2.2　山洪灾害特征及成灾机理

2.2.1　山洪灾害的一般特点

山洪灾害主要受降雨、地形地貌和人类活动及其相互作用方式的影响，不同的区域也表现出空间、时间分布和危害程度等方面的差异。我国山洪主要是由季风暴雨区特性以及阶梯地形地貌的共同作用而形成的局地短历时强降雨造成的。山洪具有以下特点：

（1）分布广泛，发生频繁。我国地形地质状况复杂多样，降雨时空分布不均，降雨强度大，经常发生溪河洪水、泥石流、滑坡等自然灾害。我国山洪灾害遍及的广大山丘区，在活动强度、发生规模、经济损失、人员伤亡等方面均居世界前列。山洪及其诱发的泥石流、滑坡常常毁坏和淤埋山丘区城镇，威胁村寨和人民生命财产安全，严重制约了山丘区经济社会的发展。

（2）突发性强，防灾难度大。由于我国的季风气候和山区地形特征，山洪主要由局部短历时强降雨引起的，范围小、历时短、强度大。因为山区流域面积小，河网调蓄能力差，坡陡流急，汇流速度快，从降雨开始到山洪暴发一般就几个小时甚至几十分钟，洪水暴涨暴落，洪峰高，洪水过程线呈多尖峰型，具有很强的突发性。同时山区的交通不便，监测仪器分布不均匀、监测网覆盖不全面等，致使防灾难度较大。

（3）成灾快，破坏性大。山丘区因山高坡陡，坡面比降和河床比降都很大，溪河密集，洪水汇流快，且携带大量推移质，具有很强的冲击力和冲刷力，加之人口和财产分布在有限的低平地上，往往在洪水过境的短时间内即可造成大的灾害。因此山洪灾害具有成灾快、破坏性大的特点。

（4）季节性强，区域性明显。山洪灾害是在暴雨作用下形成的，因此山洪灾害的发生与暴雨的发生在时间上具有高度的一致性。我国的暴雨主要集中在5—9月，此时也是山洪灾害的多发期。据资料统计，我国中南部汛期发生的山洪灾害占全年的95%以上，其中夏季发生的达到80%以上。山洪灾害在不同地域上的分布也呈现出不同的特点，山洪灾害具有区域性明显的特点。

山洪属于小尺度洪水。在时间上，山区洪水历时短、暴涨暴落。在空间上，影响范围也相对较小，但局地影响强烈。山洪灾害一般为局部洪水灾害。

山洪灾害系统是由山区环境内的水沙流体与自然环境、人类社会活动相互作用而形成的有机整体。研究山洪对水库的影响和山洪灾害空间分布规律特征，有针对性地解决区域性防洪减灾的问题非常重要。早在20世纪70年代，日本就开始了山洪灾害全国性规律的研究。我国学者也越来越多地研究我国山洪灾害的发生和分布规律，从区域性和广义范围都做了很多研究。学者们对中国山洪易发区进行了大量研究［48－51］，总结出了我国山洪易发区的特征并根据其危险破坏性进行了危险度划分。我国主要山洪灾害类型分布特征见表2.1。

2.2.2　山区洪水特性

我国山区洪水大多由短历时的强降雨所致，与江河洪水相比，有其显著的特点。

（1）山区洪水突发性强，难以预测。首先，由于我国处在东南亚季风区，汛期暴雨集中，再加上山区地形作用，极易形成局地短历时强降雨。这种降雨的突出特点是历时短、强度大、范围小，我国山区洪水大多是由此引起的。其次，山区河流因其河网调蓄洪水能力不足，坡陡流急，流域面积小，汇流速度快，从降雨开始迅速形成洪峰，洪水暴涨暴落，所以经常形成多峰尖瘦峰型的洪水过程线，具有很强的突发性，预测困难。

（2）山区洪水在空间和时间尺度都属于小尺度洪水。如上所述，山洪通常是由山区局地短历时强降雨所致，所以，在空间上，影响范围也相对较小；在时间上，山区洪水历时短、暴涨暴落。

（3）山区洪水流速快，携带大量推移质，破坏力极强。山区河床比降比较大，洪水流速快，并且携带枝木、泥沙、卵石等大量推移物质，能量很大，具有很强的冲刷力和冲击力，不仅容易冲走人畜、冲蚀土壤植被、冲毁地面建筑物和基础设施，甚至掩埋于河床底下的设施，如石油天然气管道、通信光纤、输电线路等，也常常因为河床被掏刷而裸露出来并被冲毁，造成严重的经济损失甚至生态环境破坏。因此，山区洪水流速快、破坏力强，防御困难，常规的防洪工程措施效果欠佳。

（4）无水或者枯季少水的山区溪沟有时也会暴发山洪。此类山洪经常不易引起人们的足够重视，经常在溪沟里有人类社会活动，溪沟内房屋、生产、生活等现象时有发生。一旦爆发山洪，人们在毫无防御意识和防御措施的情况下，常常造成巨大人员损亡和社会经济损失。

（5）山区洪水常常伴有其他形式的灾害发生，如山体滑坡、泥石流等灾害，局地影响较强烈。山区洪水和江河洪水的主要区别见表2.2。

2.2.3　山洪成灾机理

我国地质地貌类型复杂多样，且以山地高原为主，由于地处东亚季风区，暴雨频发，地质地貌环境复杂，加之人类活动剧烈，导致我国山洪灾害发生频繁，是世界上山洪灾害最严重的国家之一。导致山洪灾害的原因主要有自然气候的变化、地形地质和人为因素。

2.2.3.1　降雨

降雨是诱发山洪灾害的直接因素之一，其中降雨量、降雨强度和降雨历时与山洪灾害的形成有密切的关系。

（1）降雨量。我国年降雨量在东南沿海地区最高，逐渐向西北地区递减。降雨的这种分布特点，直接影响山洪灾害区域空间分布，据调查统计，我国山洪灾害大多分布在东部季风区，占全国山洪灾害总数的81%；溪河洪水灾害沟14386条，占全国溪河洪水灾害沟总数的76%；泥石流灾害沟8602条，占全国泥石流沟的77%；滑坡灾害14566处，占全国滑坡总数的88%［52］。

（2）降雨强度。高强度降雨是引发山洪灾害最重要的原因之一，洪水灾害的发生多为坡高谷深起伏较大的山丘区，再加上高强度降雨迅速汇聚成较大的地表径流所引起的。

（3）降雨历时。在同等条件下，降雨历时时间越长，降雨量就越多，产生的地表径流量越大，山洪灾害造成的损失也越严重。

我国山洪灾害的形成主要由区域内的短历时强降雨所致。根据气候气象学原理，这种现象由中小尺度天气系统引起，这种天气系统具有生命周期短、强度大、局地性等特征。同时，受到我国三级阶梯的山区地形作用，使得山区极易形成这种中小尺度天气系统。

这种中小尺度天气系统是引发山洪灾害的最直接因素，其主要的特点如下：

（1）历时短：一般为中小尺度天气系统，历时时间只有几小时至十几小时，一般不超过24h。

（2）尺度小：这种天气系统的水平范围通常在几公里到几百公里。常规的气象站的观测范围一般为几百公里，由于该种天气系统在水平方向的影响范围小，在一般天气图上往往分析不出来，因此，需要建立更稠密的台站网和应用中小尺度天气分析方法，并和雷达、卫星等探测手段结合起来进行分析。

（3）垂直速度大：中小尺度天气系统中的垂直运动速度一般为1～10m/s，最大观测到50m/s以上。这样强烈的垂直运动，构成了强对流性天气的重要特点。

（4）气象要素场的水平梯度很大，天气现象激烈。因此，受到中小尺度天气系统影响一般会形成比较恶劣的天气现象，如特大暴雨、冰雹等天气往往与中小尺度系统相联系。

由于中小天气系统历时短、范围小又有明显的局地性特点，常规的天气图分析方法很难对其作出较为准确的监视和预报，而雷达和卫星云图往往可以发挥较大的作用。

2.2.3.2　冰雪山洪

（1）季节性积雪融水洪水。季节性积雪融水洪水是指气温上升时在河面上所积攒的雪迅速融化，使河流流水量猛增形成的洪水；融雪洪水主要是由于在大气环流的影响下大量冰川融化而引发洪水。此类洪水主要发生在高原地区一些山体不高的山地河流和浅山区河流，这些地区没有永久积雪。季节性积雪融水洪水受季节影响较多，多发生在春季和夏初期间。

（2）高山冰雪融水洪水。高山冰雪融水洪水是指在高原山区的河流，上游的冰川和积雪在全球变暖的影响下发生融化，融水进入河流形成的洪水，其根本原因是天气气温的异常升高。我国的昆仑山、天山、帕米尔等高原地区，高山冰川和永久积雪有着极其广泛的发育，因此发源于上述山地的河流，都有发生此类洪水的条件［53］。根据洪水成因的不同，又分为冰湖溃坝型洪水（“溃决型”洪水）和冰川融水型洪水。

1）“溃坝型”洪水。该类型洪水以其形似水库大坝突然倾倒后之泄流过程而命名。特点是危害大、不确定性、无固定发生周期。自1953年叶尔羌河卡群水文站建站以来，实测这类突发性洪水14次，其中大于4000m3/s的洪水发生过4次，最大洪峰高达6270m3/s，4000～2000m3/s的洪水4次，其余为2000～800m3/s的洪水。

2）冰川融水型洪水。冰川融水型洪水是指在发生持续高温的情况下，河流上游的冰川发生大面积融化，积雪融水注入河流引发的洪水。冰川融水型洪水的主要特点有：①与气温等热力因素有密切关系。此类洪水发生前提是必须在持续的高温天气下发生，也就是在这种情况下才会发生。②洪峰不高而洪量较大，洪水历时长，一般纯融水洪峰量在年平均流量10倍以下。③虽然此类洪水历时很长，但其日变化仍然非常明显，其峰值的出现与当日的最高气温的出现时间相差1h左右，而且在晴天峰值会突变的明显，反之则不明显。

（3）雨雪混合型洪水。雨雪混合型洪水是高寒山区和纬度较高地区的积雪，因春夏季强烈降雨和雨催雪化而形成的洪水。较为普遍的混合洪水有两种：①季节积雪融水与暴雨混合型洪水；②高山冰雪融水与暴雨混合型洪水。雨雪混合洪水峰高量大，其洪峰流量有时比单纯融雪春汛或暴雨洪水大。雨雪混合洪水形成的条件是：流域积雪、较大的降雨强度和较高的地表气温，积雪和土壤一样有一定的持水能力，较大的降雨能提供融雪所必需的热量，并可使积雪变松，加速融雪出水过程。雨雪混合型洪水是中国西部山区和北方河流的一种较大春汛。

2.2.3.3　地形地质条件

地形地质条件是影响山洪灾害形成和发生的下垫面的重要因素，在降雨因素相同的情况下，地形地质因素对山洪灾害的特性和规模有较大的影响。影响我国山洪灾害的因素有地貌类型、地面起伏、地层岩性和地质构造。

（1）地貌类型。在山洪灾害成因中，地质条件相对稳定，变化也较为缓慢。我国大部分为坡高谷深起伏较大的山丘，对季风活动有较大的影响。地形对山洪灾害的影响是多方面的，它不仅为山洪灾害的发生提供势能和发育空间，而且对山洪的产生有着促进作用。

（2）地面起伏。地面起伏对山洪灾害的影响主要体现两个方面：①山洪灾害的发生提供势能条件；②为山洪灾害提供充足的固体物质和滑动条件。

（3）地层岩性。地层岩性直接影响着山洪灾害的形成和发育。软弱的岩体容易风化并产生大量的松散物质，对泥石流的形成十分有利，坚硬的岩体，由于入渗能力差，有利于地表径流的形成，洪水灾害更容易发生；软硬相间的岩体一般容易产生滑坡灾害。

（4）地质构造。我国地质构造条件复杂，断裂发育，以纵向构造和歹字形构造最为突出，这些断裂规模大、活动性强。地形和斜坡岩体的破坏受复杂断裂构造活动的作用十分明显，泥石流、滑坡极易发生在沿断裂带岩体破碎、软弱结构面发育等这些地质构造上。

2.2.3.4　人类活动

不合理的人类社会经济活动加速了山洪灾害的发生。新中国成立以来，随着我国经济建设事业的发展，人类经济活动也快速发展，尤其是矿产资源比较丰富的山丘区，矿产的开采，修路开山炸石以及过度的砍伐森林等，往往由于措施不当和开发过度，违背自然规律，使山地局部生态环境遭受到一定程度的影响和破坏，从而改变地表原有结构，扰动土体，造成山坡水土流失，产生崩塌、滑坡。由此可见，不合理的经济活动为泥石流形成创造了有利条件；而人们合理的经济活动，顺应自然规律，维护生态环境，在一定程度上可以防止山洪灾害的形成和加剧。