泥石流入?yún)R對(duì)主河演變的影響

1、泥石流入?yún)R對(duì)主河演變的影響摘要：本文綜合分析了泥石流與主河互相作用時(shí)，產(chǎn)沙量、顆粒組成、交匯角及主支流量比等各種因素對(duì)主河演變的影響。關(guān)于泥石流對(duì)主河的影響目前的研究還很少，遠(yuǎn)沒(méi)有到達(dá)定量的程度。本文也只是一種定性的分析，從相關(guān)的資料出發(fā)，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治鐾评?，闡述各種因素對(duì)主河演變的影響效果。文章還根據(jù)各作用因素的作用效果，提出了幾點(diǎn)治理意見(jiàn)。關(guān)鍵詞：泥石流;顆粒組成交匯角主支流量比基金工程自然界中河流總是不斷地進(jìn)展調(diào)整，使其與來(lái)水來(lái)沙條件相適應(yīng)。這種調(diào)整有時(shí)表現(xiàn)為斷面形狀的改變，有時(shí)那么表現(xiàn)為縱坡的變化，外界條件變化劇烈時(shí)，還可能表現(xiàn)為河流形態(tài)的改變。按照描繪河流到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的河相關(guān)系方程，

2、河流的平衡狀態(tài)主要與多年平均流量Q、多年平均含沙量S、懸沙中值粒徑d50和河流相對(duì)可沖性參數(shù)1/D1/2(1為穩(wěn)定邊坡系數(shù)、D為床沙中值粒徑)有關(guān)1。可見(jiàn)河流來(lái)沙量及來(lái)沙組成對(duì)河流穩(wěn)定的影響很大。發(fā)生在山區(qū)的泥石流驟然間將大量包含各種粒徑尤其是大尺寸顆粒的泥沙輸入主河，在短時(shí)間內(nèi)改變主河水沙組成及部分邊界條件，對(duì)主河水沙特性、運(yùn)動(dòng)特性及演變規(guī)律等都帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。下面分別從幾個(gè)方面對(duì)泥石流的這種影響作一簡(jiǎn)要分析。1泥石流沙量對(duì)主河演變的影響泥石流是山坡上松散固體經(jīng)雨水等因素激發(fā)而產(chǎn)生的一種高含沙流體。泥石流發(fā)生地坡度一般較陡，通常在10以上2。由于堆積物中分散著大量粒徑小于0.1的粘性顆粒，對(duì)

3、水流的粘性產(chǎn)生了顯著的影響，大大減小了粗顆粒泥沙的沉速，使其具有較大的挾沙才能。這種高含沙流體具有強(qiáng)大的沖刷才能，大大增加了進(jìn)入主河的沙量。進(jìn)入主河以后，由于坡度變小，泥沙發(fā)生嚴(yán)重的淤積，使河流斷面展寬，河漫灘發(fā)育，在相當(dāng)長(zhǎng)的區(qū)段內(nèi)河流向平原化開(kāi)展。以云南東川蔣家溝為例，1965年爆發(fā)的泥石流最大流量達(dá)10003/s以上。最大一次泥石流總量達(dá)31.6萬(wàn)3,全年沖下來(lái)的固體物質(zhì)約450萬(wàn)33。協(xié)流域除蔣家溝外，還有多條較大的泥石流溝，其固體物質(zhì)儲(chǔ)量和輸送量如表1所示。表1協(xié)流域各主要泥石流溝固體物質(zhì)儲(chǔ)量DepsitinquantityfaindebrisflgullyfXiajiangRiver

4、basin溝名流域面積(k2)固體物質(zhì)儲(chǔ)量(萬(wàn)3)年輸送量(萬(wàn)3)蔣家溝45.174800250500大橋溝53.115000300老干溝7.7113014.5大白泥溝18.6577078小白泥溝12.5477038小江干流兩側(cè)共有大小泥石流溝幾十條，每年向協(xié)輸送固體物質(zhì)二、三千萬(wàn)立方米，如此大的沙量嚴(yán)重超出了協(xié)的搬運(yùn)才能，造成主河的淤積。協(xié)屬于山區(qū)性河流，而河漫灘卻非常發(fā)育。過(guò)去協(xié)河寬不過(guò)一百米左右，如今普遍展寬達(dá)200左右，一些區(qū)段更寬達(dá)600以上4。同時(shí)隨著河床的不斷淤高，河道遷徙多變，枯水期水流散亂，主流擺動(dòng)不定,河流屬于游蕩型,河勢(shì)變化迅速,有些區(qū)段甚至一天數(shù)變。2泥石流堆積物組成特

5、征的影響對(duì)于主河的演變,邊界條件的影響作用很大。對(duì)于山區(qū)性河流，由于河流縱坡陡，河流挾沙才能大，而邊界一般由堅(jiān)硬的基巖組成，所以通常沖淤變化很微弱5。但由于泥石流這種特有的輸沙現(xiàn)象,極大地改變了主河的沖淤過(guò)程及邊界阻力條件,進(jìn)而影響主河的演變。對(duì)于山區(qū)河流，由于沙以下泥沙顆粒通常屬于沖瀉質(zhì)范疇,山坡上沖蝕下來(lái)的泥沙一般很少在河段內(nèi)落淤，所以一般山區(qū)河流淤積現(xiàn)象不嚴(yán)重。但由于泥石流所特有的搬運(yùn)大顆粒物質(zhì)的才能，其輸沙組成中大顆粒含量特別高。進(jìn)入主河后，這些大顆粒很難再繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，常就地落淤，造成河道淤積。表2列出了協(xié)流域各主要泥石流溝堆積物的組成6。表2堆積物顆粒級(jí)配含量(%)Gradingnte

6、ntsfdebrisfldepsits類型溝名粒徑()10010040401010220.50.50.10.10.050.050.0050.005稀黑沙溝12.9520.3432.5817.964.811.611.246.801.74性喜家小河15.9414.6627.6519.426.242.222.027.574.26泥老干溝/16.1446.5722.364.854.791.471.931.57石小海河/35.7740.9714.110.793.011.422.481.51流蔣家溝/3.8530.1340.323.168.2210.312.601.39黑沙溝15.946.7620.592

7、6.1911.705.183.078.242.29拖灘溝/11.4945.3926.413.166.252.223.012.47小白泥溝/1.6818.5250.863.188.878.092.606.24粘大白泥溝/21.0440.104.2812.916.227.517.99性銅廠菁溝/28.2442.704.1612.406.021.874.65泥黑水河溝/4.6449.9119.948.674.901.535.205.13石小海河/26.1622.016.998.2915.139.1712.22流深溝1.6515.9333.7515.124.5210.984.616.544.88蔣家溝

8、/15.9137.5731.571.254.560.914.094.10豆腐村溝/8.9857.0617.085.463.021.785.284.48太平村溝/42.9725.267.254.421.355.823.96幸福村溝/19.5532.8918.6617.346.045.52由表2可以看出，泥石流堆積物中粒徑超過(guò)2的含量普遍在60%以上，超過(guò)10的一般也在40%以上，這樣大的顆粒在水流作用下通常都很難起動(dòng)。即使在洪水期被帶動(dòng)輸向下游，也很容易重新淤落，造成主河河床的淤積，使河床抬高。協(xié)有些區(qū)段河床平均每年抬高25以上,這與來(lái)沙組成過(guò)粗是很有關(guān)系的。另一方面，由于分選作用逐漸產(chǎn)生床沙粗

9、化，增大了河床阻力，為滿足主河輸沙要求，主河床縱向比降必將逐漸增大。這將引發(fā)一系列其他因素的調(diào)整。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3入?yún)R角、泥石流流速及主支流量比的影響兩股不同方向、不同流速、不同流量流體的互相摻混常會(huì)在交匯口附近一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生回流，回流區(qū)內(nèi)流速降低泥沙沉積，形成堆積體?；亓鲄^(qū)的尺度與支流入?yún)R角大孝支流流速及主支流量比親密相關(guān)。據(jù)調(diào)查，泥石流入?yún)R主河一般有三種形式，銳角入?yún)R、直角入?yún)R、鈍角入?yún)R，尤以前兩種形式為多見(jiàn)。如圖1所示。三種情況下、泥石流與水流作用形式不同。對(duì)于情況(a),主河水流將對(duì)泥石流發(fā)生推動(dòng)作用，增加了泥石流順河向的動(dòng)能。圖1泥石流與主河交匯形式ZFrfjuntinbet

10、eenainriveranddebrisfl使泥石流體被推向下游，其所形成的堆積體體積自然就較小，對(duì)水流的阻礙作用校(b)、()兩種情況那么恰恰相反，泥石流出溝口后順河向流速分量為零,甚至為負(fù)值，無(wú)疑增加了泥石流物質(zhì)在溝口的堆積時(shí)間，加強(qiáng)了阻水才能，其所形成的堆積區(qū)也相對(duì)較大。在堆積體作用下，水流流路束窄，并彎向?qū)Π叮趯?duì)岸產(chǎn)生部分沖刷，將危及對(duì)岸的平安。同時(shí)由于卡口效應(yīng)將引起上游水位升高，流速變緩，泥沙淤積，對(duì)防洪和河道穩(wěn)定都是不利的。泥石流與主河流量比照關(guān)系與入?yún)R角度的影響具有相似性。泥石流流量小時(shí)，溝口堆積物被主河帶向下游很難聚積，那么形成別離區(qū)小，對(duì)上下游影響也就校當(dāng)泥石流流量相對(duì)很大

11、，超出主河搬運(yùn)才能時(shí)，形成的堆積區(qū)也就大。極限情況下，堵江阻水，那么其影響就更加突出了。如1957年7月2日，大白泥溝泥石流堵斷協(xié)一小時(shí)，水位升高6.5，此后河床被淤高近24。目前，關(guān)于泥石流與主河交匯的別離區(qū)的研究很少。對(duì)于主、支水流交匯別離區(qū)尺寸與入?yún)R角和主、支流量比的關(guān)系7，如圖2所示?？梢?jiàn)這與前面的分析是一致的。隨流量的增加和入?yún)R角度的加大，別離區(qū)縱、橫向尺度都將加大。對(duì)于泥石流入?yún)R，由于泥石流特有的高容重物質(zhì)和所具有的較大的慣性作用，很難與水流混合。清水水流所出現(xiàn)的別離區(qū)形式也就是我們所說(shuō)的堆積區(qū)。圖2支流入?yún)R別離區(qū)尺寸與入?yún)R角和主支流量比的關(guān)系Relatinshipbeteenax

12、iuseparatinznediensinsandratiftributarytainriverdishargeandjuntinangle由于泥沙的沉積，抬高了交匯口處的基面，進(jìn)一步降低了主河的作用才能，在尺度上，堆積區(qū)要比清水交匯的別離區(qū)為大。泥石流流速的影響也是一個(gè)不容無(wú)視的問(wèn)題。流速沿橫斷面分量的大小，實(shí)際決定了中等以下粒徑顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。入?yún)R速度小時(shí)，這些相對(duì)較小粒徑可能直接被主河帶往下游較遠(yuǎn)區(qū)域或直接在溝口側(cè)回流區(qū)內(nèi)就地沉積。當(dāng)泥石流流速過(guò)大，而主河斷面相對(duì)較窄時(shí)，在慣性作用下，泥石流有可能直接沖向?qū)Π?，在?duì)岸淤積成和前述情況相對(duì)的對(duì)岸堆積體，使主流迫向溝口一側(cè)。這一方面保護(hù)了被沖

13、刷、淘蝕的對(duì)岸，另一方面又產(chǎn)生對(duì)老堆積區(qū)的沖刷。泥石流沖向?qū)Π肚闆r下，河道部分范圍內(nèi)沖淤部位都將發(fā)生改變，對(duì)河道演變的影響一般都是很強(qiáng)烈的。4各支溝互相作用的影響單一泥石流對(duì)于主河的影響，一般來(lái)講只在部分范圍內(nèi)起作用。在溝口上、下游相當(dāng)長(zhǎng)度以外，其對(duì)主河形態(tài)的影響越來(lái)越校但當(dāng)河流兩側(cè)有多條泥石流溝存在時(shí)，各支溝對(duì)主河的結(jié)合作用，其效果更明顯，對(duì)主河演變的影響作用更大，有時(shí)甚至完全改變了主河河型。圖3各支溝結(jié)合作用下主河演變示意圖Skethaptevlutinfriverbythebinedatinfdebrisfl還是以協(xié)為例，其兩側(cè)有大小支溝50多條，沿河穿插分布，不斷伸向主河，擠壓主河水流

14、，束窄流路。主河在堆積區(qū)間迂回穿行，形成彎曲型河流，如圖3所示。5減輕泥石流入?yún)R不利影響的對(duì)策泥石流作為一種驟然發(fā)生的災(zāi)害現(xiàn)象，與主河作用的時(shí)間短暫，但其對(duì)主河造成的影響卻是深遠(yuǎn)的。目前要從根本上治理泥石流還不可能，這里擬就前文中提到的各因素，談幾點(diǎn)治理意見(jiàn)，希望對(duì)減小泥石流對(duì)主河的影響有所助益。(1)固土防沙：水土保持，減少松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量，降低侵蝕模數(shù)，可減少泥石流產(chǎn)沙的影響。(2)支溝上適當(dāng)間距修筑與支溝成一定交角的擋土設(shè)施：改變泥石流的流向，增加流路長(zhǎng)度，消減泥石流能量，有利于大顆粒物質(zhì)的沉積，從而減續(xù)入主河泥石流的粒徑尺寸。(3)改變溝口處泥石流流向：修建側(cè)向?qū)Я髟O(shè)施，使入?yún)R泥石流在主河作用下更易被帶向下游。(4)各支溝間隔治理，緩解其結(jié)合作用。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.參考文獻(xiàn)1俞浚平原河流河相公式的推求和應(yīng)用。人民長(zhǎng)江，1982(3)。2王明甫主編。高含沙水流及泥石流。水利電力出版社,1995年9月。3張有富。蔣家溝流域森林植被與泥石流。山地研究,Vl.5,N4,1987,pp.213216.4陳循謙。泥