坡面型泥石流的特征与防治

中国科学院成都山地灾害与环境研究所王士革坡面型泥石流的特征与防治王士革工作单位：中国科学院-水利部成都山地灾害与环境研究所通讯地址：成都市人民南路四段九号邮编：610041电话：[phone]传真：[phone]手机：[phone]一、山坡型泥石流的定义二、山坡型泥石流的特征三、山坡型泥石流泥石流与碎屑流的区别四、山坡型泥石流的危害五、山坡型泥石流的防治六、山坡型泥石流防治实例主要内容泥石流：泥石流是发生在山区由泥沙石块等松散固体物质和水体混合构成的一种特殊洪流。一、山坡型泥石流的定义泥石流的分类固体物质组成成分•泥石质泥石流（泥石流）•泥质泥石流（泥流）规模特大规模大规模中等规模小规模流体性质•粘性泥石流•稀性泥石流•过渡性泥石流活动的地貌部位•沟谷泥石流•山坡泥石流山坡型泥石流一般指发育在尚未形成明显沟谷的山体上的小型或微型泥石流。1残坡积层2崩塌后壁3崩塌及泥石流形成区4泥石流流通区5泥石流堆积区6基岩山坡型泥石流形态图山坡型泥石流发的现场调查在大暴雨或特大暴雨的激发下,凹型坡面内的土体饱水后突然起动,沿着基岩表面向下快速运动,猛烈地冲击下面的山体,发出巨大的响声。塌滑体启动后立即转化为泥石流继续向下流动,强烈地冲刷坡面,在山坡上留下长条状的侵蚀凹槽,最后泥砂停积在斜坡脚,形成倒石堆状的堆积体或直接进入支沟转化为沟谷型泥石流。典型的山坡型泥石流典型沟谷型泥石流流域示意图Ⅰ--形成区Ⅱ--流通区Ⅲ--堆积区Ⅳ--堰塞湖1--流域界线2--分区界线3--有水沟床4--无水沟床5--峡谷沟谷型泥石流汶川水磨沟泥石流堆积区流通区形成区清水区山坡型泥石流主要发生在30度以上的山坡坡面上，不透水层埋藏较浅，表层有较好的植被覆盖，无沟槽水流，水动力为地下水浸泡和有压地下水作用，在同一坡面上可多处同时发生，成梳状排列，突发性强，无固定流路。沟谷型泥石流有明显的坡面和沟槽汇流过程，松散物主要来自坡面和沟槽两岸及沟床堆积物的再搬运。泥石流流动除在堆积扇上流路不确定外，在山口以上基本上集中归槽。根据山口大河所在区段的地形特征又可分为：峡谷区泥石流沟：堆积扇难保留完整，与大河相互作用强烈。宽谷区泥石流沟：堆积扇保留较完整，与大河相互作用弱。两种泥石流的区别山坡型泥石流DebrisflowonslopeinYunna,ChinaDebrisflowinGonggaMountaininthesouthwestofChinaSuddenburst江西庐山泥石流泰国原始森林中的泥石流二、山坡型泥石流的特征山坡型泥石流的分布在全世界分布广泛,如日本的滨海地带、欧洲的阿尔卑斯山区、美国加州旧金山海湾地带、喜马拉雅山南坡地区。在中国,山坡型泥石流主要分布在处于季风气候区内的辽宁东部丘陵、燕山山脉、秦岭山地、西南山区、青藏高原东南部和江南丘陵。坡面型泥石流形成机制1.前期降雨充分，松散土层内部饱水，地下水变成有压水流，破坏表层根系网状构造或土体表层硬壳结构。2.松散土体由于饱水后，C、Ф值降低，土体骨架变形、塑化、液化后发生破坏。3.易发生的岩层有：花岗岩、沙岩、灰岩、黄土及红壤等土层。4.坡面泥石流发生时，由于土体结构性破坏，常伴有尖叫声，土体在坍滑过程中，形成下剷、上拉，顺坡面下滑，无固定流路，不会在同一部位重复发生。随机性大，可知性低。山坡型泥石流形成特征山坡型泥石流通常发育在坡度陡峻(20～40°),坡面较长,较为平整,坡积层较薄(3m),下伏基岩透水性较差的斜坡上。山坡型泥石流发育特征泥石流形成区发育在斜坡的中、上部有一定汇水条件的凹型坡面,没有明显的流通区。山坡型泥石流发育特征山坡型泥石流规模较小,流域面积一般≤0.4km2,堆积物多为一次性搬运,泥砂输移量为数10m2至数1000m3。山坡型泥石流的规模三、山坡型泥石流泥石流与碎屑流的区别形态堆积体堆积物山坡型泥石流流体堆积扇沉积物碎屑流松散体倒石堆松散体碎屑流2004年云南德宏州山坡型泥石流汶川地震引发的崩塌—碎屑流山坡型泥石流碎屑流1.对山区居民点的危害山坡型泥石流对居民点的危害主要形式是,直接冲毁和淤埋房屋及其它建筑物,强烈冲刷沟道引起岸坡崩塌而危及居民点。四、山坡型泥石流的危害1972-2-06,香港地区3d连续降水量达652mm,18日九龙观塘秀茂坪一个40m高的填塞斜坡发生泥崩,进而形成泥石流,淤埋了坡下的多座房屋,致使71人死亡。2.对山区铁路和公路的危害山坡型泥石流对山区铁路、公路的危害主要形式是,堵塞桥涵,冲毁和淤埋线路、车站及附属建筑物。多数山坡型泥石流模型较小,但线路沿线灾害点众多,它们对铁路、公路处处阻拦,形成节节分割,累计危害十分严重。1993-2-08日本九州鹿儿岛地区1d降雨量达269mm,鹿儿岛到都城的铁路沿线6km范围发生50处山坡型泥石流,泥石流冲毁铁路和车站,淤埋了公路,将2500人和800辆汽车围困在公路上,并造成20人死亡。成(都)—昆(明)铁路是受泥石流灾害最严重的铁路之一,山坡型泥石流占全线泥石流沟总数的27%。在四川境内成昆线北段的重大泥石流灾害中,山坡型泥石流占14%。如1998-5-20,成昆线永郎车站附近五里牌暴发山坡型泥石流。泥石流堵死了涵洞,漫上道床,淤埋线路近100m,造成290次货车颠覆,中断行车10h57min。(四)川(西)藏公路深受山坡型泥石流危害,在西藏怒江支流冷曲河谷K3893～K3913的20km线路内,山坡型泥石流沟多达100处。车辆、行人经过沟口时，泥石流突然发生泥石流车辆经过处车辆落水3.对生态环境的破坏山坡型泥石流一旦成群发生,对生态环境破坏非常严重,泥石流凹型侵蚀槽内及下方的泥石流堆积区内一切植物都被毁灭。特别是凹型槽内,土层被冲光,基岩裸露,水土流失剧烈,地表保持水分的能力大大减弱,在自然条件下植被很难恢复。成带发生山坡型泥石流的地区,森林植被破坏严重,土地退化,以至出现荒漠化现象。如成昆铁路凉红～埃岱区间,由于山坡型泥石流的活动,水土流失严重,生态环境极度退化,植被覆盖率仅为10%,植被的重建非常困难。4.为沟谷泥石流形成提供了充分的物质条件特大暴雨后,多数山坡型泥石流直接进入支沟形成支沟泥石流,支沟泥石流沿沟道而下,将沟床物质席卷其中,再汇入主沟形成规模更大的沟谷泥石流。如1982-09-2,云南省祥云县金旦河流域连续降水128mm,9-12在5h50min内降水160mm,流域内发生了数百处山坡型泥石流,这些山坡型泥石流经支沟汇入主沟后形成大规模沟谷泥石流。主沟泥石流将2座小型水库冲毁,形成规模巨大的溃坝泥石流,给金旦河及楚场河沿岸40多km河谷两岸造成巨大的破坏,形成毁灭性的泥石流灾害。五、山坡型泥石流的防治1.预防措施2.预警报措施3.治理措施1.预防措施(1)铁路、公路选线时应尽量避开山坡型泥石流多发区。在线路必须通过的山坡型泥石流易发地段,必须考虑预防性的工程。对如隧道出口或车站附近的坡面进行整治,改涵洞为小桥等。(2)居民点的建设应避开山坡型泥石流的易发点。如山坡上原有冲沟的两岸及下游、凹型坡面和弃土场的下方、坡面水流易于汇集处或人工泄水口的下方等。(3)保护森林,尤其是要保护好斜坡上、中部的森林,防止森林火灾,禁止乱砍乱伐、开荒种地等破坏生态环境造成水土流失的人类活动。(4)对开挖形成的人工边坡、弃土场和人工形成的泄水口应进行预防性治理。如在人工边坡和弃土场下部建支挡建筑物,在坡面上建排水系统,用生物工程固定和覆盖表层土;在泄水孔下方建排水系统,将水流排入安全的地方。2.预警报措施在山区开展泥石流预警报工作,是减少泥石流灾害人员伤亡最有效的措施。(1)在山区居民中普及预防泥石流滑坡等山地灾害的基本知识,使居民牢固地树立防灾意识。要求居民对自己居住点附近山地环境进行观察,确定自己的住所是否在上述易发山坡型泥石流的地段。要求居民了解在特大暴雨发生时应采取的行动,正确地选择避难撤离路线和避难场所。(2)建立山区区域性泥石流灾害的预警报系统。通过气象雷达和气象卫星监测降雨情况,根据事先确定的泥石流警戒雨量,通过电视、广播和电话等设施及时发布泥石流即将发生的预报和警报,要求居民采取相应的避难措施。3.治理措施对已形成的山坡型泥石流沟或重要建筑物的上方的泥石流易发点进行治理。(1)截水沟在山坡型泥石流沟或凹型坡面上方稳定的山坡上建截水沟,将坡面产生的水流拦截,排入安全地点,减少进入沟内或凹型坡面内的水体,防止新的山坡型泥石流的发生。(2)小型谷坊在山坡型泥石流沟内建小型谷坊,固沟稳坡,防止溯源侵蚀和侧向侵蚀。在大、中型山坡型泥石流沟内可建浆砌石谷坊,在小、微型沟内可建生物谷坊。(3)排导沟在山坡型泥石流沟下游建排导沟,将山洪泥石流排泄到安全地带,保护线路和居民点的安全。在排导沟设计时,可适当加大排导沟的排导能力,使之能顺利地排泄山洪泥石流。(4)加固斜坡上部的建筑物对位于大型居民点和特别重要的建筑物上方斜坡上的挡土墙、灌溉渠道和公路、铁路的下边坡应进定期巡查,可采用地质地雷、电子图像等方法,对建筑物进行检测和校核计算。若确认这些建筑物在特大暴雨下可能失稳下滑,引起山坡型泥石流发生,应对这些建筑进行加固,以防不测。(5)生物工程在山坡型泥石流沟内和坡面上采用植树种草及生物篱、生物谷坊等生物工程,尽快覆盖和固定裸露的土体,减少水土流失,抑制泥石流发生。六、山坡型泥石流防治实例-----庐山疗养院山坡型泥石流灾害治理庐山疗养院流灾害中国科学院庐山疗养院位于江西省九江市庐山风景区芦林地区,地处犁头尖～九奇峰北坡。疗养院所处位置北低南高,面对芦林湖,海拔1040～1068m之间,后山最高点为犁头尖(海拔130018m)。1995-08-15,芦林地区4h内降雨246mm。在强暴雨的激发下,后山山顶附近的两处凹型坡面内发生崩塌,崩塌体向下滑动过程中翻滚搅拌演化成山坡型泥石流。泥石流在山坡上强烈侵蚀形成两条长条状凹型槽,简称为西沟和东沟。东、西沟泥石流淤塞公路涵洞,堵塞公路,冲毁疗养院南侧铁栅栏,大量泥石流涌入院内,部分泥沙下泄到芦林湖,造成严重灾害,直接威胁疗养院人员的生命安全,并对芦山风景区景观造成了较大的破坏。泥石流的特征暴雨激发形成的山坡型泥石流。东沟流域面积0.025km2,西沟0.021km2,泥石流来势凶猛,容重大,冲淤强烈,流体中大块石多,破坏力大。•暴雨型•山坡型•形成特点：源头土体饱水后突然启动•冲刷与堆积泥石流的危害•破坏生态环境和自然景观•阻塞破坏公路•淤埋山麓旅游点•泥沙进入庐林湖泥石流综合防治方案及防治措施1.防治目标和原则(1)目标恢复后山生态环境和自然景观,削弱泥石流形成条件,消除或减轻泥石流危害,确保疗养院安全,减少进入芦林湖泥沙,保护庐山自然景观和水。(2)原则防治结合,综合治理,多重设防,确保安全;固沟稳坡,减少泥沙;排导山洪,消除水患;防冲停淤,抵御大灾;植树种草,恢复景观。2.设计方案本防治工程由土木工程和生物工程两部分组成(1)在后山东沟和西沟分别布置11座和13座谷坊,固定沟床,稳定岸坡,减少泥沙来源,控制泥石流发生和发展。(2)在疗养院南的含鄱路上,沿公路上边坡脚布置355m挡墙,稳定边坡,稳定坡面固体物质,防止坡面物质在重力和水流的作用下崩滑堵塞排水沟、涵洞和公路。(3)改造现有公路边沟和涵洞,使之能排泄设计山洪。在山洪暴发时,能迅速将坡面和沟道洪水导入下游排洪沟,防止洪水溢出路面,漫入疗养院。(4)在疗养院南缘布置块石混凝土桩防冲墩,形成一条防线。当超标准泥石流暴发时,利用墩前的公路作缓冲区,将大砾石和漂砾拦截在墩前,消除和减轻超标准泥石流对疗养院的危害。(5)在疗养院内改建现有3条排洪沟,使之具有排泄设计山洪的能力,消除山洪可能产生的淹没和冲淤危害。(6)在后山东、西沟两岸和挡墙后种草植树,减少水土流失,恢复后山的自然景观。工程平面布置图谷坊24座挡土墙355m排水系统防冲墩生物工程谷坊固定沟床、防止冲刷、控制泥石流形成挡土墙防止公路边坡坍塌，泥沙堵塞排水系统沟床纵坡与谷坊布置图谷坊下游立视图谷坊1—1剖面