陜北典型黃土泥流發(fā)育規(guī)律及其防治對(duì)策王家鼎課件

陜北典型黃土泥流發(fā)育規(guī)律

及其防治對(duì)策報(bào)告人：王家鼎教授時(shí)間：2009.07報(bào)告提綱項(xiàng)目研究意義項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)擬研究?jī)?nèi)容技術(shù)路線項(xiàng)目研究意義

泥流是黃土高原常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，它爆發(fā)突然，來(lái)勢(shì)兇猛而迅速，破壞力強(qiáng)，對(duì)黃土高原區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)了很大的麻煩并造成嚴(yán)重的危害。在陜北地區(qū)泥流往往沖進(jìn)村莊和城鎮(zhèn)，毀壞房屋、工廠、企事業(yè)單位及各種設(shè)備和設(shè)施，還掩埋人畜和農(nóng)田，甚者造成村毀人亡。

對(duì)農(nóng)業(yè)的危害造成極其嚴(yán)重的水土流失。對(duì)7條溝道在8年期間的土壤流失總量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，泥流就占了62.9％，其中最大一次泥流就占了31.4％。由于泥流產(chǎn)生了大量的水土流失，從而造成黃河高含沙水流甚至出現(xiàn)泥流。毀壞農(nóng)田。黃土高原每年約有數(shù)萬(wàn)畝耕地遭受泥流襲擊，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。1993年8月3日延安市突降大暴雨，延河流域暴發(fā)泥流，毀壞農(nóng)田21306畝。沖毀淤地壩。1977年7月5日，1978年7月23日，1993年8月3日，曾在陜西省的子長(zhǎng)縣、綏德縣、安塞縣、清澗縣、子洲縣、延安市，發(fā)生了大暴雨和特大暴雨，許多溝谷暴發(fā)泥流沖毀淤地壩其中以綏德和清澗兩縣最為嚴(yán)重，80％以上的淤地壩被泥流毀壞。2006年８月11日凌晨，受８號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)降雨影響，石磨下村附近山體多處發(fā)生淺表層土質(zhì)滑坡，并由這些滑坡作為起動(dòng)條件形成了泥石流，共造成２０人死亡，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)158萬(wàn)元。

浙江省慶元縣荷地鎮(zhèn)石磨下村泥石流災(zāi)害控制房屋建設(shè)規(guī)模，禁止擠占行洪通道村莊擠占溝口，泥石流爆發(fā)時(shí)沖毀房屋，11人死亡（四川鹽源，2006）

注意訪問(wèn)和實(shí)地調(diào)查泥石流的發(fā)生歷史四川瀘定杵尼鄉(xiāng)泥石流災(zāi)害毀壞房屋和土地通過(guò)正常洪水水位線來(lái)觀測(cè)泥石流測(cè)定泥石流堆積和泥位高度寶天鐵路泥石流因此，深入調(diào)查陜北地區(qū)泥石流的形成條件、分布規(guī)律、分類、研究泥流的機(jī)理及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提出相應(yīng)的防治對(duì)策對(duì)該區(qū)的防災(zāi)工作和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展具有重大的減災(zāi)現(xiàn)實(shí)意義，是非常必要的。項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)一、泥石流分類1、按山地地貌形態(tài)——坡面型泥石流、溝谷型泥石流、河谷型泥石流。2、按泥石流固體物質(zhì)組成——泥流、水石流、泥石流。3、按物質(zhì)狀態(tài)——粘性泥石流、稀性泥石流

。4、按誘發(fā)因素—暴雨型泥石流、潰決型泥石流、冰雪融水型泥石流、地震泥石流。5、按泥石流流域大小——大型泥石流，中型泥石流和小型泥石流

。6、按泥石流發(fā)展階段

——發(fā)展期泥石流，旺盛期泥石流和衰退期泥石流

。

溝谷型泥石流河谷型泥石流凍融泥流華山水石流二、泥石流的形成條件

泥石流的形成必須同時(shí)具備以下3個(gè)條件：陡峻的便于集水、集物的地形、地貌；有豐富的松散物質(zhì)；短時(shí)間內(nèi)有大量的水源。

（一）地形地貌條件（二）松散物質(zhì)來(lái)源條件

（三）水源條件項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)但是,泥石流溝內(nèi)的植被條件及人類工程活動(dòng)均只能通過(guò)強(qiáng)化或弱化泥石流形成的三個(gè)基本因子來(lái)體現(xiàn)對(duì)泥石流的影響。崩滑流物源采礦棄渣及尾礦庫(kù)2、膨脹體模型:將泥石流體視為膨脹體，其主要依據(jù)是Bagnold對(duì)高濃度粗顆粒中性懸浮液在同心圓筒間所作的剪切試驗(yàn)，即Pyy=aiρP(λD)2(du/dy)2cosφ(2)Pxy=Pyytgφ(2a)式中,Pyy,Pxy——顆粒間碰撞產(chǎn)生的正應(yīng)力和切應(yīng)力(亦稱離散應(yīng)力);Ai——試驗(yàn)常數(shù);ρP——顆粒濃度;D——顆粒粒徑;φ——顆粒間動(dòng)內(nèi)摩擦角;λ——顆粒線濃度.在顆粒慣性區(qū)內(nèi),粒間碰撞作用占優(yōu)勢(shì),可忽略粒間流體的粘性作用;顆粒慣性區(qū)外稱顆粒粘性區(qū),粒間流體的粘性作用占優(yōu)勢(shì),顆粒增大了懸浮液的有效粘性,應(yīng)力與剪切速率呈線性關(guān)系.3、粘塑體模型:將泥石流體視為粘塑性體,其剪切粘塑性泥石流流變模型為Pxy=Scosφ+Psinφ+μ1(du/dy)η(3)Pyy=-P+μ2(du/dy)η(4)式中,Pyy、Pxy——正應(yīng)力和切應(yīng)力;S——凝聚力;Φ——內(nèi)摩擦角;P——壓力;μ1,μ2——泥石流體的稠度指標(biāo)和橫向稠度指標(biāo);η——流變指標(biāo)。對(duì)均勻顆粒而言,S和φ均為常數(shù).屈服應(yīng)力(Scosφ+Psinφ)隨著顆粒濃度的增大而加大,流變指標(biāo)η一般為1~2.四、泥石流運(yùn)動(dòng)及沖擊作用泥石流計(jì)算理論包括流速計(jì)算、沖擊力計(jì)算、流量計(jì)算、粗顆粒啟動(dòng)速度計(jì)算、沖淤計(jì)算、彎道超高及沖擊爬高計(jì)算等,但最主要的應(yīng)是流速計(jì)算和對(duì)防治結(jié)構(gòu)的沖擊力計(jì)算.在此方面,目前我國(guó)多從觀測(cè)資料出發(fā)建立起一些地區(qū)性的經(jīng)驗(yàn)公式,這些公式均以滿寧公式為基礎(chǔ)修正而成,具有鮮明的地區(qū)性項(xiàng)目研究的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)泥石流流速是決定泥石流動(dòng)力性質(zhì)的最重要的參數(shù)，也是一個(gè)解決眾多泥石流工程防治問(wèn)題的主要參數(shù)之一,同時(shí)也是泥石流危害程度的表征。1、泥石流流速編號(hào)公式形式適用情況推薦單位1經(jīng)過(guò)改進(jìn)的斯氏公式，適用于西北地區(qū)的泥石流鐵道第一設(shè)計(jì)院2mc為泥石流糙率數(shù)，可查巴柯諾夫斯基糙率系數(shù)表，適用于水石流和稀性泥石流鐵道科學(xué)研究院西南研究所3適用于稀性泥石流鐵道第三設(shè)計(jì)院4適用于稀性泥石流北京市市政設(shè)計(jì)院5適用于水石流和稀性泥石流鐵道科學(xué)研究院西南研究所泥石流流速公式表

組別溝床特征mc值坡度1糙率最大的泥石流溝槽，溝槽中堆積有難以滾動(dòng)的棱石或稍能滾動(dòng)的大石塊。溝槽被樹木嚴(yán)重阻塞，無(wú)水生植物。溝底以階梯式急劇降落。2糙率較大的泥石流溝槽，溝底無(wú)急劇突起，溝床內(nèi)均堆積大小不等的石塊，溝槽被樹木所阻塞，溝槽內(nèi)兩側(cè)有草本植物，溝床不平整，有洼坑，溝底呈階梯式降落3較弱的泥石流溝槽，但有大的阻力溝槽由滾動(dòng)的礫石和卵石組成，溝槽常因稠密的的灌叢而被嚴(yán)重阻塞，溝槽凹凸不平，表面因大石塊而突起4流域在山區(qū)中下游的泥石流溝槽，溝槽經(jīng)過(guò)光滑的巖面，有時(shí)經(jīng)過(guò)具有大小不一的階梯跌水的溝床，在開闊河段有樹枝、砂石停積阻塞，無(wú)水生植物5流域在山區(qū)或近山區(qū)的河槽，河槽經(jīng)過(guò)礫石、卵石河床，由中小粒徑能完全滾動(dòng)的物質(zhì)組成，河槽阻塞輕微，河岸有草本及木本植物，河底降落較均勻泥石流粗糙率系數(shù)取值表2、泥石流流量(1)匯水面積法；按同一匯水面積內(nèi)的清水流量乘以溝谷形態(tài)和粗糙率修正系數(shù)求。

QC：泥石流的流量Qb：清水流量

φ：修正系數(shù)，q河床阻塞附加流量。（2)形態(tài)調(diào)查法：以過(guò)流斷面面積與流速的乘積計(jì)算。Fc-泥石流流體橫斷面面積Vc-泥石流流速五、泥石流災(zāi)害的評(píng)估與預(yù)測(cè)韋方強(qiáng)等根據(jù)總平均損失最小原則,建立了不同損失條件下的泥石流預(yù)報(bào)模型,據(jù)此構(gòu)建了云南蔣家溝泥石流漏報(bào)和誤報(bào)概率,泥石流預(yù)報(bào)條件強(qiáng)調(diào)了當(dāng)日降雨量、前期降雨量和當(dāng)?shù)厝丝诿芏?、?jīng)濟(jì)水平及泥石流威脅對(duì)象確定的K值。劉希林等確定泥石流的6個(gè)主要危險(xiǎn)因子,即一次泥石流(可能)最大沖出量、歷次泥石流堆積總量、泥石流最大容重、泥石流最大漂礫粒徑、泥石流最大流量和泥石流最大流速。運(yùn)用主因子關(guān)聯(lián)度法及專家系統(tǒng)法建立了泥石流危險(xiǎn)度判定方法,構(gòu)建了一次泥石流危險(xiǎn)范圍預(yù)測(cè)模型、泥石流最大危險(xiǎn)范圍預(yù)測(cè)模型,建立了泥石流堆積區(qū)危險(xiǎn)度數(shù)學(xué)模型,將泥石流堆積區(qū)危險(xiǎn)度分為極度危險(xiǎn)區(qū)、高度危險(xiǎn)區(qū)、中度危險(xiǎn)區(qū)、輕度危險(xiǎn)區(qū)和無(wú)危險(xiǎn)區(qū)5級(jí),建立了泥石流危險(xiǎn)區(qū)劃分理論。1.防治原則：避強(qiáng)制弱、局部防護(hù)、重點(diǎn)處理、以防為主、綜合防治六、泥石流防治工程2.防治措施：(1)跨越工程——一是指修建橋梁、涵洞，從泥石流溝的上方跨越通過(guò)，讓泥石流在其下方排泄，用以避防泥石流。(2)穿過(guò)工程——指修隧道、明硐或渡槽，從泥石流的下方通過(guò)，而讓泥石流從其上方排泄。(3)防護(hù)工程——指對(duì)泥石流地區(qū)的橋梁、隧道、路基及泥石流集中的山區(qū)變遷型河流的沿河線路或其它主要工程措施，作一定的防護(hù)建筑物，用以抵御或消除泥石流對(duì)主體建筑物的沖刷、沖擊、側(cè)蝕和淤埋等的危害。防護(hù)工程主要有：護(hù)坡、擋墻、順壩和丁壩等。(4)排導(dǎo)工程——其作用是改善泥石流流勢(shì)，增大橋梁等建筑物的排泄能力，使泥石流按設(shè)計(jì)意圖順利排泄。排導(dǎo)工程，包括導(dǎo)流堤、急流槽、束流堤等。(5)欄擋工程——用以控制泥石流的固體物質(zhì)和暴雨、洪水徑流，削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以減少泥石流對(duì)下游建筑工程的沖刷、撞擊和淤埋等危害的工程措施。攔擋措施有：欄渣壩、儲(chǔ)淤場(chǎng)、支擋工程、截洪工程等。

繞避明硐渡槽高橋跨越及護(hù)墩工程導(dǎo)排槽工程立體格欄壩斜面格欄壩攔沙壩擬研究?jī)?nèi)容此次研究的主要目的是調(diào)查陜北地區(qū)的主要泥流溝固體物質(zhì)堆積、溝床比及暴雨情況，查明誘發(fā)因素，根據(jù)其動(dòng)、靜力學(xué)特征結(jié)合各種方法分析泥流形成機(jī)理，并對(duì)其進(jìn)行分類，總結(jié)該區(qū)泥流分布規(guī)律；在此基礎(chǔ)上構(gòu)建泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方程，對(duì)每條泥流溝進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，針對(duì)不同類型泥流提出防治對(duì)策。具體研究?jī)?nèi)容1）選擇陜北地區(qū)典型泥流溝進(jìn)行泥流固體物質(zhì)、溝床比、降雨條件、地形地貌、地層巖性、構(gòu)造等的野外調(diào)查，收集第一手現(xiàn)場(chǎng)資料。查明人為誘發(fā)因素，獲得每條泥石流溝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；流域面積、溝長(zhǎng)、高差、大于30%坡度面積等;獲得各泥石流溝流域內(nèi)崩塌滑坡體面積;2）針對(duì)泥流的分布特征、沉積特征、流動(dòng)特性和活動(dòng)特點(diǎn)對(duì)泥流總結(jié)泥流發(fā)育規(guī)律，并根據(jù)物理力學(xué)性質(zhì)特征、泥流的作用強(qiáng)度及規(guī)模和泥流發(fā)育期對(duì)泥流進(jìn)行分類；3）分析泥流形成機(jī)制及其形成過(guò)程；4）根據(jù)泥流的動(dòng)、靜運(yùn)動(dòng)特征結(jié)合各種方法對(duì)其進(jìn)行分析；5）構(gòu)建泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方程,對(duì)每條泥石流溝進(jìn)行評(píng)價(jià)；6）針對(duì)不同類型泥流提出防治對(duì)策。陜北泥石流分布

Ⅰ．陜北黃土高原泥流與泥河區(qū)：北界風(fēng)沙區(qū)，南至關(guān)中盆地。海拔1000~1500m地面覆蓋百余米厚層第四紀(jì)黃土，地貌類型有塬、梁、峁等是黃土泥流與泥河發(fā)育最典型的地區(qū)。Ⅰ1．神府泥流泥河極強(qiáng)度活動(dòng)區(qū)：分布于本省東北部的神木、府谷和佳縣一帶。地形破碎，溝谷縱橫，植被稀少，土質(zhì)疏松，多暴雨，流水侵蝕很強(qiáng)。泥流溝分布最廣泛，幾乎每條溝谷都是泥流溝。各條河流都是泥流河，諸如黃甫川、孤山川、窟野河和佳蘆河等，全是著名的泥河。該區(qū)年侵蝕模數(shù)高達(dá)10000~30000t／km2，容重≥1．7t／m3。Ⅰ2．延綏泥流泥河強(qiáng)度活動(dòng)區(qū)：分布在延安、綏德、米脂、榆林、橫山、子長(zhǎng)、清澗、安塞、志丹、靖邊、吳旗等縣(市)，該區(qū)在洛河、延河上游和無(wú)定河流域，是我國(guó)典型的黃土丘陵區(qū)，地貌以梁細(xì)為主，溝壑密度一般為4—6km/m2，年侵蝕模數(shù)5000~15000t/m2，根據(jù)實(shí)測(cè)觀測(cè)資料，本區(qū)泥流與泥河都較發(fā)育。Ⅰ3．洛宜泥流中度活動(dòng)區(qū)：分布在洛川、宜君、宜川、甘泉、黃陵和延長(zhǎng)等縣，地貌類型是黃土塬和破碎塬?！?．銅彬泥流弱度活動(dòng)區(qū)：分布在銅川、彬縣、韓城、合陽(yáng)、澄城、白水、耀縣、淳化、旬邑、長(zhǎng)武、永壽、磷游、千陽(yáng)等縣(市)，黃土連續(xù)堆積，受斷裂構(gòu)造控制，從北向南呈階梯狀降低，地形變化較復(fù)雜，以西部泥流較活躍。Ⅰ5．子午嶺弱泥石流活動(dòng)區(qū)：子午嶺也稱橋山，由石炭二迭系煤系及部分下侏羅統(tǒng)或白堊系地層組成。一般海拔1200~1600m，最高蜂雙廟梁海拔1763m，植被較好，侵蝕模數(shù)較小。Ⅰ6．黃龍山弱泥石流活動(dòng)區(qū)：黃龍山亦稱梁山，由二迭三迭系砂巖及石炭二迭系煤系構(gòu)成，海拔1600~1700m。山區(qū)梢林茂密，侵蝕模數(shù)較小。技術(shù)路線泥流現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查固體物質(zhì)降雨條件地質(zhì)構(gòu)造地形地貌溝床比地層巖性泥流現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查泥流的形成條件、特征及分類形成條件地形一般特征泥流分類誘發(fā)因素水源固體物質(zhì)活動(dòng)特點(diǎn)物理力學(xué)性質(zhì)特征沉積特性發(fā)育期劃分流動(dòng)特性作用強(qiáng)度及規(guī)模不合理的棄土、棄渣不合理開挖分布特征濫伐亂墾泥球泥側(cè)堤蛇形垅泥流扇間歇性流動(dòng)