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  如果从生还率的角度来讲,泥石流的威力在各种灾难里面名列前茅。

  泥石流身兼洪水和山崩的双重特点:像山崩一样,它发生前,悄无声息,鲜有征兆,发生时破坏力惊人,势不可挡;又如洪水一般,它飞流直下,千里奔袭,漫山遍野,影响广泛。每年,全球都要发生数以万计次泥石流。最大的一次灾难大概要算1970年秘鲁安第斯山区发生的一次冰川泥石流:3010多万立方米的冰雪泥石顷刻间吞没了一个名叫罗嘉依的小镇,全城3万居民全部遇难。

  【中国是一个遍布泥石流风险的国家,二十多个省份都有频发的泥石流。泥石流主要集中分布在西藏东南部、四川西部和南部,云南东部和西部、甘肃和陕西南部的秦岭地区等四个区域。】

  从科学研究的角度来讲,科学家不仅难以通过预测泥石流发生的时间地点来安排科学观测,而且难以承担瞬时产生的巨大能量和破坏力给科研造成的危险和不确定性。所以,科学观测和定量研究泥石流还是最近几十年的事。随着泥石流导槽实验的增多,和数值模拟技术的进步,新的观测给泥石流科学带来了一场革命。

孕育,伺机而动

  泥石流为什么在暴雨天气中频频亮相?究竟暴雨给泥土和岩石什么诱惑,让它们一泻千里呢?所谓千里之堤,溃于蚁穴,气势磅礴的泥石流也是源自细微的结构变化。本来,泥土和岩石都处于一个稳定的状态,安安稳稳的停留在山坡上。泥土和石块相互挤压的越紧密,之间的摩擦力就越大,产生平行滑移就越困难,山坡就越稳定。但是当天降大雨的时候,渗入泥土的水分快速占据泥土之间的空隙,在空隙里形成孔隙压力。由于泥土颗粒之间挤压的作用减弱,他们之间的滑移就变得更加容易。而这个滑移的倾向有一个临界值,一旦超过临界值,泥土颗粒就要翻脸了。在重力的作用下,这些曾经稳定的泥土结构终于失稳,滑移了起来。

  【泥石流的形成需要丰富的松散固体物质、陡峻的地形和短时间内的大量流水来源,因此高强度的降雨常常是触发泥石流的诱因,此外,冰雪的极速融化也会造成泥石流。】

  从微观失稳发展到昏天黑地的泥石流通常有两种途径:首先,微观失稳有可能牵一发而动全身,一个地方的失稳会像多米诺骨牌一般被极速放大,从而形成整个山体的滑坡进而形成泥石流;另外,失稳也可能像天女散花,在多处发生,这些失稳造成的小崩溃们会聚集在一起,也能形成摧枯拉朽的泥石流。

来袭,不寒而栗

  也许泥石流形成的机理并不复杂,不过即使你能猜中它的开始,也未必猜得到它的过程和结局。过去,泥石流倾泻过程的资料和数据要么来自遇难生还者的描述综合,要么是来自灾后泥石流的轨迹的反向推演。这些证据往往失之偏颇,鲜有科学价值。近年来,技术的进步得以让泥石流在实验室重现,并允许科学家进行有价值的观测。在俄勒冈州,美国地质调查局就建立了一个著名的泥石流实验场,他们的一系列实验揭示了泥石流流动鲜为人知的秘密。

  【美国地质调查局在俄勒冈HJ安德鲁实验森林修建的泥石流导槽,科学家正在导槽上倾泻泥石流进行模拟实验。】

  首先,泥石流会有很多的波峰。这些波峰之间会弱肉强食,从而形成一个大波。这种汇聚作用会集中泥石流的破坏力,形成更大的攻势。其次,泥石流是由一个突起的前锋和一条长长的尾巴组成的。科学家发现泥石流前锋的孔隙压力接近于零,这意味着泥石流的前锋比较干燥。从实地观测结果来看,泥石流前锋聚集了众多大个头的岩块,甚至包括了大块头的泥团,连根拔起的树木,被摧残的桥梁以及各种下场凄凉的交通工具。这种裹挟了大块头的前锋,貌似也有大智慧。由于干燥的前锋阻力相对强大,因此可以帮助自己自动刹车。而泥石流前锋的尾部,孔隙压力竟然达到峰值,可以让泥石流表现出更多洪流的性质,帮助泥石流倾泻。两种作用相互叠加,更为挤压了泥石流前锋,使能量更为集中。

  泥石流不光自身吞食天地,他的前锋还会远程攻击,石头瓦片往前方一顿乱砸。往往前锋未到,暗器先行,甚是歹毒。最后,由于泥石流前锋自身摩擦剧烈,所以动能被大量转化为了热能。热腾腾的前锋体积因此膨胀,就像一个长大了的黑洞,贪婪的吞没着遇到的一切。体积膨胀的前锋,密度变小,更具有流动性,下泄速度还会被加快。如此看来,大自然制造的这个怪物拥有这么多凶残歹毒的手段,着实让人不寒而栗。来看看震撼的泥石流实验视频吧!

滞流,轰鸣的结束

  如果没有遇到地形障碍,例如山体或者河流的阻挡,泥石流也会自己慢慢停下来。由于前锋的阻挡,他先是慢慢变冷,然后从孔隙压力较低的部分慢慢停止下来。所以颗粒比较大的石块最终都会聚集在泥石流沉积物的周围以及表面,形成一面堤坝。如果细沙土还有冲劲,可能最终突破这面堤坝,形成二次倾泻。所以,整个停止过程,就是一个前冲,筑坝,垂直聚集和横向分流的反复和混合过程。这个过程就像个活脱脱的绞肉机,所以被卷入泥石流的生命鲜有生还。

  从泥土颗粒翻脸的过程来看,泥石流发生前悄无声息,基本没有什么明显征兆,所以极难提前预警;而且山区地广人稀,没法测量所有山坡的微观结构,泥石流的发生也因此极难预防。虽然科学研究无法有效防止泥石流的发生,但是研究它的形成机理却可以给城镇规划提供思路,包括如何避免泥石流的破坏,如何筑造防流大堤等等。另一方面,对泥石流倾泻和滞止的研究可以帮助现场救援人员及早确定重灾区,及早制定和采取有效的救援计划。

  纵观泥石流的发生、发展和终结,每一次地质灾害,都有可能是地狱大门一次轰隆隆的敞开。随着自然资源掠夺性开采现象的加剧,泥石流灾害还会发生的更加频繁。最后,来看看最近发生在神农架的凶猛泥石流现场视频吧!

  参考资料:

[1] 王振东.山摧江溢路不通------漫话泥石流[J] 力学与实践, 2011,V33(3): 87-90
[2] Iverson RM. 1997. The physics of debris flows. Rev. Geophys., 35, 3: 245-296
[3] Logan, Matthew, and Iverson, Richard M., 2007, revised 2009, Video documentation of experiments at the USGS debris-flow flume 1992-2006 (amended to include 2007- 2009): U.S. Geological Survey Open-File Report 2007-1315 v. 1.1

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channelId 1 1 大自然的绞肉机,泥石流凶猛来袭 1 泥石流身兼洪水和山崩的双重特点:像山崩一样,它发生前,悄无声息,鲜有征兆,发生时破坏力惊人,势不可挡;又如洪水一般,它飞流直下,千里奔袭,漫山遍野,影响广泛。每年,全球都要发生数以万计次泥石流。最大的一次灾难大概要算1970年秘鲁安第斯山区发生的一次冰川泥石流:3010多万立方米的冰雪泥石顷刻间吞没了一个名叫罗嘉依的小镇,全城3万居民全部遇难。