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第12章 泥沙洪流——认识泥石流灾害(3)

例如甘川公路394公里处对岸的石门沟,1978年7月暴发泥石流,堵塞白龙江,公路被淹1公里,白龙江改道使长约两公里的路基变成了主流线,使公路、护岸及渡糟全部被毁。该段线路自1962年以来,受对岸泥石流的影响3次后被迫改线。

3.对水电、水利工程的危害

主要是冲毁引水渠道、水电站及过沟建筑物,淤埋水电站尾水渠,并磨蚀坝面、淤积水库等。

4.对矿山的危害主要是摧毁矿山及其设施,伤害矿山人员、淤埋矿山坑道、造成矿山停产,甚至使矿山报废。

我国西部山区的大部分矿山存在着不同程度的泥石流威胁或危害。

经常发生淤埋矿区、毁坏矿井的现象,导致某些矿产开采比较困难,浪费或破坏了大量的矿产资源。贵州的六盘水煤矿、四川的攀枝花铁矿、云南的东川铜矿和新建的神府—东胜煤田均有大量的泥石流活动,严重威胁或危害着矿产的开采和矿区的安全。

5.泥石流对农田的危害

泥石流活动过程中,因支沟泥石流的活动,使泥石流沟中上游的土地遭到严重破坏,耕地成为被侵蚀的劣地;泥石流是造成土地侵蚀荒漠化的主要营力之一,下游和土地(包括耕地)遭到泥石流淤埋,就成为沙砾滩。

6.泥石流对江河的危害

黄河、长江日益突出的江河泥沙灾害与泥石流活动密切相关。

长江三峡以上的泥沙,特别是粗颗粒泥沙,可能主要起源于流域内的6800条泥石流沟,无论是嘉陵江、金沙江还是岷江,很大一部分泥沙来自泥石流活动区,这些江河经过泥石流活动区后,含沙量通常急骤增加。黄河的泥沙主要来自黄土高原,黄土高原的陕北、晋西、陇西和陇东四个泥石流活动区,正是黄河泥沙的主要供给区。因此近年来,日益明显的“小水大灾”在珠江、长江、淮河均有发生。即洪峰流量相对的比较小,但洪水水位很高,洪水灾害严重。导致这种情况的原因很多,但主要原因是河道淤积。

另一种情况是“枯水流量锐减,甚至断流”,近年来,黄河经常出现这种现象,西部山区许多中小型河流,这种现象也比较明显。当然其因素也很多,但主要是河床淤积展宽,流域生态环境恶化造成的。因此,泥石流的危害,通过其输入江河的泥沙,伸展到平原地区,对平原区的可持续发展也造成一定的影响。

7.泥石流对环境的影响

泥石流对山区的村寨、城镇、交通、农田、工矿等造成严重危害,不但使人类的生存和发展环境受到直接影响,而且还影响到矿产、土地、森林和淡水等资源的保护和利用。同时,泥石流把大量泥沙输入江河,加剧了江河的泥沙灾害,把泥石流危害延伸到平原。因此对于泥石流的危害,不仅要调查与研究直接受害对象,而且要高度重视其对周围环境产生的消极影响。泥石流灾害越是严重的地区,这里的地质环境、自然环境和生态环境也越是恶劣。例如,云南小江流域,在200—300年以前,这里是森林葱郁、山青水秀的好地方,但经过几个时代自然环境遭到了开矿、伐薪炼铜、开垦荒地等破坏,再加上松动薄弱的地质岩性条件,泥石流开始发生,到现在已发展成我国甚至世界上自然环境、地质环境和生态环境最恶劣的地区。

泥石流伴生现象

泥石流是泥沙、石块与水相混合的流动体,与一般的洪水不一样,它含有大量固体碎屑物,在运动的过程中往往会产生巨大的动能,而且经常会出现一些不同于其他灾害的特点现象。

1.阵流现象

在黏性泥石流中经常会出现阵流现象。其主要特征是从泥石流开始直至结束,沿途出现多次泥石流龙头,也就是多次泥石流洪峰,每一次龙头出现的时间间隔长短不一。

2.巨大的轰鸣声与短暂的断流现象

许多时候在泥石流刚开始暴发的时候经常会听到从沟内传出的声音,就像响雷声或火车轰鸣声一样,地面也会出现轻微的震动,有的时候地面未发生响声以前,原来正在沟槽中流动的水体突然就会出现短时间的断流。随着响声越来越大,泥石流就像是狼烟一样滚滚而来。

因此,出现响声、断流等现象的时候表明泥石流马上就要到来了。

3.巨大的磨蚀、撞击现象

由于泥石流运动速度快,冲击力强,动能大,据研究测定,运动速度为5米/秒的砾径1米的大石块,冲击力可达140吨。泥石流中的大量泥沙在运动的过程中会对各种工程设施的表面进行磨蚀,从而导致一些工程不能起到原本的作用,从而报废。

4.遇障爬高与弯道超高

的直进性,当遇到明显的阻挡物或处于河道拐弯处时,泥石流并不会顺着沟谷平稳下泻,而是会对阻碍物或河岸凹侧进行直接冲撞。泥石流由于受阻,会被迫向上空抛起,这一冲击高度可达几米,甚至十几米。有的时候泥石流龙头甚至还会直接越过障碍物,对各种目标进行摧毁。比如北京密云县杨树沟在1991年6月10日发生了泥石流,小土梁阻碍了泥石流的前进,于是泥石流就摧毁了小土梁另一侧的房屋,根据测量,泥石流冲起的高度竟然超过了10米。

5.强劲的冲刷、刨刮与侧蚀

在沟谷的中上游时泥石流段具有铲刮沟床、强烈的冲刷作用,经常会使沟床基底裸露出来,岸坡出现垮塌的情况。除此之外,在中下游段时泥石流常会侧蚀淘刷河岸阶地,使岸边沿线的水利工程、道路交通、建筑物及农田受到破坏。

6.堵塞、淤埋现象严重

在沟内以及沟口较为宽缓的地方,随着地形纵坡度越来越小,泥石流流速也会迅速下降,大量泥沙石块也会随之停积下来,堵塞河道,淤埋道路、农田、建筑物、水库等目标。在泥石流规模较大的时候,冲出的物质会堆堵在河道,从而形成了一个临时的“小水库”,从而抬高了上游水位,如果这样的堵坝溃决以后就会出现洪水泥石流,接着会再一次危害到下游。比如四川大渡河南岸利子依达沟泥石流在冲出山口的时候,经过桥覆车后在短短的几分钟后对大渡河进行了拦腰堵截,断流时间竟然超过了4个小时,向向上游回水5公里,淹没了许多工矿设施等。

泥石流灾害有规律可循

泥石流灾害具有成灾快、历时短的特点,是突发性极强的一种灾害,所以具有极大的危害性,很难对其进行预防或者预测,尤其是那些泥石流低频的地区,对于泥石流的活动规律人们很难掌握,对其进行预报的难度就会更大。

一般情况下,泥石流发生在连续降雨之后,或是一次降雨的高峰期,具有季节性和周期性两大特点。

1.季节性

在我国,一些地区之所以会发生泥石流是与暴雨、连续降雨,特别是与特大暴雨集中降雨有很大的关系。所以,集中降雨时间规律与泥石流发生的时间规律相一致,季节性十分明显。通常发生在多雨的夏秋季节。由于每个地区集中降雨的时间不同,所以发生泥石流的时间也会有所不同。云南、四川等西南地区的降雨多集中于6—9月,所以6—9月是西南地区泥石流的多发季节;西北地区的降雨季节多集中在6—8月,特别是7月和8月降雨比较多,降雨强度也较大,所以这两个月是西北地区泥石流的多发季节。据不完全统计,在7月和8月发生泥石流的灾害占西北地区所有泥石流灾害的90%以上。

2.周期性

暴雨、地震、洪水往往会对泥石流的发生产生影响,而暴雨、地震、洪水的出现具有周期性的特点。

泥石流的发生及发展通常也具有周期性的特点,而且在很大程度上泥石流的活动周期和暴雨、地震、洪水的活动周期相一致。当洪水、暴雨的活动周期叠加在一起的时候,往往会形成泥石流活动的高潮。如在1966年,云南省东川出现了十几年来的强震期,加剧了东川的泥石流灾害。仅仅就东川铁路来说,在1970—1981年就受到了250多次泥石流的侵害。再比如1981年,东川达德线发生的泥石流灾害,成昆铁路的泥石流、宝天铁路、宝成铁路的泥石流,其发生的主要原因都是大周期的暴雨。总的来说,泥石流活动具有一定的周期性。比如北京山区平均约5年就会发生一次泥石流。云南小江流域几乎年年都会发生泥石流。自然条件不同,泥石流活动周期的长短也会有所差异。

泥石流很容易出现成群暴发的情况。

由于暴雨具有一定的分布空间,所以一次暴雨往往会引起数十条甚至上百条沟谷出现泥石流。比如北京山区在1969年有47条沟谷暴发泥石流,在1972年有60条沟谷暴发泥石流。由于泥石流群发性的特点,所以泥石流往往会造成大面积的灾害,且损失严重。比如北京1991年仅仅一次泥石流就造成了2.6亿元的经济损失。

泥石流的运动过程介于洪水、滑坡和山崩之间,是人为因素以及各种自然因素(气象、水文、地貌、地质等)综合作用的结果。

突降大暴雨或连续降暴雨,山区往往会暴发山洪。若是坡陡山高谷深,且有大量土石,大量土石就会混入其中,从而形成黏稠浑浊的泥石流。泥石流来势凶猛,常常突然发生,前进速度快,能量强大,破坏性极强。泥石流除了可以冲毁沿途的所有障碍物外,还会阻塞河流,掩埋乡镇农田。泥石流灾害的特点是危害严重、规模大、危及面广、活动频繁、重复成灾。

在世界范围内,泥石流区域分布广泛。除了南极洲以外,其他地方都会发生泥石流。泥石流最多的地区是南北美洲以及太平洋沿岸山区、亚洲喜马拉雅山区、欧洲阿尔卑斯山区等。

我国由于多山地,受到岩层断裂等地质构造的影响,很多山体陡峭,岩石没有稳固的结构,森林覆盖较少,遇到季风气候的大暴雨、连续阴雨天气,就会出现泥石流。

昆仑山、天山、黄土高原等山前地带、长白山、太行山泥石流危害十分严重。另外,台湾地区也常常发生泥石流。

有的地方把泥石流叫做走蛟、水泡、龙扒等。一般洪水和泥石流之间最根本的区别就是后者含有大量固体碎屑物,按其体积含量最高可达80%,最少为15%。

固体碎屑物不仅仅包括细小泥沙,也包括大量石块,有的石块重量甚至超过了千吨。泥石流活动具有不规则的周期性和显着的群发性特点,即有的时候在一个区域或者地区,由于暴雨致使几十条,甚至上百上千条沟谷暴发泥石流,波及范围超过几百平方千米。一年之内,泥石流活动通常会伴随融雪或暴雨洪水发生在春末、夏季和秋初。经过许多年的变化,泥石流活动的强弱、时间等会有所变化。泥石流与滑坡、崩塌之间不仅关系密切,同时也有很大的差异。三者之间关系密切是指它们的形成条件基本一致,所以这三者作为山地高原地区的主要地质灾害往往会伴随发生,从而形成灾害群。另外,滑坡和崩塌形成的松散岩土碎屑物为发生泥石流提供了必要的固体物质条件,也为该活动的发生创造了基础。还有的是由洪水、暴雨诱发的滑坡、崩塌发生后,很快就会发展为泥石流,使灾害过程得到了进一步的强化。

泥石流与滑坡、崩塌不仅在活动特征和活动过程上有差别,三者的主要动力来源也不一样:泥石流是以流水搬运、剥蚀、堆积作用为主,同时兼有重力地质作用的灾害现象,而滑坡和崩塌则是以重力地质作用为主的灾害现象。

冰川泥石流

冰川泥石流主要发育在现代冰川和积雪边缘地带,由冰雪融水或冰湖溃决洪水冲蚀形成的含有大量泥沙石块的特殊洪流。经常发生在增温与融水集中的夏、秋季节,晴、阴、雨天都可以产生。

同暴雨泥石流相比,冰川泥石流的规模较大且流动时间较长。世界上大约有10多个国家遭受着冰川泥石流灾害。

1.形成条件

形成冰川泥石流需要有较陡的地形,大量的冰碛、冰水沉积物和充沛的水量。

如中国西藏东南部古乡冰川谷中贮有4亿立方米的冰碛,上部冰川和积雪区突然增加的消融水或冰湖溃决水,居高临下地冲蚀冰碛,形成1953年特大的古乡泥石流。

据观测,触发泥石流的冰川融水比平时水量要大4—5倍,冰湖溃决水量常达100—1000万立方米。

2.类型

(1)按泥石流体的物理性质划分

按泥石流体的物理性质划分,可以分为黏性泥石流和稀性泥石流。黏性泥石流,每立方米容重达1.8—2.3吨,粘度大于3泊,呈十分黏稠的泥石流体。

稀性泥石流,每立方米容重为1.4—1.8吨,粘度小于3泊,具有紊流特征。

(2)按引起冰川泥石流的水源划分

按引起冰川泥石流的水源划分可以分为冰雪崩消融型泥石流、冰雪融水与降雨混合型泥石流、冰雪融水型泥石流、冰湖溃决型泥石流。

冰雪崩消融型泥石流主要是由地震等引起的雪崩或冰崩消融所酿成。

如1964年阿拉斯加地震使26条冰川同时发生大规模冰崩泥石流,最大的泥石流总量达250万立方米。

冰雪融水与降雨混合型泥石流主要是由降雨促进冰雪融化或直接供水形成的,在海洋性冰川和亚大陆性冰川区常见。

冰雪融水型泥石流是由于急剧增温,冰川、积雪强烈消融,洪水冲蚀冰碛物形成的,该类泥石流分布较普遍。

冰湖溃决型泥石流是由冰川湖水量突增,或冰川冰内、冰下排水系统疏通以及冰崩落入导致溃决而产生。

3.分布。

冰川泥石流主要分布在急剧消退的现代冰川区。如美国太平洋沿岸山区、阿拉斯加和南美洲委内瑞拉西北部的山区,前苏联高加索山和外伊犁山。

中国冰川泥石流分布广泛,在东经102°以西的10多个山系中均有发育,可以分为三个区。

(1)海洋性冰川泥石流区

该区主要包括念青唐古拉山南坡和横断山等冰川区,这里泥石流发生频繁且规模较大,如古乡泥石流自1953年暴发以来迄今不断,最多的一年发生85次,最长的流动时间达63.5小时。

(2)极大陆性冰川泥石流区

该区包括昆仑山、青藏高原腹部、天山东部和祁连山西段等冰川区,泥石流分布零星、规模小。

(3)亚大陆性冰川泥石流区

该区主要包括阿尔泰山、喀喇昆仑山、天山西段和祁连山东部等冰川区。多为冰湖溃决或突发性融水泥石流,有时规模较大。

4.危害和防治

冰川泥石流多发生在高山区,而且其规模较大,来势凶猛,预报较困难,常常形成大灾。

如秘鲁境内的科迪勒拉山区20世纪70年代以来,已经有6万人死于冰川泥石流。

通常以拦截为主进行防治,如苏联为保护阿拉木图城,在冰川湖下方设有120米高的大坝。中国目前以排导工程为多,道路桥梁多为高桥单跨。

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