暴雨泥石流活动、勘查、危险性评估及其防治.doc

52暴雨泥石流活动、勘查、危险性评估及其暴雨泥石流活动、勘查、危险性评估及其 防治防治第一部份第一部份 暴雨泥石流活动暴雨泥石流活动一、暴雨泥石流的基本概念一、暴雨泥石流的基本概念我国是一个多山之国，山地面积约占 2/3，山是江河之源，江河沟谷是地表径流对地表土壤产生侵蚀以后形成输送水和泥沙的通道，是一个天然的输送系统，其形成和发展过程都是地壳运动的必然结果沟源的侵蚀、水沙输移的强弱是流域特性的综合反映河流两岸自古以来就是人类活动集中的地方，人类赖以生存又深受其影响，随着人口增加和开发山区矿业以及发展工农业和国防事业的布局，人类活动正向山区发展近年来山地灾害有日益增长之势1 1、、泥石流是一种泥石流是一种不同于洪水、滑坡的不同于洪水、滑坡的特殊洪流特殊洪流泥石流是山区常见的一种灾害性的泥沙集中搬运现象，属于固、液两相流体运动泥石流防灾学是研究地表形态演化学科中新独立出来的一个分支，它是直接为国土开发，保证为人类安全生产建设服务的学科之一，它的发生和发展是地理环境、地质背景、气象因素和人类活动综合作用的结果在泥石流体中的固体物质的颗粒间充满水或泥浆，为松散结构，在运动过程中形成动接触，没有稳定的连接构造，是一种不稳定的流动体，因此和崩塌、滑坡体不同。

在这种流动体中固体物质含量和粒度组成大大超过一般洪水的极限含沙量和粒度组成常见范围，以及某些粘性物质含量超过某一限度后出现的特性等，从而使这些流动体又具有某种和洪水不同的特性，这就是我们需要认识既不同于崩塌滑坡，又不同于洪水，而是介于二者之间的泥石流532 2、、泥石流的形成机理泥石流的形成机理泥石流是一种特殊洪流是山区汛期常见的一种严重的水土流失（泥沙失稳搬运）现象它是泥沙在水动力作用下失稳后，集中输移的自然演变过程之一，具有严重的灾害性某些山区河流在汛期中由于暴雨或其它水动力如溃坝、冰川、融雪等作用于流域内不稳定的地表松散土体上，由于松散土体失稳参与洪流运动，因此水和泥沙在流域内形成二种汇流现象，一是水的汇流；二是泥沙的汇流这二种不同相的物质在共同的流动空间内混合而形成一种特殊的水，沙混合输移现象当这种特殊的流体中含沙量超过某一限值后，因其流动特性的变化而形成的一种特殊洪流，它对工程设计及环境的影响与洪水、滑坡不同而称为泥石流在一些植被较好的陡坡面，下伏基岩或不透水层埋藏较浅、前期降水充分，上覆松散土体饱水后，由于土体中 C、Φ 值降低和有压地下水的作用，也可能形成坡面泥石流3 3、泥石流的组构和运动特性、泥石流的组构和运动特性由于流体中所含泥沙来自不同坡面和不同区段上自然或人为的松散的非均质土石堆积体，运动边界很不稳定、变形显著，其粒度的级配变化很大，以及在运动过程中固液相汇流过程的不恒定性和泥沙沿程补给与落淤的随机性而使容重、流量呈高度不稳定性和不均恒性。

因为暴发突然，惯性大，运动呈直进性，历时短暂，故搬运能力和破坏能力极大沿程泥沙的运动和堆积特性，存在三种类型，一是整体搬运整体停积，沙、石、浆体不发生分选，如高浓度的泥流型和泥石型泥石流；二是整体搬运分散堆积，如高浓度的水石型和泥石型泥石流；三是分散搬运，分散堆积，如中、低浓度的水石型和泥石型泥石流泥石流活动存在形成——输移——堆积三个发展阶段，是地表一次破坏和塑造过程，其平面呈一不对称的哑铃，形成区和堆积区的形态极不稳定形成区形态由条带状向树枝状发展，而流通区则在发展过程中相对稳定堆积区由于流域内来沙量的增长而不断扩展，进入下游大河的泥沙，严重的可以堵塞大河形成壅塞湖，一旦潰决将给沿河上下游造成二次灾害，局部堵塞时易使下游54大河河型发生变化，改变河流输水输沙条件 由于松散物体在失稳过程中释放巨大能量，在运动过程中，惯性大，速度快因其具有强大的动能和携带大量的泥沙石块，故能冲毁或淤埋沿途中各种建筑物4 4、泥石流活动的地域分布、泥石流活动的地域分布泥石流活动的分布特征因地面松散固体物质的形成、输移和堆积环境与地质构造、地层岩性和人类活动有关故泥石流一般都是发育在新构造活跃地区，构造复合部、局部隆起区以及深大断裂破碎带上。

地震和人类活动具有诱发和加剧活动的作用在抬升区和隆起区内的地形有利于松散地堆积物的起动输移在国内的第一、二阶梯和第二、三阶梯地形的联接地带、山前断陷地带是泥石流的集中分布区83%的泥石流沟分布在第二阶梯地形内， 根据我国特殊的地形、地质、气候和人文环境，泥石流活动各区易发（严重）程度可分为：1)1)、第一阶梯内青藏高原山区：、第一阶梯内青藏高原山区：植被稀少，物理风化严重，物源条件充足，但因水源条件不充分，暴雨强度和总量均较低，故属于暴雨泥石流轻度易发区2)2)、第三阶梯内的山区：、第三阶梯内的山区：暴雨形成强度和总量均较大，但地表植被好，化学风化为主物源条件不很稳定，南北方差异大，故为暴雨泥石流中度易发区3)3)、第二阶梯内山区：、第二阶梯内山区：主要受纬向因素决定，大体可分为三区：（（1 1）秦岭以南广大山地：）秦岭以南广大山地：属湿润高中山区，地形差异大，雨量丰沛、物源丰富，故为暴雨泥石流极易发区；（（2 2）秦岭以北、阴山以南的第二阶梯中部地区：）秦岭以北、阴山以南的第二阶梯中部地区：属半干旱、半湿润地区，有大片黄土和部分沙漠覆盖，物源丰富，暴雨强度大而总量不足，是暴雨泥石流的极易发区和中等易发区相间的过渡区；（（3 3）广大的新疆，内蒙及甘、宁一部分等第二阶梯的北部：）广大的新疆，内蒙及甘、宁一部分等第二阶梯的北部：属半干旱和干旱的高中山区，有大片沙漠黄土、戈壁，植被稀少，物源丰富而水源不足，故为泥石流轻度易发区。

55二、泥石流与洪水、滑坡的区别二、泥石流与洪水、滑坡的区别泥石流是一种特殊洪流，由于流体属性、流型、泥沙补给条件、含沙量和形成条件等的特殊性而有别于洪水、滑坡三者的主要区别见表 1—2--1表 1—2—1 泥石流与洪水、滑坡的区别泥石流泥石流判别判别条件条件洪水洪水水石流水石流泥石流泥石流泥流泥流滑坡滑坡重度重度(tf/m3(tf/m3＜1.3≥1.3≥1.3≥1.6≥2.1流体流体属性属性牛顿体(一相)牛顿体(二相)牛顿体(二相)牛顿体(二相)牛顿体(二相)非流体(一相)流型流型Fr=VFr=V2 2/gh/gh紊流型Fr>1Fr>1紊流型Fr>1Fr>1紊流型Fr>1Fr>1紊流型 Fr>1Fr>1层流型 Fr2.0mm 各级粒度， 粒度很不均匀（水沙流 较均匀）流体属性流体属性多为非牛顿体，有粘性， 粘度>0.3～0.15 Pa.S多为非牛顿体，少部分 也可以是牛顿体有粘 性的，也有无粘性的为牛顿体，无粘性残留表观残留表观有浓泥浆残留表面不干净，表面有泥 浆残留表面较干净，无泥浆残 留沟槽坡度沟槽坡度较缓较陡(>10％＝5.71o)较陡（>10％）分布地域分布地域多集中分布在黄土及火 山灰地区。

广见于各类地质体及堆 积体中多见于火成岩及碳酸盐 岩地区4 4、按暴发的周期、频率分：、按暴发的周期、频率分：59第三阶梯内的湿润地区的河沟发生泥石流的周期较长规模大，周期短，规模小第一阶梯及第二阶梯内干旱少雨地区，因松散固体物源充分，只要降雨诱发条件具备便可发生各种规模的泥石流这些地区泥石流发生受暴雨周期制约，因暴雨少、周期长故同一条沟泥石流发生周期也长第二阶梯内，物源水源条件均充分，故泥石流发生的周期较短，部分泥石流沟年内可连续多次发生，且规模较大高频泥石流： 1 年多次至 5 年 1 次 中频泥石流： 1 次/5～20 年） 低频泥石流： 1 次/20～50 年） 极低频泥石流： 1 次/>50 年） 5 5、按流体性质可分为粘性泥石流和稀性泥石流，、按流体性质可分为粘性泥石流和稀性泥石流，其分类主要技术指标见表 1—3--3 表 1—3--3 泥石流按流体性质分性性 质质稀稀 性性 泥泥 石石 流流粘粘 性性 泥泥 石石 流流流体流体的组的组成及成及特性特性浆体是由不含或少含粘性物质组成，粘度值0.3Pa.S，形成网格结构，产生屈伏应力，为非牛顿体。

非浆非浆体部体部份的份的组成组成非浆体部份的粗颗粒物质由大小石块、砾石、粗砂及少量粉砂粘土组成非浆体部份的粗颗粒物质由>0.01mm 粉砂、砾石、块石等固体物质组成流动流动状态状态紊动强烈，固液两相作不等速运动，有垂直交换，有股流和散流现象，泥石流体中固体物质易出、易纳，表现为冲、淤变化大无泥浆残留现象呈伪一相层状流，有时呈整体运动，无垂直交换，浆体浓稠，浮托力大，流体具有明显的辅床减阻作用和阵性运动，流体直进性强，弯道爬高明显，浆体与石块掺混好，石块无易出、易纳特性，沿程冲、淤变化小，由于粘附性能好，沿流程有残留物堆积堆积堆积物有一定分选性，平面上呈呈无分选泥砾混杂堆积，平面上呈舌状，仍60特征特征龙头状堆积和侧堤式条带状堆积，沉积物以粗粒物质为主，在弯道处可见典型的泥石流凹岸淤、凸岸冲的现象，泥石流过后即可通行能保留流动时的结构特征，沉积物内部无明显层理，但剖面上可明显分辨不同场次泥石流的沉积层面，沉积物内部有气泡，某些河段可见泥球，沉积物渗水性弱，泥石流过后易干涸四、泥石流发生与否的综合判别模式四、泥石流发生与否的综合判别模式山区某一流域在降雨的作用下是否发生泥石流，这是一个极其复杂的问题。

它是天上降雨作用于流域地表后，由于地表存在的大量不稳定的松散体在水动力作用下失稳进入沟槽输移而形成的特殊洪流1990 年我们在“山区铁路暴雨泥石流中短期预报的研究”中曾把泥石流形成过程概化为天上降雨的水动力主动作用系统和地面接受降雨作用的被动应变系统根据两系统诸活动性因素的作用机制，量级差别及在流域的空间位置的组合关系来确定其是否形成泥石流在三个试验区的试验资料及可能收集到的历史泥石流发生事件等资料基础上，建立了由暴雨条件函数R R和流域环境动态函数M M组成的泥石流发生判别函数：Y=R·M （（1 1——4--14--1））式中 Y Y——泥石流发生的判别函数；R R——降雨条件函数；M M——地面环境动态函数降雨是形成泥石流的主要条件形成泥石流的降雨有三种情况：一、有前期降雨的类型：一、有前期降雨的类型：多为大中尺度降雨过程，覆盖面广，历时长，多出现在我国东部和中部多雨地区二、无前期降雨的类型：二、无前期降雨的类型：多属于中小尺度降雨过程，三、局地暴雨型：多三、局地暴雨型：多在高中山河谷地带，局地暴雨性质突出，历时短，强度大，迎风、背风面差别大等，多出现在我国中部和西部地区。

1 1、降雨条件的函数的确定：、降雨条件的函数的确定：在选择反映降雨条件的参数中，根据国内外大量观测资料的分析和专家们较一致的看法选定：年平均降雨量（H年） 有无前期降雨，24h 最大雨量（H24） 611h 最大雨量（H1）和 10min 最大雨量（H1/6） 根据成昆铁路甘洛试验区，天水水土保持科学试验站诸泥石流沟已发生或未发生泥石流的观测资料点绘 H24-H1和 H1/6关系及泥石流发生与否分区（图 1—4--1） 从图可以看出 H1-H1/6关系较为密切H24-H1的关系图因 H24有可能包括多个或不足一个降雨过程的雨量等复杂情况因此二者关系不很密切，但对发生泥石流与否的分区划分影响不大于是得到泥石流发生的降雨条件函数：图 1—4--1 降雨参数 H24（D）、H1（D）、H1/6（D）组合关系图（1—4--2）式中：K——前期降雨量修正系数，K＞1；无前期降雨时，K=1；H24——24h 最大降雨量H24（D）——该地区可能发生泥石流的 24h 限界雨量H1——1h 最大降雨量；H1（D）——该地区可能发生泥石流的 1h 限界雨量；H1/6——10min 最大降雨量；H1/6（D）——该地区可能发生泥石流的 10min 限界雨量。