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  如果從生還率的角度來講,泥石流的威力在各種災難裏面名列前茅。

  泥石流身兼洪水和山崩的雙重特點:像山崩一樣,它發生前,悄無聲息,鮮有徵兆,發生時破壞力驚人,勢不可擋;又如洪水一般,它飛流直下,千里奔襲,漫山遍野,影響廣泛。每年,全球都要發生數以萬計次泥石流。最大的一次災難大概要算1970年秘魯安第斯山區發生的一次冰川泥石流:3010多萬立方米的冰雪泥石頃刻間吞沒了一個名叫羅嘉依的小鎮,全城3萬居民全部遇難。

  【中國是一個遍佈泥石流風險的國家,二十多個省份都有頻發的泥石流。泥石流主要集中分佈在西藏東南部、四川西部和南部,雲南東部和西部、甘肅和陜西南部的秦嶺地區等四個區域。】

  從科學研究的角度來講,科學家不僅難以通過預測泥石流發生的時間地點來安排科學觀測,而且難以承擔瞬時産生的巨大能量和破壞力給科研造成的危險和不確定性。所以,科學觀測和定量研究泥石流還是最近幾十年的事。隨著泥石流導槽實驗的增多,和數值模擬技術的進步,新的觀測給泥石流科學帶來了一場革命。

孕育,伺機而動

  泥石流為什麼在暴雨天氣中頻頻亮相?究竟暴雨給泥土和岩石什麼誘惑,讓它們一瀉千里呢?所謂千里之堤,潰于蟻穴,氣勢磅薄的泥石流也是源自細微的結構變化。本來,泥土和岩石都處於一個穩定的狀態,安安穩穩的停留在山坡上。泥土和石塊相互擠壓的越緊密,之間的摩擦力就越大,産生平行滑移就越困難,山坡就越穩定。但是當天降大雨的時候,滲入泥土的水分快速佔據泥土之間的空隙,在空隙裏形成孔隙壓力。由於泥土顆粒之間擠壓的作用減弱,他們之間的滑移就變得更加容易。而這個滑移的傾向有一個臨界值,一旦超過臨界值,泥土顆粒就要翻臉了。在重力的作用下,這些曾經穩定的泥土結構終於失穩,滑移了起來。

  【泥石流的形成需要豐富的鬆散固體物質、陡峻的地形和短時間內的大量流水來源,因此高強度的降雨常常是觸發泥石流的誘因,此外,冰雪的極速融化也會造成泥石流。】

  從微觀失穩發展到昏天黑地的泥石流通常有兩種途徑:首先,微觀失穩有可能牽一髮而動全身,一個地方的失穩會像多米諾骨牌一般被極速放大,從而形成整個山體的滑坡進而形成泥石流;另外,失穩也可能像天女散花,在多處發生,這些失穩造成的小崩潰們會聚集在一起,也能形成摧枯拉朽的泥石流。

來襲,不寒而慄

  也許泥石流形成的機理並不複雜,不過即使你能猜中它的開始,也未必猜得到它的過程和結局。過去,泥石流傾瀉過程的資料和數據要麼來自遇難生還者的描述綜合,要麼是來自災後泥石流的軌跡的反向推演。這些證據往往失之偏頗,鮮有科學價值。近年來,技術的進步得以讓泥石流在實驗室重現,並允許科學家進行有價值的觀測。在俄勒岡州,美國地質調查局就建立了一個著名的泥石流實驗場,他們的一系列實驗揭示了泥石流流動鮮為人知的秘密。

  【美國地質調查局在俄勒岡HJ安德魯實驗森林修建的泥石流導槽,科學家正在導槽上傾瀉泥石流進行模擬實驗。】

  首先,泥石流會有很多的波峰。這些波峰之間會弱肉強食,從而形成一個大波。這種匯聚作用會集中泥石流的破壞力,形成更大的攻勢。其次,泥石流是由一個突起的前鋒和一條長長的尾巴組成的。科學家發現泥石流前鋒的孔隙壓力接近於零,這意味著泥石流的前鋒比較乾燥。從實地觀測結果來看,泥石流前鋒聚集了眾多大個頭的岩塊,甚至包括了大塊頭的泥團,連根拔起的樹木,被摧殘的橋梁以及各種下場淒涼的交通工具。這種裹挾了大塊頭的前鋒,貌似也有大智慧。由於乾燥的前鋒阻力相對強大,因此可以幫助自己自動剎車。而泥石流前鋒的尾部,孔隙壓力竟然達到峰值,可以讓泥石流表現出更多洪流的性質,幫助泥石流傾瀉。兩種作用相互疊加,更為擠壓了泥石流前鋒,使能量更為集中。

  泥石流不光自身吞食天地,他的前鋒還會遠程攻擊,石頭瓦片往前方一頓亂砸。往往前鋒未到,暗器先行,甚是歹毒。最後,由於泥石流前鋒自身摩擦劇烈,所以動能被大量轉化為了熱能。熱騰騰的前鋒體積因此膨脹,就像一個長大了的黑洞,貪婪的吞沒著遇到的一切。體積膨脹的前鋒,密度變小,更具有流動性,下泄速度還會被加快。如此看來,大自然製造的這個怪物擁有這麼多兇殘歹毒的手段,著實讓人不寒而慄。來看看震撼的泥石流實驗視頻吧!

滯流,轟鳴的結束

  如果沒有遇到地形障礙,例如山體或者河流的阻擋,泥石流也會自己慢慢停下來。由於前鋒的阻擋,他先是慢慢變冷,然後從孔隙壓力較低的部分慢慢停止下來。所以顆粒比較大的石塊最終都會聚集在泥石流沉積物的周圍以及表面,形成一面堤壩。如果細沙土還有衝勁,可能最終突破這面堤壩,形成二次傾瀉。所以,整個停止過程,就是一個前衝,築壩,垂直聚集和橫向分流的反復和混合過程。這個過程就像個活脫脫的絞肉機,所以被捲入泥石流的生命鮮有生還。

  從泥土顆粒翻臉的過程來看,泥石流發生前悄無聲息,基本沒有什麼明顯徵兆,所以極難提前預警;而且山區地廣人稀,沒法測量所有山坡的微觀結構,泥石流的發生也因此極難預防。雖然科學研究無法有效防止泥石流的發生,但是研究它的形成機理卻可以給城鎮規劃提供思路,包括如何避免泥石流的破壞,如何築造防流大堤等等。另一方面,對泥石流傾瀉和滯止的研究可以幫助現場救援人員及早確定重災區,及早制定和採取有效的救援計劃。

  縱觀泥石流的發生、發展和終結,每一次地質災害,都有可能是地獄大門一次轟隆隆的敞開。隨著自然資源掠奪性開採現象的加劇,泥石流災害還會發生的更加頻繁。最後,來看看最近發生在神農架的兇猛泥石流現場視頻吧!

  參考資料:

[1] 王振東.山摧江溢路不通------漫話泥石流[J] 力學與實踐, 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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熱詞:

channelId 1 1 大自然的絞肉機,泥石流兇猛來襲 1 中國是一個遍佈泥石流風險的國家,二十多個省份都有頻發的泥石流。泥石流主要集中分佈在西藏東南部、四川西部和南部,雲南東部和西部、甘肅和陜西南部的秦嶺地區等四個區域。