《第五讲泥石流》PPT课件.ppt

第五讲泥石流 提纲 泥石流的定义及分类我国泥石流发育区的分布及危害泥石流的形成条件泥石流的预测 预报泥石流的防治措施 泥石流又称山洪泥流 是发生在山区中一种含大量泥沙 石块的介于洪水和土石滑体之间的暂时性流体 其容重一般在1 2 2 4T m3 由固体物质 泥沙 石块 和液体 水 两相物质组成 在许多情况下 其固体物质含量可以超过水的含量 一 泥石流的定义及分类 泥石流 其固体物质粒径分布范围很宽 流体性质很不稳定 冲和淤是其主要危害 典型泥石流示意图 一 泥石流的定义及分类 泥石流的一般特征 泥石流是山区特有的一种突发性的地质灾害现象 是地质 地貌 水文 气象 植被等自然因素和人为因素综合作用的结果 泥石流具有暴发突然 来势凶险 运动快速 能量巨大 冲击力强 破坏性大和过程短暂等特点 泥石流的流态取决于固体物质的岩性和流体稠度 流量与暴雨特点 堵塞崩溃形式等 流速受制于地形地貌 流体内外阻力等因素 一 泥石流的定义及分类 泥石流的运动特征 泥石流的直进性和爬高性泥石流粘稠度越大 运动惯性也越大 直进性就越强 颗粒越粗大 冲击力就越强 因此 泥石流在急转弯的沟岸或遇到阻碍物时 常出现冲击爬高现象 在弯道处泥石流经常越过沟岸 摧毁障碍物 有时甚至截弯取直 泥石流漫流改道泥石流冲出沟口后 由于地形突然开阔 坡度变缓 因而流速减小 携带物质逐渐堆积下来 但由于泥石流运动的直进性特点 首先形成正对沟口的堆积扇 从轴部逐渐向两翼漫流堆积 待两翼淤高后 主流又回到轴部 如此反复 形成支岔密布的泥石流堆积扇 泥石流的周期性在同一个地区 由于暴雨的季节性变化以及地震活动等因素的周期性变化 泥石流的发生 发展也呈现周期性变化的规律 一 泥石流的定义及分类 泥石流形成区 上游 多为三面环山 一面出口的半圆型宽阔地段 周围山坡陡峻 多为30 60 的陡坡 其面积大者可达数十平方公里 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 泥石流流通区 中游 多为狭窄而深切的峡谷或冲沟 谷壁陡峻而坡降较大 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 泥石流堆积区 下游 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 冲积洪积扇 泥石流的流域划分 一 泥石流的定义及分类 按泥石流成因分类 根据起主导作用的泥石流形成条件 分为冰川型泥石流和降雨型泥石流 冰川型泥石流发育在现代冰川和积雪边缘地带 由冰雪融水或冰湖溃决洪水冲蚀形成的含有大量泥砂石块的特殊洪流 常发生在增温与融水集中的夏 秋季节 晴 阴 雨天均可产生 一 泥石流的定义及分类 按泥石流体的物质组成分类 泥石型 这是由浆体和石块共同组成的特殊流体 固体成分从粒径小于0 005毫米的粘土粉砂到几米至10 20米的大漂砾 泥流型 是指发育在我国黄土高原地区 以细粒泥石流为主要固体成分的泥质流 泥流中粘粒含量大于石质山区的泥石流 泥流含少量碎石 岩屑 粘度大 呈稠泥状 结构比泥石流更为明显 水石型 是指发育在大理岩 白云岩 石灰岩 砾岩或部分花岗岩山区 由水和粗砂 砾石 大漂砾组成的特殊流体 粘粒含量小于泥石流和泥流 水石流的性质和形成 类似山洪 一 泥石流的定义及分类 水石型 泥流型 泥石型 按泥石流的流体物质分类 粘性泥石流这类泥石流含有大量的细粒粘土物质 固体物质占含量的40 60 最高可达80 水和泥沙 石块凝聚成粘稠的整体 粘性很大 密度大 大于1 6吨 m3 浮托力强 当它在流通中经过湾道或遇障碍物时 有明显的爬高和截弯取直作用 粘型泥石流在堆积区不发生显著的散流 而呈长舌状 堆积物表面坎坷 停积时无分选性 稀性泥石流这类泥石流固体物质含量较少 一般为10 40 而且细粒物质少 不能形成粘稠的整体 在运动过程中 水泥浆速度远远大于石块的运动速度 石块以流动或跳动方式下泄 具有极强的冲刷力和下切能力 在堆汲取呈扇状散开 将原来的对积山切割成条条深沟 堆积后水泥浆逐渐散开 堆积物表面较平坦 结构松散 有一定的分选性 一 泥石流的定义及分类 据发育泥石流的地貌分类 一 泥石流的定义及分类 标准型泥石流 为典型的泥石流 流域呈扇形 流域面积较大 能明显地划分出形成区 流通区和堆积区 河谷型泥石流 流域呈狭长条形 其形成区多为河流上游的沟谷 固体物质来源分散 沟谷中有时常年有水 故水资源丰富 流通区与堆积区往往不能明显分出 坡面型泥石流 流域呈斗状 面积一般小于1平方千米 无明显流通区 形成区与堆积区直接相连 标准型泥石流 坡面型泥石流 河谷型泥石流 根据成生环境对泥石流的分类 一 泥石流的定义及分类 我国泥石流分布受地形 地质和降水条件的控制 1 泥石流在我国集中分布在两个带上 一是青藏高原与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 在上述两个带中 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 二 我国泥石流发育区的分布及危害 3 在各大型构造带中 具有高频率的泥石流 又往往集中在板岩 片岩 片麻岩 混合花岗岩 千枚岩等变质岩系及泥岩 页岩 泥灰岩 煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布区 4 泥石流的分布还与大气降水 水雪融化的显着特征密切相关 即高频率的泥石流 主要分布在气候干湿季较明显 较暖湿 局部暴雨强大 水雪融化快的地区 如云南 四川 甘肃 西藏等 低频率的稀性泥石流主要分布在东北和南方地区 二 我国泥石流发育区的分布及危害 泥石流暴发突然 来势凶猛迅速 兼有崩塌 滑坡和洪水破坏的双重作用 其危害程度比单一的崩塌 滑坡和洪水的危害更为广泛和严重 1 对居民点的危害 泥石流最常见的危害之一 是冲进乡村 城镇 摧毁房屋 工厂 企事业单位及其他场所设施 淹没人畜 毁坏土地 甚至造成村毁人亡的灾难 如1969年8月云南省大盈江流城弄璋区南拱泥石流 使新章金 老章金两村被毁 97人丧生 经济损失近百万元 二 我国泥石流发育区的分布及危害 泥石流的危害 2 对公路 铁路的危害 泥石流可直接埋没车站 铁路 公路 摧毁路基 桥涵等设施 致使交通中断 如 甘川公路394公里处对岸的石门沟 1978年7月暴发泥石流 堵塞白龙江 公路因此被淹l公里 白龙江改道使长约两公里的路基变成了主河道 公路 护岸及渡槽全部被毁 3 对水利 水电工程的危害 主要是冲毁水电站 引水渠道及过沟建筑物 淤埋水电站尾水渠 并淤积水库 磨蚀坝面等 4 对矿山的危害 主要是摧毁矿山及其设施 淤埋矿山坑道 伤害矿山人员 造成停工停产 甚至使矿山报废 二 我国泥石流发育区的分布及危害 2006年5月24日 泰国北部地区发生了洪水和泥石流灾害 2006年4月 哥伦比亚各地连降暴雨 引发的洪灾和泥石流造成严重人员伤亡和经济损失 2006年04月12日 由于暴雨引发了泥石流 美国加州北部数名居民被疏散 2007年08月16日 印度北部泥石流掩埋村落 5人死 55人失踪 四川德昌县遭受泥石流 浙江临安泥石流2005年9月 2007 7 24 泥石流阻断丽江至攀枝花公路近千车辆拥堵 2007 7重庆 南岸 上新街 泥石流 泥石流的形成 必须同时具备三个基本条件 1 有利于贮集 运动和停淤的地形地貌条件 2 有丰富的松散土石碎屑固体物质来源 3 短时间内可提供充足的水源和适当的激发因素 三 泥石流的形成条件 泥石流形成的基本条件 地形地貌条件地形上具备山高沟深 地形陡峻 沟床纵度降大 流城形状便于水流汇集 地貌上 泥石流的地貌一般可分为形成区 流通区和堆积区三部分 形成区 多为三面环山 一面出口的半园形开阔地带 周围山坡陡峭 多为30 60度的陡坡 流通区 是泥石流通搬运的地段 多为狭窄而深切的峡谷和冲沟 谷壁陡峭而纵坡降较大 且多陡坎和跌水 堆积区 泥石流物质的停留场所 一般位于山口或山间盆地边缘 地形平缓 三 泥石流的形成条件 松散物质来源条件 地质条件 泥石流常发生于地质构造复杂 断裂褶皱发育 新构造活动强烈 地震烈度较高的地区 地表岩石破碎 崩塌 错落 滑坡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 另外 岩层结构松散 软弱 易于风化 节理发育 或软硬相间成层的地区 因易受破坏 也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源 一些人类工程活动 如滥伐森林造成水土流失 开山采矿 采石弃渣等 往往也为泥石流提供大量的物质来源 三 泥石流的形成条件 水源条件 水文气象条件 水既是泥石流的重要组成部分 又是泥石流的激发条件和搬运介质 动力来源 泥石流的水源 有暴雨 水雪融水和水库 池 溃决水体等形式 我国泥石流的水源主要是暴雨 长时间的连续降雨等 三 泥石流的形成条件 小江是金沙江南岸支流 全长138 2公里 小江河谷谷底宽15至50米 两岸悬崖陡峭 相对高差1000米 2000米 水流落差909米 由于江两岸岩层结构松散 加之河谷两岸植被稀疏 再加上深切割的沟谷十分发育 因而这里极容易形成规模巨大的泥石流 洪水季节 泥石流来势凶猛 大大小小的石头被淤泥夹带着 伴随着粗粗细细的残枝断根而形成了一条巨大的泥和石的 河流 龙头山以下90公里范围内共有泥石流沟51条 其中蒋家沟 大小白泥沟 芋头塘沟和老干沟等为发育旺盛期泥石流沟 三 泥石流的形成条件 小江流域泥石流 东川小江蒋家沟泥石流 蒋家沟泥石流形成条件 1 固体物源蒋家沟流域面积有80 是板岩 该岩层因地质作用的影响十分破碎 极易因风化剥落成碎屑 而成为泥石流的重要碎屑物质提供者 此外 该流域有广泛覆盖有1 3米的亚粘土及8 9米的粘土 成为泥石流中粘粒的重要来源 据计算 蒋泉沟流域内固体物质总储量为7 49亿m3 一般中上游只要有15 20mm的连续降水 泥石流就会形成 2 地形地貌条件蒋家沟流域的形态呈上宽下窄的瓢形 山高谷深 地形陡峻 沟壑纵横 坡陡流急 这样的地形既有利于聚集来自周围山坡的固体物质 又有利于降水径流的汇集 3 水动力条件该区雨量丰富 干湿季节分明 每年有80 90 的降雨集中在雨季 干季降雨少 气候干旱 日温差大 岩石和土层易崩解 松动而形成大量松散碎屑物质 4 人类活动的影响蒋家沟泥石流的发生发展与不合理的人类经济活动有直接关系 东川地区从唐代就开始有炼铜活动 历代的 商铜 政铜 掠夺式的开采和大量烧炭炼铜活动 彻底破坏了该区的森林植被 流域的侵蚀模数高达5万m3 km2 a 严重的水土流失 进一步促进了泥石流的发展 三 泥石流的形成条件 1 不合理开挖 修建铁路 公路 水渠以及其它工程建筑的不合理开挖 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120人死于滑坡造成的泥石流 三 泥石流的形成条件 外部诱发因素 2 不合理的弃土 弃渣 采石 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年一场大雨暴发了矿山泥石流 冲出松散固体物质约l0万立方米 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年冬在沿公路的沟内开采石料 1974年7月18日发生泥石流 使15座桥涵淤塞 三 泥石流的形成条件 3 滥伐乱垦 例如 甘肃省白龙江中游现在是我国著名的泥石流多发区 而在一千多年前 那里竹树茂密 山清水秀 后因伐木烧炭 烧山开荒 森林被破环 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 三 泥石流的形成条件 季节性我国泥石流的暴发主要是受连续降雨 暴雨 尤其是特大暴雨集中降雨的激发 因此 泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律相一致 具有明显的季节性 一般发生在多雨的夏秋季节 因集中降雨的时间的差异而有所不同 四川 云南等西南地区的降雨多集中在6 9月 因此 西南地区的泥石流多发生在6 9月 而西北地区降雨多集中在6 7 8三个月 尤其是7 8两个月降雨集中 暴雨强度大 因此西北地区的泥石流多发生在7 8两个月 据不完全统计 发生在这两个月的泥石流灾害约占该地区全部泥石流灾害的90 以上 泥石流发生的时间规律 四 泥石流的预测 预报 周期性泥石流的发生和发展也具有一定的周期性 且其活动周期与暴雨 洪水 地震的活动周期大体相一致 当暴雨 洪水两者的活动周期相叠加时 常常形成泥石流活动的一个高潮 如云南省东川地区在1966年是近十几年的强震期 使东川泥石流的发展加剧 仅东川铁路在1970 1981年的11年中就发生泥石流灾害250余次 又如1981年 东川达德线泥石流 成昆铁路利子伊达泥石流 宝成铁路 宝天铁路的泥石流 都是在大周期暴雨的情况下发生的 泥石流的发生 一般是在一次降雨的高峰期 或是在连续降雨稍后 泥石流发生的时间规律 四 泥石流的预测 预报 发展期沟谷对于处于发展时期的泥石流沟谷 小流域 5 20年就能聚集满足一次爆发所需的松散物质量 因为处于发展期的泥石流沟谷面积较小 85 的汇水范围在1平方千米以下 平均面积为0 62km2 水流域重力侵蚀强烈 形成区面积占流域面积比例大 而且地形陡峭 平均山坡坡度为33 5度 沟床比降为44 6 其中84 的沟床在30 以上 往往发生崩塌滑坡直接转化为泥石流 泥石流与沟谷的发育阶段 四 泥石流的预测 预报 活动期沟谷处于活动期的泥石流沟谷 快速发展的沟谷 10 50年能聚集足够的松散物质功一次爆发需要 因为处于此发育阶段的沟谷 流域在积运中 76 的沟谷流域面积为1 50km2 平均为8 93km2 山坡坡度平均值为32度 平均沟床比降为21 只有18 的沟床比降大于3 由于活动期的沟谷比发展期的沟谷沟床平缓面积大 所以聚集时间较前者长 但爆发时的规模也较前者大 泥石流与沟谷的发育阶段 四 泥石流的预测 预报 衰退期沟谷处于衰退期的泥石流沟谷 一般20 100年才能聚集一次爆发所需要的松散物质其流域面积相对较大 平均达15 58km2 流域内重力侵蚀作用有所减弱 山坡逐渐趋于稳定 沟床比降相对缓和 仅为13 6 沟床大于30 的沟床近为1 5 因此碎屑物质的聚集需要更长时间 流与停积的物质的重新起动 需更大的动力 这就决定了其爆发的周期更长 泥石流与沟谷的发育阶段 四 泥石流的预测 预报 终止期终止期泥石流沟谷 因山坡 沟床 坡度已很平缓 流域内侵蚀能力与正常流水的搬运作用已基本适应 所以不会产生强烈的物质聚集 一把不会爆发泥石流 这类泥石流沟消亡的阶段 当流域面积不断扩大 山坡 沟床比降变得越来越平缓 流域内的侵蚀 搬运 堆积速率相对平稳 不会形成集中积累和集中输移的脉动状时 一般不会形成泥石流 由此可见岩土积累输移的具波落实系统失稳的重要原因 也是泥石流与一般正常水流或洪流不同之处 四 泥石流的预测 预报 泥石流与沟谷的发育阶段 泥石流的预测预报工作是防灾和减灾的重要步骤和措施 1 在典型的泥石流沟进行定点观测研究 力求解决泥石流的形成与运动参数问题 如对云南省东川市小江流域蒋家沟 大桥沟等泥石流的观测试验研究 2 调查潜在泥石流沟的有关参数和特征 3 加强水文 气象的预报工作 特别是对小范围的局部暴雨的预报 因为暴雨是形成泥石流的激发因素 4 建立泥石流技术档案 特别是大型泥石流沟的流域要素 形成条件 灾害情况及整治措施等资料应逐个详细记录 5 划分泥石流的危险区 潜在危险区或进行泥石流灾害敏感度分区 6 开展泥石流防灾警报器的研究及室内泥石流模型试验研究 四 泥石流的预测 预报 目前关于泥石流的预测预报状包括四方面的内容 泥石流的空间预报 泥石流时间预报 泥石流基本特征的预测 泥石流暴发危险度的预测 四 泥石流的预测 预报 1 泥石流形成条件的调查此项工作的目的是 查明泥石流形成条件及其在历史上和现状条件下的活动规律 规模 判定泥石流的发展趋势和危险程度 泥石流形成条件的调查包括 工作区地层岩性 地形地段 地质构造 泥石流沟流域规模及各沟谷的调查和分析 地层岩性的调查包括 对基岩地层层序 岩性成分 风化程度及抗风力能力的分析 对松散堆积物的成因 类型 范围 厚度 物质成分 颗粒大小组成进行分析和测定 并估算流域内松散碎屑物质的聚集数量 地质构造的调查包括 褶皱 断裂的分布 类型 裂隙发育情况及构造运动的活动情况 地震资料的收集 泥石流发育程度和潜在可能性进行区域的划分 最终绘制成泥石流分布图 泥石流的空间预测 四 泥石流的预测 预报 2 泥石流区划泥石流分布的不均匀性是由其地形特征 地质条件和降水特征所决定的 泥石流的发育分区图的绘制是进行空间预测的主要方法 根据用途不同一般这种图件分三中比例尺编制 大区域的泥石流区划这种图比例尺较小 一般为1 100万或更小 主要是为了判明一个省或全国泥石流危险区 高发区 的略概分布状况 中等区与泥石流的划分这种图比例尺一般为1 10万 1 50万 主要目的是作为当地 县 市 经济技术开发和建设规划的防灾减灾的依据 小区遇的泥石流分布图比例尺一般为1 1万 1 5万 主要用于对某些山地 城市附近泥石流进行预测 用以制定泥石流防治措施和GPS定位观测的依据 四 泥石流的预测 预报 泥石流的时间预报往往指短期的预报 中长期的预报大多是根据已有历史资料分析的大致周期和空间预报的结合进行的 1 考虑到泥石流的发生处在固体松散物质累积量已达到暴发所需的数量 其发生主要为强烈地表径流激发 所以 有人用降水量即降水强度的指标来进行预报 即泥石流的气象水文预报 研究表明 大部分泥石流的暴发 与降水总量和降水强度有关 如成昆铁路四川境内 日降水量大于等于50mm时 可作为泥石流暴发的激发条件 2 以坡度 固体物质储备量和降水总量三个方面的组合来进行预报 泥石流的时间预报 四 泥石流的预测 预报 3 利用仪器报警利用泥石流遥测地声警报器根据泥石流地声特点 频率范围 振动强度与洪水有很大差异的特点 以振动强度 频率范围和延续时间的要素作为控制指标 研制当UJ 2型泥石流地声报警器 利用泥石流泥位报警当泥石流厚度 即泥位 大于一定值时 仪器就发出报警信号 一般可提前3 8分钟 这一方法开始在日本使用较高 价格低廉 原理简单 其缺陷是受冲淤变化和泥石流改道的影响 加之监测域暴露面积大 易使人为活动破坏 四 泥石流的预测 预报 泥石流的基本特值主要是指泥石流的密度 流速 流量 泥位及方量 1 泥石流密度的确定对于粘性泥石流 可在现场选择停积下来的堆积物的典型剖面 确定其土石成分 测出单位体积土石所占的体积百分数分别乘以土石单位密度相加即得 2 泥石流流速的确定确定泥石流流速是个极为复杂的问题 为此 目前我国有不少适用于不同地区 不同类型的泥石流流域和泥石流性质的经验公式 3 泥石流流量的确定确定泥石流流量的最好办法是在泥石流沟谷的适当深度上设置观测断面直接进行测量 而进行较长时间的连续观测 由于观测难度大 不确定性和耗费人 物较多 所以一般用已计算出的流速乘以过流断面 泥石流基本特征值的确定 四 泥石流的预测 预报 4 泥石流泥位的确定泥位既可反映泥石流的流速河流量 又可反映泥石流的规律和危险度 显然在沟床纵坡一定的情况下 泥位愈深 流速流量愈大 其规律和造成的冲击力也愈大 一定达到或超过危险泥位时 就会酿成灾害 泥位标高可通过现场泥痕调查获得 调查时需注意的是当次暴发的泥石流沟 规模不一历史最高泥位的资料尤其重要 5 泥石流方量的确定泥石流方量式表征泥石流位限度的重要指标 它的确定方法有两种 一种是用泥石流过程直接确定 另一种根据泥石流过境痕迹 以测定整个泥石流冲出物质堆积区堆积方量的方式求得 并把堆积区测定的结果愈形成区得测定结果进行对比 四 泥石流的预测 预报 五 泥石流的防治措施 防治原则 避强制弱 局部防护 重点处理 以防为主 综合防治 防治措施水土保持措施 平整山坡 植树造林 修建谷坊 坡面排水等 泥石流形成区拦挡措施 各种拦挡坝与坝群 泥石流流通区排导措施 排洪道 导流堤 停淤场 泥石流堆积区 生物措施包括 保护原生植被 培育植被 即种数植草 合理耕牧 形成并维持较优化的生态平衡 通过这些措施 可是流域坡面得到保护 减少松散物质的提供量和后动阻力 恢复林草植被由多种不利因素 如果管理不善则难以成功 需要因地制宜 合理规