第三节 泥石流
一、泥石流的概念
泥石流是山区沟谷中，由暴雨、冰雪融水等激发的，突然爆发的、破坏性极大的、含有大量固体物质（泥、砂、石）的特殊洪流，是山区特有的一种自然灾害。泥石流是山地环境退化、地表侵蚀作用加剧、水土泥沙骤然流失的产物，多发生在新构造运动强烈、地震强度较大的山区沟谷中（图2－13）。
泥石流是水体和岩石破坏的产物，具有暴发突然、运动快速、历时短暂和破坏力极大的特点。泥石流浑浊流体沿陡峻的山沟前推后拥、奔腾咆哮而下时，地面为之震动，山谷犹如雷鸣，很短暂时间内将大量泥沙石块冲出沟外漫流，在宽阔的堆积区堆积，造成工程设施、农田和生命财产的严重损失，是威胁山区居民生存和工农业建设的一种地质灾害。
我国是世界上泥石流活动最多的国家之一，主要分布在西南、西北及华北的山区，如四川西部（图2－14）、云南西部和北部、重庆、西藏东部和南部、甘肃东南部、青海东部、祁连山地区、昆仑山及天山地区；黄土高原、太行山和北京西山地区、秦岭山区、鄂西及豫西山区等。此外，在东北西部和南部、华北部分以及华南、台湾、海南岛等地山区也有分布。据统计，我国每年有近百座县城受到泥石流的直接威胁和危害；有20条铁路干线的走向经过1 400余条泥石流分布范围内，1949年以来，先后发生中断铁路运行的泥石流灾害300余起，有33个车站曾被淤埋。在我国的公路网中，以川藏、川滇、川陕、川甘等线路的泥石流灾害最严重，仅川藏公路沿线就有泥石流沟1 000余条，先后发生泥石流灾害400余起，每年因泥石流灾害阻碍车辆行驶时间长达1～6个月。
图2－13 泥石流示意图
图2－14 贡嘎山脉海螺沟、燕子沟冰川型泥石流
冲和淤是泥石流的主要活动特征和危害方式。冲是以极大的冲击力作用于建筑物而造成直接的破坏，淤是指经泥石流搬运而堆积下来的泥沙、石等固体物质将建筑物掩埋。
二、泥石流的类型（表2－4）
表2－4 泥石流分类
1．按水源补给
分为冰川型泥石流、降雨型泥石流。
2．按沟谷形态
分为沟谷型泥石流、坡面型泥石流。
3．按物质组成
可分为泥石流、泥水流、水石流（图2－15）。
图2－15 泥石流按物质组成分类
（1）水石流型泥石流。一般含有非常不均的粗颗粒成分，黏土质细粒物质含量少，且它们在泥石流运动过程中极易被冲洗掉，所以水石流型泥石流的堆积物常是很粗大的碎屑物质。
（2）泥石流型泥石流。一般含有很不均匀的粗碎屑物质和相当多的黏土质细粒物质，因而具有一定的黏结性，所以堆积物常形成连结较牢固的土石混合物。
（3）泥水流型泥石流。固体物质基本上由细碎屑和黏土物质组成。这类泥石流主要分布在我国黄土高原地区。
4．按结构流变
分为黏性泥石流（容量为2～2．3t／m3）、稀性泥石流（容量为1．5～1．8t／m3）、过渡性泥石流（容量为1．8～2t／m3）。
5．按规模大小
分为小型泥石流（一次泥石流总堆积量小于10万m3）、中型泥石流（10万～50万m3）、大型泥石流（50万～100万m3）、特大型泥石流（大于100万m3）。
三、泥石流的形成条件
泥石流的形成必须同时具备以下三个条件：陡峻的便于集水、集物的地形地貌条件；保证丰富的松散泥石物质来源的地质条件；短时间内有大量水源的水文气象条件。
1．地形地貌条件
泥石流发育区多具有山高沟深、地势陡峻、沟床纵坡降大、利于汇集水和固体物质的地形地貌特点。典型泥石流的地貌可划分为形成区、流通区和堆积区三个部分（图2－16）。
图2－16 泥石流流域分区图
（1）泥石流形成区（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。其面积大者可达数十平方千米。坡体往往光秃破碎，无植被覆盖，斜坡常被冲沟切割，且有崩塌、滑坡发育。这样的地形条件有利于汇集周围山坡上的水流和固体物质。
（2）泥石流流通区（中游）。泥石流流通区是泥石流搬运通过的地段。多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻且坡降较大，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。当流通区纵坡陡长而顺直时，泥石流流动畅通，可直泄而下，造成很大的危害。
（3）泥石流堆积区（下游）。泥石流堆积区是泥石流物质的停积场所，一般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，统称洪积扇。当洪积扇稳定而不再扩展时，泥石流对其破坏力减缓直至消失。
2．地质条件
地质条件决定了松散固体物质来源。泥石流常发生于新构造活动强烈、地质构造复杂、断裂褶皱发育的地区。当汇水区和流通区广泛分布有厚度很大、结构松软、易于风化、层理发育的岩土层时，这些软弱岩土层是提供泥石流的主要固体物质来源；滑坡体、崩塌体、错落体等不良地质现象发育，为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源；一些人类工程经济活动，如滥伐森林造成水土流失，采矿、采石弃渣、工程建设弃渣等，往往也为泥石流提供了大量的物质来源。
3．水文气象条件
水既是泥石流的组成部分，又是搬运泥石流物质的基本动力。泥石流的发生与短时间内大量流水密切相关，没有大量的流水，泥石流就不可能形成，因此，就需要在短时间内发生强度较大的暴雨或冰川和积雪的强烈消融，或高山湖泊、水库的突然溃决等。气温高或高低气温反复骤变，以及长时间的高温干燥，均有利于岩石的风化破碎，再加上水对山坡岩土的软化、潜蚀、侵蚀和冲刷等，使破碎物质得以迅速增加，这就有利于泥石流的产生。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。
四、泥石流发生的时间规律
（1）季节性。泥石流发生的时间规律与集中降雨时间规律相一致，具有明显的季节性。一般发生于夏秋季节的6～9月。
（2）周期性。泥石流的发生受雨、洪、地震的影响，而雨、洪、地震总是周期性地出现。因此，泥石流的发生和发展也具有一定的周期性，且其活动周期与雨、洪、地震的活动周期大体一致。
季节性、周期性的泥石流，其发生的时间段有一定规律，一般是在一次降雨的高峰期或是在连续降雨稍后发生。
五、泥石流简易观测措施
（1）通过正常洪水水位线来观测泥石流。
（2）了解当地天气预报信息和实际观察沟谷中暴雨形成的水流情况判断洪水水位。当山洪水位线接近正常洪水水位线，而且暴雨还在继续时，必须派人现场值班观测，并采取必要的避让措施。如果洪水中夹带的土石增加时，要注意有可能发生泥石流。
（3）对于经常暴发泥石流的沟谷，可以通过泥石流泥位线来判断泥石流灾害的发生。
（4）暴雨期间要对上游泥石流物源区进行巡查和看守。对村庄、居民点、厂矿上游的滑坡、崩塌堆积物、尾矿矿渣排放场、工程弃土进行巡查和看守，发现有较多物质被洪水携带时，要及时采取避灾措施。
六、泥石流的防治
对泥石流的防治，应坚持预防为主、避让为宜、以治为辅，防、避、治相结合的原则。泥石流的防治措施主要有如下几种。
（1）预防措施。在上游汇水区，做好水土保持工作，如植树造林等；调整地表径流，使水不沿坡度较大处流动，以降低流速；加固岸坡，减少固体物质来源。
（2）穿过措施。修建隧道、明洞从泥石流下方穿过，泥石流在其上方排泄，这是铁路和公路通过泥石流地区的主要形式之一。
（3）防护措施。对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及其他重要工程设施，修建一定的防护构筑物，如护坡、挡墙、顺坝和丁坝等，以防止泥石流对上述工程设施的冲击、淤埋等危害。
（4）排导措施。在泥石流下游设置排导工程，如急流槽、导流堤、渡槽等，以消除泥石流危害。导流堤的作用，主要在于改善泥石流的流向，同时也改善流速（图2－17）。急流槽的作用，主要是改善流速，也改善流向。导流堤和急流槽组合成排导槽，以改善泥石流在堆积扇上的流势和流向，让泥石流循着指定的道路排泄，防止淤积。
（5）拦截措施。在泥石流中游流通区，设置一系列拦截构筑物，如拦挡坝、格栅坝、停淤场、溢流坝等，以便控制泥石流的固体物质和水的总量，降低泥石流的速度，减少泥石流对下游工程的危害。格栅坝适用于拦截流量较小、大石块含量少的小型泥石流，格栅坝的宽度应与沟槽相同，坝基应设在坚实的地基上（图2－18）。拦挡坝适用于沟谷的中上游或下游没有排沙或停淤的地形条件，且必须控制上游产沙的河道，以及流域采沙量大、沟内崩塌滑坡较多的河段。拦挡坝坝体的最大高度不宜超过5m，坝顶宜采用平顶式。当两端岸坡有冲刷可能时，宜采用凹形。
对于防治泥石流的工程措施，常须采取多种措施结合应用。最常见的有拦渣坝与急流槽相结合的拦排工程，导流堤、拦渣坝和急流槽相结合的拦排工程，拦渣坝、急流槽和渡槽相结合的明洞或渡槽工程等。防护工程也常与其他工程配合应用，多种工程措施配合使用比单纯采用某一种工程措施更为有效，也更为经济合理。
图2－17 导流堤示意图
图2－18 格栅坝示意图
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