時到8日2時的12h內降雨954.4mm，破大陸的暴雨紀錄。分析某一地區的暴雨分布規律是預測山洪災害的重要依據之一。

2.暴雨損失及其影響因素

暴雨損失大約可分成3個部分，即植物截留、土壤入滲、地面坑洼蓄水。

（1）植物截留。關于植物截留的定量資料，國內尚缺乏系統的研究，現列舉美國R.E.賀頓公式及蘇聯H.H.戚戈戴夫的資料作為參考。

R.E.賀頓的經驗公式為

式中 I——植物截留量，mm；

x——一次雨量，mm。

a、b、n——系數，依植物種類不同而定。a的變化范圍為0.5～1.5；b的變化范圍為0.15～1.15；n取0.5或1.0。

據蘇聯H.H.戚戈戴夫的研究，植物截留量，依喬木（針葉、闊葉）、灌木、草而不同，隨植物的稠密程度又有很大差異，見表1-2。

（2）土壤入滲。水向土壤中入滲，最初是土壤表面被潤濕，隨后地面水在重力的作用下滲入較大的土壤孔隙、裂縫與植物根系通道、動物孔穴等。同時在毛細管力與分子力的作用下，水滲入土壤的毛細管等較細小的孔隙中。

在整個降雨過程中，入滲強度是隨時間而遞減的。

當降雨強度小于當時的土壤入滲率時，就不產生地面徑流。當降雨強度大于入滲率時，其超過入滲的部分，在地面積聚起來，等達到一定厚度之后，受地心吸力的作用，沿地面坡度最陡的地方運動，產生地面徑流。

影響入滲率的主要因素是土壤的物理性質、植被特性、坡度、土壤濕度、溫度、降雨強度等。

（3）地面坑洼蓄水。地面坑洼具有不同的大小與深度，有土壤顆粒大小那樣的微穴以至幾百平方米的大坑不等。當降雨強度超過入滲率之后，超滲雨量首先填滿坑洼。然后順坡流下，坡面上就開始全面漫流。坑洼所蓄水量通常在降雨變小時或雨后陸續滲入地下。

隨著坡面坡度的增大，坑洼的容量與作用將迅速減少。在山洪計算中，坑洼的定量估計并不特別重要。

人工履行微小地形，如修筑梯田、魚鱗坑、等高耕作、修小池塘等，都是增加坑洼蓄水量的措施，具有緩和與減少地面徑流的作用。

3.暴雨集流及其影響因素

暴雨集流是指流域地面各點由暴雨產生的凈雨在重力的作用下，沿坡面和溝槽向流域出口的匯集過程。流域集流過程中，按其水力特性的不同，分為坡面集流和溝槽集流兩個階段。

（1）坡面集流。坡面集流（或地面漫流）是指坡面上漫過地面的集流，其特點是成片的漫流。

在山區天然坡面上，山坡長度長短不一，在有地形圖時，可直接從地形圖上量取若干山坡長度，然后取其平均值供暴雨徑流計算用。坡面集流在暴雨徑流中起著很大的作用。

（2）溝槽集流。全面漫流的水沿坡面下流，逐步向低處集中。最后跌入溝槽后，就成為沿溝槽縱向流動的槽流。各級槽流向著較大一級的溝道匯合，最后集合進入主溝槽，并向流域出口斷面匯集運動，這就是溝槽集流運動。

二、地形地貌因素

溪河洪水及泥石流中所挾帶的泥沙，來源于侵蝕作用以及流域中過去發生的洪水或泥石流的沉積物。

“侵蝕作用”是指現在地球表面上的土壤及巖石破壞過程及破壞產物，從其形成地點移往低處的搬運過程（包括沉積作用）的總稱。在各種侵蝕作用中，對于山洪災害來說，最重要的有三種作用，即風化作用、破壞產物沿坡面的移動（主要是重力侵蝕作用）及水蝕作用。這三種作用與地質因素有著密切的關系。

1.地質構造

山洪挾帶泥石極多而轉變為泥石流的地區。絕大多數是地質構造復雜、斷裂褶皺發育、新構造運動強烈、地震烈度大的地區。導致地表巖石破碎以及山崩、滑坡、崩塌、錯落等不良地質現象，為山洪及泥石流提供了豐富的固體物質來源。例如，云南東川地區的泥石流荒溪群，主要是沿著小川斷裂帶發育的，四川西昌地區的泥石流荒溪群，主要是沿著安寧河谷地塹式斷裂帶發育的，甘肅武都地區的泥石流荒溪群是發育在與白龍江大致平行的斷裂褶皺帶上。地震活動是現代地殼活動最明顯的反應。在地震作用強烈的情況下，山體穩定性遭到破壞，巖層破裂，引起山崩地裂或滑坡坍塌。一般在強烈地震后，原來是一般山洪的荒溪轉而為泥石流荒溪；已趨穩定的老泥石荒溪，重新復活，再度暴發泥石流；正在活動的泥石荒溪，則暴發泥石流的次數增多、規模變大。我國和世界各國的許多實例表明，許多災害性泥石流分布區與強烈的地震帶是一致的。

新構造運動（即第三紀末到第四紀以來的地殼升降和斷裂運動），可以引起荒溪溝道縱坡的巨大變化，因而可以使一般山洪荒溪轉變為泥石流荒溪的過程，得到加速或減緩。在新構造運動強烈的地區，由于山地的急劇上升，谷地相應地強烈下切，造成河谷相對高差越來越大，山高溝深，谷地兩側支流短小，縱坡陡急，很容易發展成泥石流。

結構松散，抗剪強度和抗風化能力低，在水作用下易發生變化的松散覆蓋層、黃土、頁巖、泥巖、煤系地層、凝灰巖、片巖、板巖、千枚巖等是產生滑坡的內在物質基礎。巖土力學強度較弱與較堅硬巖層互層結構的碎屑巖組也利于滑坡的形成。巖層中的各種節理、裂隙、層理面、巖性界面、斷裂發育的斜坡、平行和垂直的陡傾構造面及順坡緩傾的結構面是產生滑坡的內在地質環境條件。

地下水使巖土軟化，降低巖土的抗剪和黏結強度，產生動水和孔隙水壓力，潛蝕巖土，增大巖土容重，對透水巖石產生浮托力等是產生滑坡的水文地質條件。

2.巖石風化作用

巖石風化作用是指在氣候、大氣影響下巖石在原地發生的破壞作用。風化作用有三種類型，即物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用。

（1）物理風化作用。物理風化作用是指巖石分散為形狀與數量各不相同的許多個別碎塊，或分散為其各個組成的礦物部分。物理風化的主要因素是溫度的變化。在溫帶及寒帶地區，尤其是高山地區雪線附近，當氣溫低于0℃時，則凍脹風化的物理風化起著重要作用。水滲入巖石孔隙后，在溫度下降而凍結時，以很大的力量分裂巖石；水凍結時加給巖石裂縫壁面的壓力達到6000kg/cm²，使巖石崩解成角礫狀碎石。

（2）化學風化作用。由于空氣中的氧、水、二氧化碳和各種水溶液的作用，引起巖石中礦物的化學成分發生變化的作用稱為化學風化作用。化學風化不僅使巖石破壞，而且還使巖石的礦物成分有顯著的改變。

（3）生物風化作用。生物風化作用是指在生物活動影響下，使巖石發生破壞的作用。例如，植物根系和動物活動的孔穴，以及生物分泌的有機酸與巖石作用，致使巖石發生崩解、分解而破壞，逐步形成土壤。

微生物也有破壞巖石的作用。例如，真菌（以及苔蘚和某些藻類）生長在巖石表面，并從巖石內吸取養料，因而破壞了巖石的表層。

3.地貌因素

斜坡的坡度、坡長與坡型（直線型、凹型、凸型）以及溝道縱坡、曲折狀況是影響山洪及其泥沙含量的地貌因素。

泥沙沿坡面向下移動，基本作用力是重力。重力或是直接起作用，或是通過某種介質（如水）間接起作用。

泥沙移動的形式主要可分為以下幾種，即崩塌、滑坡、土流及覆蓋層坍滑。

崩塌是坡積層（指已移動到斜坡下部的風化產物）或基巖的坍塌，并同時發生傾覆。山塌也是崩塌的一種。崩塌發生于險峻的山坡上或陡峭的溝（河）岸上，是巖石風化，坡面遭到地下水侵蝕、溝（河）岸沖溝、地質構造原因（地震），或人為活動（采石、取土、大爆破等）引起的。

滑坡與崩塌的區別在于滑坡不是突然發生的，而是一個比較長期的過程，在移動時是滑動而不是向前傾倒。滑坡脫離開基巖之后，一般都向后稍稍傾斜，如果滑動體上原來有樹木，則形成傾斜而立的“醉林”。

被水所飽和的、呈半流體狀坡積層可能形成土流或山坡型泥石流。土流是由于斜坡上部出現滑坡而引起的。

三、人為因素

隨著社會經濟發展的需要，人類的活動越來越多地向山區延伸，對山區自然環境的影響也越來越大，增加了形成山洪災害的松散固體物質，減弱了流域的水文效益，有助于山洪災害的形成。

森林不合理的采伐，導致山坡荒蕪、山體裸露，加劇水土流失；燒山開荒，陡坡耕種同樣使植被遭到破壞而導致環境惡化。缺乏森林植被的地區在暴雨作用下，極易形成山洪，從而引發山洪災害，山區修路、建廠、采礦等工程建設項目棄渣，將松散固體物質堆積于坡面和溝道中，在缺乏防護措施情況下，一遇到暴雨，不僅促進山洪的形成，而且會導致山洪規模的增大。陡坡墾殖擴大耕地面積，破壞山坡植被；改溝造田侵占溝道，壓縮過流斷面，致使排洪不暢，增大山洪規模和擴大危害范圍。山區建設忽視環境保護及山坡穩定性，造成山坡失穩，引起滑坡與崩塌，施工棄土不當，堵塞排洪溝道，降低排洪能力。