大泥石流的危险

大型、快速流动的泥石流（包括火山泥流等）是一种极具灾难性的滑坡形式，单次事件就可能导致数千人死亡并摧毁关键基础设施。这类泥石流体积通常超过10⁶立方米，能流经数十公里河道，淹没超过10⁵平方米的区域，灾后 mitigation 和恢复成本高达数亿美元（如2018年美国蒙特西托和2019年中国汶川的泥石流）。然而，由于这类事件罕见、触发机制多样且常作为地震、火山喷发或热带风暴后的“灾害链”一部分，其成因一直难以系统理解。

泥石流难以预测的关键原因之一是其规模和速度会在流动过程中因与河床交换沉积物和水而变化。当流经干燥、非饱和的可侵蚀河床时，裹挟干沉积物会增加内部摩擦，减缓流动；而流经饱和河床时，孔隙水压力升高，会通过增加流量和降低摩擦形成“扩容”正反馈，使泥石流体积和速度剧增，直至孔隙压力降低或沉积物耗尽。此前的物理和数值实验已模拟出这种“扩容阈值”，但在自然复杂系统中尚未证实。

本研究通过分析2008年汶川地震震中区域2008-2019年间的2058次泥石流记录（含37次大型高流动性泥石流），并结合数值模型Massflow进行模拟。结果显示：在河道沉积物丰富的区域，大型泥石流的发生频率显著高于基于所有泥石流规模-频率关系的预期。具体而言，当流域内地震触发的滑坡沉积物较多时，最大泥石流体积与沉积物量呈正相关；且大型泥石流的规模-频率分布斜率（指数2.1）比排除大型泥石流后的分布（指数3.1）更平缓，表明其不遵循小型泥石流的规律。

数值模拟进一步揭示，形成能抵达流域出口的大型泥石流需满足严格条件：充足的物源体积、8-10米的可侵蚀河床沉积物深度以及0.8-0.9的河床饱和度。此时，泥石流会通过“扩容”正反馈裹挟大量沉积物，体积可达2.5×10⁶立方米以上。这一机制与全球其他大型产沙事件（如圣海伦斯火山、皮纳图博火山喷发后）一致——这些事件在产生超过3 km³沉积物后的十年内，均发生了多次大型泥石流。

研究指出，在陡峭、季风气候的山区（如汶川），地震等事件产生的大量滑坡沉积物会长期存在于河道中，加上季节性强降水导致的高河床饱和度，使大型泥石流风险显著升高。这提示灾害模型需重新评估此类区域的风险，而河道沉积物深度应作为预测大型泥石流规模和频率的首要约束条件。