全 文 ：火 后 泥 石 流 研 究 进 展*
邸雪颖1**摇 陶玉柱1,2
( 1东北林业大学林学院, 哈尔滨 150040; 2辽宁省森林经营研究所, 辽宁丹东 118002)
摘摇 要摇 林火次生灾害的发生对环境质量和人类的健康与安全具有重要影响.火后泥石流是
最危险的林火次生灾害之一,了解其发生条件、掌握其发生状况,是火后灾害风险评估的重要
基础.本文从植被、降雨阈值、物源 3 方面阐述了火对泥石流的影响,分析了火后泥石流起动
的地形地质、降雨、坡面条件以及浅层滑坡与地表径流引发火后泥石流的起动机制,并综述了
火后泥石流预测预报与治理措施的研究进展.最后提出了在未来的研究中应该着重关注 4 个
方面:量化火行为及环境因子与火后泥石流的关系;火后泥石流起动、运动过程的定量分析;
火后泥石流机理模型研究;火后泥石流快速高效治理措施研究.
关键词摇 林火摇 次生灾害摇 泥石流
文章编号摇 1001-9332(2013)08-2383-10摇 中图分类号摇 P694摇 文献标识码摇 A
Research progress in post鄄fire debris flow. DI Xue鄄ying1, TAO Yu鄄zhu1,2 ( 1School of Forestry,
Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2Liaoning Provincial Institute of Forest Man鄄
agement, Dandong 118002, Liaoning, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(8): 2383-2392.
Abstract: The occurrence of the secondary disasters of forest fire has significant impacts on the en鄄
vironment quality and human health and safety. Post鄄fire debris flow is one of the most hazardous
secondary disasters of forest fire. To understand the occurrence conditions of post鄄fire debris flow
and to master its occurrence situation are the critical elements in post鄄fire hazard assessment. From
the viewpoints of vegetation, precipitation threshold and debris flow material sources, this paper
elaborated the impacts of forest fire on the debris flow, analyzed the geologic and geomorphic condi鄄
tions, precipitation and slope condition that caused the post鄄fire debris flow as well as the primary
mechanisms of debris鄄flow initiation caused by shallow landslide or surface runoff, and reviewed the
research progress in the prediction and forecast of post鄄fire debris flow and the related control meas鄄
ures. In the future research, four aspects to be focused on were proposed, i. e. , the quantification
of the relationships between the fire behaviors and environmental factors and the post鄄fire debris
flow, the quantitative research on the post鄄fire debris flow initiation and movement processes, the
mechanistic model of post鄄fire debris flow, and the rapid and efficient control countermeasures of
post鄄fire debris flow.
Key words: forest fire; secondary disaster; debris flow.
*“十二五冶国家科技计划项目(2011BAD08B01)资助.
**通讯作者. E鄄mail: dixueying@ 126. com
2012鄄11鄄12 收稿,2013鄄06鄄18 接受.
摇 摇 泥石流是山区沟谷中由暴雨、冰雪融水等水源
激发的、含有大量泥沙石块的特殊洪流[1] . 它是自
然界的一种灾变过程[2],是山区常见的一种突发性
的自然灾害.泥石流的发生与发展具有复杂的机制,
受很多因素影响.林火是森林生态系统重要的干扰
因子[3],其对林地泥石流的发生具有一定影响. 1987
年,Wells[4]在对美国佛罗里达州的泥石流调查时发
现,当地泥石流的发生与附近的林火之间具有紧密
联系.随后很多学者开始调查研究火烧迹地附近的
泥石流发生情况. 研究发现,在林火影响的区域,当
火导致土壤水文地质特性发生实质性改变时,在火
烧后的几个月和接下来的几年,火后经常要经历强
烈的土壤侵蚀,发生泥石流的危险显著增加[3-6] .这
些在林火发生后火烧迹地附近出现的泥石流统称为
火后泥石流(post鄄fire debris flow). 但目前对火后泥
石流还没有严格的定义,在火烧迹地附近发生的、与
林火发生具有紧密联系的泥石流均可称作火后泥石
流或火相关泥石流( fire鄄related debris flow).火干扰
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 8 月摇 第 24 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2013,24(8): 2383-2392
的特殊性导致火后泥石流具有显著的特点.第一,火
后泥石流的发生与林火密切联系. 林火可以从多个
方面促进泥石流的发生,是火后泥石流发生的主要
原因.同时火行为指标如火强度、火烈度、火频率等
对泥石流的起动、量级等都具有直接影响. 第二,火
后泥石流的细小沉积物含量较多. 林火是生物质燃
烧的过程,会产生大量的草木灰,同时由于土壤结构
的破坏和植被根系的损害,会产生大量泥沙.因此火
后泥石流的沉积物中细小沉积物的含量较高.第三,
火后泥石流的发生周期与植被恢复密切相关. 林火
会导致植物的死亡以及地表凋落物和腐殖质的消
耗,从而使地表充分暴露,而植物的死亡会直接导致
根系腐烂,进而降低土壤的粘聚力,这些都有可能导
致火后泥石流的发生. 但在火后,植被会重现,而随
着植被的恢复,其对土壤的保护作用增强,火后泥石
流的发生则大大降低.最后,火后泥石流发生状况与
疏水层密切相关.疏水层指土壤表面枯枝落叶层下
面的一些不溶于水的物质. 火烧时在上层土壤形成
很大的温度梯度,由于蒸馏作用而使这些物质向土
壤下层扩散,这些不溶于水的物质附着在不同土壤
深度的土壤颗粒表面,当水分下渗时,形成水珠而不
被土壤吸收,这样便形成了一层透水的 “疏水
层冶 [7] .火后泥石流的侵蚀周期和坡面侵蚀沉积贡
献率与疏水层密切相关,在火后初期,疏水层较厚、
坡面侵蚀率高,而当疏水层被穿透后,从根本上减少
了坡面侵蚀,植被快速恢复,从而降低了泥石流发生
风险[8] .
泥石流发生时很难预警,且具有很强的破坏力,
既可破坏土壤结构导致土壤退化、破坏生态环境,又
会威胁到人民群众的生命财产安全[9-10] .火后泥石
流的发生会造成土壤侵蚀、污染下游水质,对当地的
生态环境和农林业发展以及人民群众的生产生活产
生重要影响.由于气候变暖,很多地区出现暖干化趋
势,在此背景下全球林火呈增多态势[11] .在我国,泥
石流分布广泛,有很多泥石流发生的脆弱敏感山
区[12] .因此了解火对泥石流的影响,探明火后泥石
流起动发展过程,掌握火后泥石流的预测预报与治
理措施,对于降低火后泥石流的发生,减少其造成的
损失,保护生态环境和人民生命财产安全均具有重
要意义.
1摇 火后泥石流的研究简史
火后泥石流的研究源于在泥石流的调查中发现
了其与林火之间的联系. 20 世纪 90 年代左右,
Wells[4]、Wohl和 Pearthree[13]在泥石流调查时发现,
林火发生后,由于火烧毁了坡顶植被,泥石流发生率
显著增加,从而发现了泥石流发生与林火之间的关
系.随后,很多国家和地区的学者开始了火后泥石流
的调查研究.通过野外现场考察,可以掌握火后泥石
流发生的概况,通过测量和数据分析可对泥石流的
流量、流速以及泥石流起动、运动过程进行估测. 因
此,早期对泥石流发生的研究集中在火后泥石流的
野外调查现场观测和技术档案的建立,以及泥石流
沉积物产生过程的分析和解释两方面.
1996 年,Cannon 和 Reneau[14]对 3 个新墨西哥
州火烧迹地的火后泥石流进行调查,并评估了坡面
特性、渠道特性,以及火特性与火后泥石流敏感性的
关系. 2001 年,Cannon[15]又调查了新墨西哥州、科罗
拉多州和加利福尼亚州 95 个火烧迹地火后泥石流
对暴雨的反应. 之后,Cannon 等[16]采用基质、地表
物源和泥石流路径地图(1 颐 5000)与 10 m 的地势
数字高程模型相结合,评估了火后泥石流发生的过
程. Gabet 和 Bookter[17]调查了 2001 年秋天一个强
风暴在蒙大拿州西南部引发的火后泥石流,并通过
对 6 个冲沟的形态测定分析,推断了火后泥石流起
动的相关过程. Meyer等[18]对爱达荷州中西部 1996
年 10 月末至 1997 年 1 月 1 日的长期强降雨和降雪
融水在 1989 年火烧迹地引发的火后泥石流进行调
查. Wondzell和 King[19]调查分析了火对美国西部森
林侵蚀过程影响的总体概况. Santi 等[20]调查研究
了加利福尼亚州、犹他州和科罗拉多州 9 个不同燃
烧区的 46 个火后泥石流. Conedera 等[6]对 1997 年
8 月 28 日瑞士的火后泥石流进行调查分析. Nyman
等[21]对 2003—2009 年发生在澳大利亚东南部包括
火后泥石流在内的火后侵蚀进行了系统记录. Meyer
和 Wells[22]调查了黄石公园一个小沉积扇,分析了
火后泥石流的起动过程. Smith 等[8]对桉树林火后
泥石流对下游细小沉积物( <63 滋m)的贡献进行
研究.
通过野外现场观测,能提高人们对泥石流起动、
运动过程的认识.但野外现场观测难以反映火后泥
石流发生的全貌,随着遥感技术的发展和广泛应用,
一些学者将其引入到火后泥石流的研究中.如 Can鄄
non等[23]采用卫星图片和现场观测相结合的方法,
对科罗拉多州 1994 年一场森林火灾后泥石流发生
的情况进行了研究. 野外调查观测对泥石流沉积量
都是近似的估算,不够精确,而且不易区分沉积物组
成的来源.而林火中生物质燃烧产生的灰烬等物质
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在泥石流沉积物中所占比例也不明确. 放射性元素
在确定沉积物组成与来源方面具有独特的作用,目
前在泥石流研究中放射性元素示踪技术应用的越来
越广泛[24-25],而7Be7和210Pbxs与灰烬、腐殖质和土壤
有机质联系密切,137 Cs 与下层的矿质土联系密
切[26],因此通过这 3 种放射性元素可以对火后泥石
流沉积物的组成和来源进行很好的示踪. 如 Blake
等[26]采用210Pbxs、137Cs 和7Be 放射性元素量化研究
了中等强度林火发生后火后泥石流导致的土壤重新
分布规律. Smith 等[27] 使用放射性元素137 Cs、
210Pbex、239,240Pu测量了澳大利亚东南部山区火后泥
石流沉积物中山坡表面、沟道、堤坝和冲积扇沉积物
中细小沉积物( <10 滋m)的含量. Wilkinson 等[28]应
用放射性元素137Cs和210Pbxs对澳大利亚悉尼附近的
一条经历过中等强度火烧的河流网中的细小沉积物
的物源进行了示踪分析. 放射性元素追踪可以有效
地定量评价火后沉积物量组成及火对流域沉积量的
贡献[28] .
由于灰烬是林火燃烧的主要产物,也是火后泥
石流与其他类型泥石流的重要区别所在,所以其在
泥石流发生中的作用,是揭示火后泥石流产生机理
的重要内容.在对泥石流的产生过程有所了解后,关
于灰烬在泥石流发生过程中的作用成为一个需要明
确的问题. Gabet 和 Sternberg[29]通过对火后泥石流
沉积物的分析,指出森林植物灰烬具有提高地表径
流容积和运输能力的作用. Cannon 等[30] 和 Par鄄
rett[31]通过对火烧迹地坡面侵蚀沉积进行调查,分
析了植物灰烬与膨胀泥石流起动、运动间的关系,揭
示了灰烬对火后膨胀型泥石流形成的影响机理.
Mallik等[32]、Cerda[33]、Martin 和 Moody[34]分别通过
降雨模拟试验,测试了不同降雨强度下灰烬对土壤
水文过程及泥石流形成的影响. 这些研究虽然没有
明确灰烬含量与火后泥石流的数量关系,但已定性
表明,灰烬对火后泥石流具有促进作用.
泥石流的起动条件和起动机制,是泥石流预测
预报的基础,也是泥石流机理研究的核心内容,因此
在积累了一定的调查数据后,学者们开始对火后泥
石流的起动条件和起动机制进行分析研究. 火后泥
石流的起动受到多种因素的影响,其起动条件也涉
及多个方面. Cannon等[14-16]对火后泥石流起动的地
形地质条件进行了调查分析,发现火后泥石流主要
发生在陡坡火烧迹地和风化花岗岩下. Nyman 等[21]
研究了火后泥石流起动的降雨阈值,提出了火后泥
石流起动的降雨阈值经验公式. Cannon 等[16]通过
对火烧迹地泥石流的评估提出了火相关泥石流起动
坡面积阈值的概念,并描述了泥石流起动的经验模
型.而火后泥石流主要由地表径流或浅层滑坡起
动[19] . Santi等[20]对加利福尼亚州、犹他州和科罗拉
多州火后泥石流的研究表明,火后泥石流主要由地
表径流引发. Nyman 等[21]的调查结果同样表明,干
旱型桉树林过火泥石流主要由地表径流起动. 而
Wondzell和 King[19]研究发现,西北太平洋地区的火
后泥石流主要是由滑坡所引发.
对火后泥石流的发生规律有了一定认识后,相
关研究的重点转移到火后泥石流的预测预报方法
上. Bisson等[35]提出了一种通过经验模型与遥感技
术相结合的快速评估火后泥石流的方法. Cannon
等[36]用一个经验模型评估火后泥石流发生的几率
和体积,并将其引入地理信息系统(GIS)中,以形成
火后泥石流风险地图. 为了减少火后泥石流所带来
的损失,火后泥石流的治理受到广泛关注.为了降低
火后泥石流对下游水库的损害,DeWolfe 等[37]研究
了拦沙坝、侵蚀障碍、秸秆覆盖和种植树苗对火后泥
石流的控制效果. Wohlgemuth等[38]研究了南加利福
尼亚州计划烧除火烧迹地上播种草对土壤侵蚀的减
缓作用.美国农业部林业局落基山研究站[39]开展了
火烧迹地紧急恢复处理技术的研究,比较了原木拦
截、秸秆覆盖、播种等控制措施的效果,并测试了隔
离沟、水栅栏,秸秆料包坝等对下游地区公路的保护
作用. Beyers等[40]研究了火烧迹地种植本土植物对
减少火后泥石流侵蚀的效果.
由于火后泥石流的研究涉及火生态学、水文学、
地质学等多个学科,而我国的火生态学等学科发展
晚于欧美国家,导致我国的相关研究滞后.加之火后
泥石流多出现在偏僻山区,不易被发现. 因此,火后
泥石流的研究还没引起我国学者的关注,我国的火
后泥石流研究目前尚属空白. 仅李树德等[41]在《森
林植被与泥石流活动》一文中指出森林火灾毁灭植
被、促使泥石流爆发,并以川藏公路巴塘段的竹巴笼
沟作为例证.
2摇 林火对泥石流的影响
2郾 1摇 林火引起植被减少
植被是调控泥石流发生的关键因子.植物的根
系可以增加土壤粘聚力,植物的枝叶可以截流降雨,
植被的凋落物可以减少地表径流,植物对土壤具有
保护作用,可以有效地抑制土壤侵蚀的发生. 但是,
林火对植被具有严重的破坏作用. 火后植被的减少
58328 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 邸雪颖等: 火后泥石流研究进展摇 摇 摇 摇 摇
主要从 3 方面为泥石流的发生创造了条件.首先,植
物的根垫[14]在高温中解裂和摧毁[42-43],产生了松
散的、脆弱的和易于被侵蚀的土壤表面,这为泥石流
的发生提供了大量的物质[18,44] . 其次,植被的减少
会改变森林土壤水文特质,提高地表径流和渗透能
力.对过火侵蚀过程的研究发现,在火烧数年后,土
壤中根系的衰退提高了水的渗透,促进了浅层滑坡,
引发滑坡型泥石流[19] .最后,植物叶面积的减少、凋
落物和腐殖质的消耗[45],降低了植被对降雨的截
流,会提高雨滴侵蚀. Providoli 等[46]对瑞士南部火
烧迹地的调查发现,植被减少后降雨的溅击侵蚀显
著提高,这对火后泥石流的发生也有一定促进作用.
大量研究表明,火后植被保护的丧失,明显提高
了泥石流的发生.如在西班牙山区,定期的计划烧除
引起植被退化,使灌木丛变成了草地,导致火后泥石
流频繁发生[47-48] . 在对比研究中,缺少植被保护的
火烧迹地的土壤侵蚀率显著升高,而在植被没有受
到干扰的对照样地中则不易发生泥石流[49] .当火后
植物可以快速定植时,能够对泥石流的发生起到强
烈的抑制作用. 如 Garc侏a鄄Ruiz 等[50]研究发现,在有
些区域,由于火后植被的快速定植,尽管经历了强降
雨,而火烧迹地的泥石流却从没有发生.但是多数情
况下,火烧迹地由于植被保护的缺失,提高了泥石流
的侵蚀率,而火后泥石流的侵蚀进一步导致土壤的
退化和土地的空旷,不利于植被定植,导致后续泥石
流的侵蚀率提高. Lorente 等[47]在火后泥石流的研
究中报道了这种植被缺失与泥石流侵蚀之间的相互
促进作用.在这种情况下,火后植物很难快速定植,
需要较长的时间进行恢复,而随着植被的恢复,其对
土壤保护作用的增强,火后泥石流发生的风险则会
降低. Cerd觃[51]对地中海过火灌木丛坡面流的研究,
以及 Prosser和 Williams[52]对过火桉树林的地表径
流与侵蚀的研究均表明,火烧迹地的植被得到恢复
后,泥石流的发生率会降低.
2郾 2摇 林火引发泥石流所需要的降雨阈值
降雨阈值是确定泥石流起动的重要标准,是泥
石流预测预报中的重要参数. 通常泥石流的出现需
要高强度的降雨.火后泥石流的起动也需要一定的
降雨条件.由于火后植被保护的缺失,以及地表凋落
物与腐殖质的消耗和土壤疏水层及土壤结构变化的
影响,在火烧迹地,泥石流起动的降雨阈值会降低.
Prochaska等[53]研究发现,在同一次降雨过后,火烧
迹地发生了严重的泥石流,而附近未燃烧林地未出
现泥石流,这表明火烧增加了斜坡发生泥石流的敏
感性,降低了泥石流起动的降雨阈值.降雨阈值的降
低会导致林火过后,泥石流在以前没有出现过的地
区发生. Cannon等[54-55]对科罗拉多西南和加利福尼
亚南部火后泥石流的调查发现,林火过后,在频繁的
降雨中,由于降雨阈值的降低,泥石流可以在以前没
有预报过的地方发生. Moody 和 Martin[45]也报道了
一个相似情况,火后在一些原来没有预报过的地方
发生了泥石流,通过沉积物分析发现,火后泥石流导
致沉积物体积提高了 200 倍.
2郾 3摇 林火为泥石流的发生提供了细小沉积物物源
物源指泥石流发生所需要的物质的来源,物源
是泥石流发生的必备条件之一,好的沉积物物源是
产生泥石流的必要条件[20] . 在林火燃烧过程中,林
火产生的高温会破坏土壤结构,导致土壤容重、孔隙
率等物理性质发生剧烈改变,同时由于植物的大量
死亡导致根系腐烂,降低了土壤的粘聚力,这些变化
导致火烧迹地出现大量松散的泥沙. 生物质燃烧过
程中产生的大量灰烬木炭等也是泥石流发生的重要
物质.火烧迹地松散的泥沙和大量的灰烬是火后泥
石流发生的重要物源. Reneau 等[56]对一个燃烧区
下游水库沉积物的分析表明,沉积物与灰烬含量呈
显著正相关. Smith 等[27]的调查结果显示,火后泥石
流发生后,山顶渠道沉积物中的灰分含量有所降低,
而底部的灰分含量增加. Wilkinson 等[28]调查发现,
林火的发生导致下游沉积物组成发生转变,原来的
细小沉积物 80%来自渠道的河床侵蚀,但火后细小
沉积物 86%来自坡面侵蚀. 另外,火后疏水层的形
成也会导致火后泥石流物源的变化. Cannon[15]调查
了美国新墨西哥州、科罗拉多和加利福尼亚 95 个火
烧迹地的火后泥石流沉积物,结果发现,土壤疏水层
的出现降低了沉积物中大体积物质的含量,提高了
细小沉积物的含量.
2郾 4摇 森林植物灰烬对泥石流发生的促进作用
森林生物质燃烧产生的灰烬层不仅是火后泥石
流的重要物源,而且对火后泥石流的发生具有复杂
的影响.一方面,草木灰具有吸水的特性,覆盖在火
烧迹地地表的草木灰对土壤具有一定的保护作用.
Cerda[33]、Martin 和 Moody[34]通过模拟降雨试验发
现,灰烬层可以通过吸收水分延缓地表径流的起动.
Woods和Balfour[57]发现,灰烬吸收了模拟的降雨,
进而延迟了地表径流的起动从而降低了地表径流的
体积.另外,模拟试验发现,由于草木灰具有减少地
表径流和减少地表受雨滴冲击的作用,在灰烬覆盖
区的侵蚀量非常小.但是,这些模拟试验结果与实际
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火后地表径流和火后泥石流增加的情况明显相互矛
盾.这是因为灰烬层对土壤的保护作用只有在降雨
量非常小的时候或降雨的早期才能表现出来.
Woods和 Balfour [57]指出,当降雨量充足可以使灰
烬层达到充分饱和时,灰烬层则变成了流;Wells[4]
和 Gabet[58]则在调查中发现了这些细小的流. 在灰
烬层达到充分饱和的条件下,一旦地表径流产生,它
就会转变成含有灰烬的泥浆,从而对泥石流的发生
产生促进作用.
Gabet和 Sternberg[29]研究发现,泥浆的渗透率
随着灰分含量的上升而降低,而草木灰增强了流体
密度,地表径流的转移能力会因灰含量的增加而增
强;草木灰在土壤表面的出现,降低了水流的渗透能
力,尤其是湿草木灰的作用更加明显. Mallik 等[32]
通过降雨模拟试验发现,火后的土壤渗透容量有所
降低,推测这可能是因为灰烬堵塞了土壤孔隙.大量
研究表明,灰烬与火后地表径流引发的膨胀型泥石
流具有非常紧密的联系[16,29,59] . Cannon 等[30]发现,
火后膨胀泥石流沉积物中草木灰含量非常高,而在
附近的未火烧的山坡则没有形成膨胀型泥石流.
Parrett[31]在观测泥石流灰烬含量后指出,灰烬与膨
胀型泥石流的产生之间具有紧密联系. Gabet 和
Sternberg[29]认为,火烧迹地地表的草木灰可能是膨
胀型泥石流的必要条件.
3摇 火后泥石流的起动机制
3郾 1摇 火后泥石流的起动条件
火可以提高泥石流发生的风险,但是泥石流不
是火后的普遍反应,不是所有的火烧迹地都会产生
泥石流.火后泥石流的发生需满足特殊的地形地质、
降雨、坡面面积等必要条件.
3郾 1郾 1 地形地质条件 摇 从地形条件看,陡坡是火后
泥石流多发区域,火后泥石流主要发生在陡坡火烧
迹地[6,14,16,22] . 在陡坡,林火强烈地改变了土壤特
性[19],由于林火强大的破坏作用,火后峭壁的侵蚀
率明显上升.在最近的几十年里,火后陡坡泥石流一
直被当做过火侵蚀最重要的模式,过火后的森林峭
壁环境所发生的泥石流导致严重的侵蚀和下坡沉积
物的重新分配[13,22] .火后泥石流的发生也需要一定
的地质条件,即边坡的风化和侵蚀.只有在上游积攒
了足够多风化物的火烧迹地才会引发泥石流[13] .如
果风化物的积聚不充足,那么在林火后冲入到渠道
中的物质只能移动很短的一段沟道. 崩积层和岩石
风化也促进了泥石流的产生. Cannon[15]调查发现,
火后泥石流易发生在风化花岗岩下.
3郾 1郾 2 降雨阈值摇 降雨与泥石流的发生具有紧密联
系,只有降雨条件达到降雨阈值,火后泥石流才能起
动. Cannon 等[54]对科罗拉多州西南和加利福尼亚
南部火烧迹地泥石流的降雨条件进行了分析,结果
表明,美国科罗拉多州 25 个火烧迹地短时强降雨后
6 ~ 10 min 后泥石流起动,约 80%的暴风雨可以引
发火后泥石流,泥石流的持续时间均短于 3 h;科罗
拉多州西南部产生可以威胁到人类生命财产安全的
大量级泥石流的降雨阈值条件为 I=9. 5D-0. 7( I为降
雨强度, D 为该强度降雨的持续时间). Cannon
等[54]对加利福尼亚州南部的长历时降雨引发 68 个
火烧迹地产生的火后泥石流进行调查发现,火后泥
石流持续时间为 2 ~ 16 h,降雨持续时间长达 5. 5 ~
33 h,平均降雨强度在 1. 3 ~ 20. 4 mm·h-1,重现期
小于 2 年;在火后第一年冬季,加利福尼亚州南部山
区火烧迹地产生会影响到生命财产安全量级泥石流
的降雨阈值条件是 I = 7. 2D-0. 4;在火后第二年,由
于植被恢复和沉积物被转移的影响,降雨阈值条件
为 I = 14. 0D-0. 5,约比火后第一年的阈值高 25
mm·h-1 . Nyman等[21]通过雷达图像提取了澳大利
亚东南部山区引发泥石流降雨事件的降雨强度和持
续时间,结果表明,火后泥石流发生的降雨强度是
I30 =35 ~ 59 mm·h-1;在干旱森林引发了火后泥石
流的降雨阈值,在湿润森林并没有引发泥石流,这说
明不同森林类型的火后泥石流降雨阈值存在差别.
3郾 1郾 3 坡面面积阈值 摇 大量研究表明,火后泥石流
的沉积物主要来源于坡面侵蚀. 如 Nyman 等[21]对
桉树林火后泥石流的调查发现,坡面贡献了总侵蚀
材料的 25% ~65% .坡面侵蚀与坡面面积具有紧密
联系,坡面面积也是影响火后泥石流起动的一个重
要条件. Gabet和 Bookter[17]对蒙大拿州西南部山区
火后泥石流的研究发现,火后泥石流的起动需要满
足坡面面积阈值,且泥石流的体积会随标准化的坡
面面积呈指数增长. Cannon 等[16]认为,从坡顶到泥
石流起动点的面积及其梯度是泥石流起动的临界条
件,并通过对面积和坡度数据的回归分析,提出了火
后泥石流起动的坡面积阈值函数:Acr( tan兹) 3 = S.其
中,Acr为从山坡顶到起动地点的临界面积;兹 为坡
度;S为坡度 45毅时上坡到泥石流起动的面积.
3郾 2摇 火后泥石流的起动机制
多数情况下,火后泥石流可以由浅层土壤滑坡
或地表径流单独引发[16,30],也可以由两种起动方式
共同引发.径流和浅层滑坡引起的泥石流可以在高
78328 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 邸雪颖等: 火后泥石流研究进展摇 摇 摇 摇 摇
火烈度和高火频度的火烧区域同时发生. 但两种起
动方式的主要出现时间有所不同,如 Meyer 等[18]研
究发现,径流引发的泥石流趋向于在严重火烧后的
1 ~ 2 年发生,而浅层滑坡是在火后的 5 ~ 10 年
发生.
3郾 2郾 1 由浅层滑坡引发的火后泥石流的起动机制摇
由于火对植被的破坏及其对土壤水文特质的改变,
引起了浅层滑坡,随后引发泥石流[44,60] . 浅层滑坡
引起的泥石流,是火后泥石流的重要机制,一些火烧
迹地上浅层滑坡的物质流动是泥石流沉积物的主要
来源[47,61-62] . Wondzell 和 King[19]调查发现,西北太
平洋地区的火后泥石流主要是由土壤饱和及火后根
腐烂导致的土壤粘结力丧失造成的滑坡所引发.
Wells[4]和 Boooker[63]也对土壤滑坡引起的火后泥
石流进行了研究.在这类火后泥石流的起动过程中,
首先发生土壤滑坡.土壤滑坡是由降雨渗透引发,其
发生与火烧迹地的土壤离散化破坏、蒸发率下降和
土壤湿度增加有关[64-65] . 强降雨条件下,山坡上缺
少植被的保护,特别是乔木死亡后其根系遭到破
坏[44,60]会增加土壤孔隙水压力,尤其是崩积层根系
的破坏[66]会明显增加土壤孔隙水压力.当疏水层上
方土壤表层(1 ~ 3 cm)达到饱和后,土壤孔隙水压
力持续增大引发浅层滑坡. 滑坡在重力的驱动下通
过摇动、滑动转移了疏松的坡面物质[4],进而引发
泥石流的起动.
3郾 2郾 2 由地表径流引发的火后泥石流的起动机制摇
火后径流率的增加,是触发火后泥石流的重要原
因[54] .由地表径流引发的火后泥石流是火后泥石流
的另一种重要类型.在一些地区,地表径流引发的火
后泥石流比土壤滑坡引发的泥石流更易发生. Can鄄
non[15]调查发现,土壤滑坡物体积只占火后泥石流
沉积物总体积的 7% . Wondzell和 King[19]研究发现,
火后泥石流发生率的提高与地表径流发生率的提高
紧密相关. Santi等[20]研究表明,过火泥石流主要是
由地表径流引发,通过泥石流侵蚀面积的增大和移
动物质数量的增多而发展. Gabet 和 Bookter[17]认
为,在火后泥石流的起动过程中,地表径流使沉积物
增加了更多的负载,直到转变成泥石流.
调查发现,平行的溪流在山坡上部经常被观察
到.如 Nyman 等[21]在火后发现,在渠道起动之前,
坡面顶端大量小溪出现在原来没有渠道的区域. 很
多研究表明,在火后泥石流发生的陡坡上端的平坦
区域,存在一个广泛的小溪网络[16,22,30-31],这样的小
溪和水沟的形成在科罗拉多州[16,67]、西墨西哥
州[14]、黄石公园[22]发生火后泥石流的斜坡上部也
被发现.说明在坡面顶端已经存在坡面侵蚀,当这些
小溪汇流以后则可导致火后泥石流的起动. 这种由
地表径流引起的火后泥石流的起动也与土壤表面疏
水层的形成密切相关. 火后疏水层的增加很常
见[68],而疏水层的存在提高了径流量[51-52],为高径
流的产生做出了贡献.
膨胀型泥石流是火后地表径流引起的泥石流的
重要形式之一[69] . 受到植被拦截的缺失、疏水层的
存在、土壤空隙被灰堵塞、土壤表面粗糙度降低[70]
等因素的影响,燃烧区域具有产生和放大地表径流
的能力[6],进而导致陡坡上方溪流的发展壮大,当
其流到山坡时,径流持续膨胀. 在这个过程中,溪流
逐步汇集,提高了沉积物的数量[22,31,67],增加了地表
径流可以渐进地携带的物质[16,30] . 一旦溪流汇集,
径流能携带大量的沉积物冲刷凹面,越来越深地加
深沟道. 转移能力的提高导致强度和剪应力的提
高[71-72],这可以鉴定从稀性泥石流到粘性泥石流的
转变[73] .膨胀型泥石流起动的临界过程出现在大流
量地面水流产生之时. 在大多数对美国西部火后泥
石流的研究中,将地表径流持续夹带沉积物作为泥
石流起动过程的标志[69] .一旦泥石流可以阻止高孔
隙压力的扩散,将有助于保持泥石流行为[74-75] .
4摇 火后泥石流的预报与治理
4郾 1摇 火后泥石流的预报
4郾 1郾 1 火后泥石流的预测模型摇 高强度的林火会降
低泥石流发生的降雨阈值,并可使以前没有出现过
泥石流的山坡变为泥石流的敏感地区.因此,如果用
常规的模型和方法对过火地区的泥石流进行预测预
报,很可能误报漏报,从而造成严重损失. 而经验模
型是火后泥石流预测预报的重要手段,基于地形变
化、火强度和降雨的函数经验模型,可成功地模拟部
分条件下的泥石流风险. 通过对调查数据进行回归
分析可以拟合出预测泥石流发生风险的经验模型.
如 Gartner[76]对科罗拉多州、犹他州和加利福尼亚州
8 个火烧迹地火后泥石流体积进行调查,用多元线
性回归方程拟合出地形参数、火强度、物质特性和降
雨条件与火后泥石流体积之间的函数关系,得出了
预测火后泥石流体积的经验模型,其中,与火后泥石
流体积联系最密切的 3 个参数是平均降雨强度、高
强度火过火面积、平均坡度.之后,Gartner等[77]进一
步发展了火后泥石流经验模型,通过沟道侵蚀测量
和流域转移物质估算调查了科罗拉多州、犹他州和
8832 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
加利福尼亚州 53 个新的火烧迹地泥石流的体积,并
对决定泥石流体积的流域地形、每种烈度林火影响
的面积、土壤物质特性、岩型、引发泥石流的降雨强
度和雨量等相关变量进行测量,利用多元回归分析
分别创建了 6 个不同地区和地质条件下独立的火后
泥石流体积预测模型;对模型进行检验发现,在坡度
逸30%的流域面积,利用中、高强度火过火面积和总
降雨量建立模型的预测准确性最高,通过与实测数
值进行对比验证,87%的实测值与预测值的标准化
残差在 2 以内.为了提高火后泥石流预测模型的准
确性,数据驱动方法也被用于泥石流的预测预报中,
并取得了较好的效果. Friedel[78]通过科罗拉多州、
犹他州和加利福尼亚州火后泥石流数据的数值分
析,提出了火后泥石流的数据驱动模型.与其他经验
模型相比,使用数据驱动方法所得非线性相容方程
进行预测只有很小的不确定性.通过流域平均坡度、
总过火面积和总降雨 3 个变量获得的非线性方程预
测效果最好.
4郾 1郾 2 火后泥石流预报方法摇 泥石流预报是重要的
减灾方法之一,而泥石流的预测模型是泥石流预报
的重要基础.在建立泥石流的预测模型后,通过将其
与遥感技术相结合可绘制火后泥石流发生的风险地
图,进而进行火后泥石流的预报. Bisson 等[35] 和
Cannon 等[36] 在这方面做了很好的尝试. Bisson
等[35]提出通过 3 个步骤快速评估不同地区火后泥
石流发生风险的方法:首先通过提取 LANDSAT
ETM卫星图像信息快速确定过火区域,然后通过地
形参数评估火后泥石流发生的风险,最后通过分析
下游房屋道路等建筑物来评估泥石流可能造成的损
失.该方法可对火场下游可能被淹没的地区进行分
类. Bisson 等[35] 将该方法应用于 2001 年秋季至
2002 年秋季西西里岛火后泥石流的预测预报,结果
表明,总过火面积 76. 37 km2中,6. 4%的火场是火
后泥石流高危地区,54. 4%是中等危险地区,43. 2%
是低危险区域. Cannon 等[36]用 Logistic 回归对贯穿
美国西部山间 15 个燃烧区域 388 个地点火后泥石
流信息构成的数据库进行分析,获得了基于过火面
积、土壤性质、地形和降雨等易得数据的泥石流风险
函数,同时提出一个用来评估特定降雨后单个火烧
迹地火后泥石流发生几率和体积的经验模型,并将
模型的计算结果输入到地理信息系统(GIS)中,在
火烧之前或刚过火后立即形成火后泥石流的风险地
图.该绘图方法标示出了整个美国西部大规模火后
泥石流发生的敏感地点,为过火侵蚀预警、减缓措施
设置、森林火灾扑救等提供了必要信息.
4郾 2摇 火后泥石流的治理
火后泥石流在世界范围内广泛发生,引起水土
流失、水质污染等生态环境问题,以及冲毁公路、毁
坏房屋、伤及人命、影响当地农林及旅游业发展等社
会经济问题.因此,需要采取有效的减灾措施对火后
泥石流进行治理,以降低其危害、减少其所造成的损
失.为了控制减缓科罗拉多州西南山区火后泥石流
对下游堤坝的破坏,DeWolfe等[37]采用拦沙坝、侵蚀
障碍、秸秆覆盖和种植树苗等治理措施,并比较了治
理效果,结果表明,综合运用各种减缓措施的治理效
果很好,可有效拦截火后泥石流的沉积物;在各种治
理方法中,侵蚀障碍最有效,其次是手工铺设秸秆,
而种植树苗的效果最差. 在美国农业部林业局落基
山研究站的研究发现,在火后的第一年,所有的防治
措施中,原木拦截是最有效的坡面处理方法,可以快
速地对流域产生保护作用,而种草的防治效果最差,
大部分草被地表径流冲毁,未能有效发挥防治作
用[39] .在选择火后泥石流治理措施时须注意,每种
减缓措施都会因为单独作用或不适当的建造和应用
而表现出不同的降低侵蚀和沉积的作用能力. 应采
取多种措施、多种方法的协同运用,对火后泥石流进
行综合治理,同时应做到每个治理措施的合理布局、
确保安装质量,并及时对措施进行维护以延长其使
用寿命.
5摇 研究展望
林火是森林生态系统重要的干扰因子,具有改
造景观的功能,对森林生态系统的演替及生态功能
的发挥都具有重要影响[79] .火可以促进泥石流的发
生,火烧迹地是泥石流发生的敏感地区.火后泥石流
具有重要的生态、经济、社会影响,火后泥石流与土
壤侵蚀、水质污染、公路、水坝等公共设施安全以及
人民群众生命财产安全都具有紧密联系. 为了降低
火后泥石流的危害、减少火后泥石流造成的损失,美
国、澳大利亚、西班牙等多个国家已经开展了火后泥
石流的相关研究,并取得了积极进展.目前的研究已
经涉及到火后泥石流的特点、起动机制、沉积物组
成、预测预报及防治等多个方面,并初步掌握了火后
泥石流的特点与规律,提出了一些火后泥石流预测
的经验模型,发展了火后泥石流风险的快速评估方
法,检验了部分减灾措施的实际效果. 但是,火后泥
石流具有高度的复杂性,涉及到生态学、地质学、水
文学、力学等多个学科,迄今对火相关泥石流的认识
98328 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 邸雪颖等: 火后泥石流研究进展摇 摇 摇 摇 摇
还不够深入,没有全面掌握火后泥石流的机理,预测
预报方法还具有较高的不确定性,一些关键问题还
需进一步深入研究. 为了解决现有研究中存在的问
题,深化对火后泥石流的认识,加强对火后泥石流的
治理,在未来的研究中应该着重关注以下 4 个方面:
1)火行为及环境因子变化与火后泥石流的定
量关系.火后泥石流受很多因素影响,包括火行为、
植被覆盖、土壤类型、地形和气候以及坡上的积水区
域等.但目前只是定性研究了火行为、植被等环境因
子对火后泥石流的影响,没有量化其与火后泥石流
之间的关系.已有的研究证明了灰与泥石流之间的
联系,但还无法定量化研究其作用.因此在未来的研
究中应该量化各影响因子指标,如火强度、火烈度、
植被生物量、根系生物量、植被群落、凋落物量等与
火后泥石流的数量关系,以进一步揭示火后泥石流
的形成机制.
2)火后泥石流起动、运动过程的数量化分析.
虽然目前对火后泥石流的起动过程既有定性研究也
有定量研究,但相关研究主要集中在泥石流的起动
阶段,而泥石流的起动运动是连续的过程,对泥石流
运动过程的细节还需要进一步的定量分析. 未来的
研究应采用先进的科学技术对泥石流形成过程进行
细致分析,以更清晰全面地掌握泥石流发生和发展
的过程.
3)建立火后泥石流的机理模型. 目前的火后泥
石流预测预报模型多为经验模型. 虽然经验模型对
于火后泥石流的预测预报有一定作用,但由于经验
模型受统计资料影响较大、地区性限制明显,导致其
预测火后泥石流时具有较高的局限性和不确定
性[80] .为了提高火后泥石流的预测预报精度,在未
来的研究中应加强火后泥石流机理模型的研究,同
时将经验模型与机理模型相结合进行火后泥石流的
预测与预报.构建准确稳定的火后泥石流发生模型,
可为泥石流的风险评估、预测预报以及减灾措施的
设计和火后修复等提供科学有效的指导.
4)火后泥石流快速高效治理措施的研究. 林火
发生后,火烧迹地迅速变为火后泥石流的敏感地区,
因此,为了减少火后泥石流的危害,需要采取一些紧
急的治理措施与森林的恢复处理技术. 与其他类型
的泥石流相比,火后泥石流有其自身特点,虽然在总
的防治原则和方针上与其他泥石流相似,但在具体
的防治措施上应该研发一些有针对性的防治措施.
目前还只是采用一般的常规防治方法,而且防治措
施的设计和布置过程也缺少机理模型的科学指导.
在未来的研究中应该加强火后泥石流特有防治措施
的研究,如减少火烧迹地灰烬、破坏疏水层等.
参考文献
[1]摇 Zhang W (张 摇 文), Chen J鄄P (陈剑平), Qin S鄄W
(秦胜伍), et al. Application of FCM based on princi鄄
pal components analysis in debris flow classification.
Journal of Jilin University (Earth Science) (吉林大学
学报·地球科学版), 2010, 40 (2): 368 - 372 ( in
Chinese)
[2]摇 Liu X鄄L (刘希林), Su P鄄C (苏鹏程). Risk assess鄄
ment of debris flow in Sichuan Province. Journal of
Catastrophology (灾害学), 2004, 19(2): 3 -28 ( in
Chinese)
[3]摇 Chuvieco E, Congalton RG. Application of remote sens鄄
ing and geographic information system to forest fire haz鄄
ard mapping. Remote Sensing of Environment, 1989,
29: 147-159
[4]摇 Wells WG. The effect of fire on the generation of debris
flows in southern California / / Costa JE, Wieczorek GF,
eds. Debris Flows / Avalanches: Processes, Recogni鄄
tion, and Mitigation. Washington DC: Geological Socie鄄
ty of America, 1987: 105-114
[5]摇 Meyer GA, Wells SG, Jull AJT. Fire and alluvial chro鄄
nology in Yellostone National Park: Climatic and intrin鄄
sic control on Holocene geomorphic processes. Geolog鄄
ical Society of America Bulletin, 1995, 107: 1211-1230
[6]摇 Conedera M, Peter L, Marxer P, et al. Consequences of
forest fires on the hydrogeological response of mountain
catchments: A case study of the Riale Buffaga, Ticino,
Switzerland. Earth Surface Processes and Landforms,
2003, 28: 117-129
[7]摇 Hu H鄄Q (胡海清). Forest Fire Ecology and Manage鄄
ment. Beijing: China Forestry Press, 2005 ( in Chi鄄
nese)
[8]摇 Smith HG, Sheridan GJ, Lane PNJ, et al. Changes to
sediment sources following wild fire in a forested upland
catchment, southeastern Australia. Hydrological Proces鄄
ses, 2011, 25: 2878-2889
[9]摇 Eaton LS, Morgan BA, Kochel RC, et al. Role of deb鄄
ris flows in long鄄term landscape denudation in the cen鄄
tral Appalachians of Virginia. Geology, 2003, 31: 339-
342
[10]摇 Moreno JM, V觃zquez A, V佴lez R. Recent history of for鄄
est fires in Spain / / Moreno JM, ed. Large Forest Fires.
Leiden: Backhuys Publishers, 1998: 159-185
[11]摇 Zhao F鄄J (赵凤君), Wang M鄄Y (王明玉), Shu L鄄F
(舒立福), et al. Progress in studies on influences of
climate change on forest fire regime. Advances in Cli鄄
mate Change Research (气候变化研究进展), 2009, 5
(1): 50-55 (in Chinese)
[12]摇 Ni H鄄Y (倪化勇), Liu X鄄L (刘希林). Fractal re鄄
search on debris flow disaster. Journal of Catastropholo鄄
gy (灾害学), 2005, 20(4): 18-22 (in Chinese)
[13]摇 Wohl EE, Pearthree PP. Debrisflows as geomorphic
agents in the Huachuca Mountains of southeastern Arizo鄄
na. Geomorphology, 1991, 4: 273-292
[14]摇 Cannon SH, Reneau SL. Conditions for generation of
fire鄄related debris flows, Capulin Canyon, New Mexico.
Earth Surface Processes and Landforms, 2000, 25:
1103-1121
0932 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
[15]摇 Cannon SH. Debris鄄flow generation from recently burned
watersheds. Environmental and Engineering Geoscience,
2001, 7: 321-341
[16]摇 Cannon SH, Kirkham RM, Parise M. Wildfire鄄related
debris鄄flow initiation processes, Storm King Mountain,
Colorado. Geomorphology, 2001, 39: 171-188
[17]摇 Gabet EJ, Bookter A. A morphometric analysis of gul鄄
lies scoured by post鄄fire progressively bulked debris
flows in southwest Montana, USA. Geomorphology,
2008, 96: 298-309
[18]摇 Meyer GA, Pierce JL, Wood SH, et al. Fire, storms,
and erosional events in the Idaho batholith. Hydrological
Processes, 2001, 15: 3025-3038
[19]摇 Wondzell SM, King JG. Post fire erosional processes in
the Pacific Northwest and Rocky Mountain regions. For鄄
est Ecology and Management, 2003, 178: 75-87
[20]摇 Santi PM, de Wolfe VG, Higgins JD. Sources of debris
flow material in burned areas. Geomorphology, 2008,
96: 310-321
[21]摇 Nyman PG, Sheridan GJ, Smith HG, et al. Evidence of
debris flow occurrence after wildfire in upland catch鄄
ments of south鄄east Australia. Geomorphology, 2011,
125: 383-401
[22]摇 Meyer GA, Wells SG. Fire鄄related sedimentation events
on alluvial fans, Yellowstone National Park, USA. Jour鄄
nal of Sedimentary Research, 1997, 67: 776-791
[23]摇 Cannon SH, Powers PS, Savage WZ. Fire鄄related hy鄄
perconcentrated and debris flows on Storm King Moun鄄
tain, Glenwood Springs, Colorado, USA. Environmental
Geology, 1998, 35: 210-218
[24]摇 Wallbrink PJ, Murray AS, Olley JM, et al. Determining
source and transit times of suspended sediment in the
Murrumbidgee River, New South Wales, Australia,
using fallout Cs鄄137 and Pb鄄210. Water Resources Re鄄
search, 1998, 34: 879-887
[25]摇 Wallbrink PJ, Martin CE, Wilson CJ. Quantifying the
contributions of sediment, sediment鄄P and fertiliser鄄P
from forested, cultivated and pasture areas at the land鄄
use and catchment scale using fallout radionuclides and
geochemistry. Soil and Tillage Research, 2003, 69:
53-68
[26] 摇 Blake WH, Wallbrink PJ, Wilkinson SN, et al. Deri鄄
ving hillslope sediment budgets in wild fire鄄affected for鄄
ests using fallout radionuclide tracers. Geomorphology,
2009, 104: 105-116
[27] 摇 Smith HG, Sheridan GJ, Nyman P, et al. Quantifying
sources offine sediment supplied to post鄄fire debris flows
using fallout radionuclide tracers. Geomorphology,
2012, 139: 403-415
[28]摇 Wilkinson SN, Wallbrink PJ, Hancock GJ, et al. Fall鄄
out radionuclide tracers identify a switch in sediment
sources and transport鄄limited sediment yield following
wildfire in a eucalypt forest. Geomorphology, 2009,
110: 140-151
[29]摇 Gabet EJ, Sternberg P. The effects of vegetative ash on
in filtration capacity, sediment transport, and the gener鄄
ation of progressively bulked debris flows. Geomorpholo鄄
gy, 2008, 101: 666-673
[30]摇 Cannon SH, Bigio ER, Mine E. A process for fire鄄relat鄄
ed debris flow initiation, Cerro Grandefire, New
Mexico. Hydrological Processes, 2001, 15: 3011-3023
[31]摇 Parrett C. Fire鄄related Debris Flows in the Beaver Creek
drainage, Lewis and Clark County, Montana. Washing鄄
ton DC: USGS Water Supply Paper, 1987
[32]摇 Mallik AU, Gimingham CH, Rahman AA. Ecological
effects of heather burning. 玉. Water infiltration, mois鄄
ture retention and porosity of surface soil. Journal of
Ecology, 1984, 72: 767-776
[33]摇 Cerda A. Post鄄fire dynamics of erosional processes under
Mediterranean climatic conditions. Zeitschriftf俟r Geomor鄄
phologie, 1998, 42: 373-398
[34]摇 Martin DA, Moody JA. Comparison of soil infiltration
rates in burned and unburned mountainous watersheds.
Hydrological Processes, 2001, 15: 2893-2903
[35]摇 Bisson M, Favalli M, Fornaciai A, et al. A rapid meth鄄
od to assess fire鄄related debris flow hazard in the Medi鄄
terranean region: An example from Sicily (southern Ita鄄
ly) . International Journal of Applied Earth Observation
and Geoinformation, 2005, 7: 217-231
[36]摇 Cannon SH, Gartner JE, Rupert MG, et al. Predicting
the probability and volume of postwildfire debris flows in
the intermountain western United States. Geological So鄄
ciety of America Bulletin, 2010, 122: 127-144
[37] 摇 De Wolfe VG, Paul MS, Joseph EG. Effective mitiga鄄
tion of debris flows at Lemon Dam, La Plata County,
Colorado. Geomorphology, 2008, 96: 366-377
[38]摇 Wohlgemuth PM, Beyers JL, Wakeman CD, et al.
Effects of fire and grass seeding on soil erosion in south鄄
ern California chaparral. Proceedings of the 19th Annual
Forest Vegetation Management Conference: Wildfire Re鄄
habilitation, Redding CA, 1998: 41-51
[39]摇 Department of Agriculture, Forest Service, Rocky
Mountain Research Station. Evaluating the Effectiveness
of Post fire Rehabilitation Treatments [ EB / OL ].
(2005鄄10鄄14) [2013鄄10鄄30]. http: / / www. fs. fed. us /
rm / pubs / rmrs gtr63. pdf.
[40]摇 Beyers JL, Wakeman CD, Wohlgemuth PM, et al.
Effects of post fire grass seeding on native vegetation in
southern California chaparral. 19th Annual Forest Vege鄄
tation Management Conference: Wildfire Rehabilitation
Forest Vegetation Management Conference, Redding,
CA, 1998: 52-64
[41]摇 Li S鄄D (李树德), Yue S鄄Y (岳升阳), Xu H鄄P (徐海
鹏). Forest vegetation and debris flow activities. Re鄄
search of Soil and Water Conservation (水土保持研
究), 2001, 8(2): 30-31 (in Chinese)
[42]摇 DeBano LF. Water Repellent Soils: A State of the Art.
Berkeley, CA: Pacific Southwest Forest and Range Ex鄄
periment Station, 1981
[43]摇 Neary DG, Klopatek CC, DeBano LF, et al. Fire effects
on below ground sustainability: A review and synthesis.
Forest Ecology and Management, 1999, 122: 51-71
[44]摇 Benda L, Dunne T. Stochastic forcing of sediment sup鄄
ply to channel networks from landsliding and debris
flow. Water Resources Research, 1997, 33: 2849-2863
[45]摇 Moody JA, Martin DA. Initial hydrologic and geomor鄄
phic response following a wildfire in the Colorado Front
Range. Earth Surface Processes and Landforms, 2001,
26: 1049-1070
[46]摇 Providoli I, Elsenbeer H, Conedera M. Post鄄fire man鄄
agement and splash erosion in a chestnut coppice in
southern Switzerland. Forest Ecology and Management,
2002, 162: 219-229
[47]摇 Lorente A, Garc侏a鄄Ruiz JM, Beguer侏a S, et al. Factors
explaining the spatial distribution of hillslope debris
flows: A case study in the Flysch Sector of the Central
19328 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 邸雪颖等: 火后泥石流研究进展摇 摇 摇 摇 摇
Spanish Pyrenees. Mountain Research and Development,
2002, 22: 32-39
[48]摇 Beguer侏a S. Changes in land cover and shallow landslide
activity: A case study in the Spanish Pyrenees. Geomor鄄
phology, 2006, 74: 196-206
[49]摇 Ruiz鄄Villanueva V, Bodoque JM, D侏ez鄄Herrero A, et
al. Triggering threshold precipitation and soil hydrologi鄄
cal characteristics of shallow landslides in granitic land鄄
scapes. Geomorphology, 2011, 133: 178-189
[50]摇 Garc侏a鄄Ruiz JM, Arn觃ez J, G仵mez VA, et al. Fire鄄
related debris flows in the Iberian Range, Spain. Geo鄄
morphology, 2012, 147: 1-10
[51]摇 Cerd觃 A. Changes in overland flow and in filtration after
a rangeland fire in a Mediterranean scrubland. Hydro鄄
logical Processes, 1998, 12: 1031-1042
[52]摇 Prosser IP, Williams L. The effect of wildfire on runoff
and erosion in native Eucalyptus forest. Hydrological
Processes, 1998, 12: 251-265
[53]摇 Prochaska AB, Santi PM, Higgins JD. Debris basin and
deflection berm design for fire鄄related debris鄄flow mitiga鄄
tion. Environmental & Engineering Geoscience, 2008,
14: 297-313
[54]摇 Cannon SH, Gartner JE, Wilson RC, et al. Storm rain鄄
fall conditions for floods and debris flows from recently
burned areas in southwestern Colorado and southern Cal鄄
ifornia. Geomorphology, 2008, 96: 250-269
[55]摇 Cannon SH, Boldt EM, Leber JL, et al. Rainfall inten鄄
sity鄄duration thresholds for postfire debris鄄flow emergen鄄
cy response planning. Natural Hazards, 2011, 59:
209-236
[56]摇 Reneau SL, Katzmann D, Kuyumjian GA, et al. Sedi鄄
ment delivery after wildfire. Geology, 2007, 35: 151-
154
[57]摇 Woods S, Balfour V. The effect of ash on runoff and
erosion after a forest wildfire, Montana, USA. Interna鄄
tional Journal of Wildland Fire, 2008, 17: 535-548
[58]摇 Gabet EJ. Post鄄fire thin debris flows: Field observations
of sediment transport and numerical modeling. Earth
Surface Processes and Landforms, 2003, 28: 1341-1348
[59]摇 Gabet EJ, Bookter A. Physical, chemical and hydrolog鄄
ical properties of Ponderosa pine ash. International
Journal of Wildland Fire, 2011, 20: 443-452
[60]摇 Reneau S, Dietrich WE, Donahue DJ, et al. Late qua鄄
ternary history of colluvial deposition and erosion in hol鄄
lows, central California coast ranges. Geological Society
of America Bulletin, 1990, 102: 969-982
[61] 摇 Johnson AM, Rodine JR. Debris flow / / Brunsden D,
Prior DB, eds. Slope Instability. Chichester: Wiley
1984: 257-361
[62]摇 Lorente A, Beguer侏a S, Bathurst JC, et al. Debris flow
characteristics and relationships in the Central Spanish
Pyrenees. Natural Hazards and Earth System Sciences,
2003, 3: 683-692
[63]摇 Booker FA. Landscape and Management Response to
Wildfires in California. Master Thesis. Berkeley, CA:
University of California, 1998
[64]摇 Helvey JD. Effects of a north central Washington wild鄄
fire on runoff and sediment production. Water Resources
Bulletin, 1980, 16: 627-634
[65]摇 Klock GO, Helvey JD. Debris flows following wildfires
in north central Washington. Proceedings of the Third
Federal Inter鄄Agency Sedimentation Conference, Den鄄
ver, CO, 1976: 91-96
[66] 摇 Swanson FJ. Fire and geomorphic processes / / Mooney
HA, Bonnicksn TM, Christensen NL, eds. Fire Re鄄
gimes and Ecosystem Properties. Washington: USDA
Forest Service, 1981: 401-420
[67] 摇 Cannon SH. Evaluation of the Potential for Debris and
Hyperconcentrated Flows in Capulin Canyon as a Result
of the 1996 Dome Fire, Bandelier National Monument,
New Mexico US. Denver, CO: Geological Survey, 1997
[68]摇 Doerr SH, Shakesby RA, Walsh RPD. Soil water repel鄄
lency: Its causes, characteristics and hydrogeo morpho鄄
logical significance. Earth鄄Science Reviews, 2000, 51:
33-65
[69]摇 Cannon SH, Gartner JE. Wildfire鄄related debris flow
from a hazards perspective / / Jakob M, Hungr O, eds.
Debris Flow Hazards and Related Phenomena. Berlin:
Springer鄄Praxis, 2005: 363-385
[70] 摇 Lavee H, Kutiel P, Segev M, et al. Effect of surface
roughness on runoff and erosion in a Mediterranean eco鄄
system: The role of fire. Geomorphology, 1995, 11:
227-234
[71]摇 Costa JE. Physical geomorphology of debris flows / / Cos鄄
ta JE, Fleisher PJ, eds. Developments and Applications
of Geomorphology. Berlin: Springer鄄Verlag, 1984:
268-317
[72]摇 Rickenmann D. Hyperconcentrated flow and sediment
transport at steep slopes. Journal of Hydraulic Engineer鄄
ing, 1991, 117: 1419-1439
[73]摇 Waldron HH. Debris Flow and Erosion Control Problems
Caused by the Ash Eruptions of Irazu Volcano, Costa
Rica. Costa Rica, VI: United States Geological Survey,
1967
[74] 摇 Iverson RM, Reid ME, LaHusen RG. Debris鄄flow mo鄄
bilization from landslides. Annual Review of Earth and
Planetary Sciences, 1997, 25: 85-138
[75]摇 Major JJ. Gravity鄄driven consolidation of granular slur鄄
ries implications for debris鄄flow deposition and deposit
characteristics. Journal of Geology, 2000, 70: 64-83
[76]摇 Gartner J, Cannon SH, Santi PM, et al. Relations be鄄
tween Debris鄄flow Volumes Generated from Recently
Burned Basins and Basin Morphology Triggering Storm
Rainfall and Material Properties. 2005 Salt Lake City
Annual Meeting, Salt Lake City, UT, 2005: 36
[77]摇 Gartner JE, Cannon SH, Santi PM, et al. Empirical
models to predict the volumes of debris flows generated
by recently burned basins in the western US. Geomor鄄
phology, 2008, 96: 339-354
[78]摇 Friedel MJ. A data鄄driven approach for mode ling post鄄
fire debris鄄flow volumes and their uncertainty. Environ鄄
mental Modelling and Software, 2011, 26: 1583-1598
[79]摇 Stephen CH, Thomas HD, Gregory SN, et al. Post鄄fire
vegetative dynamics as drivers of microbial community
structure and function in forest soils. Forest Ecology and
Management, 2005, 220: 166-184
[80]摇 Friedel MJ. Post鄄fire debris flow prediction using a two鄄
step hybrid approach. US Geological Survey 3rd Model鄄
ing Conference, Denvor, CO, 2010: 10-15
作者简介摇 邸雪颖,男,1957 年生,教授.主要从事林火生态
和林火管理研究. E鄄mail: dixueying@ 126. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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