山洪冲蚀灾害

2.6.1　山洪冲蚀灾害概述
山洪是发生在山区溪沟中的快速、强大地表径流现象。虽未列入《地质灾害防治条例》中的灾种，但也是与地质外动力作用有关的一种灾害。
山洪是发生在山区的洪水，但它又不同于一般发生在山区河流的洪水，而是特指发生在山区流域面积较小的溪沟或周期性流水的荒溪中，历时较短，暴涨暴落的地表径流。一般流域面积小于50km2，历时几小时到十几小时，很少能达到1天。对于一般河流来说，从河源到河口可分为上游、中游、下游三段，上游多在山区，下游多在平原。发生山洪的溪沟本身完全处于山区，也可以分为上、中、下游三个组成部分。
山洪同一般洪水的另一显著差别是其含沙量远大于一般洪水，重度可达1.3t/m3，但它又小于泥石流的含沙量（重度大于1.3t/m3）。所以随着山洪中挟带的泥石流的增加，其性质也将起变化。山洪和泥石流在其运动过程中可相互转化。
山洪在快速流动中对河床、两岸自然、生态环境、有关建筑设施（房屋、公路、铁路、桥梁和输油气管道等）产生的灾害称为山洪冲蚀灾害。
2.6.2　山洪的基本类型
山洪按其成因可以分为以下几种类型：
（1）暴雨山洪：在强烈暴雨作用下，雨水迅速由坡面向沟谷汇集，形成强大的洪水冲出山谷；
（2）冰雪山洪：由于迅速融雪或冰川迅速融化而成的雪水直接形成洪水向下游倾泻形成山洪。
（3）溃水山洪：拦洪、蓄水设施或天然坝体突然溃决，所蓄水体破坝而出形成溃水山洪。
以上山洪的几种成因可能单独作用，也可能在几种成因联合作用下形成山洪。上述几种山洪中，以暴雨山洪在我国分布最广，暴发频率最高，危害也最严重。
2.6.3　山洪形成条件
山洪是一种地面径流水文现象，它同水文相邻的地质学、地貌学、气候学、土壤学及植物学等等都有密切的关系。但是山洪形成中最主要的和最活跃的因素，仍是水文因素。
山洪的形成条件可以分为自然因素和人为因素。
2.6.3.1　自然因素
1）水源条件
山洪的形成必须有快速、强烈的水源供给。暴雨山洪的水源是由暴雨降水直接供给的。我国是一个多暴雨的国家，在暖热季节，大部分地区都有暴雨出现。由于强烈的暴雨侵袭，往往造成不同程度的山洪灾害。
所谓暴雨，是指降雨急骤而且量大的降雨。一般来说，虽然有的降雨强度大（如1分钟十几毫米），但总量不大。这类降雨有时并不能造成明显灾害；而有的降雨虽然强度小些，但持续时间长，也可能造成灾害，所以定义“暴雨”时，不仅要考虑降水强度，还要考虑降雨时间，一般以24小时雨量来定。
我国南方地处低纬度地区，属亚热带、热带海洋性季风气候区。夏季风开始较早，台风影响频繁，暴雨出现的次数多，雨强往往也较大。而我国西北及青藏高原的西部，暴雨出现的变率很大，虽然也会出现一些超过年降水量数倍的降雨，但出现的次数很少。
综上所述，由于我国各地暴雨天气系统不同，暴雨强度的地理分布不均，暴雨出现的气候特征以及各地抗御暴雨山洪的自然条件不同。因此有些暴雨的定义，亦因地区而有所不同。不过就多数情况看，一小时降雨同24小时降雨有一定的关系。暴雨可用表2-4的各级雨量来定义：
2）下垫面条件
（1）地形：我国地形复杂，山区广大，在广大的山区，每年均不同程度的有山洪发生。

表2-5 降雨量分级表　单位：mm

陡峻的山坡坡度和沟道纵坡为山洪发生提供了充分的流动条件。由降雨产生的径流在高差大、切割强烈、沟道坡度陡峻的山区有足够的动力条件顺坡而下，向沟谷汇集，快速形成强大的洪峰流量。
地形的起伏，对降雨的影响也极大。湿热空气运动中遇到山岭障碍，气流沿山坡上升，气流中水汽升得越高，受冷越甚，逐渐凝结成云而降雨。地形雨多降落在山坡的迎风面，而且往往发生在固定的地方。
（2）地质：地质条件对山洪的影响主要表面在二个方面，一是为山洪提供固体物质，二是影响流域的产流与汇流。
山洪多发生在地质构造复杂，地表岩层破碎，滑坡、崩塌、错落发育地区，这些不良地质现象为山洪提供了丰富的固体物质来源。
岩石的透水性影响流域的产流与汇流速度。一般说来，透水性好的岩石（孔隙率大，裂隙发育）有利于雨水的渗透。在暴雨时，一部分雨水很快渗入地下，表层水流也易于转化为地下水，使地表径流减小，对山洪的洪峰流量削减的作用；而透水性差的岩石不利于雨水的渗透，地表径流产流多，速度快，有利山洪的形成。
（3）土壤与植被：山区土壤（或残坡积层）的厚度对山洪的形成有着重要的作用。一般来说，厚度越大，越有利于雨水的渗透与蓄积，减小和减缓地表产流，对山洪的形成有一定的抑制作用；反之则对山洪有促进作用，暴雨很快集中并产生面蚀或沟蚀土层，夹带泥沙而形成山洪。
森林植被对山洪的形成影响主要表现在两个方面，森林通过林冠截留降雨，枯枝落叶层吸收降雨和雨水在林区土壤中的入渗来削减和降低雨量和雨强，从而影响地表径流量。根据已有研究成果，林冠层的截持降雨作用与郁闭度、树种、林型有密切关系，低雨量时波动大，高雨量时达到定值，一般截持量可以达13～17mm。其次，森林植被增大地表粗糙度，减缓地表径流流速，增加其下渗水量，从而延长了地表产流与汇流时间。此外森林植被阻挡了雨滴对地表冲蚀，减少了流域的产沙量。总而言之，森林植被对山洪有抑制作用。
2.6.3.2　人为因素
由于经济建设的需要，人类的经济活动越来越多地向山区拓展。若开发不得当，则可能破坏山区生态平衡，促进山洪的暴发。
（1）森林不合理的采伐，导致山坡荒芜，山体裸露，加剧水土流失；烧山开荒，陡坡耕种同样使植被遭到破坏而导致环境恶化。缺乏森林植被的地区在暴雨作用下，山洪极易形成。
（2）山区采矿弃渣，将松散固体物质堆积于坡面的沟道中。在缺乏防护措施情况下，一遇到暴雨不仅促进山洪的形成而且会导致山洪规模的增大。
（3）陡坡垦殖扩大耕地面积，破坏山坡植被；改沟造田侵占沟道，压缩过流断面，致使排洪不畅。增大山洪规模和扩大危害范围。
（4）山区土建设计施工中，忽视环境保护及山坡的稳定性，造成山坡失稳，引起滑坡与崩塌；施工弃土不当，堵塞排洪流径，降低排洪能力。
2.6.4　山洪的形成过程
山洪的形成必须有足够的暴雨强度和降雨量。而由暴雨到山洪则有一个复杂的产、汇流过程。
2.6.4.1　产流
产流过程就是降雨产生的水在流域中形成径流的过程。这实际上是流域对降水的一次再分配过程。流域的产流过程受诸多因素的影响，对于山洪的产流过程来说，主要影响因素有降雨、蒸发、下渗及地下水等。
若一次暴雨降雨总量为P（mm）；下渗量为F（mm）；蒸发量为E（mm）。则一次暴雨地面形成的径流深Rs（mm）为：
Rs=P-F-E
2.6.4.2　汇流过程
山洪的汇流过程是由暴雨产生的水流由流域内坡面及沟道向出口处的汇集过程。该过程可分为坡面汇流和沟道汇流。
1）坡面汇流
水体在流域坡面上的运动，称为坡面汇流。坡面通常由土壤、植被，岩石及松散风化层所构成。
由于微地形的影响，坡面流一般是沟状流。降雨强度很大时，也可能是片状流。由于坡面表面粗糙度大，以致水流阻力很大、流速较小。坡面流程也不长，仅100m左右。因此坡面汇流历时较短，一般在十几分钟到几十分钟内。坡面汇流与流域产流几乎是同步进行的。在坡面汇流过程中，降雨的补充、下渗和蒸发作用同时发生，但其影响程度有所不同。
2）沟道汇流
经过坡面的水流进入沟道后的运动，称为沟道汇流或河网汇流。流域中的大小支沟组成及分布错综复杂，在各支沟的出口相互之间均有不同程度的干扰作用。因此沟道汇流要比坡面汇流流速快。流域面积越大，沟道越长，越不利于山洪的形成，所以山洪一般均发生在较小的流域中，其汇流形式以坡面汇流为主。
2.6.5　山洪冲蚀灾害特征
2.6.5.1　为减轻和避免山洪灾害，分析山洪灾害的特点，会有助于对山洪灾害的鉴别、评价，预防和治理
山洪灾害是指山洪对社会经济，生命财产，自然资源和环境造成的损害。山洪的形成运动和成灾的特点不同于滑坡、泥石流等灾害。具有以下特征。
（1）发灾突然：在我国发生最多的暴雨山洪，其灾害也最为严重，由于激发山洪的暴雨具有突发性，导致了山洪灾害的突发性，加重山洪灾害。
（2）成灾迅速：山洪的暴发历时很短，成灾非常迅速，在山洪过境的瞬间已造成巨大危害。
（3）范围集中：山洪的成灾对象是直接与山洪接触的区域和建筑物等。成灾范围小而集中，基本上是顺坡沿沟向下游延伸的，山洪的成灾面积一般小于洪水而大于泥石流的受灾面积。
（4）以冲击为主：山洪具有很高的水位及很大的瞬间流量，其破坏形式主要是冲击。因山洪一般都发生在陡峻的山区，一次山洪总径流量不大，造成涝灾的可能性比较小。山洪对沟道及沟岸的农田具有毁灭性的破坏作用。
2.6.5.2　由于山洪的规模、性质、地形条件和受害对象不同，山洪的危害也表现为多种形式
主要有以下几种：
（1）淤埋：在流域的中下游地区，即山洪活动的平缓地带，山洪流速减慢或停止。山洪所携带的大量泥沙沉积，淤埋各种目标。山洪规模愈大，中、上游地势愈陡峻，阻塞愈严重，对中下游淤埋就愈严重。
（2）冲刷：在山洪的集流区和流通区内，大量坡面土体和沟床泥沙被带走，使山坡土层被冲刷减薄甚至剥光，成为难以利用的荒坡；由于河床两侧被冲刷，会造成两岸岸坡垮塌。使沿岸交通水利等工程设施遭破坏。
（3）撞击：快速运动的山洪，特别是当其中含有较大块石时，具有很大的冲击动能，能撞毁桥梁、堤坝、房屋、车辆等各种与之遭遇的固定设施和活动目标。
（4）堵塞：山洪汇入干流，携带的大量泥沙沉积堵塞河道，抬高干流上游水位，使上游沿岸遭受淹没灾害。一旦堵塞的泥沙发生溃决，又将重新形成大规模的山洪，对下游造成危害。
（5）漫流改道：当沟床坡度减缓，大量泥沙停淤下来，使沟床抬高时，将造成山洪的漫流改道，冲毁或淹没下游各种设施。
（6）磨蚀：山洪中含有大量泥沙，在运动中对各种保护目标及防治工程表面造成严重的磨蚀。
（7）弯道超高与爬高：山洪具有很大的流动速度，因而直进性较强。山洪在弯道处流动或遇阻塞时，超高或爬高的能力很强，有时甚至能爬脊越岸，淤埋各种目标。
（8）挤压主河道：山洪带来的大量泥沙使洪积扇不断扩大，形成滩地。并将主河道（干流）逼向对岸。使对岸遭受严重冲刷，造成山坡失稳，危害各种目标。并且由于流路改变，使沿岸各种设施遭受危害。
2.6.6　山洪对管道的作用与危害
由于管道通过山洪沟的方式不同，山洪对管道的作用与危害也不相同[图2-15（1）]。
（1）管道平行向河流方向敷设在岸边：若管道敷设在“凸”岸[图2-15（2）a]，并离岸边较远。“凸”岸为堆积岸，管道基本不受山洪的冲刷岸[图2-15（2）b]，管道大多紧靠岸边敷设。若遇大洪水。岸边被山洪水顶冲。若管沟未做水工保护工程，在山洪水的顶冲下，岸坡坝垮管沟被冲毁露管，甚至管道悬空损坏。
（2）管道垂直河流方向敷设：此种敷设方式管道受到山洪的作用是下切磨蚀作用。若埋入河床下的深度不够，管道有被山洪冲刷露管的可能。除此穿河处管道两端还要受山洪水对河床的侧蚀作用，使岸坡产生坍滑、危害管道安全[图2-15（2）c]。
（3）管道顺河床敷设[图2-15（1）d]：此种敷设方式，免不了要受山洪水下切冲蚀。若管道埋入河床下深度不够，管道被冲刷露管的可能就很大，一旦露管，管道在河床推移质的磨蚀下，大块石、漂砾的冲、砸下可能损伤。
综合上述3种敷设方式，只有a方式，将管道敷设在堆积岸较安全，一般不应将管道敷设在冲刷岸岸边。若避让不了，应在冲刷岸顶冲处做防冲水工保护；管道横穿沟床时，应将敷设于此段沟河床最大冲刷深以下才能免遭山区洪水冲刷，还应做好横穿入口、出口的水工保护；不到万不得已，不应将管道敷设在顺河床中，因此种敷设方式受山洪冲刷的危险性很大，一旦露管，管道的受损也很大。