地形控制下滑坡-泥石流转化的启动与输运机制及其灾害演化意义

针对山区滑坡向泥石流转化的地形控制机制这一科学难题，研究人员通过中国西塔村案例，结合野外调查、数值模拟（DEM）和遥感分析，揭示了地形通过重力驱动与水力驱动双路径调控物质迁移效率，提出坡度(35°–45°)、汇流角等关键地貌指标，为灾害预测模型优化提供科学依据。

　　

研究背景
在山区灾害链中，滑坡向泥石流的转化会显著扩大灾害范围——原本移动距离仅数百米的滑坡可能演变为波及数公里的泥石流。2015年日本福神户川滑坡和2017年瑞士Pizzo Cengalo岩崩均造成致命后果，但科学界对地形如何调控这一转化过程仍缺乏系统认知。现有研究多聚焦单一环节：或统计降雨型滑坡易发区地形特征（如Merghadi等2020），或通过水槽实验探讨细颗粒对流体化的微观作用（Nishiguchi和Uchida 2022），却鲜少揭示地形如何从物质供给、启动机制到输运路径全流程主导灾害演化。

2023年中国保定市西塔村暴雨触发的滑坡-泥石流事件为破解这一难题提供了天然实验室。该区域地处太行山-燕山过渡带，500米高差内发育79处浅层滑坡，呈现重力驱动与水力驱动的差异化转化模式。中国研究人员团队抓住这一契机，通过多尺度观测与数值模拟的融合，首次量化了地形对灾害链的级联控制机制。

关键技术方法
研究采用无人机航测（DJI Mavic 3E，90%重叠率）构建厘米级数字高程模型(DEM)，结合Agisoft Metashape三维重建技术获取地形参数；运用离散元法(DEM, Discrete Element Method)模拟不同汇流角(15°–75°)和床面摩擦系数(0.1–0.5)下的颗粒运移过程；通过地貌指数分析（坡度、曲率、汇流角等）统计滑坡空间分布规律。

研究结果
1. 地形对源区物质的控制
• 滑坡集中发生在分水岭附近35°–45°斜坡带，此处岩体发育三组节理（两组近垂直，一组反倾），地形驱动的风化差异导致此处物质最易失稳。
• 数值模拟显示：当床面摩擦系数μ<0.3时，80%滑坡物质可转化为泥石流；μ>0.4时转化率骤降至30%。

2. 转化机制的地形分异
• 重力驱动型：发生在坡度>40°的直线型沟谷，动能转化效率达65%，颗粒温度(granular temperature)促进流体化。
• 水力驱动型：在15°–25°的支流汇入区，孔隙水压力(pore water pressure)使细颗粒（<2 mm）含量提升至40%，触发宾汉流体转变。

3. 输运路径的连通性调控
• 汇流角45°时主支沟物质混合最充分，模拟显示此处沉积量比30°时减少52%；
• 曲率指数>3.5的弯曲沟道会截留70%粗颗粒，形成天然筛分效应。

结论与意义
该研究首次建立地形参数（坡度、汇流角、曲率）与滑坡-泥石流转化效率的定量关系，揭示：

1. 分水岭35°–45°斜坡带是灾害链的"敏感开关"；
2. 低摩擦(μ<0.3)沟床与45°汇流角构成最优物质传输通道；
3. 数字高程模型(DEM)结合离散元法(DEM)的"双DEM"技术框架，可突破传统监测局限。这些发现被《Geomorphology》刊载，为山区灾害"源-径-场"协同防控提供了理论基石，支撑了中国地质调查局2024年地质灾害防治技术标准的修订。