书城自然科学滑波、泥石流防范与自救
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第14章 认识泥石流(5)

形成泥石流的降雨条件相当复杂,除了前面我们提到的,还和雨区的范围大小有关系。根据雨区范围的大小,可以将它们分为两类,一类是雨区范围较大、时间较长的区域性暴雨,还有一类为雨区范围小、时间短的局地暴雨。如1981年7月13日川西北龙门山区暴雨、1982年7月26日到29日川东特大暴雨等,都属于多沟齐发的泥石流。此外,根据泥石流前期雨量和泥石流当日雨量的绝对值比较,可以将泥石流分为无前期降雨型湿润区、前期降雨不丰沛型和前期降雨丰沛型的泥石流。降雨历时长达2~3天,降雨量最大时则出现泥石流;许多半湿润干旱区的泥石流,降雨历时短暂;无前期降雨泥石流前期可能降雨,但是数量不多。

2.冰川雪水

还有一些泥石流是以冰川、冰雪融水和冰湖溃决为水源的,它们多发生在青藏高原南部、东南部和西北部的高山区。

在海洋性冰川区,如果夏季天气持续高温晴朗,冰雪强烈消融的话就会突然暴发泥石流,西藏东南部的高山地带就是如此。当冰雪消融和暴雨共同激发时也会暴发泥石流。例如,波密县的培龙沟,在1983~1986年就曾经发生过特大泥石流灾害,多次冲毁川藏公路,并且堵断波斗藏布而形成了培龙湖。之所以如此,和培垄沟的源头——海洋性冰川是分不开的。冰川长8.2千米,宽0.3千米,厚约50.0米,水源相当丰富,并且在沟谷的两旁都有数米厚的古冰碛台地。在夏季的时候,冰雪遇高温融化,加上暴雨的共同激发从而发生了泥石流灾害。

由冰湖溃决造成的泥石流有工布江达县唐不朗沟、定结县吉来浦沟、樟木口岸境内次仁玛措等,产生于高山区的海洋性冰川地带,都是因为连续高温天气使冰雪强烈消融,冰川突然滑入冰碛湖中,增大了冰水压力,导致终碛堤溃决,形成泥石流。

泥石流的诱发因素

由于工农业的发展,人类对自然资源的开发程度和规模也在不断发展。当人类经济活动违反自然规律时,必然遭到大自然的报复。有些泥石流的发生,就是由于人类不合理的开发而造成的。近年来,因为人为因素诱发的泥石流数量正在不断增加。泥石流发生的主要原因有自然因素造成的,如降水、洪水、地震等,也有人类不合理活动引发的,后者约占80%左右,可能诱发泥石流的人类经济活动主要有以下几个方面。

不合理开挖

为了修建铁路、公路、水渠以及其他工程建筑而进行不合理的挖掘活动。有些泥石流就是在修建公路、水渠、铁路以及其他建筑活动时,破坏了山坡表面而形成的。如云南省东川至昆明公路的老干沟,因修公路及水渠,使山体破坏,加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡,致使泥石流更加严重。又如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑,几乎每个工程都要劈山填海或填方,才能获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨,使正在施工的挖掘工程现场共120人死于滑坡泥石流。

不合理的弃土、弃渣、采石

这种行为形成的泥石流事例很多。如四川省冕宁县泸沽铁矿汉罗沟,因不合理堆放弃土、矿渣,1972年一场大雨引发了矿山泥石流,冲出松散固体物质约10万立方米,淤埋成昆铁路300米和喜(德)—西(昌)公路250米,中断行车,给交通运输带来严重损失。又如甘川公路西水附近,1973年冬,沿公路的沟内开采石料使1974年7月18日发生泥石流,使15座桥涵淤塞。2008年8月山西襄汾尾矿坝溃决形成泥石流,造成246人死亡。

滥伐乱垦

滥伐乱垦会使植被消失,山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育,大大加重水土流失,进而使山坡的稳定性遭到破坏,崩塌、滑坡等不良地质现象发育,结果就很容易产生泥石流。例如,甘肃省白龙江中游现在是我国著名的泥石流多发区。而在1000多年前,那里竹树茂密、山清水秀。后因伐木烧炭、烧山开荒,森林被破坏,才造成泥石流泛滥。又如,甘川公路石坳子沟山上大耳头,原是森林区,因毁林开荒,1976年发生的泥石流毁坏了下游村庄、公路,造成人民生命财产的严重损失。当地群众说:“山上开亩荒,山下冲个光。”

泥石流的危害

泥石流的特征决定了泥石流的危害方式主要有两种:冲刷和淤埋。它对人类的危害具体表现在如下。

对居民点的危害

泥石流是我们经常会遇见的自然灾害之一,发生的时候经常会冲进乡村、工厂、城镇,冲毁企、事业单位、房屋以及其他的设施。毁坏土地,淹没人畜,有时甚至会造成村毁人亡的灾难。比如,1969年8月,云南省大盈江流城弄璋区南拱发生的泥石流,冲毁了新章金、老章金两村,致使97人丧生,造成的直接损失达百万元。

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。

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。比如贵州的六盘水煤矿、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。

对铁路、公路的危害

泥石流可以直接埋没公路、铁路,车站,摧毁桥涵、路基等设施,使交通中断,甚至还可以使正在行驶的汽车或者火车颠覆,造成重大的人员伤亡和财产损失。有时泥石流汇入河道,引起河道大幅度变迁,间接毁坏铁路公路及其他构筑物,迫使道路改线甚至造成更大的经济损失。新中国成立以来,泥石流给我国的公路和铁路造成了不可估量的损失。

泥石流对农田的危害

泥石流的活动导致泥石流中上流的土地遭到严重破坏,沃土变成了贫瘠的土地,耕地不能种植。泥石流是造成土地侵蚀荒漠化的主要原因之一,下游和土地(包括耕地)遭到泥石流淤埋,就会形成沙砾滩。

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,特别是大、粗颗粒的泥沙,主要来源就是流域内的6800条泥石流沟,无论是岷江、金沙江还是嘉陵江,其中很大一部分都是来自泥石流的互动区,这些江河经过泥石流活动区后,含沙量通常急剧增加。而黄土高原的陕北、陇西、陇东和晋西这四个泥石流的活动区就是黄河泥沙的主要来源。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。虽然洪峰的流量相对比较小,但是它的水位非常高,这样洪水的灾害就会很大。导致这种情况的原因的很多,但主要原因是江道淤积。另外一种情况就是“枯水流量锐减,甚至断流”。近几年来,黄河经常会出现这样的情况,特别是西部山区的许多中小型河流,这种现象也比较明显。这里面有很多原因,主要是因为河床淤积变宽,流域生态环境恶化造成的。因此,泥石流的危害,就是它的堆积物流进江河,然后伸展到平原地区,影响到平原的可持续发展。

泥石流对环境的影响

泥石流对山区的农田、村寨、城镇、交通、工矿等造成严重危害,不仅直接影响到人类的生存和环境,而且还影响到淡水、土地、森林和矿产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,并且将泥石流的灾害衍生到了平原。因此对于泥石流的危害,不仅需要调查和研究直接受害者,而且还需要研究对环境造成的消极影响,这样才够全面。越是泥石流灾害严重的地区,这里的生态环境、自然环境、地质环境也越恶劣。例如,云南的小江流域,在200~300年以前,这里是森林葱郁、山清水秀的好地方,但是人类无节制的开矿、伐薪炼铜、开垦荒地严重破坏了当地的环境,再加上松动薄弱的地质岩性条件,泥石流开始发生,发展到现在已经成了我国甚至是世界上生态环境、自然环境、地质环境最恶劣的地区。

产生泥石流的外部因素

泥石流形成所具备的三大条件是一个长期较稳定的地质作用过程,是泥石流发生的内因。但是,受当地周围环境(自然环境、生态环境和地质环境)和人类经济活动的影响,泥石流产生的规模、次数、活跃程度也会不同,这是泥石流产生的外因。以下将具体讨论形成泥石流的三个主要影响因素。

地理环境因素

因为周围环境的不同,虽然条件一样,但是泥石流发生的频率和规模不一样。自然环境、地质环境和生态环境的好坏是泥石流形成的环境要素,但要做到定量分析这些因素就变得很复杂了,因此我们一般通过评价当地环境的优劣,如不良地质现象、森林覆盖情况、水土流失状况来区分环境的差异。

森林植被是陆地生态系统的主体,它生产的生物量达100~400吨/公顷,为农田或草本植物的20~100倍。森林、植被、森林土壤能够形成稳定而且复杂的生态系统,与环境相互影响,相互作用,产生包含对泥石流形成、活动和灾害规模造成的影响等多方面的效应。森林植被对泥石流的影响有正负两方面的效应:一方面是茂密而多层的森林植被促进生态环境向良性转化,从而逐渐削弱泥石流活动,对预防、降低泥石流灾害发挥着重要作用;另一方面是森林破坏致使生态环境恶化,从而加剧泥石流活动,加重泥石流灾害程度。总的看来,森林植被不属于泥石流形成的基本条件,而是重要的影响因素。

首先是森林植被类型的影响,其中以亚热带、热带常绿阔叶林的防护作用最强,针叶林、次生针阔叶林、幼林、疏林等作用效应次之,再就是森林覆盖面积越大,越均匀,它保持水土、防止侵蚀的作用就越强。根据研究测试,森林覆盖率对山坡泥石流有很强的抑制和消减作用。当森林覆盖率大于或等于60%时,能够明显防止片蚀沟蚀。森林覆盖率小于30%时,则对暴雨洪水削减作用不大。据日本试验显示:森林区自然侵蚀量10~100立方米,泥石流冲出的泥沙是1万~10万立方米,相当于森林区1000亩的侵蚀量,且无论汇水面积大小,此值几乎是稳定的。

由于学术界对森林水文效应的认识还存在着不同的观点,因此,对森林植被影响泥石流程度的评价应适当。

一方面森林虽可削减泥石流形成的水体补给量,但其作用也是相对的,当暴雨量特别大或持续时间比较长时,即使在中上游森林茂密的情况下,以暴雨、山洪为动力的沟蚀泥石流仍然会发生。这是由于当暴雨量特别大或持续时间较长时,森林及林下土壤持水入渗能力达到饱和,暴雨会全部转为山坡径流,并汇成强劲的沟谷径流,森林就起不到削减山洪的作用。四川利子依达沟上中游森林植被茂密,全流域覆盖率达81.1%,其中阔叶疏林覆盖面积占全流域面积的66.8%,次生密林达14.3%,部分地段树丛密集,连通行都很困难。但在1981年7月9日一场强暴雨引起山洪冲蚀沟床,形成一次特大型泥石流,造成沟岸大量坍塌,沟床被揭。由此可知,优良的生态环境只能减轻灾害,却不能消除隐患,这就是环境因素的作用。另一方面森林对保持水土、治理大面积水土流失(含治理山坡泥石流)的功效有目共睹,能起到稳定山坡土层,防止侵蚀的作用。不过它在防止重力侵蚀、稳定滑坡和坍塌的方面效果不佳,特别是当中厚层滑坡的深度在3米以下时,森林起不到稳坡作用。所以森林不能阻止滑坡和坍塌向泥石流沟提供松散碎屑物质。

人为因素

人为活动对泥石流的形成、发展和暴发有积极的一面也有消极的一面。

积极方面体现在对泥石流的预防与治理上,现在所说的都是消极的一面。人们为了经济的发展,随意兴修水利、森林乱砍伐、陡坡开荒、开矿、筑路、采石都会对泥石流产生影响,并且随着人口增长,人与土地矛盾突出,这种人为活动的影响越来越深刻地改变着泥石流的发展,呈现不断增强的趋势。例如,四川攀枝花市、泸沽铁矿、江西德兴铜矿、永平铜矿、云南东川矿务局、易门铜矿、个旧锡矿、贵州六盘水市等工矿区域先后暴发过矿山泥石流。据铁路部门统计,全国铁路沿线由于人类不合理开发活动造成的泥石流灾害占1/3。成昆铁路65%因泥石流中断而造成的行车事故中,都是因为不合理的人为活动。外部原因的影响和人为的原因,加速了泥石流的进程,造成了泥石流的发生,导致生态环境恶化,加剧了泥石流的活动。

云南小江流域就是一个很好的例子。在东晋时常璩著的《东川府志》和《华阳国志》中记载,东川出银、铅、铜,自然环境优越,小江两岸,森林茂密,人迹罕至,气候湿热有瘴气。在东川采铜矿是从唐朝开始的,到清乾隆达到了全盛时期。历代的“政铜”“商铜”掠夺式的开采,然后烧炭炼铜。当时技术低下,每炼铜50千克需炭500千克,最高年产800多万千克铜,每年需用炭8000千克,根据记载推算,每年需要砍伐的森林大约是10平方千米,在离我们现在1000多年的时间里,为了炼铜,砍伐了多少树木已不得而知。便到了现在,这里的森林已被砍伐殆尽,变成了一片荒山秃岭。据1983~1984年实地调查,这里是我国泥石流危害最严重的地区,这里的森林面积只有8.88%,这跟泥石流的发生有重要的关系。

水土流失的因素

所谓植物群落,是指一定地段的植物的总体。森林、草丛、灌丛、玉米地、果园等就属于植被的范畴,而一棵树木、一株草或者一棵玉米等只能属于植物的概念。覆盖地表的植物群落总称植被。如果森林死亡,死的不仅仅是树木,而是一个生态系统。根据世界自然保护基金会统计,全球的森林正以每年2%的速度消失,20世纪90年代以来,每年有13万~15万平方千米的热带雨林变成荒地,非洲的热带雨林剩下的没有原来的1/3,如果按照这样的速度消失,我们在50年之后就看不到天然森林了。

森林是陆地生态的主体,各种林产品都有着广泛的经济用途,森林在保持水土、减少洪涝、调节气候、维持全球生态平衡等自然灾害方面,有着极其重要的作用。森林对保护生态环境也起着重要的作用。但是从全球的变化趋势来看,森林破坏仍然是许多发展中国家面临的严重问题,因此导致的一系列环境恶果应该引起人们的高度关注。

自然界中的一切动物都要靠氧气来维持生命,森林就是天然制造氧气的机器。甚至可以说森林就是陆地的摇篮。如果没有森林等绿色植物制造氧气,生物生存将失去保障。