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泥石流灾害

/debris flow hazards/
条目作者杨坪

杨坪

最后更新 2024-12-04
浏览 161
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发生在山区中一种含大量泥沙、石块的介于洪水和土石滑体之间的暂时性流体。

英文名称
debris flow hazards
所属学科
土木工程

泥石流容重一般在1.2~2.4吨/米3,由固体物质(泥沙、石块)和液体(水)两相物质组成。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,其体积含量最少为15%,最高可达80%左右,因此比洪水更具有破坏力。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及黏土的黏稠泥浆组成。泥石流的固体物质粒径分布范围很宽、流体性质很不稳定,冲积和淤积是其主要危害。泥石流具有突然性以及流速快,流量大,物质容量大和破坏力强等特点。泥石流流动的全过程一般只有几个小时,短的只有几分钟,是一种广泛分布于具有特殊地形、地貌地区的自然灾害。

形成泥石流的流域可划分为形成区(上游)、流通区(中游)和堆积区(下游)(图1)。

形成区(上游)。多为三面环山,一面出口的半圆形宽阔地段,周围山坡陡峻,多为30°~60°的陡坡。坡体往往光秃破碎,无植被覆盖,斜坡常被冲沟切割,且伴有崩塌、滑坡发育。

流通区(中游)。多为狭窄而深切的峡谷或冲沟,谷壁陡峻而坡降较大,且多陡坎和跌水。泥石流进入本区后具有极强的冲刷能力,将沟床和沟壁上的土石冲刷下来携走。

堆积区(下游)。多位于山口外或山间盆地边缘、地形较平缓之地。由于地形豁然开阔平坦,泥石流的动能急剧变小,最终停积下来,形成扇形、锥形或带形的堆积体,冲积洪积扇。

图1 泥石流形成示意图图1 泥石流形成示意图

泥石流的直进性和爬高性。泥石流黏稠度越大,运动惯性也越大,直进性就越强;颗粒越粗大,冲击力就越强。泥石流在急转弯的沟岸或遇到阻碍物时,常出现冲击爬高现象。在弯道处泥石流经常越过沟岸,摧毁障碍物,有时甚至截弯取直。

泥石流漫流改道。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,携带物质逐渐堆积下来。由于泥石流运动的直进性特点,首先形成正对沟口的堆积扇,从轴部逐渐向两翼漫流堆积;待两翼淤高后,主流又回到轴部。如此反复,形成支岔密布的泥石流堆积扇。

泥石流的周期性。在同一个地区,由于暴雨季节性变化以及地震活动等因素的周期性变化,泥石流的发生、发展也呈现周期性变化的规律。

按发育地形、成因、物质组成、流体分别进行分类(图2)。

图2 泥石流分类图图2 泥石流分类图

石流分布广泛。除南极洲外,各大洲都有泥石流的踪迹。泥石流最多的地区是欧洲阿尔卑斯山区、亚洲喜马拉雅山区、南北美洲太平洋沿岸山区和欧亚美各大洲内部的一些山区。中国是多山之国,泥石流分布受地形、地质和降水条件的控制,集中分布于两个带。一是青藏高原与次一级的高原与盆地之间的接触带;另一个是高原、盆地与东部的低山丘陵或平原的过渡带。在上面的两个分布带中,泥石流又集中分布在一些大断裂、深大断裂发育的河流沟谷两侧。在各大型构造带中,高频率的泥石流集中在板岩、片岩、片麻岩、混合花岗岩、千枚岩等变质岩系及泥岩、页岩、泥灰岩、煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布区。泥石流的分布还与大气降水、冰雪融化的显著特征密切相关。频繁遭受泥石流侵袭的区域主要分布在气候干湿季较明显、较暖湿、局部暴雨强大、水雪融化快的地区,如云南、四川、甘肃、西藏等。稀性泥石流发生频率较低,主要分布在中国东北和南方地区。

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。

泥石流发生的必要条件:①强降水。地表含水达到饱和状态,又遇短时大暴雨或特大暴雨。②固体碎屑物质。大量富含粉砂及黏土的固体碎屑物。③特殊地形。具备山高沟深、地形陡峻、沟床纵度大的特征,流域形状便于水流汇集。

泥石流防治原则是避强制弱、局部防护、重点处理、以防为主、综合防治(见表)。

主要防治措施

治理区域

措施

具体操作

成区

生物措施

保护原生植被,培育植被,即种树植草,合理耕牧,形成并维持较优化的生态平衡,减少松散物质的供给量

治水

适当采用修建水库,蓄水池塘的办法以减少集中洪水流量并达到缓洪的目的,以减少洪水的动力

治泥

平整坡地和沟头防护,防止沟壁坍塌及沟床下切加剧,治理滑坡,以减少松散泥沙含量,对山坡坡度大于25°的坡耕地,应弃垦还林还牧,或通过修建梯田减少水土流失

水土隔离

将上游大气降水或坡面汇水从下游泥沙区引开,使清水与泥沙不能接触,从而减少水量和防止冲刷。

拦挡

沟口以上筑坝拦截固体物质,形成泥石流库,特别是在一条沟内修建多道低坝,形成梯级泥石流库,以减缓沟床比降和泥石流的运动速度,起到减少下池洪峰流量和固体物总量,降低泥石流容重的作用。拦挡坝还可起到固坡,防止沟床继续发生内坡坍塌和沟岸侧蚀的作用,对泥石流的发展起抑制作用

停淤

利用泥石流在坡上淤积的特征,在堆积扇修建停淤工程,让泥石流固体物质在指定的地段停淤,以消减池内固体物质总量和洪峰流量

排导工程

包括导流堤、急流槽等。作用是因势利导,改善泥石流的流势和流向,防止漫流改道,让它在指定道路排泄

穿越工程

对铁路或公路穿过的泥石流区,不具备暗进施工条件,可采用深埋隧道;对在堆积扇地穿过的,标高略低于洞位,不具备暗进施工条件也可采用,对于山坡型稀性泥石流,流量大于20~50米3/秒,且下游有大河的地段,可采用渡槽,使泥石流在上方引导排泄

跨越工程

修建桥梁、涵洞,让泥石流从下方通过

防护工程

桥梁、隧道、路基及其他设施,须做一定的防护,建筑如护坡、挡槽、顺坝、丁坝等,以抵御或消除泥石流对建筑物、河岸的冲刷、冲击、侧蚀、淤埋等危害

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