水利工程論文-泥沙災(zāi)害類型及成因機制分析.doc

水利工程論文-泥沙災(zāi)害類型及成因機制分析摘要：由水力或重力侵蝕形成的泥沙有二重性作用，即泥沙既能致災(zāi)，又能成為寶貴資源。根據(jù)泥沙致災(zāi)過程和特性，泥沙災(zāi)害可以分為直接災(zāi)害和間接災(zāi)害；滑坡和泥石流為前者；由泥沙引發(fā)的洪水災(zāi)害為后者。以黃河下游為例，論述了間接泥沙災(zāi)害形成的必備條件是：中上游的強烈侵蝕產(chǎn)沙，強烈的溝道與河道泥沙輸移，河道泥沙堆積空間制約，水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)。關(guān)鍵詞：泥沙災(zāi)害類型成因機制80年代響應(yīng)聯(lián)合國減災(zāi)十年委員會提出的開展“國際減輕自然災(zāi)害十年”(19902000年)的號召，在中國減災(zāi)委員會的領(lǐng)導(dǎo)下，有關(guān)部門投入大量的人力和物力開展減災(zāi)防災(zāi)的全面的、系統(tǒng)的研究。他們所研究的災(zāi)害類型涉及七大類，24種。奇怪的是在這七大類24種災(zāi)害中并沒有包括泥沙災(zāi)害，是何原因?qū)е履嗌碁?zāi)害的“疏漏”。筆者揣測并非真正的疏漏，主要原因之一是，由于某些泥沙災(zāi)害已反映在其他自然災(zāi)害類型中，主要反映在地質(zhì)災(zāi)害和洪水災(zāi)害中；二是由于泥沙本身的二重性，即既能成為致災(zāi)因子，也能成為豐富的資源。由于這兩方面的原因，故未能把部分泥沙引發(fā)的災(zāi)害特別地強調(diào)出來。客觀上迄今為止，甚至什么是泥沙，什么是泥沙災(zāi)害并沒有明確的，共識的概念，這也是未能成為獨立的一類災(zāi)害的原因之一。隨著人口的增加，經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境的變異，溫室效應(yīng)等影響，由泥沙為致災(zāi)因子直接，或間接引發(fā)的災(zāi)害環(huán)境越來越為人們重視。正確地認識泥沙與泥沙災(zāi)害的類型及其成因機制，對維持區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展是有十分重要的意義。下面就泥沙與泥沙災(zāi)害的有關(guān)問題提出自己的見解，不妥之處請同仁不吝賜教*。1泥沙的二重性要研究泥沙災(zāi)害，首先要認識泥沙。什么是泥沙，在很長的時段內(nèi)并沒有明確的概念；河流泥沙專家錢寧先生在“泥沙運動力學(xué)”一書中是這樣定義泥沙的“凡是在流體中運動或受水流、風(fēng)力、波浪、冰川及重力作用移動后沉積下來的固體顆粒碎屑”。定義不僅闡明什么是泥沙，而且還高度地概括泥沙的成因類型和動力機制。同時從定義中還可以看出泥沙粒級大小相差十分懸殊，其粒徑可相差百倍、千倍，甚至萬倍，其體積可相差億倍。可見泥沙是不同等級顆粒碎屑物的總稱。泥沙作為一種物質(zhì)，同其他任何物質(zhì)一樣都有其二重性，既有有利的一面，也有有害的一面，有害的一面為泥沙災(zāi)害，有利的一面稱之為泥沙資源。1.1泥沙的災(zāi)害性什么是泥沙災(zāi)害，至今未見有明確報道；筆者是這樣理解泥沙災(zāi)害的，凡是致災(zāi)因子是泥沙，或由泥沙誘發(fā)其他載體給人類的生存，生存環(huán)境和物質(zhì)文明建設(shè)帶來危害，給經(jīng)濟帶來損失，這樣的泥沙事件就構(gòu)成泥沙災(zāi)害。由泥沙為致災(zāi)因子形成的災(zāi)害命其為泥沙的直接災(zāi)害；由泥沙誘發(fā)其他載體引發(fā)的災(zāi)害命其為泥沙的間接災(zāi)害。前者如因滑坡、泥石流及崩塌形成的泥沙物質(zhì)給人類、社會和環(huán)境造成的危害(至今仍被世人稱之為地質(zhì)災(zāi)害)。我國是一個多山的國家，2/3為山地，加之人類活動的影響，因滑坡、泥石流和崩塌形成的泥沙災(zāi)害相當(dāng)嚴重；據(jù)不完全統(tǒng)計，每年發(fā)生的滑坡數(shù)以萬計，有泥石流溝一萬多條，受到威脅的70多座城市和460多個縣城。19491990年因崩塌、滑坡、泥石流使我國至少造成100多億元的直接經(jīng)濟損失。因崩塌、滑坡、泥石流造成近萬人死亡，年均200多人。這些還使我國的鐵路、水庫和電站受到嚴重威脅。泥沙間接災(zāi)害是指因土壤侵蝕形成的泥沙在河道或水庫年復(fù)一年又一年的淤積使河床抬高，泄洪能力降低，由不太大的洪水引發(fā)的漫堤、潰決的災(zāi)害(這一類災(zāi)害至今仍然歸咎于洪澇災(zāi)害)。在干旱半干旱地區(qū)地面堆積的風(fēng)砂在強風(fēng)暴作用下也能引起風(fēng)沙災(zāi)害；如1993年5月西北地區(qū)的黑風(fēng)暴形成嚴重的風(fēng)砂災(zāi)害。由泥沙堆積于河床導(dǎo)致的洪水災(zāi)害，在半干旱地區(qū)比較普遍，在我國主要出現(xiàn)在北方幾條高含沙河流，其中最為典型的是黃河，其次是遼河和永定河。黃河下游在建國前的2000多年的時間內(nèi)，兩岸大堤決溢1500多次，大小改道26次(又一說7次)。建國后由于三次加固加高防洪大堤才50年安然無恙。但由于近年黃河水沙形勢發(fā)生歷史性變化，中上游來水大幅度減少，與此同時，徑流量也大幅度的減少，斷流連續(xù)不斷，泥沙大量淤積在河槽中，使河床不斷地抬高，灘槽高差縮小，河道嚴重萎縮。1990年1月至1995年12月，小浪底至高村河段抬升34cm，平均每年抬升7cm?，F(xiàn)在黃河下游的過洪能力已降低到歷史最低水平，1996年8月5日與8日13日花園口洪峰流量分別為7600m3/s和5520m3/s，8月5日洪峰水位達到94.73m，高出1958年22300m3/s水位0.91m。使夾河灘以上1855年黃河改道以來從未上過水的高灘居然也漫灘，使河南、山東兩省共有40個縣，173個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，1345個村莊，107萬人受災(zāi)，淹沒耕地23萬hm2，這就是由于泥沙導(dǎo)致的洪水災(zāi)害。因泥沙引起的洪水災(zāi)害在三門峽水庫、洞庭湖和太湖等都有不同程度的表現(xiàn)。如太湖流域1991年的降水量并沒有1954年的降水量大，但洪水淹沒的范圍遠遠大于1954年，其主要原因就是由于湖區(qū)及其周圍河道泥沙的長年累月的淤積，由此形成與洪量并不相稱的嚴重洪水災(zāi)害。由此可見，泥沙引發(fā)的洪澇災(zāi)害是不可忽視的泥沙間接災(zāi)害，但也不能因此把所有的洪水災(zāi)害都歸咎于泥沙間接災(zāi)害。我國雖然是世界上洪水最多的國家之一，但真正由泥沙超常規(guī)的堆積，而誘發(fā)的泥沙洪水災(zāi)害也是不多的。1.2泥沙的資源性泥沙不統(tǒng)統(tǒng)都是災(zāi)害，而且在許多方面也是人們離不開的寶貴資源；我國勞動人們很早就利用泥沙作為建筑材料，著名的秦磚漢瓦就是一例。農(nóng)業(yè)上，我國西北地區(qū)很早就有引洪漫地的習(xí)慣，就是把洪水有計劃地引入農(nóng)地，讓洪水中的泥沙沉積在農(nóng)地，既灌地，又改良了土壤，是一舉兩得。當(dāng)前有很多地方大力推廣應(yīng)用高含沙洪水引洪漫地，化害為利。在黃河下游引黃灌溉的同時，還起到洗堿壓堿，改造中低產(chǎn)田。在人類歷史以前，由于不存在什么是泥沙災(zāi)害，由高處侵蝕產(chǎn)生的泥沙大量地堆積在流域的低洼處，為后人塑造了賴以生存的土地資源；例如黃河中上游的侵蝕產(chǎn)沙不僅塑造出河套平原，汾渭平原，而且還塑造出約20萬km2的華北平原。同樣，長江也由于中上游的侵蝕產(chǎn)沙塑造了肥沃的長江中下游平原和兩湖湖濱平原；在西南地區(qū)位于河谷中的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，村莊乃至縣城都建于由滑坡、崩塌或泥石流堆積的沖洪積扇上，或河流階地上。這些泥沙堆積地貌區(qū)也還是當(dāng)前的主要基本農(nóng)地。即使進入人類社會，泥沙也不全都是害，例如黃河的泥沙每年仍以23km2的速度在河口三角洲建造陸地。1855年黃河改道以來，使近代三角洲的面積達到2200km2。長江流域的泥沙在河口堆積，使在唐朝還不顯眼的，出水不久的沙洲，經(jīng)過一千多年的泥沙堆積，如今已成為面積約1083km2的崇明島。此外泥沙災(zāi)害與泥沙資源也是可以相互轉(zhuǎn)換的，開始是災(zāi)害，事后又轉(zhuǎn)化為資源，或原來是資源后來轉(zhuǎn)化為災(zāi)害；如黃土高原上的一些大型黃土、或紅土滑坡堵塞溝道，形成聚湫；開始可能造成一些經(jīng)濟損失，但不久形成天然淤地壩，成為旱澇保收的基本農(nóng)地。又如黃河高含沙水流泥沙本身含有相當(dāng)數(shù)量的粘土礦物和有機、無機膠體，可吸附種類繁多的污染物，因而具有凈化水環(huán)境的效應(yīng)。但泥沙又作為污染物和污染物載體對水環(huán)境和泥沙沉積區(qū)造成污染。2泥沙災(zāi)害類型及其特征2.1類型劃分同其他類型劃分一樣，泥沙類型劃分也應(yīng)該有類型劃分的原則與指標；根據(jù)泥沙災(zāi)害，無論是直接災(zāi)害，還是間接災(zāi)害，其泥沙都是來自土壤侵蝕(廣義的土壤侵蝕)。為此有理由借助于土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的營力作為分類指標。土壤侵蝕分類的基本原則，國內(nèi)外多半采用發(fā)生學(xué)原則，以促使土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的營力作為分類指標。本文泥沙災(zāi)害分類也采用發(fā)生學(xué)原則，用產(chǎn)生侵蝕的營力，即流水、重力、風(fēng)力、冰融和人類作用為指標。本文只研究前二者，流水和重力作用產(chǎn)生的泥沙災(zāi)害。泥沙災(zāi)害分類過程及系統(tǒng)見表1。這里必須特別強調(diào)一點，盡管泥沙災(zāi)害分類的原則是借助于侵蝕分類，產(chǎn)生泥沙災(zāi)害的泥沙又是來自土壤侵蝕，但絕不能把侵蝕危害與泥沙災(zāi)害混同。嚴格地說泥沙災(zāi)害是侵蝕的后果之一，而不是全部。例如黃河中游多沙粗沙區(qū)是強烈侵蝕區(qū)，但不是泥沙災(zāi)害區(qū)。多沙粗沙區(qū)的強烈侵蝕的后果表現(xiàn)是多方面的，一方面是中游的地形支離破碎，生態(tài)環(huán)境日益惡化；另一方面是侵蝕泥沙在三門峽水庫和下游河道堆積，為日后的間接的泥沙災(zāi)害奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。所以黃河下游才是真正的泥沙災(zāi)害區(qū)，關(guān)于它們之間的關(guān)系下文詳細分析。表1泥沙災(zāi)害類型Typesofsedimentdisasters災(zāi)害營力災(zāi)害性質(zhì)泥沙來源災(zāi)害類型災(zāi)害的表現(xiàn)形式典型事例流水間接流水侵蝕(溝蝕、面蝕)洪澇泥沙多年淤積，河床抬高或庫容縮小引發(fā)本不該發(fā)生的洪澇災(zāi)害黃河下游，三門峽水庫、遼河流域、永定河流域、洞庭湖等滑坡大塊土體，或巖體滑坡堵塞河道淹沒道路、村莊甘肅灑勒山滑坡、秭歸鹽關(guān)滑坡、長江三峽雞扒子滑坡(包括內(nèi)力)直接泥石流突發(fā)性的泥沙、礫石沖壞村莊、道路，堵塞河道東川泥石流、波密古鄉(xiāng)冰川泥