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摘 要：黃河中游地区水土灾害分布广、类型多、突发性强，且往往灾害链生、后果严重，威胁人居安全与社会稳定，制约区域高质量发展、生态文明建设，亟待从根本上厘清水土灾害与生态环境互馈机制，深化对黄河中游地区水土灾害群发机理及链生效应研究。为此，立足于分析黄河中游地区水土灾害问题，详细梳理了与之有关的山洪成灾规律、崩滑流灾害群发机理、水土灾害链效应、水土灾害与生态环境互馈作用等方面的国内外研究现状与发展动态，探讨了黄河中游地区水土灾害研究趋势和面临的挑战，分析了未来水土灾害研究亟须突破的关键科学问题，并基于地球系统科学思想提出了相关研究建议。在复杂地质条件、极端气候变化和强烈人类工程活动影响下，黄河中游地区水土灾害群发机理与灾害链效应研究的主要方向有：极端降雨作用下山洪成灾规律，地貌-气候耦合作用下崩滑流灾害群发机理，考虑生态影响的水土灾害链放大与消减效应，水土灾害与生态环境互馈作用机制。亟待突破的关键科学问题有：从耦合联动孕灾角度揭示地质、地表、气候过程与土水灾害群发响应机制，从致灾效应角度揭示水土灾害链动力学过程与致灾效应评价，从地质安全与生态安全角度建立水土灾害与生态环境互馈理论，进而提出基于水土灾害与生态环境互馈效应评价的生态减灾技术。研究建议：以地球系统科学理论为指导，突出学科交叉融合，从“地、域、河”空间尺度阐明黄河中游地区水土灾害的区域模式、动力学机制、灾害链生与生态环境互馈效应，从人地协调观角度建立黄河中游地区水土灾害综合风险评估模型与防控理论。
关键词：水土灾害;崩滑流;灾害链;生态环境;互馈效应;地质安全;生态安全;黄河中游地区
中图分类号：S157.1;TV122;TV882.1 文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.020
引用格式：祝艳波，兰恒星，彭建兵，等.黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究进展[J].人民黄河，2021，43（8）：108-116，147.
Abstract： In the middle reaches of the Yellow River Basin， water-soil disasters are widely distributed with many types and strong suddenness. Moreover， these disasters are often chain-generated and have serious consequences， which are harmful to the safety of ecological environment and human settlement security of the Yellow River Basin. Therefore， it is necessary to clarify the mutual feedback mechanism between water-soil disasters and ecological environment， and strength the research on the mechanism and chain effect of water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River Basin. In this paper，based on the problem of water-soil disasters， we firstly reviewed the research status and development trends of the laws of mountain torrents， the occurrence mechanism of loess collapse， landslides and debris flow， the chain-effect of water-soil disasters， and the mutual feedback effect of water-soil disasters and ecological environment. Then we discussed the research trends and challenges of water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River Basin. Lastly we analyzed the key scientific issues to be solved in the research of water-soil disasters， and put forward relevant research suggestions based on the idea of earth system science. The main research directions of water-soil disasters are as follows： the laws of mountain torrents under the action of extreme rainfall， the mechanism of water-soil disasters under the coupling effect of geomorphology and climate， the amplification and reduction effects of chain- effect of water-soil disasters considering ecological impact， and the mutual feedback effect of water-soil disasters and ecological environment. The key scientific issues to be solved urgently are to reveal the response relationship between geological， geomorphic and climatic processes and the water-soil disasters from the perspective of coupled linkage， to reveal the dynamic process and disaster effect evaluation of soil-water disasters chain from the perspective of disaster effect， to establish the theory of mutual feedback between water-soil disasters and ecological environment from the perspective of geological security and ecological security， and finally to propose the disaster reduction technology based on the feedback effect evaluation of water-soil disasters and ecological environment. The research suggestions are that： based on the theory of earth system science， we should emphasize the interdisciplinary integration， and clarify the regional model， dynamic mechanism， disaster chain and feedback effect of ecological environment and water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River from the spatial scale of land， region and river. We should establish a comprehensive risk assessment model， and prevention-control theory of water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River from the perspective of human geography relations coordination theory. Key words： water-soil disasters; collapse or landslides and debris; disaster chain; ecological environment; feedback effect; geological safety; ecological safety; middle Reaches of the Yellow River Basin
1 深化黄河中游地区水土灾害研究的战略意义
黄河是中华大地上一条奔腾不息、生机勃勃的大动脉，也是一条历经九磨十难的苦难河。黄河曾有“哀河”（sorrow river）[1]、“害河”[2]之称，皆因历史时期地质灾害频发、水土流失严重、洪水破坏性大。流域内的中华儿女世世代代依存于河、受制于河，生生不息地治理黄河、保护黄河，使黄河有了翻天覆地的变化，但黄河流域仍然是全球生态最脆弱的流域系统之一[3]，其根源之一是流域内频发的水土灾害，如中游黄土高原地区黄土松散、沟壑纵横、地形破碎、降雨集中，导致山洪、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等水土灾害分布广、类型多、突发性强[4-7]。据统计，中国至少有1/3的滑坡灾害发生在黄土高原，仅陕北地区就有黄土崩塌23 000多处、黄土滑坡16 600多处，部分地区黄土崩塌、滑坡密度超过10处/km2，且常常形成灾害链[8-10]，曾造成群死群伤和重大财产损失，如：2013年天水大沟黄土滑坡泥流灾害曾摧毁村镇[11];2015年兰州什川镇一治沟造地填土坝溃决，泥流冲入黄河，造成4人遇难和2人失踪，一座厂房被毁[12]。
黄河含沙量世界排名第一，导致下游河道淤积严重[13]。黄河的泥沙主要来源于上中游黄土高原[14]。新中国成立以来，黄河流域水土保持工作取得了巨大的成就[15]，水土流失面积明显减少，但依旧存在水土流失量大面广、中度以上侵蚀面积占比高等问题[16]，水土灾害仍未得到有效控制，尤其是重力侵蚀造成的水土流失仍未得到有效控制[17]。近年来，随着全球性气候变化，极端气候事件频发，加剧了部分区域的水土灾害，造成局部地区生态环境的恶化，如：2013年天水市遭遇罕见暴雨，引发地质灾害708处，其中滑坡415处、崩塌102处、泥石流100处[18];2016年“8·17”暴雨，在西柳沟造成的平均侵蚀强度达7 672 t/km2[19]。黄河中游地区沟壑纵横、支流众多、河道比降大、地表支离破碎、生态环境脆弱，导致的山洪、崩滑流、水土流失为该地区水土灾害的主要形式。黄河中游地区广泛分布的黄土是一种特殊的易灾土体，具有强烈的灾变敏感性，主要表现为极强的水敏性、脆弱的结构性、独特的强度衰减性、复杂的劣化过程、对动力扰动敏感等，为崩滑流等水土灾害提供了“优质”的孕灾环境[4]，加之黄河中游地区降水年内分配极为不均、短历时暴雨频发，崩滑流等水土灾害往往呈现出流域集中性、群发性、链式特征。频发的水土灾害威胁中游地区人居安全与社会稳定，制约区域高质量发展、生态文明建设，亟待从根本上厘清水土灾害与生态环境互馈机制，深化对黄河中游地区水土灾害群发机理及链生效应研究。
黄河中游地区是我国实施“一带一路”建设、新时代西部大开发、黄河流域生态保护和高质量发展的关键区域，流域内城镇、线性工程、水利水电等工程建设及能源开采规模大、范围广、速度快，改变着地质地貌和生态环境。由于工程建设与地质环境互馈易诱发工程灾变，使得水土灾害直接威胁工程安全与运营，进而制约流域高质量发展，因此面向黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略需求，进一步深化黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究，保障流域地质安全与生态安全，促进人地协调，具有重要意义。
2 黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究现状与发展趋势
国内外学者已经开展了大量关于水土灾害群发规律、群发机理及其与气候、植被、土壤、岩性、地形地貌、地质构造等因素相关性的研究，表明其灾变机理往往涉及多因素作用的耦合，相互关联的灾害链生与放大效应加剧了灾害危险性。
（1）黄河中游地区山洪成灾规律研究：极端降雨作用下山洪成灾规律研究需进一步深入，不同致灾情景下暴雨洪水的模拟仍有难度。
黄土区山洪从发生到成灾，与崩滑流群发灾害紧密关联，是黄河中游地区水土灾害及灾害链孕灾机制研究的基础[11]。受暴雨、土地利用和地形等多种因素时空分异的影响，山洪的发生在时空尺度上表现出显著的分异特性。区域大范围暴雨的时空变化监测常用来分析和揭示山洪形成和发展，如卫星遥感降雨资料用于大范围的降水和暴雨研究[20-21]。山洪的产汇流过程受制于下垫面地理、地质和地貌等因素[22-23]，在充分利用各种致洪因素空间分布信息的同时，可建立数字水文预报模型实现对山洪过程的模拟和预报[24]。山洪在沟道—流域—区域等不同空间尺度间的传递、转化特征，降雨特征与山洪分布的多尺度关系等仍是当前研究的薄弱之处[25]，虽然学者们已对我国山洪的时空分布特征[26]、时空分布规律[27]进行揭示，但以往有关山洪灾害的研究中多以地域为研究对象，对具有鮮明水文地质地貌特点的大流域尺度专题研究较为少见。
对山洪形成机理及演进特征的研究表明：暴雨是诱发山洪的动力因素[28]、临界雨量常作为判别山洪发生的关键性指标[29]，对山洪形成演进机理的研究均全面考虑了降雨、土壤含水量以及下垫面三大因素[30]。国内对山洪灾害临界雨量的研究以确定其方法为主，提出的方法有模型法、统计法、临界曲线法等[31-32]。在黄河中上游地区山洪研究中，有学者认为产汇流分析法获得的结果相对较为合理[33]。形成山洪的临界雨量具有较大不确定性，山洪是否形成、发展还与流域内植被、土壤、地质地貌等因素密切相关，考虑临界雨量与下垫面状况的耦合、发布较可靠的实时临界雨量已成为新的研究热点[34]，而黄土高原地区关于临界雨量的研究成果相对较少。黄河中游山地丘陵区土壤侵蚀严重，地表支离破碎，地质环境脆弱，临界雨量对降雨变化和初始湿润条件十分敏感[35]，准确解释黄土地区山洪产生的驱动因素及其发生发展的内在机理存在较大困难，应深入探究水土相互作用及其时滞效应，将山洪灾害作为小流域滑坡—崩塌—泥石流等灾害链中的重要环节进行深入研究。 在气候变化和人类活动耦合下暴雨山洪的致灾机制方面的研究表明：山洪致災机制及预测预警的研究难度较大，是学术界长期关注的瓶颈问题[35]。随着全球气候变化和人类活动等的耦合，暴雨规律和下垫面条件变化，导致区域山洪致灾机制也发生变化[36]，使其研究难度加大并成为研究热点，考虑资料非一致性的水文分析已经成为现代水文学领域的一个重要研究方向[37]。长期以来，有关山洪致灾机制的研究多以暴雨这一外部动力条件为主，而对变化环境下流域下垫面等自身条件的改变考虑较少[38]。黄河中上游地区降水的时空分布差异较大，受气候变化影响强烈，水文要素发生变异给山洪灾害防治带来了新问题和新挑战。因此，气候变化条件下黄河中游暴雨的时空分布规律以及基于对极端降雨山洪反演与情景模拟的研究亟待深入开展。
（2）黄河中游地区黄土崩滑流灾害群发机理：地貌-气候耦合作用下崩滑流灾害区域模式与时空分异特征研究不足，崩滑流灾害与河流互馈机制研究相对较少。
厘清黄河中游地貌-气候耦合作用模式、概化黄土崩滑流群发的孕灾背景，是揭示灾害群发机理的理论基础。基于万年及千年尺度的地质灾害和气候响应分析表明，黄河中游地区地质灾害主要集中发生于气候转型期与温暖湿润期，与黄土中的古土壤发育期对应，表明了黄河中游黄土高原气候和地质灾害的关联性[39-40]。针对地貌-气候耦合作用模式的研究，大都倾向于大尺度空间规律研究，而忽略了小流域地貌演化过程的典型性。黄河中游地区黄土分布面积大、厚度大，气候变化具有特殊性[41]，定量描述地貌、气候演变规律及耦合作用下崩滑流区域模式仍缺少有效办法，尤其是在时空分异特征方面。宫清华等[42]考虑了气象、地形、水文、地质等多因素耦合的滑坡空间分异性，但对时间尺度的分异规律未进行研究。邱海军等[43]对陕北黄土高原不同地貌类型区黄土滑坡频率分布进行了研究，发现黄土丘陵区受滑坡灾害威胁最为严重，黄土滑坡灾害发育受地貌演变影响。区域性、季节性的气候变化（如降雨、冻融等）也是诱发崩滑流灾害的重要因素[44-47]，因此厘清地貌-气候耦合作用下崩滑流群发的时空变异性仍是当前的重要研究课题。
崩滑流灾害群发性机理与识别方面的研究表明：地质和地貌差异是崩滑流群发的必要条件[48]，地震和大气降水为崩滑流提供强大动力条件[49-50]，黄河中游部分地区植被不发育和人类活动频繁是崩滑流群发的重要因素[51-52]。Hewitt等[53]认为山体滑坡会持续影响区域地貌发育和流域演化，进而诱发泥石流灾害。罗昌谟[54]通过总结三明市群发性地质灾害发生的临界雨量，认为5 d内降雨量大于250 mm时滑坡、崩塌、泥石流等群发性灾害开始出现。黄土高原地区崩滑流群发在空间上具有不均匀性、流域集中性等特征，因此其群发机理除了受降雨落区影响外，还受地形、地层岩性、地震等多因素影响[18]。崩滑流群发的易发性识别非常重要，基于多源高分遥感、无人机技术和监测手段对滑坡、泥石流灾害易发性进行评价，已经从定性逐渐发展为定量的数学分析方法，代表性模型有物理确定性模型、SINMAP模型、TRIGRS模型、模糊集数理统计模型、以斜坡地质结构为基础的GMD模型等[55-57]。张春山等[58]对黄河上游地质灾害进行综合分区，并利用灰色关联分析方法确定了各因子对崩滑流灾害影响的权重值。Baartman等[59]指出，流域地貌变化模型与土壤侵蚀模型存在时间尺度上的差异，需要通过基于事件的土壤侵蚀与堆积体积计算对流域地貌演化的参数进行校正。Bout等[60]将两相泥石流方程、无限坡度法与全流域水文模型进行耦合，提出了浅层滑坡、泥石流和流域水文的综合建模方法，以期为崩滑流群发灾害的易发性评价提供新的途径。基于灾害形成背景的因子识别是认知黄河中游地区崩滑流群发成灾机理的重要方法，但是崩滑流成灾过程与流域气候、水文及地质条件的互馈作用存在时间和空间尺度的差异性，其动力过程研究依赖于精确的多尺度物理模型及岩土体的力学参数，而目前黄河中游地区崩滑流群发成灾机理的因子识别模型中缺少对植被和人类活动的考虑。
崩滑流灾害群发与河流交互作用方面的研究表明：河流与崩滑流灾害发育存在明显的相互影响关系，江河流域群发的崩滑流灾害会与河流产生交互作用。河流作用是诱发崩滑流灾害的重要因子之一，如水位波动越大的地带崩塌滑坡分布越密集[61]，河流的急流下切作用易导致边坡失稳进而引起崩塌、滑坡、泥石流等灾害[62];相反地，崩滑流的发生对河流会产生一定的作用。在崩滑流灾害与河流相互作用机理与演化过程方面，可基于多种模型[63]、利用多种软件[64]对崩滑流与河道交互运动学过程，包括运动路径、运动距离、影响范围、形态演化等进行模拟，研究松散碎屑物崩滑入河后对河流泥沙供给和河道形态的改变机理。然而，对黄河中游地区群发崩滑流灾害与河流的互馈作用过程与机理研究目前相对匮乏。
综上所述，黄河中游地区崩滑流成灾过程与流域地貌-气候作用存在时间和空间尺度上的差异性，其动力成灾成链过程研究须结合精确的多尺度物理模型及岩土体力学参数，并考虑动力过程与生态环境的互馈作用，该方面研究目前相对匮乏。
（3）黄河中游水土灾害链效应研究：水土灾害链区域模式与链式结构不明，考虑生态环境影响的灾害链效应与影响预测模型缺乏。
水土群发灾害具有从不明显的连续蠕变到瞬时突变的特点，在山洪—蠕动—滑动—泥流整个过程中各个事件相关，因此灾害链研究受到国内外学者的广泛重视。如瑞士Schimbrig滑坡使大量颗粒物质沿河道堆积，造成山洪侵蚀并逐渐转变为泥石流[65]。在黄土水土灾害链的区域模式与成灾机理方面的研究表明，灾害链形成是多种致灾因子共同作用的结果，且与孕灾背景相关。汶川地震诱发了大量灾害链，带来的灾害链效应为相关研究提供了丰富的素材[66-67]，其中崩—滑—成灾、崩—滑—湖—成灾、崩—滑—流—成灾是地质灾害链的主要形式[68-69]。灾害链形成机理研究须揭示岩土体灾变从孕育、发展直至止息的全过程，而灾害链致灾因子往往不是单一的，存在多种致灾因子，并伴随着灾害类型、灾害状态的转化[70-71]。 黄土灾害往往以灾害链形式出现，从一个灾种迅速转化为另外一個灾种，灾种之间呈现出因果关系[72]，例如黄土地裂缝会促使黄土滑坡的孕育、发展和形成，黄土滑坡形成后，在降雨、径流的作用下会演化成黄土泥流，造成更大的危害。黄土灾害链的相关研究总体较少，朱兴华等[73]将黄土灾害链的链式结构归纳为水力的扰动作用—土体湿陷变形—土层沉降—地裂缝—崩塌滑坡—泥流。目前，还没有关于黄土灾害链演化机制和动力学过程的系统性研究成果，零散的研究主要集中在沉降湿陷—地裂缝—崩滑转化机制的研究[74-75]、滑坡泥石流转化机制的研究[76-78]这两个方面。在黄土地质灾害链的动力学研究中，应把握以下研究内容（揭示黄土水土灾害链及动力学过程的突破口之一）：黄土强度与其结构性以及土水相互作用之间的关系[79]，黄土液化导致黄土滑坡演化成泥流灾害链的内部机制 [80-82]，黄土蠕变行为及强度衰减的致灾机理[78，83-84]。
黄土水土灾害链致灾效应与风险判识方面的研究表明：灾害链在时间与空间上的连续扩展往往具有累积放大致灾效应[85]。目前，关于灾害链放大效应的研究从静态—描述—解释向动态—模拟—启示的方向发展[86]，研究手段主要有地质调查[87]、理论模型分析[88-90]与数值模拟[91-92]等，从灾害链致灾结果调查、灾情累积放大机制、灾害链放大致灾过程等角度探索灾害链致灾效应。学者们尝试建立各类灾害链危害评估的模型（公式），如滑坡坝危害效应评估模型[93]、滑坡的几何形态预测公式[94]、泥石流堵江判据[95]、滑坡最大水平距离与各影响因素的关系[96]、滑坡堵江坝溃决洪水特征计算公式[97]。黄土水土灾害链复杂多变，研究表明其链式类型多[98-99]、演化过程特殊复杂[100]、运动距离远[101]、影响范围大，目前黄土水土灾害链演化机制尚不明确，灾害链致灾效应定量评价模型研究几乎是空白。灾害链致灾范围（滑体运动距离）受滑坡类型、规模和垂直落距等影响，王念秦等[102]提出了考虑黄土厚度、斜坡坡度、滑坡体平均厚度和滑动前滑体长度的黄土滑坡滑距预测模型，但滑体致灾还受地形条件[103]、滑体运动速度[104]等影响，目前还缺乏全面反映孕灾条件、运动过程约束（如沟道水文条件及沟道边界）、滑动物质“流固相变”的黄土水土灾害链放大致灾效应评价模型，以及考虑生态环境影响的灾害链消减效应评价模型，亟须开展深入研究。
（4）黄河中游地区水土灾害与生态环境互馈效应研究：水土灾害与生态环境双向作用的互馈模式研究不足，基于生态工程的水土灾害调控技术体系缺乏。
黄河中游地区严重的水土灾害已经成为经济社会高质量发展、生态文明建设的最大制约瓶颈。60多a来，黄河流域开展了坚持不懈的生态环境建设，但效果明显的部位主要是坡顶和缓坡地带，水土灾害仍未得到有效控制[105]。近年来全球性的气候变化，引起与水有关的极端气候事件（干旱及暴雨）频发，加剧了部分区域水土灾害，引起一系列灾害事件，尤其是以重力侵蚀为主的水土灾害，如无定河流域2017 年“7·26”暴雨导致沟道重力侵蚀非常普遍、一场暴雨新增切沟侵蚀平均强度达到1 127 m3/km2[106]，2011年连续强降雨导致西安灞桥滑坡[107]，多年灌溉与降雨共同作用导致泾阳南源和黑方台滑坡群[100，108]，这些事件都造成局部生态环境的进一步恶化。
黄河中游地区生态环境脆弱，生态环境与水土灾害的互馈机制极为复杂[109]。传统的观念认为，水土保持工程因减少了洪水径流量和洪水输沙量而减轻了水土灾害，植被对固坡发挥积极作用，例如植物根系具有固土作用，表现为浅根的加筋效应和深根的锚固作用[110-113]，植物的蒸腾吸水会增大土体吸力，从而降低土体非饱和渗透性、提高土体抗剪强度[114]，因此植被根系对土体的加固效应遏制了面状水土流失及浅层崩滑[115-116]，促进了生态环境的向好发展。但是也有一些研究表明，水土灾害与生态环境之间并非简单的正负互馈关系，良好的生态环境并非完全有利于减轻水土灾害，如黄河中游黄土高原植被恢复可造成土壤水分缺乏，使得黄土更加干燥、更易受到风和水的侵蚀，进而导致黄土边坡破坏与崩滑流灾害的发生[100，117]。因此，生态系统在缓冲自然灾害方面的作用存在很大的不确定性[118]，在森林覆盖率提高的同时，森林蒸腾量会增加，导致较大的耗水量[41，119]，使土地变得更加干燥[120]、地表及地下径流量显著减少[121];当植被根系加固深度远小于深层滑坡的滑面埋深时，与植物根系相关的裂隙、根-土间隙和孔洞（根孔和虫孔等）为水流入渗提供了优势通道，因而土体在短历时强降雨过程中容易达到饱和状态，进而诱发浅层滑坡[122-124]。例如：1998年8月，连续6 d的强降雨（累计降雨量1 200 mm）在日本中东部Fukushima县植被覆盖度接近100%的100 km2范围内诱发了1 000多处深度为1～3 m的浅层滑坡[125];2013年7月，位于子午岭林区的陕西省北部富县全境普降暴雨，在植被覆盖率达90%的任家台林场发生37处规模不等的滑坡，滑坡密度远高于相近降雨条件下的非林区滑坡密度[126];2015年9月，暴雨在云南漭水镇共裕村和麻地村引发规模不等的土质滑坡千余处，其中绝大多数为浅层滑坡，这两个村的植被覆盖率在90%以上[127]。由此可见，植被对边坡稳定的影响是复杂的，有积极固坡的方面[128]，也有不利促滑的方面[129]。
综上所述，量化水土灾害与生态环境的关系、明晰生态环境与水土灾害互馈效应，是当前水土灾害生态防治研究的核心。目前，受限于土壤学、生态学、工程地质学等学科之间的壁垒，水土灾害与生态环境之间的时空关系、模式不清，相互作用机制不明，缺乏水土灾害与生态环境互馈机制的系统深入研究，缺少基于生态的防灾减灾理论体系。
3 黄河中游地区水土灾害研究方向与建议
（1）黄河中游水土灾害研究发展方向。综上所述，在复杂地质条件、极端气候变化和强烈人类工程活动影响下，黄河中游地区水土灾害群发机理与灾害链效应研究方向有：一是极端降雨作用下山洪成灾规律，主要涉及山洪成灾的时空响应规律、不同致灾情景下暴雨洪水的模拟等;二是地貌-气候耦合作用下黄土崩滑流灾害群发机理，主要涉及黄土崩滑流灾害群发的时空分异特征与动力模式、崩滑流灾害与河流交互影响机制研究等;三是黄土水土灾害链效应，主要涉及水土灾害链效应的区域模式与链式结构、考虑生态环境影响的灾害链放大效应与预测理论模型研究等;四是水土灾害与生态环境互馈效应，主要涉及生态环境与黄土水土灾害的互馈模式、基于生态工程的水土灾害调控技术研究等。 黄河流域具有复杂的地质构造、地貌演化、气候变化过程，中游地区生态环境脆弱，其水土灾害孕育过程本质上是复杂的地球内外动力共同作用的结果。而水土灾害动力学过程与生态环境互馈影响，地质安全与生态安全又影响着人地协调关系，地质安全与生态安全的互馈平衡关系一直是学术界探讨的热点与难点，因此亟须厘清黄河流域水土灾害的孕育历史、动力学过程、致灾效应。如何从耦合联动孕灾角度揭示地质、地表、气候过程与水土灾害群发响应机制，从致灾效应角度揭示水土灾害链动力学过程，从地质安全与生态安全角度建立水土灾害与生态环境互馈理论，进而提出基于水土灾害与生态环境互馈效应评价的生态减灾技术，是研究黄河中游地区水土灾害效应亟待突破的关键科学问题。
（2）关于黄河中游地区水土灾害研究的建议。黄河中游地区水土灾害表象于河、形成于域、根植于地[130]。黄河中游地区地貌演化的典型性、气候过程的多变性和人类活动的强干扰性，使地质地貌演变过程与人类活动过程互馈影响，人类依赖于流域又作用于流域，不断改变着流域的地质环境、水环境和生态环境，同时流域灾害也给人类工程活动安全带来挑战[131]。因此，面对黄河中游地区水土灾害的高风险性，亟须以地球系统科学理论为指导，突出学科交叉融合，从“地、域、河”空间尺度阐明黄河中游地区水土灾害的区域模式、动力学机制、灾害链生与生态环境互馈效应，从“人地协调观”角度建立黄河中游地区水土灾害综合风险评估模型与防控理论，以保障流域地质与生态安全。具体建议：阐明黄河中游地区地质环境-气候-人类活动耦合作用下水土灾害时空分异规律与区域群发机制、灾害群发与河流动力互馈过程;探明水土灾害链的区域模式、链式结构、灾变临界条件、动力学演化机制，实现不同时空尺度的水土灾害链致灾效应评价;构建水土灾害与生态环境系统互馈平衡理论与互馈效应评价体系，提出基于生态工程的水土灾害调控技术方法;给出黄河中游地区人地失调的地质环境效应与人地协调的地质安全保障策略，力争在水土灾害机制与风险防范问题研究上实现原创突破，更好地服务于黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略。
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【责任编辑 张智民】
关键词：水土灾害;崩滑流;灾害链;生态环境;互馈效应;地质安全;生态安全;黄河中游地区
中图分类号：S157.1;TV122;TV882.1 文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.020
引用格式：祝艳波，兰恒星，彭建兵，等.黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究进展[J].人民黄河，2021，43（8）：108-116，147.
Abstract： In the middle reaches of the Yellow River Basin， water-soil disasters are widely distributed with many types and strong suddenness. Moreover， these disasters are often chain-generated and have serious consequences， which are harmful to the safety of ecological environment and human settlement security of the Yellow River Basin. Therefore， it is necessary to clarify the mutual feedback mechanism between water-soil disasters and ecological environment， and strength the research on the mechanism and chain effect of water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River Basin. In this paper，based on the problem of water-soil disasters， we firstly reviewed the research status and development trends of the laws of mountain torrents， the occurrence mechanism of loess collapse， landslides and debris flow， the chain-effect of water-soil disasters， and the mutual feedback effect of water-soil disasters and ecological environment. Then we discussed the research trends and challenges of water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River Basin. Lastly we analyzed the key scientific issues to be solved in the research of water-soil disasters， and put forward relevant research suggestions based on the idea of earth system science. The main research directions of water-soil disasters are as follows： the laws of mountain torrents under the action of extreme rainfall， the mechanism of water-soil disasters under the coupling effect of geomorphology and climate， the amplification and reduction effects of chain- effect of water-soil disasters considering ecological impact， and the mutual feedback effect of water-soil disasters and ecological environment. The key scientific issues to be solved urgently are to reveal the response relationship between geological， geomorphic and climatic processes and the water-soil disasters from the perspective of coupled linkage， to reveal the dynamic process and disaster effect evaluation of soil-water disasters chain from the perspective of disaster effect， to establish the theory of mutual feedback between water-soil disasters and ecological environment from the perspective of geological security and ecological security， and finally to propose the disaster reduction technology based on the feedback effect evaluation of water-soil disasters and ecological environment. The research suggestions are that： based on the theory of earth system science， we should emphasize the interdisciplinary integration， and clarify the regional model， dynamic mechanism， disaster chain and feedback effect of ecological environment and water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River from the spatial scale of land， region and river. We should establish a comprehensive risk assessment model， and prevention-control theory of water-soil disasters in the middle reaches of the Yellow River from the perspective of human geography relations coordination theory. Key words： water-soil disasters; collapse or landslides and debris; disaster chain; ecological environment; feedback effect; geological safety; ecological safety; middle Reaches of the Yellow River Basin
1 深化黄河中游地区水土灾害研究的战略意义
黄河是中华大地上一条奔腾不息、生机勃勃的大动脉，也是一条历经九磨十难的苦难河。黄河曾有“哀河”（sorrow river）[1]、“害河”[2]之称，皆因历史时期地质灾害频发、水土流失严重、洪水破坏性大。流域内的中华儿女世世代代依存于河、受制于河，生生不息地治理黄河、保护黄河，使黄河有了翻天覆地的变化，但黄河流域仍然是全球生态最脆弱的流域系统之一[3]，其根源之一是流域内频发的水土灾害，如中游黄土高原地区黄土松散、沟壑纵横、地形破碎、降雨集中，导致山洪、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等水土灾害分布广、类型多、突发性强[4-7]。据统计，中国至少有1/3的滑坡灾害发生在黄土高原，仅陕北地区就有黄土崩塌23 000多处、黄土滑坡16 600多处，部分地区黄土崩塌、滑坡密度超过10处/km2，且常常形成灾害链[8-10]，曾造成群死群伤和重大财产损失，如：2013年天水大沟黄土滑坡泥流灾害曾摧毁村镇[11];2015年兰州什川镇一治沟造地填土坝溃决，泥流冲入黄河，造成4人遇难和2人失踪，一座厂房被毁[12]。
黄河含沙量世界排名第一，导致下游河道淤积严重[13]。黄河的泥沙主要来源于上中游黄土高原[14]。新中国成立以来，黄河流域水土保持工作取得了巨大的成就[15]，水土流失面积明显减少，但依旧存在水土流失量大面广、中度以上侵蚀面积占比高等问题[16]，水土灾害仍未得到有效控制，尤其是重力侵蚀造成的水土流失仍未得到有效控制[17]。近年来，随着全球性气候变化，极端气候事件频发，加剧了部分区域的水土灾害，造成局部地区生态环境的恶化，如：2013年天水市遭遇罕见暴雨，引发地质灾害708处，其中滑坡415处、崩塌102处、泥石流100处[18];2016年“8·17”暴雨，在西柳沟造成的平均侵蚀强度达7 672 t/km2[19]。黄河中游地区沟壑纵横、支流众多、河道比降大、地表支离破碎、生态环境脆弱，导致的山洪、崩滑流、水土流失为该地区水土灾害的主要形式。黄河中游地区广泛分布的黄土是一种特殊的易灾土体，具有强烈的灾变敏感性，主要表现为极强的水敏性、脆弱的结构性、独特的强度衰减性、复杂的劣化过程、对动力扰动敏感等，为崩滑流等水土灾害提供了“优质”的孕灾环境[4]，加之黄河中游地区降水年内分配极为不均、短历时暴雨频发，崩滑流等水土灾害往往呈现出流域集中性、群发性、链式特征。频发的水土灾害威胁中游地区人居安全与社会稳定，制约区域高质量发展、生态文明建设，亟待从根本上厘清水土灾害与生态环境互馈机制，深化对黄河中游地区水土灾害群发机理及链生效应研究。
黄河中游地区是我国实施“一带一路”建设、新时代西部大开发、黄河流域生态保护和高质量发展的关键区域，流域内城镇、线性工程、水利水电等工程建设及能源开采规模大、范围广、速度快，改变着地质地貌和生态环境。由于工程建设与地质环境互馈易诱发工程灾变，使得水土灾害直接威胁工程安全与运营，进而制约流域高质量发展，因此面向黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略需求，进一步深化黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究，保障流域地质安全与生态安全，促进人地协调，具有重要意义。
2 黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究现状与发展趋势
国内外学者已经开展了大量关于水土灾害群发规律、群发机理及其与气候、植被、土壤、岩性、地形地貌、地质构造等因素相关性的研究，表明其灾变机理往往涉及多因素作用的耦合，相互关联的灾害链生与放大效应加剧了灾害危险性。
（1）黄河中游地区山洪成灾规律研究：极端降雨作用下山洪成灾规律研究需进一步深入，不同致灾情景下暴雨洪水的模拟仍有难度。
黄土区山洪从发生到成灾，与崩滑流群发灾害紧密关联，是黄河中游地区水土灾害及灾害链孕灾机制研究的基础[11]。受暴雨、土地利用和地形等多种因素时空分异的影响，山洪的发生在时空尺度上表现出显著的分异特性。区域大范围暴雨的时空变化监测常用来分析和揭示山洪形成和发展，如卫星遥感降雨资料用于大范围的降水和暴雨研究[20-21]。山洪的产汇流过程受制于下垫面地理、地质和地貌等因素[22-23]，在充分利用各种致洪因素空间分布信息的同时，可建立数字水文预报模型实现对山洪过程的模拟和预报[24]。山洪在沟道—流域—区域等不同空间尺度间的传递、转化特征，降雨特征与山洪分布的多尺度关系等仍是当前研究的薄弱之处[25]，虽然学者们已对我国山洪的时空分布特征[26]、时空分布规律[27]进行揭示，但以往有关山洪灾害的研究中多以地域为研究对象，对具有鮮明水文地质地貌特点的大流域尺度专题研究较为少见。
对山洪形成机理及演进特征的研究表明：暴雨是诱发山洪的动力因素[28]、临界雨量常作为判别山洪发生的关键性指标[29]，对山洪形成演进机理的研究均全面考虑了降雨、土壤含水量以及下垫面三大因素[30]。国内对山洪灾害临界雨量的研究以确定其方法为主，提出的方法有模型法、统计法、临界曲线法等[31-32]。在黄河中上游地区山洪研究中，有学者认为产汇流分析法获得的结果相对较为合理[33]。形成山洪的临界雨量具有较大不确定性，山洪是否形成、发展还与流域内植被、土壤、地质地貌等因素密切相关，考虑临界雨量与下垫面状况的耦合、发布较可靠的实时临界雨量已成为新的研究热点[34]，而黄土高原地区关于临界雨量的研究成果相对较少。黄河中游山地丘陵区土壤侵蚀严重，地表支离破碎，地质环境脆弱，临界雨量对降雨变化和初始湿润条件十分敏感[35]，准确解释黄土地区山洪产生的驱动因素及其发生发展的内在机理存在较大困难，应深入探究水土相互作用及其时滞效应，将山洪灾害作为小流域滑坡—崩塌—泥石流等灾害链中的重要环节进行深入研究。 在气候变化和人类活动耦合下暴雨山洪的致灾机制方面的研究表明：山洪致災机制及预测预警的研究难度较大，是学术界长期关注的瓶颈问题[35]。随着全球气候变化和人类活动等的耦合，暴雨规律和下垫面条件变化，导致区域山洪致灾机制也发生变化[36]，使其研究难度加大并成为研究热点，考虑资料非一致性的水文分析已经成为现代水文学领域的一个重要研究方向[37]。长期以来，有关山洪致灾机制的研究多以暴雨这一外部动力条件为主，而对变化环境下流域下垫面等自身条件的改变考虑较少[38]。黄河中上游地区降水的时空分布差异较大，受气候变化影响强烈，水文要素发生变异给山洪灾害防治带来了新问题和新挑战。因此，气候变化条件下黄河中游暴雨的时空分布规律以及基于对极端降雨山洪反演与情景模拟的研究亟待深入开展。
（2）黄河中游地区黄土崩滑流灾害群发机理：地貌-气候耦合作用下崩滑流灾害区域模式与时空分异特征研究不足，崩滑流灾害与河流互馈机制研究相对较少。
厘清黄河中游地貌-气候耦合作用模式、概化黄土崩滑流群发的孕灾背景，是揭示灾害群发机理的理论基础。基于万年及千年尺度的地质灾害和气候响应分析表明，黄河中游地区地质灾害主要集中发生于气候转型期与温暖湿润期，与黄土中的古土壤发育期对应，表明了黄河中游黄土高原气候和地质灾害的关联性[39-40]。针对地貌-气候耦合作用模式的研究，大都倾向于大尺度空间规律研究，而忽略了小流域地貌演化过程的典型性。黄河中游地区黄土分布面积大、厚度大，气候变化具有特殊性[41]，定量描述地貌、气候演变规律及耦合作用下崩滑流区域模式仍缺少有效办法，尤其是在时空分异特征方面。宫清华等[42]考虑了气象、地形、水文、地质等多因素耦合的滑坡空间分异性，但对时间尺度的分异规律未进行研究。邱海军等[43]对陕北黄土高原不同地貌类型区黄土滑坡频率分布进行了研究，发现黄土丘陵区受滑坡灾害威胁最为严重，黄土滑坡灾害发育受地貌演变影响。区域性、季节性的气候变化（如降雨、冻融等）也是诱发崩滑流灾害的重要因素[44-47]，因此厘清地貌-气候耦合作用下崩滑流群发的时空变异性仍是当前的重要研究课题。
崩滑流灾害群发性机理与识别方面的研究表明：地质和地貌差异是崩滑流群发的必要条件[48]，地震和大气降水为崩滑流提供强大动力条件[49-50]，黄河中游部分地区植被不发育和人类活动频繁是崩滑流群发的重要因素[51-52]。Hewitt等[53]认为山体滑坡会持续影响区域地貌发育和流域演化，进而诱发泥石流灾害。罗昌谟[54]通过总结三明市群发性地质灾害发生的临界雨量，认为5 d内降雨量大于250 mm时滑坡、崩塌、泥石流等群发性灾害开始出现。黄土高原地区崩滑流群发在空间上具有不均匀性、流域集中性等特征，因此其群发机理除了受降雨落区影响外，还受地形、地层岩性、地震等多因素影响[18]。崩滑流群发的易发性识别非常重要，基于多源高分遥感、无人机技术和监测手段对滑坡、泥石流灾害易发性进行评价，已经从定性逐渐发展为定量的数学分析方法，代表性模型有物理确定性模型、SINMAP模型、TRIGRS模型、模糊集数理统计模型、以斜坡地质结构为基础的GMD模型等[55-57]。张春山等[58]对黄河上游地质灾害进行综合分区，并利用灰色关联分析方法确定了各因子对崩滑流灾害影响的权重值。Baartman等[59]指出，流域地貌变化模型与土壤侵蚀模型存在时间尺度上的差异，需要通过基于事件的土壤侵蚀与堆积体积计算对流域地貌演化的参数进行校正。Bout等[60]将两相泥石流方程、无限坡度法与全流域水文模型进行耦合，提出了浅层滑坡、泥石流和流域水文的综合建模方法，以期为崩滑流群发灾害的易发性评价提供新的途径。基于灾害形成背景的因子识别是认知黄河中游地区崩滑流群发成灾机理的重要方法，但是崩滑流成灾过程与流域气候、水文及地质条件的互馈作用存在时间和空间尺度的差异性，其动力过程研究依赖于精确的多尺度物理模型及岩土体的力学参数，而目前黄河中游地区崩滑流群发成灾机理的因子识别模型中缺少对植被和人类活动的考虑。
崩滑流灾害群发与河流交互作用方面的研究表明：河流与崩滑流灾害发育存在明显的相互影响关系，江河流域群发的崩滑流灾害会与河流产生交互作用。河流作用是诱发崩滑流灾害的重要因子之一，如水位波动越大的地带崩塌滑坡分布越密集[61]，河流的急流下切作用易导致边坡失稳进而引起崩塌、滑坡、泥石流等灾害[62];相反地，崩滑流的发生对河流会产生一定的作用。在崩滑流灾害与河流相互作用机理与演化过程方面，可基于多种模型[63]、利用多种软件[64]对崩滑流与河道交互运动学过程，包括运动路径、运动距离、影响范围、形态演化等进行模拟，研究松散碎屑物崩滑入河后对河流泥沙供给和河道形态的改变机理。然而，对黄河中游地区群发崩滑流灾害与河流的互馈作用过程与机理研究目前相对匮乏。
综上所述，黄河中游地区崩滑流成灾过程与流域地貌-气候作用存在时间和空间尺度上的差异性，其动力成灾成链过程研究须结合精确的多尺度物理模型及岩土体力学参数，并考虑动力过程与生态环境的互馈作用，该方面研究目前相对匮乏。
（3）黄河中游水土灾害链效应研究：水土灾害链区域模式与链式结构不明，考虑生态环境影响的灾害链效应与影响预测模型缺乏。
水土群发灾害具有从不明显的连续蠕变到瞬时突变的特点，在山洪—蠕动—滑动—泥流整个过程中各个事件相关，因此灾害链研究受到国内外学者的广泛重视。如瑞士Schimbrig滑坡使大量颗粒物质沿河道堆积，造成山洪侵蚀并逐渐转变为泥石流[65]。在黄土水土灾害链的区域模式与成灾机理方面的研究表明，灾害链形成是多种致灾因子共同作用的结果，且与孕灾背景相关。汶川地震诱发了大量灾害链，带来的灾害链效应为相关研究提供了丰富的素材[66-67]，其中崩—滑—成灾、崩—滑—湖—成灾、崩—滑—流—成灾是地质灾害链的主要形式[68-69]。灾害链形成机理研究须揭示岩土体灾变从孕育、发展直至止息的全过程，而灾害链致灾因子往往不是单一的，存在多种致灾因子，并伴随着灾害类型、灾害状态的转化[70-71]。 黄土灾害往往以灾害链形式出现，从一个灾种迅速转化为另外一個灾种，灾种之间呈现出因果关系[72]，例如黄土地裂缝会促使黄土滑坡的孕育、发展和形成，黄土滑坡形成后，在降雨、径流的作用下会演化成黄土泥流，造成更大的危害。黄土灾害链的相关研究总体较少，朱兴华等[73]将黄土灾害链的链式结构归纳为水力的扰动作用—土体湿陷变形—土层沉降—地裂缝—崩塌滑坡—泥流。目前，还没有关于黄土灾害链演化机制和动力学过程的系统性研究成果，零散的研究主要集中在沉降湿陷—地裂缝—崩滑转化机制的研究[74-75]、滑坡泥石流转化机制的研究[76-78]这两个方面。在黄土地质灾害链的动力学研究中，应把握以下研究内容（揭示黄土水土灾害链及动力学过程的突破口之一）：黄土强度与其结构性以及土水相互作用之间的关系[79]，黄土液化导致黄土滑坡演化成泥流灾害链的内部机制 [80-82]，黄土蠕变行为及强度衰减的致灾机理[78，83-84]。
黄土水土灾害链致灾效应与风险判识方面的研究表明：灾害链在时间与空间上的连续扩展往往具有累积放大致灾效应[85]。目前，关于灾害链放大效应的研究从静态—描述—解释向动态—模拟—启示的方向发展[86]，研究手段主要有地质调查[87]、理论模型分析[88-90]与数值模拟[91-92]等，从灾害链致灾结果调查、灾情累积放大机制、灾害链放大致灾过程等角度探索灾害链致灾效应。学者们尝试建立各类灾害链危害评估的模型（公式），如滑坡坝危害效应评估模型[93]、滑坡的几何形态预测公式[94]、泥石流堵江判据[95]、滑坡最大水平距离与各影响因素的关系[96]、滑坡堵江坝溃决洪水特征计算公式[97]。黄土水土灾害链复杂多变，研究表明其链式类型多[98-99]、演化过程特殊复杂[100]、运动距离远[101]、影响范围大，目前黄土水土灾害链演化机制尚不明确，灾害链致灾效应定量评价模型研究几乎是空白。灾害链致灾范围（滑体运动距离）受滑坡类型、规模和垂直落距等影响，王念秦等[102]提出了考虑黄土厚度、斜坡坡度、滑坡体平均厚度和滑动前滑体长度的黄土滑坡滑距预测模型，但滑体致灾还受地形条件[103]、滑体运动速度[104]等影响，目前还缺乏全面反映孕灾条件、运动过程约束（如沟道水文条件及沟道边界）、滑动物质“流固相变”的黄土水土灾害链放大致灾效应评价模型，以及考虑生态环境影响的灾害链消减效应评价模型，亟须开展深入研究。
（4）黄河中游地区水土灾害与生态环境互馈效应研究：水土灾害与生态环境双向作用的互馈模式研究不足，基于生态工程的水土灾害调控技术体系缺乏。
黄河中游地区严重的水土灾害已经成为经济社会高质量发展、生态文明建设的最大制约瓶颈。60多a来，黄河流域开展了坚持不懈的生态环境建设，但效果明显的部位主要是坡顶和缓坡地带，水土灾害仍未得到有效控制[105]。近年来全球性的气候变化，引起与水有关的极端气候事件（干旱及暴雨）频发，加剧了部分区域水土灾害，引起一系列灾害事件，尤其是以重力侵蚀为主的水土灾害，如无定河流域2017 年“7·26”暴雨导致沟道重力侵蚀非常普遍、一场暴雨新增切沟侵蚀平均强度达到1 127 m3/km2[106]，2011年连续强降雨导致西安灞桥滑坡[107]，多年灌溉与降雨共同作用导致泾阳南源和黑方台滑坡群[100，108]，这些事件都造成局部生态环境的进一步恶化。
黄河中游地区生态环境脆弱，生态环境与水土灾害的互馈机制极为复杂[109]。传统的观念认为，水土保持工程因减少了洪水径流量和洪水输沙量而减轻了水土灾害，植被对固坡发挥积极作用，例如植物根系具有固土作用，表现为浅根的加筋效应和深根的锚固作用[110-113]，植物的蒸腾吸水会增大土体吸力，从而降低土体非饱和渗透性、提高土体抗剪强度[114]，因此植被根系对土体的加固效应遏制了面状水土流失及浅层崩滑[115-116]，促进了生态环境的向好发展。但是也有一些研究表明，水土灾害与生态环境之间并非简单的正负互馈关系，良好的生态环境并非完全有利于减轻水土灾害，如黄河中游黄土高原植被恢复可造成土壤水分缺乏，使得黄土更加干燥、更易受到风和水的侵蚀，进而导致黄土边坡破坏与崩滑流灾害的发生[100，117]。因此，生态系统在缓冲自然灾害方面的作用存在很大的不确定性[118]，在森林覆盖率提高的同时，森林蒸腾量会增加，导致较大的耗水量[41，119]，使土地变得更加干燥[120]、地表及地下径流量显著减少[121];当植被根系加固深度远小于深层滑坡的滑面埋深时，与植物根系相关的裂隙、根-土间隙和孔洞（根孔和虫孔等）为水流入渗提供了优势通道，因而土体在短历时强降雨过程中容易达到饱和状态，进而诱发浅层滑坡[122-124]。例如：1998年8月，连续6 d的强降雨（累计降雨量1 200 mm）在日本中东部Fukushima县植被覆盖度接近100%的100 km2范围内诱发了1 000多处深度为1～3 m的浅层滑坡[125];2013年7月，位于子午岭林区的陕西省北部富县全境普降暴雨，在植被覆盖率达90%的任家台林场发生37处规模不等的滑坡，滑坡密度远高于相近降雨条件下的非林区滑坡密度[126];2015年9月，暴雨在云南漭水镇共裕村和麻地村引发规模不等的土质滑坡千余处，其中绝大多数为浅层滑坡，这两个村的植被覆盖率在90%以上[127]。由此可见，植被对边坡稳定的影响是复杂的，有积极固坡的方面[128]，也有不利促滑的方面[129]。
综上所述，量化水土灾害与生态环境的关系、明晰生态环境与水土灾害互馈效应，是当前水土灾害生态防治研究的核心。目前，受限于土壤学、生态学、工程地质学等学科之间的壁垒，水土灾害与生态环境之间的时空关系、模式不清，相互作用机制不明，缺乏水土灾害与生态环境互馈机制的系统深入研究，缺少基于生态的防灾减灾理论体系。
3 黄河中游地区水土灾害研究方向与建议
（1）黄河中游水土灾害研究发展方向。综上所述，在复杂地质条件、极端气候变化和强烈人类工程活动影响下，黄河中游地区水土灾害群发机理与灾害链效应研究方向有：一是极端降雨作用下山洪成灾规律，主要涉及山洪成灾的时空响应规律、不同致灾情景下暴雨洪水的模拟等;二是地貌-气候耦合作用下黄土崩滑流灾害群发机理，主要涉及黄土崩滑流灾害群发的时空分异特征与动力模式、崩滑流灾害与河流交互影响机制研究等;三是黄土水土灾害链效应，主要涉及水土灾害链效应的区域模式与链式结构、考虑生态环境影响的灾害链放大效应与预测理论模型研究等;四是水土灾害与生态环境互馈效应，主要涉及生态环境与黄土水土灾害的互馈模式、基于生态工程的水土灾害调控技术研究等。 黄河流域具有复杂的地质构造、地貌演化、气候变化过程，中游地区生态环境脆弱，其水土灾害孕育过程本质上是复杂的地球内外动力共同作用的结果。而水土灾害动力学过程与生态环境互馈影响，地质安全与生态安全又影响着人地协调关系，地质安全与生态安全的互馈平衡关系一直是学术界探讨的热点与难点，因此亟须厘清黄河流域水土灾害的孕育历史、动力学过程、致灾效应。如何从耦合联动孕灾角度揭示地质、地表、气候过程与水土灾害群发响应机制，从致灾效应角度揭示水土灾害链动力学过程，从地质安全与生态安全角度建立水土灾害与生态环境互馈理论，进而提出基于水土灾害与生态环境互馈效应评价的生态减灾技术，是研究黄河中游地区水土灾害效应亟待突破的关键科学问题。
（2）关于黄河中游地区水土灾害研究的建议。黄河中游地区水土灾害表象于河、形成于域、根植于地[130]。黄河中游地区地貌演化的典型性、气候过程的多变性和人类活动的强干扰性，使地质地貌演变过程与人类活动过程互馈影响，人类依赖于流域又作用于流域，不断改变着流域的地质环境、水环境和生态环境，同时流域灾害也给人类工程活动安全带来挑战[131]。因此，面对黄河中游地区水土灾害的高风险性，亟须以地球系统科学理论为指导，突出学科交叉融合，从“地、域、河”空间尺度阐明黄河中游地区水土灾害的区域模式、动力学机制、灾害链生与生态环境互馈效应，从“人地协调观”角度建立黄河中游地区水土灾害综合风险评估模型与防控理论，以保障流域地质与生态安全。具体建议：阐明黄河中游地区地质环境-气候-人类活动耦合作用下水土灾害时空分异规律与区域群发机制、灾害群发与河流动力互馈过程;探明水土灾害链的区域模式、链式结构、灾变临界条件、动力学演化机制，实现不同时空尺度的水土灾害链致灾效应评价;构建水土灾害与生态环境系统互馈平衡理论与互馈效应评价体系，提出基于生态工程的水土灾害调控技术方法;给出黄河中游地区人地失调的地质环境效应与人地协调的地质安全保障策略，力争在水土灾害机制与风险防范问题研究上实现原创突破，更好地服务于黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略。
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【责任编辑 张智民】