一、什么是泥石流
泥石流是发生在山区的一种不良地质现象。在适当的地形条件下,大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质,使其稳定性降低,饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动,就形成了泥石流。它爆发突然,历时短暂,流动的全过程一般只有几个小时,短的只有几分钟,但因其高速前进,来势凶猛,可携带巨大的石块,具有强大的能量,因而破坏性极大,往往顷刻间给山区建设和人民生命财产造成严重灾害。它是一种广泛分布于世界各国一些具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害,是山区沟谷或山地坡面上,由暴雨、冰雪融化等水源激发的,含有大量泥沙石块,介于挟沙水流和滑坡之间的土、水、气混合流。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的黏稠泥浆组成。泥石流大多伴随山区洪水而发生。它与一般洪水的区别是洪流中含有足够数量的泥沙石等固体碎屑物,固体含量最少为15%,最高可达80%左右,因此比洪水更具有破坏力。影响泥石流强度的因素较多,例如,泥石流容量、流速、流量等,其中泥石流流量对泥石流成灾程度的影响最为主要。此外,多种人为活动也在多方面加剧了上述因素的作用,促进泥石流的形成。
二、泥石流能造成哪些危害
泥石流常常具有爆发突然、来势凶猛、迅速之特点,并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的双重作用,其危害程度比单一的崩塌、滑坡和洪水的危害更为广泛和严重。其主要危害是冲毁城镇、企事业单位、矿山、乡村,造成人畜伤亡,破坏房屋及其他工程设施,破坏农作物、林木及耕地。此外,泥石流有时也会淤塞河道,不但阻断航运,还可能引起水灾。它对人类的危害具体表现在4个方面。
(一)对居民点的危害
泥石流最常见的危害是冲进乡村、城镇,摧毁房屋及其他场所设施,淹没人畜,毁坏土地,造成村毁人亡的灾难。例如,1969年8月云南省大盈江流域弄璋区南拱泥石流,使新章金、老章金两个村被毁,97人丧生,经济损失近百万元。还有2010年8月7~8日,甘肃省舟曲爆发特大泥石流,造成1270人遇难,474人失踪,舟曲5千米长、500米宽的区域被夷为平地。
(二)对公路和铁路的危害
泥石流可直接埋没车站、铁路、公路,摧毁路基、桥涵等设施,致使交通中断,还可引起正在运行的火车、汽车颠覆,造成重大的人身伤亡事故。有时泥石流汇入河道,引起河道大幅度变迁,间接毁坏公路、铁路及其他构筑物,甚至迫使道路改线,造成巨大的经济损失。例如,甘川公路394千米处对岸的石门沟,1978年7月爆发泥石流,堵塞白龙江,公路因此被淹1千米,白龙江改道使长约2千米的路基变成了主河道,公路、护岸及渡槽全部被毁。该段线路自1962年以来,由于受对岸泥石流的影响已3次被迫改线。新中国成立以来,泥石流给我国铁路和公路造成了无法估计的损失。
(三)对水利水电工程的危害
主要是冲毁水电站、引水渠道及过沟建筑物,淤埋水电站尾水渠,淤积水库,磨蚀坝面等。
(四)对矿山的危害
主要是摧毁矿山及其设施,淤埋矿山坑道,伤害矿山人员,造成停工停产,甚至使矿山报废。
三、泥石流有哪些类型
(一)按物质成分分类
1.泥石流
由大量黏性土和粒径不等的砂粒、石块组成。
2.泥流
以黏性土为主,含少量砂粒、石块,黏度大,呈稠泥状。
3.水石流
由水和大小不等的砂粒、石块组成。
(二)按流域形态分类
1.标准型泥石流
为典型的泥石流,流域呈扇形,面积较大,从上游到下游能明显的划分出形成区、流通区和堆积区3个区段(图2-1)。
图2-1 典型的泥石流流域示意图
2.河谷型泥石流
流域呈狭长条形,其形成区多为河流上游的沟谷,固体物质来源较分散,沟谷中常年有水,故水源较丰富,流通区与堆积区往往不能明显分出。
3.山坡型泥石流
流域呈斗状,其面积一般小于1000平方米,无明显流通区,形成区与堆积区直接相连。
(三)按物质状态分类
1.黏性泥石流
含大量黏性土的泥石流或泥流。其特征:黏性大,固体物质占40%~60%,最高达80%。其中的水不是搬运介质,而是组成物质,稠度大,石块呈悬浮状态,爆发突然,持续时间亦短,破坏力大。
2.稀性泥石流
以水为主要成分,黏性土含量少,固体物质占10%~40%,有很大分散性。水为搬运介质,石块以滚动或跃移方式前进,具有强烈的下切作用。其堆积物在堆积区呈扇状散流,停积后似“石海”。
以上分类是中国最常见的两种分类。除此之外还有多种分类方法。例如,按泥石流的成因分类:水川型泥石流、降雨型泥石流;按泥石流流域大小分类:大型泥石流、中型泥石流和小型泥石流;按泥石流发展阶段分类:发展期泥石流、旺盛期泥石流和衰退期泥石流,等等。
中国由于山区面积很大,地质岩性复杂,加上陡峻地形和不良气候条件,是世界上泥石流发生较多的国家之一。天山、祁连山、昆仑山的前山地带,秦岭、太行山区,北京西山地区,辽西山地和吉林的长白山地区都有泥石流发生,而西藏东南部、滇西及滇东北、四川南部山区则更加频繁,是危害严重的典型泥石流区。
四、泥石流发生的条件
泥石流的形成需要3个基本条件:有陡峭便于集水集物的适当地形;上游堆积有丰富的松散固体物质;短期内有突然性的大量流水来源。
(一)地形地貌条件
在地形上具备山高沟深,地形陡峻,沟床纵坡降大,流域形状便于水流汇集。在地貌上,泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区3部分。上游形成区的地形多为三面环山,一面出口为瓢状或漏斗状,地形比较开阔,周围山高坡陡,山体破碎,植被生长不良,这样的地形有利于水和碎屑物质的集中;中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷,谷床纵坡降大,使泥石流能迅猛直泻;下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地,使堆积物有堆积场所。
(二)松散物质来源条件
泥石流常发生于地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造活动强烈、地震烈度较高的地区。地表岩石破碎,崩塌、错落、滑坡等不良地质现象发育,为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源;另外,岩层结构松散、软弱、易于风化、节理发育或软硬相间成层的地区,因易受破坏,也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源;一些人类工程活动,例如,滥伐森林造成水土流失,开山采矿、采石弃渣等,往往也为泥石流提供大量的物质来源。
(三)水源条件
水既是泥石流的重要组成部分,又是泥石流的激发条件和搬运介质(动力来源)。泥石流的水源有暴雨、冰雪融水和水库溃决水体等形式。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。
五、泥石流的发生规律
(一)季节性
我国泥石流的爆发主要是受连续降雨、暴雨,尤其是特大暴雨集中降雨的激发。因此,泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律相一致,具有明显的季节性。一般发生在多雨的夏秋季节。因集中降雨的时间的差异而有所不同。四川、云南等西南地区的降雨多集中在6~9月,因此,西南地区的泥石流多发生在6~9月;而西北地区降雨多集中在6,7,8三个月,尤其是7,8两个月降雨集中,暴雨强度大,因此西北地区的泥石流多发生在7,8两个月。据不完全统计,发生在这两个月的泥石流灾害约占该地区全部泥石流灾害的90%以上。
(二)周期性
泥石流的发生受暴雨、洪水的影响,而暴雨、洪水总是周期性地出现。因此,泥石流的发生和发展也具有一定的周期性,且其活动周期与暴雨、洪水的活动周期大体相一致。当暴雨、洪水两者的活动周期与季节性相叠加,常常形成泥石流活动的一个高潮。
(三)活动强度
泥石流的活动强度主要与地形地貌、地质环境和水文气象条件3个方面的因素有关。例如,崩塌、滑坡、岩堆群落地区,岩石破碎,风化程度深,易成为泥石流固体物质的补给源;沟谷的长度较大、汇水面积大、纵向坡度较陡等因素为泥石流的流通提供了条件;水文气象因素直接提供水动力条件。往往大强度、短时间出现暴雨容易形成泥石流,因此泥石流强度与暴雨的强度密切相关。
六、泥石流的诱发因素
(一)自然原因
岩石的风化是自然状态下既有的,在这个风化过程中,既有氧气、二氧化碳等物质对岩石的分解,有因为降水吸收了空气中的酸性物质而产生的对岩石的分解,也有地表植被分泌的物质对土壤下的岩石层的分解,还有霜冻对土壤形成的冻结和溶解造成的土壤的松动。这些原因都能造成土壤层的增厚和土壤层的松动。
(二)不合理开挖
修建铁路、公路、水渠以及其他工程建筑的不合理开挖。有些泥石流就是因为修建公路、水渠、铁路以及其他建筑活动,破坏了山坡表面而形成的。例如,云南省东川至昆明公路的老干沟,因修公路及水渠,使山体破坏,加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡,致使泥石流更加严重。又如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑,几乎每个工程都要劈山填海或填方,才能获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨,使正在施工的挖掘工程现场120人死于滑坡造成的泥石流。
(三)不合理的弃土、弃渣、采石
这种行为形成泥石流的事例很多。例如,四川省冕宁县泸沽铁矿汉罗沟,因不合理堆放弃土、矿渣,1972年一场大雨引起了矿山泥石流,冲出松散固体物质约10万立方米,淤埋成昆铁路300米和喜(德)-西(昌)公路250米,中断行车,给交通运输带来严重损失。又如甘川公路西水附近,1973年冬在沿公路的沟内开采石料,1974年7月18日发生泥石流,使15座桥涵淤塞。
(四)滥伐乱垦
滥伐乱垦会使植被消失、山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育,大大加重水土流失,进而使山坡的稳定性被破坏,崩塌、滑坡等不良地质现象发育,结果就很容易产生泥石流。例如,甘肃省白龙江中游现在是我国著名的泥石流多发区。而在一千多年前,那里竹树茂密、山清水秀,后因伐木烧炭,烧山开荒,森林被破坏才造成泥石流泛滥。又如甘川公路石坳子沟山上大耳头,原是森林区,因毁林开荒,1976年发生泥石流毁坏了下游村庄、公路,造成人民生命财产的严重损失。当地群众说:“山上开亩荒,山下冲个光”。
(五)次生灾害
由于地震灾害过后经过暴雨或是山洪稀释大面积的山体后发生的洪流。例如,云南省东川区从1966年起进入了近十几年的强震期,使东川泥石流的发展加剧。仅东川铁路在1970~1981年的11年中就发生泥石流灾害250余次。又如1981年,宝成铁路、宝天铁路泥石流,都是在大周期暴雨的情况下发生的。
七、泥石流的观测和普查
泥石流的普查主要是为调查研究泥石流对建设场地的影响和设计防治措施所进行的工程地质勘察。勘察方法以调查和工程地质测绘为主。测绘范围包括沟谷至周围分水岭地段和可能受泥石流影响的地段,必要时可进行适量的工程地质勘探、试验和动态监测工作等。调查研究的内容包括:收集当地降雨量、暴雨强度和泥石流发生的时间、频数、规模等资料;调查整个沟谷区的地质构造、地层岩性、地形地貌、松散层的分布、沟谷发育切割情况并估算汇水面积,在此基础上划分泥石流的形成区、流通区和堆积区。对形成区应调查:固体物质补给情况,不良地质现象,例如,滑坡、崩塌、岩堆等的发育情况和分布,水源类型,汇水条件,山坡坡度和植被,水土流失情况。对流通区应调查:沟谷纵坡、宽度,两侧山坡坡度,跌水、陡坎、弯道的分布等流通条件,有无修筑拦挡构筑物的条件。对堆积区应调查:堆积物的形态、分布,沟道摆动和冲淤情况,堆积物成分和粒径、层理和层厚,估算一次最大堆积量。泥石流的各种动态参数常用遥感技术或地面摄影测量进行监测。
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