水利工程論文-泥沙災害類型及成因機制分析.doc

水利工程論文-泥沙災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，又能成為寶貴資源。根據泥沙致災過程和特性，泥沙災害可以分為直接災害和間接災害；滑坡和泥石流為前者；由泥沙引發(fā)的洪水災害為后者。以黃河下游為例，論述了間接泥沙災害形成的必備條件是：中上游的強烈侵蝕產沙，強烈的溝道與河道泥沙輸移，河道泥沙堆積空間制約，水沙關系不協(xié)調。關鍵詞：泥沙災害類型成因機制80年代響應聯(lián)合國減災十年委員會提出的開展“國際減輕自然災害十年”(19902000年)的號召，在中國減災委員會的領導下，有關部門投入大量的人力和物力開展減災防災的全面的、系統(tǒng)的研究。他們所研究的災害類型涉及七大類，24種。奇怪的是在這七大類24種災害中并沒有包括泥沙災害，是何原因導致泥沙災害的“疏漏”。筆者揣測并非真正的疏漏，主要原因之一是，由于某些泥沙災害已反映在其他自然災害類型中，主要反映在地質災害和洪水災害中；二是由于泥沙本身的二重性，即既能成為致災因子，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)的災害特別地強調出來?？陀^上迄今為止，甚至什么是泥沙，什么是泥沙災害并沒有明確的，共識的概念，這也是未能成為獨立的一類災害的原因之一。隨著人口的增加，經濟的發(fā)展，環(huán)境的變異，溫室效應等影響，由泥沙為致災因子直接，或間接引發(fā)的災害環(huán)境越來越為人們重視。正確地認識泥沙與泥沙災害的類型及其成因機制，對維持區(qū)域經濟持續(xù)發(fā)展是有十分重要的意義。下面就泥沙與泥沙災害的有關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害，首先要認識泥沙。什么是泥沙，在很長的時段內并沒有明確的概念；河流泥沙專家錢寧先生在“泥沙運動力學”一書中是這樣定義泥沙的“凡是在流體中運動或受水流、風力、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?？梢娔嗌呈遣煌燃夘w粒碎屑物的總稱。泥沙作為一種物質，同其他任何物質一樣都有其二重性，既有有利的一面，也有有害的一面，有害的一面為泥沙災害，有利的一面稱之為泥沙資源。1.1泥沙的災害性什么是泥沙災害，至今未見有明確報道；筆者是這樣理解泥沙災害的，凡是致災因子是泥沙，或由泥沙誘發(fā)其他載體給人類的生存，生存環(huán)境和物質文明建設帶來危害，給經濟帶來損失，這樣的泥沙事件就構成泥沙災害。由泥沙為致災因子形成的災害命其為泥沙的直接災害；由泥沙誘發(fā)其他載體引發(fā)的災害命其為泥沙的間接災害。前者如因滑坡、泥石流及崩塌形成的泥沙物質給人類、社會和環(huán)境造成的危害(至今仍被世人稱之為地質災害)。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害相當嚴重；據不完全統(tǒng)計，每年發(fā)生的滑坡數以萬計，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。泥沙間接災害是指因土壤侵蝕形成的泥沙在河道或水庫年復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、潰決的災害(這一類災害至今仍然歸咎于洪澇災害)。在干旱半干旱地區(qū)地面堆積的風砂在強風暴作用下也能引起風沙災害；如1993年5月西北地區(qū)的黑風暴形成嚴重的風砂災害。由泥沙堆積于河床導致的洪水災害，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，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，淹沒耕地23萬hm2，這就是由于泥沙導致的洪水災害。因泥沙引起的洪水災害在三門峽水庫、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害。由此可見，泥沙引發(fā)的洪澇災害是不可忽視的泥沙間接災害，但也不能因此把所有的洪水災害都歸咎于泥沙間接災害。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)的泥沙洪水災害也是不多的。1.2泥沙的資源性泥沙不統(tǒng)統(tǒng)都是災害，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。農業(yè)上，我國西北地區(qū)很早就有引洪漫地的習慣，就是把洪水有計劃地引入農地，讓洪水中的泥沙沉積在農地，既灌地，又改良了土壤，是一舉兩得。當前有很多地方大力推廣應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，改造中低產田。在人類歷史以前，由于不存在什么是泥沙災害，由高處侵蝕產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)也還是當前的主要基本農地。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。此外泥沙災害與泥沙資源也是可以相互轉換的，開始是災害，事后又轉化為資源，或原來是資源后來轉化為災害；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濟損失，但不久形成天然淤地壩，成為旱澇保收的基本農地。又如黃河高含沙水流泥沙本身含有相當數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。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，泥沙類型劃分也應該有類型劃分的原則與指標；根據泥沙災害，無論是直接災害，還是間接災害，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，國內外多半采用發(fā)生學原則，以促使土壤侵蝕發(fā)生發(fā)展的營力作為分類指標。本文泥沙災害分類也采用發(fā)生學原則，用產生侵蝕的營力，即流水、重力、風力、冰融和人類作用為指標。本文只研究前二者，流水和重力作用產生的泥沙災害。泥沙災害分類過程及系統(tǒng)見表1。這里必須特別強調一點，盡管泥沙災害分類的原則是借助于侵蝕分類，產生泥沙災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害混同。嚴格地說泥沙災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害奠定物質基礎。所以黃河下游才是真正的泥沙災害區(qū)，關于它們之間的關系下文詳細分析。表1泥沙災害類型Typesofsedimentdisasters災害營力災害性質泥沙來源災害類型災害的表現(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、秭歸鹽關滑坡、長江三峽雞扒子滑坡(包括內力)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