书城自然科学滑波、泥石流防范与自救
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第11章 认识泥石流(2)

(3)低频率泥石流:低频率泥石流是上百年或者几百年才发生一次的。它多发生在山区大降雨的溪沟中。它是非常少见的,没有长期的堆积物和千年难逢的暴雨,一般是不会发生的。洪水带走了沟床中的细粒物质,经长期的作用,河床可以形成一层粗大块体相互嵌夹的结构,与此同时,大石块下面还有粗化层以下的混杂物,一般洪水不能将其搬运,只有强大有力的暴风雨才能够将它的保护层给运走,造成不可估计的损害。

按力源条件分类

很多研究者认为在陆地上形成的泥石流包括水力类泥石流和土力类泥石流两大类。

(1)土力类泥石流:这类泥石流主要是以土石体的滑动、错落、崩塌和坠落为动力,使泥石流沿较陡的坡面运动,其中土体运动不需水体提供动力,而是靠其自重沿坡面的剪切分力发生和维持运动,是由土石体转化而形成的。泥石流的固体物质径流量,有90%来源于上游形成区以重力侵蚀形式补给,而由降雨径流侵蚀补给的固体物质只有不到10%。

(2)水力类泥石流:水力类泥石流是泥石流的成因是特大洪水冲刷河床质而形成的。沿坡面运动,其中的土体在初始阶段是靠水体部分提供推移力而发生和维持运动。山区的沟谷和有常流水的溪流是此类泥石流的主要发育地。具有暴发频率低、间歇周期长的特点,特别是这类泥石流的流域缺少集中活动型滑坡、崩塌,水土流失较轻微,甚至植被良好,因此难于识别和预报,一旦暴发泥石流便可酿成灾难性损失。主要分布在日本、俄罗斯。中国西南山区稀性泥石流和上面提到的低频率泥石流也属此类,如四川省喜德东沟、雅安陆王沟、干溪沟及云南东川因民黑水沟,以及造成重大灾害的四川青川铁炉坪沟和金沙江支流美姑河泥石流。

按运动流态分类

(1)紊流型泥石流:紊流型泥石流一般分为固体和浆体。细颗粒和水组成浆体,粗颗粒则作为运输物质。这类泥石流的容重一般为1.5~1.8吨/立方米。石块会随着浆体的移动不断地跳跃,这样的话整个流体就可以随着波浪翻滚,紊动明显,流面破碎。

(2)层流型泥石流:此类泥石流通常容重达1.9~2.3吨/立方米,流动中,除了漂浮的石头以外,其他的和浆体一起运动,只有浪头有紊动现象,后面的流动很平静,它们层面之间还会出现摩擦。线条受到摩擦之后,石头会稍微转动一下,流速通常在4米/秒左右。

(3)蠕流型泥石流:此类泥石流的容重在2.3吨/立方米以上,它们所有的组成物质都是以紧密镶嵌排列,粒间浆液黏滞力很大,它在流动的过程中,结构一般不会变形,无层间交换,但速度像蟒蛇蠕动,非常慢,其速度通常小于1米/秒。

按运动流型的分类

根据泥石流流动过程中的表现特征,将自然界的泥石流分成以下两类。

(1)连续型泥石流:这种泥石流从开始到结束就是一个连续的过程,中间不会有间断,并且只有一个高峰,可能有一定的波状起伏或不规则的阶梯,这种幅度比普通的洪水要明显很多,常见于稀性泥石流。

(2)阵流型泥石流:阵流型泥石流是泥石流运动过程中的一大特点。但是它具有一系列的特殊运动现象,人们到现在都没有揭开它的本来面目,成为现在泥石流理论探讨的核心话题。

我国的云南东川蒋家沟就是标准的阵流型泥石流运动。

一提到泥石流,人们就会想起它那波涛汹涌、声震山谷、泥石飞溅的场面。

对阵流的基本特点:两阵流之间有断流、泥深、流速、流量,在中间的过程中线是锯齿状,两齿间流量为零(阵与阵之间有泥深,但是没有速度,所以流量是零)。

为了能够更好地了解和研究对阵流,我们将对阵流分成了三部分:

①“龙头”的阵流头部

②“龙身”的阵流中部。

③“龙尾”的阵流尾部。

蒋家沟阵流型泥石流是泥石流固体物质输送的主要形式,也是由各种强大动力相互作用引起的,还有很多巨砾长距离搬运的载体,占整个流体的70%以上。所以,泥石流的对阵性流动受到许多泥石流研究者追捧,是他们研究的目标。

按地震发生前后的分类

地震引发的泥石流分为两类:第一类是由地震触发的泥石流,也叫做同发型泥石流。第二类是震后泥石流,也是后发型泥石流。

(1)地震触发的泥石流。例如,1976年7月28日,唐山暴发了7.9级强烈地震,由此引发了塘沽滨海平原上的天津碱厂约1000万立方米的弃渣堆积体发生了液化泥沙流。由于当地的地震烈度非常高,使体积约为200立方米的弃渣体发生了流动,其流经距离达300米,造成了巨大损失。1976年8月,松潘—平武地震,其中,出现了三次强震,由于当时是雨季,地处震区的松潘县小河区一带,有51条沟谷在地震同时或紧随地震之后暴发了泥石流灾害。此外,在这个年代出现的其他强震,如龙陵地震、永善—大关地震,都在地震期间伴随有泥石流灾害发生。

(2)震后泥石流,也叫后发型泥石流。即强震会加强泥石流的活动及灾情,并扩大灾害,主要是在震后的1~2年产生影响,越往后影响越弱。例如,1970年1月5日,在这个干燥的季节,云南通海发生地震,曲江镇位于地震的震中,使得镇内山体开裂,出现了30多个崩滑体,公路交通中断6天,造成当年雨季泥石流频繁暴发。1973年2月6日,四川炉霍发生7.9级强震,在震区内,有两条构造地震裂缝带和大量地裂缝、137个崩滑体产生。地震发生在冰冻季节,但在震后县城附近的罗河溪、新都河等流域内,出现了大量崩滑土体和沟岸土石体,使泥石流活动增强。

泥石流的规律

泥石流的时间规律

我国泥石流的暴发主要是受连续降雨、暴雨,尤其是受特大暴雨集中降雨的激发。所以,泥石流发生的时间规律和集中降雨的时间是一样的,具有很明显的季节性。一般发生在多雨的夏秋季节。因集中降雨时间的差异而有所不同。

(1)四川、云南等西南地区的降雨多集中在6~9月。

(2)西南地区的泥石流多发生在6~9月。

(3)而西北地区降雨多集中在6月、7月、8三个月。因为是7月、8月两个月降雨集中,暴雨强度大,因此西北地区的泥石流多发生在7月、8两个月。根据不完全统计,发生在7月、8月的泥石流灾害占了全部泥石流灾害的90%以上。

泥石流的分布规律

(1)泥石流在我国集中分布在两个带上。一是青藏高原和次一级的高原与盆地之间的接触带;另一个是上述的高原、盆地与东部的低山丘陵或平原的过渡带。

(2)我国西部地区特别是西南诸省区,地壳活动强烈,地形险峻,结构复杂,土地治理破碎,西南降水量大、西北植被不好,因此崩、滑、流(崩塌、滑坡和泥石流)发育强烈,如云南、四川、贵州、陕西、青海、甘肃、宁夏等省区。

(3)目前,全国有15个崩、滑、流多发区,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,它们是横断山区、汉江安康白河地区、川东大巴山地区、三峡地区、黄土高原地区、川北陕南地区、川滇交界地区、黔西六盘水地区、湘西地区、赣西北地区、川西北龙门山地区、金沙江中下游地区、赣东北上饶地区、北京北部怀柔密云地区、辽东岫岩风城地区。

(4)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。即高频率的泥石流,主要分布在气候干湿季较明显、较温湿、局部暴雨强大、冰雪融化快的地区。如云南、四川、甘肃、西藏等,青藏高原东南部山地泥石流分布区以冰川泥石流为主,规模巨大,暴发频繁而猛烈;川滇山地泥石流分布区以降雨泥石流占优势,暴发较频繁;黄土高原泥石流分布区以暴雨激发而成的黄土泥流为主,其暴发频率、规模和破坏力不及上述泥石流;低频率的稀性泥石流主要分布在东北和南方地区,华北和东北山地泥石流分布区以暴雨或台风雨所引起的泥石流为特色,其暴发频率较低,但规模较大、来势迅猛。

中国小江流域泥石流分布区

小江是金沙江南岸支流,全长138.2千米,流域面积为3043.45平方千米,它从滇东北高原的鱼味后山发源,自南向北,经过寻甸县、东川市和会泽县境,最后流入金沙江。小江河谷在著名的小江深大断裂带上发育,这里构造复杂,老构造和新构造在这里交叉相错。独特的构造使它成为强烈的地震带,因为自然条件和人为原因使它成为我国最容易发生泥石流的地方。

根据成因的类型分类,小江流域的泥石流属于暴雨泥石流。在东川市附近不到90千米长的两边,足有107处灾害性的沟谷型泥石流,除了这些还有成群密布、难以计数的小规模坡面型泥石流。特别是到了雨季,泥石流受到暴雨的袭击,就会从山上冲下来,倾入小江,严重危害到当地的城镇、农田、水利设施、村寨、矿山、道路和江道整治工程等。现在泥石流的灾害已经严重影响到人们的生命财产安全和经济建设。并且,从泥石流里面冲出来的大量石块,因为小江的作用到达了金沙江,在两江汇合处形成了巨大的险滩,使金沙江水朝着对岸逼近,影响了金沙航道的开发和利用。

小江流域可以根据泥石流的活动特点、发育状况和对社会环境和自然环境产生的影响,将它划分成了四个泥石流活动区和一个非泥石流活动区。

1.中山峡谷泥石流弱活动区

(1)功山至拖沓沟段的小江,从滇东北高原流下来,经过高原解体,形成山地峡谷地貌,区域内的海拔为2500~3000米。存在区域是小江上游西支旬沙以下的河段。

(2)地面植被保护良好,主要是次生林和草灌木。山体和沟谷里面有少量的小型滑坡形成。不过在那些人为活动密集和地形相差比较大的地段,已经有较大型的沟谷泥石流,这是人类活动对山地地表破坏造成的影响。

(3)与小江中下游河段相比,这里的泥石流相对较少,造成的危害相对比较小,主要是淤埋农田,使部分村寨的安全受到威胁。

这些属于泥石流的弱活动区。

2.高山宽谷泥石流极强活动区

小江上游东支大白河段的拖沓沟至小海河,位处小江深大断裂的东西分支支撑着中间块体上游的河谷宽度,地应力集中,线性结构密集。因此,这里面有破碎的山体,有大型崩塌型滑坡存在。此河段由于地表风化剥蚀强烈,以及人类活动对山地环境的破坏,如陡坡垦殖、过度砍伐和放牧、筑路切坎坡、引水工程渗漏等,这样导致滑坡发生,为泥石流的形成起到了丰富的固体物质。坡面侵蚀和沟谷下切非常活跃,形成了成群密布的泥石流沟。在这一段的河流之内,由于泥石流暴发频繁,经常破坏当地的公路、铁路以及农田水利等设施。使之成为小江流域泥石流最活跃、最难整治的地段。因为有众多的大型沟谷泥石流流进小江,所以它的主道被迫左右移动,最后在群山之间来回飘荡形成宽坦游荡性的河床。两岸泥石流活动对河谷形态变化以及河床的纵横向变化起着主要的作用。最近几十年,很多泥石流堵塞了这一部分的小江河道,使江水断流,也使这里成为小江河床淤积上涨速度最快的河段之一。

小江上游的寻甸县金源区,同样也是一个泥石流运动强烈的区域,这里泥石流的形成主要也受到了小江断流的控制。几条大型沟谷泥石流一旦破山而出,就会冲入河内,然后在河滩上面堆积巨石,将它变成一个乱石滩。为了避免泥石流的危害,附近村寨纷纷把家搬向别处,一部分人安身于山脚泥石流堆积扇两侧,还有一部分人则搬到了山上,但是也有一些人依旧住在泥石流活动的范围区域之内。泥石流堆积区的泥石流沟床如果高于村寨住宅,就会很危险。为了保证这些人的安全,需要专家的调查研究,找到一个安全可靠的方法,这样可以避免泥石流的发生。

3.高山宽谷盆地泥石流强活动区

这一段主要是小江中游几条长、大支流,如块河、乌龙河、小清河、黄水箐等的入汇处,位于小海河至蒋家沟之间,有着宽谷盆地与两侧高山夹持结构的地形地貌,同时也是东川市新村盆地的所在地,该段两岸泥石流沟分布比较稀疏,大部分的泥石流分布在河的右岸,几条大型沟谷泥石流以牯牛岭为原点,呈放射状流进小江里面。特别是东川市后山的深沟、小海河、石羊沟、尼拉姑沟、田坝干沟等几条泥石流沟,就穿越了东川市区,以居高临下的姿态威胁着下方,里面有很多隐患。东川市北部的大桥河是著名的大型灾害性泥石流沟,经过综合治理,现在有很多泥石流灾害已经被控制住了。但是其他临近东川矿区的地域,比如赖石窝沟、菜园沟、黄水箐等具备泥石流形成的各种条件,如果不加强制止力度,采取适当的措施改善陡坡开垦、开矿弃渣和其他人为的有害活动,就容易形成人为的泥石流,政府应当予以重视。

蒋家沟的泥石流在国内外都臭名昭著,在历史的长河里面,曾经8次切断了小江流域,造成了很大的灾害。这里的泥石流频繁暴发、规模巨大、灾害严重,不仅直接危害蒋家沟流域及其下游江段,而且波及上下十几千米,成为小江流域众多泥石流沟中最难整治的一条灾害性泥石流沟。

4.高山深谷泥石流极强活动区

蒋家沟下面的小江和金沙江的混合处,位于小江的下游,此段是金沙江的下切,河谷呈深槽形下切,没有出现明显、连续的滑坡,但是它的河床和两侧的高地则形成了典型的高山深谷地貌。

由于受到小江断裂活动和新构造运动的影响,这里的岩体破碎严重,坍塌频发,造成滑坡遍地。两岸泥石流沟源头区,岩体崩塌时会产生轰鸣的响声,这里蕴含着丰富的固定物质。与蒋家沟以上河段相比,这里基岩裸露、山坡破碎、山体光秃、沟壑交错、谷坡与沟缘的崩塌错落现象随处可见,坡面侵蚀和沟谷侵蚀都非常强烈,是较典型的干热河谷区。汇入小江的泥石流大约有30多条,其中灾害严重、规模巨大的有太平村沟、幸福村沟、大坪子沟、尖山沟、达朵沟、牛坪子沟和豆腐沟等。小江主流线被巨大的堆积扇逼向一岸,下游左岸泥石流群紧紧并列,堆积扇首尾相连成片,延续区域达5000米。因为泥石流的作用,这里的风化非常严重,农田屡遭毁坏、河床淤积严重。由于洪水和泥石流灾害频繁发生,河谷区气候恶劣,村寨都迁移到山脚至山腰部位,大部分河滩地处于荒芜状态,现在,正在进行有计划的开发利用。

除此之外,我国最活跃、发育的泥石流分布地带还有:长沙江中下游及小江河谷、西藏波斗藏布江的波密—林芝一带、流经四川的泸沽至西昌间的安宁河谷、云南大盈江中游河谷、流经甘肃武都境内的白龙江两岸。它们都是受江河或支流强烈切割的高原和高山区的河谷地带。