泥石流是含有大量固体物质(泥、沙、石)的特殊洪流,为高浓度的液相、固相混合流。泥石流暴发过程中,有时山谷雷鸣,地面振动;有时浓烟腾空,巨石翻滚。混浊的泥石流体沿着陡峻的山涧峡谷冲出山外,堆积在山口。它发生突然,来势凶猛,历时短暂,破坏力强,给人民生命财产造成巨大损失。
一、泥石流的形成条件及影响因素
1. 泥石流的形成条件
泥石流的形成,必须具备 3 个条件:有丰富松散的固体物质、充足的水源和陡峻的地形。
松散固体物质 丰富松散的固体物质,是泥石流形成的必要条件。而物质来源决定于地层岩性、地质构造、新构造运动与地震、不良地质现象等因素影响。
从岩性讲,第四系各种成因的松散堆积物最容易受到侵蚀、冲刷。因而山坡的残积和坡积物,沟床的冲积和洪积物,以及崩塌、滑坡所形成的堆积物等,都经常是泥石流固体物质的主要来源。巨厚层冰碳堆积物和冰水堆积物则是我国冰川型、融雪型泥石流固体物质来源。
水源条件 水不仅是泥石流的组成部分,也是松散固体物质的搬运介质。根据自然环境和气候条件的不同,泥石流水源有暴雨降水、冰雪融水、水库溃决等。我国泥石流水源主要由暴雨形成。各地区因暴雨分布和降雨特征的差异,形成了典型的区域性泥石流特征。北方雨量小,泥石流暴发数量也小,南方雨量大,泥石流暴发频繁。地形的起伏,使暴雨发生再分布,迎风坡可使暴雨得到加强,使泥石流集中发育。在暴雨中心,泥石流会更加活跃。
地形条件 形成泥石流的地形特征是地形陡峻,沟谷坡降大。这种特征不仅给泥石流的发生提供了动力条件,而且陡峭的山坡使植被难以生根,在暴雨作用下,面蚀严重,极易产生坍塌,为泥石流提供丰富的固体物质。如我国东川地区蒋家沟泥石流,就明显具有上述特点,因而该泥石流携带大量固体物质,来势猛烈,破坏性强。
2. 影响泥石流形成的因素
泥石流发生的规模大小和类型与许多因素有关,但主要有地质构造、新构造运动、地震、不良地质现象和人为等因素。
地质构造 地质构造是形成泥石流的主要因素。在深大断裂及其派生的次级断裂带,强烈褶皱带,岩石破碎,能给泥石流提供丰富的固体物质。所以泥石流沟的分布往往与大断裂带分不开。背斜核部的张性断裂带及其邻近地段,因岩石破碎,也往往是泥石流的发育地带。软硬相间的互层构成的单斜构造地段,在山坡再造过程中也易为泥石流的形成提供固体物质。
新构造运动和地震 新构造运动,使地壳上升,河谷下切,有利形成陡峻地形。特别是在垂直差异性运动地区,泥石流沟更加集中,活动更加频繁。如安宁河大断裂的近期活动,加之横向断裂的切割,使其两岸差异性上升,东岸较西岸上升快,沟谷下切深,谷坡剥蚀较迅速,因而东岸泥石流也较西岸发育。
各地区新构造运动的表现不尽相同,在地貌上凡是出现阶梯的地段,都是新构造运动明显差异的地段,这些地段往往都有泥石流发育。
不良地质现象 这里主要指的是滑坡、崩塌、错落、堆塌及暂时性流水所形成的冲沟引起两岸坍塌等。这些现象对泥石流物质聚集起着重要作用。
人为活动影响 不合理地开垦耕地、砍伐森林、堆弃废渣等,常常要造成自然条件的破坏,增加固体物质补给量,导致泥石流的发生和发展。
二、泥石流的特征
1. 泥石流的分区特征
泥石流的地貌特征根据泥石流沟的地貌特征,一般可划分为形成区、流通区和堆积区。(见图 5.6)
图 5.6 典型泥石流沟示意图
泥石流形成区 泥石流的形成区位于流域的上游区段,多为高山环抱的山间盆地,呈漏斗状或树冠状的山坡坡度多在30°~60°,是泥石流松散固体物质和水源供给区。如果该区面积大、山坡陡、冲沟发育,则集流快、泥石流规模大、形成迅速,反之则泥石流较弱。
泥石流流通区 泥石流流通区,位于泥石流沟的中下游,是泥石流搬运通过的地段。一般泥石流沟槽地形较顺直,沟槽坡度大,多陡坎和跌水,沟床纵坡常在 15‰~40‰,最大的达 55‰。常见陡坎高度 5~20 m,有的达到 80~100 m,这种地貌特征为泥石流迅猛通过创造了条件。流通区的长短、曲直和坡度陡缓对泥石流强弱有很大影响,当纵坡陡峻而顺直时,泥石流流势强,反而则易堵塞和淤积。
有的泥石流流通区、形成区和堆积区相互穿插,形成宽窄相间的串珠状河段,有的山坡形泥石流,流通区很短,甚至不存在流通区。
泥石流堆积区 多在沟谷的出口处。地形开阔,纵坡平缓,泥石流至此多漫流扩散,流速减低,固体物质大量堆积,形成规模不同的堆积扇。
2. 泥石流的径流特征
泥石流由于含有大量的固体物质,其流态、流速、流量及运动特征与一般洪流均有很大区别。
流态特征 泥石流是固相、液相混合流体。随其物质组成及稠度的不同,流态也随之不同。细颗粒物质少的稀性泥石流,流体稠度小,容重轻,黏度小,浮托力弱,呈多相不等速紊流运动。块石流速比泥沙和浆体流速小,石块呈翻滚、跃移状运动,泥石流流向不固定,容易改道漫流,有股流、散流和潜流现象。(www.daowen.com)
流速、流量特征 泥石流流速,不仅受地形控制,还受内外阻力的影响。由于泥石流挟带较多的固体物质,本身消耗动能大,故使流速小于或等于洪水流速。此外稀性泥石流沟槽颗粒粗大,河床粗糙度大,故流速一般偏小。黏性泥石流含黏土颗粒多,颗粒间黏聚力大,整体性强,惯性作用大,故与稀性泥石流相比,流速相对较大。
泥石流的直进性和爬高性 泥石流与洪水相比,具有强烈的直进性和冲击力。一般泥石流稠度越大,运动惯性也越大,直进性就越强,颗粒越粗大,冲击力就越强。因而泥石流在急转弯的沟岸,或遇到阻碍时,产生弯道超高,或冲起爬高。
泥石流漫流改道 漫流改道是泥石流最普遍的现象,当泥石流冲出沟口后,由于地形突然开阔,坡度变缓,因而流速减小,携带物质逐渐淤积下来。但由于泥石流运动的直进性特点,它总是首先取道于正对沟口堆积扇的轴部堆积,而后向两翼漫流堆积,待两翼淤高后,主流又回到轴部。如此往复,形成支汊密布泥石流堆积扇。堆积扇上支汊的沟槽甚浅,对泥石流没有多大约束力,流量稍大时,甚至在流量不满沟槽时,也可能因局部受阻而引起漫流。
泥石流的周期性 同一个地区,由于影响泥石流形成的诸因素,如洪水期、地震等周期性地出现变化,因而泥石流的发生、发展也出现周期性变化的规律。
三、泥石流的分类
1. 按泥石流流域地貌形态分类
根据泥石流流域特征,将泥石流分为沟谷型泥石流和山坡型泥石流。
沟谷型泥石流 沟谷明显,流域呈长条形、瓢形或树枝形。流域可明显划分为形成区、流通区和堆积区。
山坡型泥石流 山坡型泥石流,沟谷浅、坡度陡、流程短。沟谷与山坡基本一致,无明显的流通区和形成区。面蚀和沟底冲刷严重,堆积扇呈锥形。
2. 按泥石流流体性质分类
泥石流组成物质不同,反映在泥石流流体性质上也不同。根据泥石流流体性质,可分为黏性泥石流和稀性泥石流。
3. 按挟带物质分类
根据挟带泥沙物质可分为泥流、泥石流和水石流。
泥流 泥流中所含的固体物质主要是细粒泥沙,仅有少量的碎石岩屑。黏度大,呈黏泥状,有时出现大量泥球。这种泥石流主要分布在我国西北黄土高原地区,如甘肃的兰州、天水及青海的西宁、乐都等地区。
泥石流 泥石流为含大量细颗粒物质(粉沙、黏土等)和巨大石块、漂砾所组成。主要发生在花岗岩、片麻岩、板岩、千枚岩和页岩分布地区。
水石流 在石灰岩、大理岩、白云岩和部分花岗岩、砾岩山区形成的泥石流。主要由大石块、水和稀泥浆组成,故称水石流。水石流主要分布在我国华山、太行山、北京西山及辽西山地等地区。
四、泥石流防治措施
1. 排导工程
为避免泥石流流出山口后造成危害,常采用导流排放措施。这类工程主要有导流堤、急流槽、束流堤和渡槽等,有时也采用明洞和隧道,让泥石流在其上通过。
2. 拦挡工程
拦渣坝 拦渣坝的作用主要是拦渣滞流,固定沟槽。坝的设置可在沟口,建筑较高的坝体,拦截大盘固体物质,形成泥石流库。也可在一条沟内建多座低坝,称为“谷坊坝群”,使它在一定时间内,拦挡泥石流固体物质,淤缓沟床纵坡,减少流速,从而减少洪峰和固体物质下泄量,对泥石流流势起削弱作用。同时利用坝前的淤积物,既可防止沟床继续下切,也保护岸坡不再发生侧蚀,对泥石流发展起到抑制作用。
泥石流储淤场 储淤场是指在较平缓的堆积扇上或较宽阔的沟内,修筑拦截建筑物,促使泥石流落淤的场地,其作用是在一定期限内,让泥石流物质在指定地段内淤积,从而减少泥石流固体物质下泄量。
3. 综合整治
泥石流的综合治理,是根据泥石流的危害及性质,采取多种工程措施和生物措施,在流域内山水林田统一规划,综合治理,以防止或减少泥石流的危害的综合治理工程。如拦截条件良好,具备建坝蓄水,修建支挡、拦渣、储淤工程和排泄工程的有利条件;该区雨量充沛,气候温和,日照多,冰冻期短,造林育草恢复植被条件优越。在这些有利条件下,全面规划,分期施工,在上游修建水库,下游修筑拦渣坝、停淤场和导流堤等工程建筑物,在流域内造林育草、合理放牧。
【专业词汇】 崩塌、滑坡、泥石流。
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