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水利工程论文-对两类自然灾害:滑坡与水土流失综合治理问题的研究.doc水利工程论文-对两类自然灾害:滑坡与水土流失综合治理问题的研究.doc -- 2 元

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水利工程论文对两类自然灾害滑坡与水土流失综合治理问题的研究摘要本文从系统认识论出发,以吊钟坝滑坡群水土保持综合治理研究为论证点,认为在一特定地质环境条件下,滑坡的形成与水土流失产生是同一系统中的相关事件。两者应结合治理。关键词系统TheresearchaboutslideslopeandwatersoilsynthesizefathertotwokindsnaturalnesscalamityAbstractThispaperdepartfromtheepistemologyofsystem,withtheresearchofDiaoZhongBaslideslopeswaterandsoilretainsynthesizefatherasdemonstratepoint,anddrawtheconclusionthatundertheespeciallyGeocondition,theformofslideslopeandtheproduceofwaterandsoillossismutualityeventinsideasystem。Thetwomustbecombinefather。Keywordssystem,slideslope,waterandsoilloss,DiaoZhongBaslideslopes,associatepointTongGuangqinChangJiangWaterResourceCommitteeThreeGorgesReconnaissanceAcademe1序言近年来,由于前期森林的大面积砍伐,土壤间持水能力大为下降。在具有一定坡度的边坡地段,由于地表植被的极度缺乏,自然地表对大气降雨基本无甚阻挠作用,地表径流的形成与汇集,对边坡表层土壤、养分的流失及边坡自然空间几何形态的改造,是促使边坡稳态转化而产生地质隐患的主导因素之一。同时由于地质隐患灾害的潜伏性,即外界改造动力的持续性或间歇性,边坡对动力改造的相斥性与积累作用使得边坡地表的次生再造与动力作用施与期不连续,使得人们认为两者是不相关的。同时受社会的、经济的某些因素影响,从而力促人们忽略两者的关联性与严重性。就全球而言,地震、火山和崩滑、泥石流以及水土流失等地表改造作用,是自然灾害中的主要作用。诸如暴雨和特大洪水等,除了它们自身所造成的水灾之外,还伴有两岸岸坡的崩滑、泥石流或大面积水土流失1。所以从某种意义上讲,边坡的崩滑与水土流失现象经常是相伴而生的。对于经常相伴而生的两类自然灾害,由于其表观上的不相关性,造成人们缺乏对其形成机制和治理系统性的更深层次认识,以至限制了人们对其灾害性的消弱与改造活动。本文拟以系统论的观点,对在一特定地质环境条件下,滑坡与水土流失产生的相关性和防治的系统性进行一些初步的探索性研究,并以吊钟坝滑坡群水土综合治理研究为例来论证本文观点,以期引起学术界各位同仁的注意。2滑坡形成与水土流失产生的相互关联论2.1水对滑坡稳定性的影响众多的理论研究与工程实践表明,水是控制边坡稳态之一也是最主要的因素。据对长江三峡工程库区已勘察滑坡进行的研究发现,水对处于临界稳态边坡的稳定系数影响值达0.40.6之多2。水对边坡稳态的控制作用,主要表现为其一,地表径流对边坡空间几何形态的改造。大气降雨在边坡上的第一次分配是入渗,第二次分配主要表现为形成地表径流。地表径流的自然排泄,是其所携能量以最利便的方式、最大的限度进行释放,以符合能量最低的自然法则。所以说地表径流的排泄过程是从水能释放而不是从边坡稳定角度出发。在地表径流排泄的过程中,径流与边坡表层土壤的相互作用,使得边坡空间几何形态的水能改造有利于水能释放而非边坡稳定。吊钟坝滑坡群水土综合治理区边坡介质渗透性一般,但其降雨在时空上分布极不均匀(主要集中在7、8月份,约占全年降雨的36.4%),极易形成地表径流。边坡总体坡度在14°左右,但前缘较陡,同时由于坡体植被覆盖率极低,约为1%,临近钟坝河滑坡前缘覆盖率几乎为零。地表径流对边坡形态的改造主要表现为覆盖层变薄(土体流失)其次为依托自然水系排泄,对边坡局部切割,形成的多层次坍滑体。从地质上分析,本区已形成4个大小不一的变形体系群。值得注意的是,由于边坡前缘为钟坝河,洪水期间,钟坝河流水对坡体前缘不断冲刷、掏切作用,坡体前缘物质大量流失,形成高陡临空面,将进一步降低边坡现有的稳定性。其二,地下水对边坡的荷载作用。由于大气降雨或周边环境水量的持续补给,可能使得边坡介质中地下水位骤然上升,水压力p(γh)此时对边坡的作用表现为减轻边坡介质自重和加大促使边坡不稳的下滑力。对于下滑区段较大的边坡而言,后者的不利影响往往远大于前者。如若边坡前后缘高差值较大且介质渗透较好,其产生的动水压图1吊钟坝滑坡群地质略图力PidAoinsinβi对边坡稳定极为不利。吊钟坝区各处均有泉水出露,特别是大降雨期后,泉眼出水充足,从而说明覆盖层介质易饱水,形成对边坡稳定不利的高水位静水压力。表1吊钟坝综合治理区不同工况边坡稳定计算剖面号稳定系数滑面(饱水100%)几何要素饱水0%饱水80%饱水100%前缘高程(m)后缘高程(m)6-61.430.9980.89360.0525479.00001-11.160.8480.77396.0057463.90655-51.350.9580.86374.0658430.9588水对边坡稳定性影响,由此可见一斑。其三,地表水的入渗对边坡主导滑面的软化作用。在长江三峡工程库区,由于受沉积环境先决条件的控制与诱导,在土、石边坡中多夹泥化软弱层,其物质成份多为高岭土、粉质粘土或粘土。边坡中节理面与结构构造面的存在,导致地表水入渗边坡介质乃至到达软弱层面,引起其物质的软化或泥化而造成滑面并形成滑坡,这一重要结论已被众多研究证实。2.2水土流失的主载体-水目前,人类与环境的关系日趋恶化。生态危机的严峻现实,使人类清醒地认识到,经济的增长与保护生态环境同等重要,水土的枯荣,关系到一地的兴衰3。水土流失防治已成为当今世界环境治理的主题。在水土流失的过程中,水是土体流失的主载体,没有水也就没有水土流失。因而水土保持就是治水保土。影响本区水土流失的几个主要因素如下2.2.1降雨因素据有关研究资料表明所有的气候因子,都以不同的形式,给予水土流失以不同程度的影响。总体而言,气候因子对水土流失的影响分为两类①直接影响。降雨对土壤的破坏作用,暴风骤雨常常是造成水土流失的直接动力。如1982年,本区发生特大型降雨,雨强、雨量均为区内水文历史记载所罕见,其对区内土壤结构造成极大的破坏,所造成的表层土壤流失量虽没有资料记载,但据区内居民回忆,一场大雨一层土,农田表层土壤严重流失。②间接影响。主要指降雨、温度、湿度、日照等对植被生长发育、岩体风化作用与强度、成土过程和土壤性质的影响。水文资料显示,研究区降雨在时空序列上分布不均匀。降雨主要分布在7、8月份。降雨量的高度集中,形成了明显的干、湿季节,雨季时土壤经常处于湿润状态,为暴流侵蚀创造了条件,加剧了多雨季节水土流失量。2.2.2重力侵蚀重力侵蚀是受侵蚀物质在重力作用下,沿坡面方向发生的块体移动。块体的孕育、发生和停止除受重力作用外,还受地势反差、坡面土层结构、土体含水量和水文条件的诱导和抑制。重力侵蚀与水力侵蚀呈现相互促进的复杂而紧密的关系。钟坝河流水对区内坡体前缘的不断冲刷、掏蚀,坡体前缘物质被洪水带走,在坡体前缘形成临空面。临空面后的土体介质在其内摩擦力和凝聚力以及其上生长的自然植被的固持作用不足以维系平衡时,在重力作用下,土壤及其母质发生移动,造成水土流失4。2.2.3坡面径流排泄的紊乱性水是土体流失的主载体,没有水也就没有水土流失。坡面径流的深度与坡度决定着坡面径流的运动规律,许多侵蚀都与水力侵蚀呈现相互促进的复杂而紧密的关系。区内坡面上除发育有由三条较大的自然沟组成的坡面排水系统外,其坡面径流的排泄基本上是无组织、无目的的,并呈紊乱状态。消弱水土流失中载体水的比重与作用,实施水土分流,坡面径流的拦截、排泄应是有组织、有目的的。2.3两者的关联点-水通过以上分析表明,就本区而言,边坡稳态的恶化(形成滑坡)与水土流失现象的产生是相辅相成的,水在其中起到了关键性作用。其一,钟坝河流水对边坡前缘的冲刷、掏蚀,坡体前缘物质流失(水土流失)前缘物质流失,导致边坡前缘的高陡临空面的形成,从而边坡稳态恶化形成滑坡。其二,降雨时空上分布不均,雨能短时间内大量集中,超出边坡表面对其的抗蚀能力,形成水土流失同时引起覆盖层厚度减薄,地表水入渗加剧,对边坡稳定不利。其三,坡面径流排泄的紊乱性,造成坡面径流的深度不一,局部地段下切,形成多层次的坍滑体坡面径流较深处水土流失较严重。综上所述,水是滑坡形成与水土流失产生的关联点。3滑坡与水土流失综合整治的系统论我们已经得出一个重要结论在一特定地质环境条件下,滑坡的形成与水土流失现象的产生是纳入一个系统范畴的。对于个体的施与作用(整治或防治),应考虑个体间的相互关联性与反作用效应,以系统认识论的高度,首先着眼于各个个体的关联点,从全局出发来实施整治措施,其次是考虑不关联点的效应。设有一局部封闭系统O,{O1,O2,,Oi,,On}∈O,其单个子系统Oi{i1,2,,n}为n维向量组。若一串子系统中含有关联点G,不失一般性,即设一串子系统O1,O2,,Oj令OjFG,ξj1,ξj2,,,{(j1,2,,j),j≤n},则系统的施与作用点首要考虑关联点G,其次才是不关联点的效应。吊钟坝滑坡群水土综合治理(大系统)主要包括滑坡整治与水土流失防治(子系统),两者关联点是水,即吊钟坝滑坡群水土综合治理应首要着眼于水的问题。4对上述两类灾害防治问题的研究4.1治理思路研究区域系统目前变形明显,特别是钟坝河两岸,在洪水期间,河岸崩塌活动频繁,牵引坡体失稳。水土流失现象相当严重,从而使生态环境极为恶化,其潜在危害性更加难以消除。为使区域系统获得良好的农业生态环境,治理工程实施从水保角度出发,立足近期效益兼顾长远利益,除害兴利,治理与开发并举,在彻底解除滑坡灾害危害性的同时,为周边环境的社会经济发展留下足够的建筑空间及有效的农业用地。吊钟坝滑坡群水土综合治理工程以滑坡治理与水保治理相结合,以滑坡治理作为水保治理的导入点。吊钟坝滑坡区造成坡体失稳的根本原因是钟坝河洪水期间水流对坡脚的掏切及坡体介质地下高水位对边坡渗压所至。钟坝河纵坡比降很大,达1/10,天然河道洪水流速约为3.56m/s,超过河床及河岸允许流速2.83.35m/s,河床受到冲刷、岸坡切脚崩塌,形成高陡临空面,牵引坡体而失稳。为此,减缓钟坝河洪水流速是工程治理的关键所在。减缓钟坝河流速的途径主要是人工再造河床,以降低河道纵坡,拓宽过水断面,加大河道糙率等。地表水排泄不畅是滑体内部产生变形和坡面产生水土流失最主要的原因,因此,在滑坡区设置坡面排水系统。
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