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固体物质条件
冰川退缩、雪线上移、冻土消融等环境变化对灾害形成中固体物质的影响主要体现在 2 个方面。
增大了固体物质动储量。通常气温年较差、日较差、极端较差越大,围绕 0℃ 震荡的时间越长,就越有利于风化作用和松散固体物质的形成。高寒区温度升高不仅有利于岩石风化,增加松散物质,还使得冰雪覆盖区减少,暴露大量冰雪侵蚀松散物质。据统计,2003—2010 年,青藏高原地区永久性积雪以每年 0.35% 的速度减少,局部地区冰川和积雪覆盖区变为裸露地。失去积雪和冰川保护的坡体堆积物和冰碛物暴露于地表,这使得松散物质动储量大量增加,在降雨和流水侵蚀作用下极易起动形成泥石流等灾害。
土体中各相水的转化,改变了土体力学性质,使土体更易破坏。高寒区冻土、冰碛物与非高寒区松散物质的主要区别在于土体内固体水的存在。固态水具有较大的力学强度,而液态水几乎没有对灾害防治有意义的力学强度,而且还会导致具有水敏性的松散土的强度大幅降低。气候变暖已经引起了青藏高原冻土严重退化,冻土面积减少,多年冻土下界升高,季节性冻土活动层增加。常年冻土区和季节性冻土区域冻融交替活跃,致使青藏高原山地斜坡土体失稳,产生滑坡体和坍塌。冻土退化为土壤补充一定水源,增加土壤孔隙水压力,强度迅速减小,使得自然降雨导致地质灾害的临界阈值降低,增大山地灾害暴发概率;另外,水分的补充,增加了土体的重力负担,易形成滑坡、崩塌等灾害。
能量条件
能量条件是灾害体起动和运动的驱动力,直接反映灾害的破坏能力。气候变化对灾害形成能量条件的影响主要体现在 2 个方面。
位能-动能转化条件改变。高寒区冰川“U”型谷密集分布,部分“U”型谷谷底为巨厚松散堆积物。温度升高导致冰雪消融加速和径流增加,河流侵蚀下切作用加剧,软岩和巨厚堆积物区的“U”型谷在强烈侵蚀作用下迅速下切,增加岸坡的陡峭程度和相对高差,从而构成了有利于坡面水、土物质的位能向为动能转化的条件;有些甚至形成较高的临空面,直接增加了位能。
热能-动能转化条件改变。气温升高导致冰雪融水加剧,固态水属具有结构能的结晶体,热能把固态水变为液态水;液态水在斜坡上获得动能,具有流动、侵蚀、搬运的能力,为灾害形成提供能量和动力条件。同时,温度升高也加剧冻土退化,将吸收的热能转化为结构能释放,消融水进一步改变(减弱)土体结构强度,为灾害的形成提供有利条件。
孕灾条件组合
气候变化导致孕灾条件的组合类型多样化,主要体现在 3 个方面。
高温与降雨组合。冰川、永久性积雪与冻土在高温期间产生的消融水和降水结合后,能形成比单一的冰雪融水规模更大的冰雪体表面和内部水流,由此造成沟道两岸侵蚀与沟底掏蚀加剧,成为泥石流、山洪、冰湖溃决等灾害的促进因素。
水土条件组合。高强度降雨或大量的冰雪、冻土融水与所处位能较好的易侵蚀松散固相物质结合后,能够更快地驱动物质位能转化为动能,增加灾害的水动力条件和破坏能力。这进一步加剧灾害形成的风险,大规模冰川泥石流的形成便是典型例子。
形成方式组合。冰雪消融使得流水侵蚀作用不断加强,沟谷加深,沟岸和山坡变陡,水土流失加剧,重力侵蚀发展,容易诱发崩塌、滑坡和坡面泥石流。进而,这一过程与水流的下切、侧向和溯源侵蚀结合,形成水力-重力复合侵蚀,加大了大规模复合型灾害形成的可能性。