分布在不同地区的泥石流,其形成条件、发展规律、物质组成、物理性质、运动特征及破坏强度等都具有差异性。
(1)泥石流的分类
1)按其流域的地质地貌特征分
①标准型泥石流 这是比较典型的泥石流,流域呈扇状,流域面积一般为十几至几十平方千米,能明显地区分出泥石流的形成区(多在上游地段,形成泥石流的固体物质和水源主要集中在此区)、流通区和堆积区,如图5.27(a)所示。
②河谷型泥石流 流域呈狭长形,流域上游水源补给较充分。形成泥石流的固体物质主要来自中游地段的滑坡和塌方。沿河谷既有堆积,又有冲刷,形成逐次搬运的“再生式泥石流”,如图5.27(b)所示。
③山坡型泥石流 流域面积小,一般不超过1 km2。流域呈斗状,没有明显的流通区。形成区直接与堆积区相连,如图5.27(c)所示。
图5.27
2)泥石流按其组成物质分
①泥流 所含固体物质以黏土、粉土为主(占80%~90%),仅有少量岩屑碎石,黏度大,呈不同稠度的泥浆状。主要分布于甘肃的天水、兰州及青海的西宁等黄土高原山区和黄河的各大支流,如渭河、建水、洛河、泾河等地区。如1964年7月20日夜间兰州洪水沟暴发一次规模较大的泥流,冲进居民区,造成较大损失。
②泥石流 固体物质由黏土、粉土及石块、沙砾所组成。它是一种比较典型的泥石流类型。西藏波密地区、四川西昌地区、云南东川地区及甘肃武都地区的泥石流,大都属于此类。如1972年川藏公路某段对岸山坡,两条沟谷先后暴发泥石流堵断天全河,水位急涨淹没公路,严重阻碍交通。
③水石流 固体物质主要是一些坚硬的石块、漂砾、岩屑及沙等,粉土和黏土含量很少,一般小于10%,主要分布于石灰岩、石英岩、大理岩、白云岩、玄武岩及沙岩分布地区。如陕西华山、山西太行山、北京西山及辽东山地的泥石流多属此类,这与形成区的地质岩性有关。
3)泥石流按其物理力学性质、运动和堆积特征分
①黏性泥石流 黏性泥石流(又称结构泥石流),含有大量的细粒物质(黏土和粉土)。固体物质含量占40%~60%,最高可达80%。水和泥沙、石块凝聚成一个黏稠的整体,并以相同的速度作整体运动。大石块犹如航船一样漂浮而下。这种泥石流的运动特点,主要是具有很大的黏性和结构性。黏性泥石流在开阔的堆积扇上运动时,不发生散流现象,而是以狭窄的条带状向下奔泻。停积后,仍保持运动时的结构。堆积体多呈长舌状或岛状。由于黏性泥石流在运动过程中有明显的阵流现象,使得堆积扇的地面坎坷不平。这与由一般洪水或冰水作用形成的山麓堆积扇显著不同。黏性泥石流流经弯道时,有明显的外侧超高和爬高现象及截弯取直作用。在沟槽转弯处,它并不一定循沟床运行,而往往直冲沟岸,甚至可以爬越高达5~10 m的阶地、陡坎或导流堤坝,夺路外泄。同时,这种泥石流往往以“突然袭击”的方式骤然爆发,持续时间短,破坏力大,常在几分钟或几小时内把几万甚至几百万立方米的泥沙石块和巨砾搬出山外,造成巨大灾害。
②稀性泥石流 稀性泥石流(又称紊流型泥土流)是水和固体物质的混合物。其中水是主要的成分,固体物质中黏土和粉土含量少,因而不能形成黏稠的整体。固体物质占10%~40%。这种泥石流的搬运介质主要是水。在运动过程中,水与泥沙组成的泥浆速度远远大于石块运动的速度。固液两种物质运动速度有显著的差异,属紊流性质。其中的石块以滚动或跃移的方式下泄。稀性泥石流在堆积扇地区呈扇状散流,岔道交错,改道频繁,将堆积扇切成一条条深沟。这种泥石流的流动过程是流畅的,不易造成阻塞和阵流现象。停积之后,水与泥浆即慢慢流失,粗粒物质呈扇状散开,表面较平坦。稀性泥石流有极强烈的冲刷下切作用,常在短暂的时间内把黏性泥石流填满的沟床下切成几米或十几米的深槽。
(2)泥石流的形成条件
根据泥石流的特征,要形成泥石流必须具备一定的条件。首先,流域内应有丰富的固体物质、并能源源不断地补给泥石流;其次,要有陡峻的地形和较大的沟床纵坡;最后,在流域的中、上游,应有由强大的暴雨或冰雪强烈消融及湖泊的溃决等形式补给的充沛水源。凡是具备这三种条件的地区,就会有泥石流发育。此外,泥石流的形成除与山区的自然条件有关外,尚和人类生产活动有密切关系。
丰富的固体物质来源决定于地区的地质条件。凡泥石流十分活跃的地区都是地质构造复杂、断裂褶皱发育、新构造运动强烈、地震烈度大的地区。由于这些原因,致使地表岩层破碎,各种不良物理地质现象(如山崩、滑坡、崩塌等)层出不穷。为泥石流的丰富的固体物质来源创造了有利条件。
泥石流流域的地形特征也很重要。一般是山高沟深,地势陡峻,沟床纵坡大及流域形状便于水流的汇集等。完整的泥石流流域,上游多为三面环山、一面有出口的瓢状或斗状围谷。这样的地形既有利于承受来自周围山坡的固体物质,也有利于集中水流。山坡坡度多为30°~60°,坡面侵蚀及风化作用强烈,植被生长不良,山体光秃破碎,沟道狭窄。在严重的坍方地段,沟谷横断面形状呈“V”形。中游,在地形上多为狭窄而幽深的峡谷。谷壁陡峻(坡度在20°~40°),谷床狭窄,纵比降大,沟谷横断面形状呈“U”形。如通过坚硬的岩层地段,往往形成陡坎或跌水。大股泥石流常常迅速通过峡谷直泄山外。小股泥石流到此有时出现壅高停积现象。当后来的泥石流继续推挤时,才一拥而出,成为下游所见破坏力很大的泥石流。泥石流的下游,一般位于山口以外的大河谷地两侧,多呈扇形或锥形,是泥石流得以停积的场所。
形成泥石流的水源决定于地区的水文气象条件。我国广大山区形成泥石流的水源主要来自暴雨。暴雨量和强度越大,所形成的泥石流规模也就越大。如我国云南东川地区,一次在6 h内降雨量达180 mm,形成了历史上少见的特大暴雨型泥石流。在高山冰川分布地区,冰川积雪的强烈消融也能为形成泥石流提供大量水源,冰川湖或由山崩、滑坡堵塞而成的高山湖的突然溃决,往往形成规模极大的泥石流。这样的例子在西藏东南部是很多的。(www.daowen.com)
除自然条件外,人类的经济活动也是影响泥石流形成的一个因素。在山区建设中,由于开发利用不合理,就会破坏地表原有的结构和平衡,造成水土流失,产生大面积坍方、滑坡等。这就为形成泥石流提供了固体物质,使已趋稳定的泥石流沟复活,向恶化方向发展。
从形成泥石流的条件中可以看出,泥石流流域内固体物质的产生过程(即岩石性质的变化,岩体的破碎)是一个漫长的逐渐积累的过程,而固体物质补给泥石流又常常是以突然性的山崩、滑坡、崩塌等方式来实现。当这些固体物质崩落在陡峻的沟谷中与湍急的水流相遇时,才能形成泥石流。总之,固体物质的积累过程(包括水对固体物质的浸润饱和和搅拌过程),较之泥石流的突然暴发,是一个缓慢的孕育过程。当这个过程完成时,随之而来的就是来势凶猛的泥石流了。这一特点,对于认识泥石流的分布规律,爆发率及其特征,具有重要意义。
根据泥石流的形成条件,泥石流具有一定的区域性和时间性的特点。泥石流在空间分布上,主要发育在温带和半干旱山区以及有冰川分布的高山地区。在时间上,泥石流大致发生在较长的干旱年头之后(积累了大量的固体物质),而多集中在强度较大的暴雨年份(提供了充沛的水源动力)或高山区冰川积雪强烈消融时期。
我国泥石流主要分布于西南、西北和华北山区。如四川西部山区,云南西部和北部山区,西藏东部和南部山区,秦岭山区,甘肃东南部山区,青海东部山区,祁连山、昆仑山及天山山区,华北太行山和北京西山地区,鄂西、豫西山区,等等。
典型的泥石流流域,从上游到下游一般可分为3个区:即泥石流的形成区、流通区和堆积区。
泥石流的形成条件
①地形条件
a.上游形成区的地形多为三面环山,一面出口的瓢状或漏斗状,地形比较开阔,周围山高坡陡。
b.中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷,谷床纵坡大。
c.下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地。
②地质条件
a.地质构造:地质构造复杂,断层发育,新构造活动强烈,地震烈度较高。
b.岩性:结构疏松软弱,易于风化。节理发育的岩层,或软硬相间成层的岩层。
③水文气象条件
a.短时间内突然性的大量流水:强度较大的暴雨;冰川、积雪的强烈消融;冰川湖、高山湖、水库等的突然溃决。
b.水的作用:浸润饱和山坡松散物质,使其摩阻力减小,滑动力增大,以及水流对松散物质的侧蚀掏空作用。
④其他条件
如人为地滥伐山林,造成山坡水土流失;开山采矿、采石弃渣堆石等,往往提供大量松散固体物质来源。
上述条件概括起来为:a.有陡峻便于集水、集物的地形;b.有丰富的松散物质;c.短时间内有大量水的来源。此三者缺一便不能形成泥石流。
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