夏季即將到來，每年這個(gè)季節(jié)，伴隨著洪水和臺(tái)風(fēng)，滑坡、泥石流、落石、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害也進(jìn)入了集中高發(fā)期。這些災(zāi)害都是由于地球的重力作用造成的，但是也與人類活動(dòng)有密切關(guān)系。我們?nèi)绾握J(rèn)識(shí)夏季常見的地質(zhì)災(zāi)害？如何提高相關(guān)的防災(zāi)減災(zāi)能力？

       今天是第16個(gè)全國(guó)防災(zāi)減災(zāi)日，主題是“人人講安全、個(gè)個(gè)會(huì)應(yīng)急——著力提升基層防災(zāi)避險(xiǎn)能力”。 陳颙院士將帶我們從地球能量的角度認(rèn)識(shí)夏季常見地質(zhì)災(zāi)害，希望這份“災(zāi)害說明書”，能讓大家學(xué)會(huì)科學(xué)地認(rèn)識(shí)自然，尊重自然，讓人類尋找到更好的生存之道。

       物體由于地球的吸引而受到的力叫重力（gravity）。重力的施力物體是地球。重力無時(shí)不在、無處不在，在地表物質(zhì)運(yùn)移中，重力起到了關(guān)鍵的作用。在重力作用下，地表物質(zhì)的運(yùn)移主要有兩種類型。第一種是滑坡。滑坡是大量的山體物質(zhì)在重力作用下，沿著山體內(nèi)部的一個(gè)滑動(dòng)面，在外界觸發(fā)作用下突然向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。第二種是泥石流。泥石流是沙石、泥土、巖屑、石塊等松散固體物質(zhì)和水的混合物在重力作用下沿著溝床或坡面向下運(yùn)動(dòng)的特殊流體，在重力作用下，有“泥”有“石”，和水混合在一起，就成了泥石流。

       滑坡和泥石流有什么不同呢？滑坡是指山坡的土層或巖層整體或分散地順斜坡向下的滑動(dòng)?；碌纳襟w，是一整塊或幾整塊的，表面植被狀況可能不變。一次滑坡影響面積有限，但滑坡災(zāi)害相當(dāng)頻繁?；乱步小暗鼗?，還有“走山”、“垮山”或“山剝皮”等俗稱。泥石流是指在地面流水作用下，在溝谷或山坡上產(chǎn)生的一種挾帶大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)的特殊流體。它是介于山洪與滑坡之間的一種現(xiàn)象。泥石流影響面積比滑坡大，具有突然性，流速快，破壞性很大，俗稱“走蛟”“出龍”“蛟龍”等。

       在重力作用下，許多物質(zhì)都有沿滑脫面向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，但只要沒有達(dá)到滑動(dòng)的條件，它們就仍然保持穩(wěn)定。一旦當(dāng)某些外界因素發(fā)生少許變化，達(dá)到滑動(dòng)的條件，長(zhǎng)期積累的重力勢(shì)能就會(huì)瞬間釋放出來。除滑坡和泥石流以外，重力造成的地表物質(zhì)運(yùn)移還有落石和地面陷塌等類型。

地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的幾種情況：

(a)滑坡:整個(gè)滑坡體下滑的整體滑動(dòng):(b)泥石流:大量大小混雜的松散固體物質(zhì)和水的混合物沿山谷猛烈而快速向下流動(dòng)

(c)落石;陡峭的巖石山坡上，零星巖石的下落;(d)地面塌陷

一、觸發(fā)滑坡的三個(gè)原因

       顧名思義，滑坡有兩重含義，一是“滑”，二是“坡”。顯然，無“坡” 不“滑”，在平原地區(qū)，不會(huì)出現(xiàn)滑坡，在陡峭的山區(qū)才有可能出現(xiàn)滑坡。而有“坡”未必“滑”，許多山脈和山丘屹立千萬年，仍保持著穩(wěn)定的狀態(tài)。假定在一個(gè)山體上存在著一個(gè)傾斜的層面，如果它是一個(gè)松軟的巖層，則層面上方的山體有可能沿著該層面發(fā)生滑動(dòng)。傾角很小的層面，下滑力很小， 而正壓力很大，這種層面不可能發(fā)生滑坡。但對(duì)于很陡峭的層面（傾角α 很大 的層面），層面上的剪切力大，而由正壓力決定的摩擦力卻不大，因此，滑坡主要是發(fā)生在高傾角的層面上，而且滑動(dòng)面前要有滑動(dòng)空間。

下滑力隨坡度的變化

（作用在物體上的重力總是要把物體拉向地心，位于與水平面成 30°角斜面上的一個(gè)重 10kg的小球，由于斜面的存在，小球無法垂直向下運(yùn)動(dòng)，重力拉小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的下滑力T為 10kgxsin 30°x9.8 m/s=5x9.8N。顯然，斜面越傾斜，下滑力越大。當(dāng)傾角為60°時(shí)，下滑力變成了87x9.8N）

觸發(fā)滑坡的原因主要有三種：

       第一是水的作用。連續(xù)的降雨和冰雪融化， 使土壤飽和，導(dǎo)致滑動(dòng)層面潤(rùn)滑，摩擦系數(shù)降低，會(huì)造成滑坡。這就是大量滑坡出現(xiàn)在多雨的夏季的原因，滑坡多發(fā)的地方，具有“大雨大滑，小雨小滑，無雨不滑”的特點(diǎn)。住在山區(qū)的居民，要防止外圍地表水進(jìn)入滑坡區(qū)，會(huì)在滑坡邊界修筑截水溝，在坡面修筑排水溝。鉆孔、排水、隧道疏通都是排除地下水的有效辦法。1985年6月12日，連續(xù)降雨后，湖北省秭歸市新灘長(zhǎng)江發(fā)生大滑。新灘位于長(zhǎng)江西陵下上段兵書寶劍峽出口，總體積約 2000 萬 m3的滑坡體沖入長(zhǎng)江，滑坡體堵塞了 1/3 的江面，河床最低點(diǎn)高程由 22.5 m 上升至 37.5 m，形成的滑坡涌浪在對(duì)岸爬高為 49 m，長(zhǎng)江被迫停航 12 天。

1985 年新灘大滑坡

       第二種觸發(fā)因素是地震。地震時(shí)，上覆巖體除了受重力作用外，還受到地震力的作用。地震產(chǎn)生的力往往有很大的水平分量，這樣，沿層面方向的剪切力大大增加，滑坡就發(fā)生了。世界上最大的滑坡就是由地震觸發(fā)的，其造成的災(zāi)害也最大。

汶川大地震引發(fā)大光包滑坡

       第三種觸發(fā)因素是人為的不合理開挖。多數(shù)情況下，發(fā)生滑動(dòng)的巖土層面并不是一個(gè)無限長(zhǎng)的理想平面，人們常用尺度有限的曲面來表示潛在的滑動(dòng)面。重力作用下，上覆巖土體的重量使得其有一個(gè)下滑的趨勢(shì)，由于滑動(dòng)面各處傾角不同，而且滑動(dòng)前方存在阻礙體（坡趾，也叫坡腳）， 整個(gè)山體處于穩(wěn)定狀態(tài)。若在上覆巖土體上面再增加載荷（如建一些建筑物或堆積許多重物）或在坡腳處進(jìn)行開挖，減少了阻擋作用，在這兩種情況下，滑坡就有可能發(fā)生了。

人工開挖山導(dǎo)致滑坡

       認(rèn)識(shí)到這個(gè)道理，反過來想，人類活動(dòng)也可以防止產(chǎn)生滑坡，如減輕上覆巖土體的重量（頭輕），或增加坡腳的阻礙作用（腳穩(wěn)），產(chǎn)生滑坡的基本條件是斜坡體前有滑動(dòng)空間，加強(qiáng)阻擋作用，可以減緩滑坡的產(chǎn)生。預(yù)防滑坡的方式有以下幾種：①減輕滑坡面上方的質(zhì)量；②增加滑坡面下方的滑動(dòng)阻力；③在滑動(dòng)面用樁基方法固定，同時(shí)設(shè)立排水管道。地球上絕大部分滑坡的發(fā)生都與水有關(guān)（數(shù)量多），但大規(guī)模的滑坡主要與地震有關(guān)（規(guī)模大），人為活動(dòng)引起的滑坡，盡管數(shù)量不少，但規(guī)模都不大。

預(yù)防滑坡的方式

二、遇到泥石流，應(yīng)該向哪個(gè)方向跑？

       泥石流是山坡上大量泥砂、石塊等經(jīng)山洪沖擊而形成的突發(fā)性急流。泥石流經(jīng)常發(fā)生在山區(qū)的峽谷地帶，在暴雨期具有群發(fā)性。2010 年 8 月 7 日 22 時(shí)，中國(guó)甘肅省舟曲縣突降強(qiáng)降雨，縣城北面的三眼峪和羅家峪同時(shí)暴發(fā)泥石流，共造成1144人遇難，600 人失蹤。

甘肅省舟曲特大泥石流災(zāi)后悼念活動(dòng)

泥石流的形成必須同時(shí)具備地形、松散固體物質(zhì)和水源三個(gè)條件，三者缺一不可：

（1）孕育泥石流的地區(qū)一般地形陡峭，山坡的坡度大于 25°，溝床的坡度不小于 14°。巨大的相對(duì)高差使得地表物質(zhì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易在外力（降雨、冰雪融化、地震等）觸發(fā)作用下，發(fā)生向下的滑動(dòng)，形成泥石流。

（2）泥石流流域的斜坡或溝床上必須有大量的松散堆積物，才能為泥石流的形成提供必要的固體物質(zhì)。作為泥石流主要成分之一的固體物質(zhì)的來源有：滑坡、崩塌的堆積物，山體表面風(fēng)化層和破碎層、坡積物、冰積物以及人工工程的廢棄物等。

（3）水不但是泥石流的重要組成部分，而且也是決定泥石流流動(dòng)特性的關(guān)鍵因素。因此夏季暴雨是泥石流最主要的水源，其次的水源來自冰雪融化和水庫(kù)潰壩等。

       一個(gè)完整的泥石流流域可以分成為匯水區(qū)、形成區(qū)和堆積區(qū)。在匯水區(qū)，大量積聚的泥沙、巖屑、石塊等在水分的充分浸潤(rùn)下，沿著斜坡（更主要是沿著谷地）開始流動(dòng)。在形成區(qū)，泥石流在向下流動(dòng)中不斷發(fā)展，溝內(nèi)某些薄弱段的塊石等固體物松動(dòng)、失穩(wěn)，被猛烈掀揭、鏟刮，并與水流攪拌而形成泥石流。當(dāng)大量的降雨在山坡上的時(shí)候，山坡坡面土層在暴雨的浸潤(rùn)擊打下，土體失穩(wěn)，沿斜坡下滑并與水體混合，侵蝕下切而形成懸掛于陡坡上的坡面泥石流。堆積區(qū)，多是地形較為開闊的地區(qū)，這里泥石流流速變慢，發(fā)生堆積，堆積區(qū)由于流域內(nèi)來沙量的增長(zhǎng)而不斷擴(kuò)展，逼近泥石流的下游，經(jīng)常淹沒或堵塞河道，造成原來的河道改道和變形。泥石流的形成、發(fā)展和堆積是地表的一次破壞和重新塑造的過程。

       從泥石流產(chǎn)生過程來看，連續(xù)的暴雨是造成泥石流的自然原因，而亂砍濫伐森林，造成山體表面水土流失嚴(yán)重，是釀成泥石流災(zāi)難的人為原因之一。泥石流在我國(guó)分布十分廣泛。特別是斜貫我國(guó)遼、京、冀、晉、陜、甘、 鄂、川、滇、貴、渝等?。▍^(qū)、市），地處中國(guó)西部高原山地向東部平原、丘陵的過渡地帶，區(qū)域內(nèi)地形起伏變化大、河流切割強(qiáng)烈、暴雨集中，加之人類對(duì)天然植被的嚴(yán)重破壞和對(duì)地表斜坡的廣泛改造以及搬運(yùn)巖土等活動(dòng)，滑坡、泥石流特別發(fā)育，分布密度大，活動(dòng)頻繁，是我國(guó)滑坡、泥石流等災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)。

       滑坡和泥石流在全世界都有廣泛的分布。亞洲的山區(qū)面積占總面積的 3/4，地表起伏巨大，為滑坡和泥石流形成提供了巨大的能量和良好的能量轉(zhuǎn)化條件。滑坡和泥石流分布密集或較密集的國(guó)家有中國(guó)、哈薩克斯坦、日本、印度尼西亞、菲律賓、格魯吉亞、印度、尼泊爾、巴基斯坦等近 20 個(gè)國(guó)家。

       在自然狀態(tài)下，純粹由自然因素引起的山區(qū)地表侵蝕過程非常緩慢，因此坡地還能保持完整。在人類活動(dòng)影響下，把只適合林業(yè)和牧業(yè)利用的土地也辟為農(nóng)田，大量開墾陡坡，以至陡坡越開越貧，越貧越墾。為了開墾更多的土地亂砍濫伐森林，甚至亂挖樹根、草坪，樹木銳減，使地表裸露，這些都加重了水土流失，使邊坡穩(wěn)定性降低，引起滑坡、塌方、泥石流等更嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害。

       泥石流暴發(fā)突然猛烈，持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，通常幾分鐘就結(jié)束，時(shí)間長(zhǎng)的也就一兩個(gè)小時(shí)。泥石流較難預(yù)報(bào)，易造成較大傷亡，因此，萬一沒有做出預(yù)報(bào)，在遭遇泥石流之后采取正確的方法避險(xiǎn)、逃生是非常重要的。泥石流不同于滑坡、山崩和地震，它是流動(dòng)的，沖擊和搬運(yùn)能力很大，所以，如果突遇泥石流，要迅速轉(zhuǎn)移到高處，千萬不要順溝方向往上游或下游跑，要向兩邊的山坡上跑。另外，不應(yīng)上樹躲避，因泥石流不同于一般洪水，其流動(dòng)中可切除沿途一切障礙，上樹逃生不可取。

泥石流要往高處跑

三、市政建設(shè)面臨的新問題

       地面塌陷是指上覆巖層發(fā)生破壞，巖土體下陷或塌落在地下空洞中， 并在地表形成不同形態(tài)的塌坑。重力是塌陷的基本原因，而地下空洞的存在是地面塌陷的空間條件。地面塌陷是地下礦產(chǎn)采空區(qū)或喀斯特區(qū)常見的一種自然災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有23 個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）發(fā)生巖溶塌陷，共 1400多起，塌坑總數(shù)超過 4 萬個(gè)。

       自然界的地下水和空氣中的 CO2 結(jié)合，在水中生成碳酸（H2CO3）， 含 H2CO3 的水流經(jīng)碳酸巖地區(qū)，將不溶于水的碳酸鈣（CaCO3）變成了溶于水的碳酸氫鈣 [Ca（HCO3）2，H2CO3+CaCO3=Ca（HCO3）2]，并隨著水流流往別處。這樣，原來的 CaCO3 變?yōu)?Ca（HCO3）2 后被水帶走，地下形成了空洞（喀斯特巖洞），相鄰的空洞聯(lián)通，可能形成地下河。而被帶走的 CaCO3，由于 Ca（HCO3）2的化學(xué)不穩(wěn)定性，在新的地方又還原為 CaCO3 [Ca（HCO3 ）2 =CaCO3+H2O+CO2]。在漫長(zhǎng)的歲月中，上面的變化不斷重復(fù)發(fā)生，形成了今天令人嘆為觀止的喀斯特溶洞。

       溶洞在地下水位波動(dòng)頻繁的位置被侵蝕破壞形成塌陷。坍塌邊沿和空洞邊沿基本形成上下對(duì)應(yīng)關(guān)系。由喀斯特溶洞形成的坍塌一般形成塌落洞，洞成簡(jiǎn)狀或柱狀。在地下河強(qiáng)烈的溶蝕侵蝕作用下，地下空洞上方巖層的不斷崩塌直到地表，就形成了地球表面的巨大的塌陷坑。人們往往把它稱為“天坑”。重慶小寨天坑就是這種地質(zhì)奇觀的代表。

小寨天坑，位于重慶市奉節(jié)縣小寨村，是世界上僅有的三例超級(jí)天坑(深度和寬度均超過 500m)之一

小寨天坑坑口地面標(biāo)高 1331m，深 666.2m，坑口直徑622m，坑底直徑 522m

坑壁四局陡峭，在東北方向峭壁上有小道通到坑底。站在坑底抬頭仰視看到藍(lán)天，頗有“坐井觀天”之感

       天坑是一種特殊的地質(zhì)現(xiàn)象，一般出現(xiàn)在碳酸巖多的喀斯特地貌地區(qū)。小寨天坑容積約為 1.2 億m3 ，它圍壁圓滿，體量巨大，深度為 521～662 m，寬度為535～625 m，從深度和容積兩個(gè)指標(biāo)看，都是真正的“世界第一天坑”。小寨天坑被建設(shè)部入選為首批中國(guó)國(guó)家自然遺產(chǎn)、國(guó)家自然與文化雙遺產(chǎn)預(yù)備名錄?，F(xiàn)在天坑的英文名字，也采用中國(guó)拼音的“Tian Keng”。

       隨著地下礦產(chǎn)資源不斷加速開采，當(dāng)這些地下采空區(qū)頂部的巖石被破壞時(shí)，地面塌陷就發(fā)生了。水在地面塌陷中起著非常重要的作用。城市中地下水管的泄漏，會(huì)帶走大量的土壤，形成地下空洞，進(jìn)而造成地面的塌陷。隨著城市化的發(fā)展，地下水泄漏和沖刷形成的城市地面塌陷也越來越多。這是所有城市市政建設(shè)面臨的新問題。

西寧發(fā)生的路面塌陷

2020年1月13日，青海西寧市城中區(qū)南大街發(fā)生路面坍塌，一輛公交車陷入其中，造成10人遇難，17人受傷

       目前中國(guó)城鎮(zhèn)化率已接近 70%，城市道路需要有結(jié)實(shí)的骨骼，讓人踏實(shí)地行走在上面。2022年7月，住建部啟動(dòng)首批針對(duì)城市塌陷問題的“城市體檢”工作，長(zhǎng)沙、廣州、南京等11個(gè)城市為試點(diǎn)城市。多年經(jīng)驗(yàn)表明，滑坡和泥石流是可以有效防范的。關(guān)鍵是要讓社會(huì)公眾了解、掌握科學(xué)的災(zāi)害防治知識(shí)，我國(guó)第一部關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害防治的行政法規(guī)——《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》于 2004 年 3 月 1 日起施行，它的出臺(tái)和實(shí)施標(biāo)志著我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治工作進(jìn)入了規(guī)范化、法治化的軌道。