从四川突发山体垮塌灾害看日本对山体垮塌的研究与预防

抗灾与防灾 2017年07月25日

1. 四川茂县山体垮塌概要

2017年6月24日晨6时许,四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村发生高位山体垮塌 。截至6月27日的统计,这次灾害造成46户农房被掩埋、83人死亡、或失联 ,河道堵塞约两公里,1600余米道路被掩埋。

据国内专家现场勘察分析,这次突发灾害是因地震频发致深部岩体损伤所致。成都理工大学教授裴向军表示,地灾发生地处于松坪沟断层,历史上地震频发,包括1933年叠溪地震和2008年“5•12”汶川特大地震。“地震给地层带来的是深部岩体质量损伤,是‘内伤’而不是‘皮肤病’。”他表示,受地震影响,山体稳定性下降,遇到降雨更容易诱发滑坡。日本关东地震、台湾集集地震……历史上大地震几乎都在震后出现过大地灾的案例。“这个现象如何解决是全球都面临的巨大挑战。”

对于突发地质灾害,究竟有没有办法进行预防? “通常情况下,是有办法的。”四川省国土资源厅相关负责人介绍说。而这次为何没能预防?“难以发现。”裴教授介绍说,此次高位崩滑发生在海拔3400米以上,离受灾村庄高差超过1100米,那里无人居住且山体陡峭,坡度在55到60度,人很难上去;同时由于高山植被密集,受其遮挡,即使高精度卫星也难以拍摄到坡体变形——这意味着现有遥感手段发现不了隐患,传统工程地质勘探手段也难以开展3。

2. 日本有关山体垮塌灾害的研究及预防

实际上,这次在四川茂县发生的山体垮塌,与在日本发生的山体垮塌(日语:深層崩壊(しんそうほうかい)),无论是地质要因、气象要因、还是发生机理都十分相似。
那么,日本又是怎样开展山体垮塌的研究和预防的呢?

2.1. 山体垮塌的调查与研究

2.1.1. 与山体垮塌研究与预测的相关机构

与山体垮塌研究与预测较密切的产官学研机构有,国交省河川局砂防部、国交省国土技术政策综合研究所,国立土木研究所、砂防学会、地すべり学会、砂防与滑坡技术中心、日本国土防灾技术株式会社、日本公营会社等。在相关机构的网页上可以查阅到与山体垮塌相关的研究成果以及科普知识。

2.1.2. 近30年来山体垮塌灾害激增

从最近30年(1981-2010)的山体垮塌的发生件数看,2001-2010的10年比1981-1990的10年平均上升了两倍左右,而灾害发生地的50mm以上的降水次数的变化却不大(図1) 。因此,仅从降雨量预测很难判断山体垮塌发生的时刻与规模。

地质灾害、山体垮塌的历时变化

図1 地质灾害、山体垮塌的历时变化(後藤宏二,2012)*4

2.1.3. 山体垮塌的诱因分析

山体垮塌的诱因有降雨、地震、融雪、火山喷火等、从发生件数看,降雨和地震为诱因的山体垮塌最多(図2)。

山体垮塌的发生诱因

図2山体垮塌的发生诱因*4

2.1.4. 山体垮塌的全国普查与的评估

2010年8月,国土交通省首次公布了全国山体垮塌频度的评估图(図3) 。

山体垮塌频度评估图

図3 山体垮塌频度评估图(国立土木研究所、2010)

该评估图制作期间共收集整理了从明治(1889)以后到2010年的山体垮塌事例188例。基础数据包括发生地、垮塌的幅宽、长、深度、面积、体积以及相关调查研究文献。按各地区的隆起及其地质特征推定山体垮塌发生的可能频度、分4个级别(特高、高、低、特低)绘制而成(表1)。

表1深层崩塌灾害基础数据及其相关文献(1889年-2010年)(部分记载)见上方*5

深层崩塌灾害基础数据及其相关文献(1889年-2010年)(部分记载)见上方

2.1.5. 溪流(小流域)山体垮塌的详查与评估

2012年9月,日本以山体垮塌频度评估图为基础完成并公布了以溪流(小流域)为单位的山体垮塌频度评估图(评估范围约6.3万km2)和山体垮塌迹地密度分布图(评估范围:约2.6万km2、図4、図5、図6) 。

抽出,评估可能发生山体垮塌的溪流具有以下三个特征。

  • 曾发生过山体垮塌的溪流…基于现场调查和航片解析抽出;
  • 具有发生山体垮塌的微地形与地质构造…基于山体隆起、风化引起的基岩变形,推算出山体垮塌可能性的覆盖率和预测度;
  • 具有发生山体垮塌的地形量…基于山体坡度、积水面积的大小评估。

溪流(小流域)山体垮塌频度评估图(国交省,2012)

図4 溪流(小流域)山体垮塌频度评估图(国交省,2012)*6

山体塌迹地密度解析区域图(推定频度“特高”区域的评价) (国交省,2012)

図5 山体塌迹地密度解析区域图(推定频度“特高”区域的评价) (国交省,2012)*6

溪流(小流域)山体垮塌危险度评估的一例(国交省,2012)

図6 溪流(小流域)山体垮塌危险度评估的一例(国交省,2012)*6

山体塌迹地密度解析区域图(国交省,2012)

図7 山体塌迹地密度解析区域图(国交省,2012)*6

2.2. 山体垮塌的要因

2.2.1. 降雨要因及其特性

长时间大雨量降雨是山体垮塌的要因之一。山体垮塌多发生在最大降雨(雨强极值)之后(図8)。但如图所示,山体垮塌发生与一小时雨量(mm/hr)的相关性并不是很强。

山体垮塌与降雨量的关系

図8 山体垮塌与降雨量的关系*6

2.2.2. 地形与地质要因及其特性

図9、図10是山体垮塌稳定度的基本解析式及其与地形、地质要因的说明图。

地震或长期的基岩风化可使山体的坡度、比高(高差)变大,强度变小;强降雨可使间隙水压(基岩中地下水的水压)一时增大,从而导致山体整体稳定度Fs的低下。当稳定度Fs<1时,就会发生山体垮塌。

山体垮塌发生要因的整理

図9 山体垮塌发生要因的整理*6

山体垮塌发生要因的整理

図10 山体垮塌发生要因的整理*6

山体垮塌危险区域调查(2010.8推定发生频度地图的发表)

図11 山体垮塌危险区域调查(2010.8推定发生频度地图的发表)*6

2.3. 山体垮塌的科普

近年,日本对灾害知识的宣传与普及工作做的非常好。针对一般国民,日本政府力求简洁易懂、图文并茂。

例如,把“山体垮塌”定义为“深层崩塌”,以示山体垮塌与浅层土崩或滑坡的区别;

用大众化语言论述山体垮塌的三个运动特征:
1)与垮塌同时山体分裂成土块移动或山体整体滑动后分裂成土块;
2)垮塌土块高速移动;
3)垮塌土块的大部分移动至垮塌范围以外。(図12)

山体垮塌的定义和特点(国交省,2012)

図12 山体垮塌的定义和特点(国交省,2012)*6

用灾害图片和示意图来叙述山体垮塌及其次生灾害(図13、図14)。

由暴雨造成的山体垮塌事例

図13 由暴雨造成的山体垮塌事例*6

起因于山体垮塌的地质灾害(泥石流,堰塞湖的形成与决堤)

図14 起因于山体垮塌的地质灾害(泥石流,堰塞湖的形成与决堤)*6

3. 结语

以工程技术来阻止山体垮塌的发生是不现实的,因此不能说是预防,而只能说是预测。

经过十几年的调查研究,日本已总结出一整套山体垮塌的规模、频度的预测方法,但对于如何精准地预测山体垮塌的发生时刻还处于研究、摸索阶段。

中国西南部的山区无论是降雨、还是地质、地形与日本都很相似。借鉴日本在山体垮塌灾害研究的成熟经验与教训,将会积极促进中国对山体垮塌灾害的研究及预测,大大减少山体垮塌突发带来的危害。

与山体垮塌的研究相比、国内相关的科普文章几乎看不到。而对于民众而言,普及突发灾害的知识却更为重要。

文/ 李 鸥(日本国土防灾技术株式会社 技术本部 顾问)


*1 四川省人民政府新闻发布
*2 中国新闻网信息
*3 四川在线专家现场勘察分析茂县地灾:发生地因地震频发致深部岩体损伤
*4 後藤宏二,深層崩壊~その実態と対応~, 平成24年度国土技術政策総合研究所講演会
*5 深層崩壊に関する全国マップについて
*6 国交省HP:深層崩壊のおそれのある渓流の抽出「渓流(小流域)レベル評価」