山區(qū)溝泥石流形成條件及治理措施

山區(qū)溝泥石流形成條件及治理措施

泥石流是由風、雨、雪等水源激發(fā)的，形成的含大量沉積物和石塊的特殊洪水。典型的泥石流由懸浮著粗大固體碎屑物并富含粉沙及黏土的黏稠泥漿組成,是一種災害性的地質現象。泥石流往往爆發(fā)突然,來勢兇猛,可攜帶巨大的塊石,并且高速前進,具有強大的能量,在很短的時間內可將大量的泥沙、塊石沖出溝外,橫沖直撞、漫流堆積,破壞性極大,常常給人類生命財產造成重大危害。盧氏縣位于河南省西部山區(qū),境內千山起伏、萬溝縱橫,是河南省受泥石流危害較為嚴重的縣份之一,每年因泥石流災害造成的直接、間接經濟損失及治理費用高達上百萬元,給當地人民群眾增加了巨大的經濟負擔。黑馬渠溝位于盧氏縣城西側,是黃河支流洛河水系的一條小支流,溝谷全長約6km,自北向南穿越盧氏縣城的西區(qū)后匯入洛河,該溝幾乎每年汛期都要發(fā)生規(guī)模不等的泥石流災害,對縣城西區(qū)的縣醫(yī)院、縣政府及主要商業(yè)區(qū)等造成嚴重的威脅?？梢?查清黑馬渠溝泥石流的形成條件并對其進行徹底治理,已成為保障當地經濟持續(xù)發(fā)展、社會和諧穩(wěn)定的重要工作。1停淤地形條件泥石流的形成須具備3個條件:一是有利于貯集、運動和停淤的地形地貌條件,二是有豐富的松散土石碎屑固體物質來源,三是短時間內有充足的水源和適當的激發(fā)因素。黑馬渠溝泥石流的形成正是這三方面因素共同作用的結果。1.1泥石流形成區(qū)分析泥石流的地貌一般可分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)3個部分。上游形成區(qū)的地形多為三面環(huán)山、一面為出口的瓢狀或漏斗狀,地形比較開闊,周圍山高坡陡、山體破碎,植被生長不良,這樣的地形有利于水和碎屑物質的集中;中游流通區(qū)的地形多為狹窄陡深的峽谷,谷床縱坡降大,使泥石流能迅猛直瀉;下游堆積區(qū)的地形為開闊平坦的山前平原或河谷階地,使堆積物有堆積的場所。黑馬渠溝的地形地貌特征正是如此。黑馬渠溝流域面積約6.45km2,溝谷整體呈葫蘆形,中間大、兩頭小,四周山坡陡峭,次級溝谷狹長,主溝溝腦海拔880m,入河口處海拔560m,相對高差320m,縱比降為53.3‰,溝谷整體落差較大,汛期水流湍急。根據對泥石流形成所起作用的不同,黑馬渠溝泥石流大致可劃分為匯水動力區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū):①匯水動力區(qū)位于溝谷上游,整體呈勺狀,長約1.5km,面積約1.6km2,下部有一長約20m、底寬3～5m的狹窄V字形溝谷與形成區(qū)相連,溝谷四周山峰(山脊)海拔為880～928m,溝底海拔710m,山高坡陡,植被生長不良。由于匯水動力區(qū)匯水面積較大,汛期在短時間內就能夠匯集大量的雨水,加上地形相對高差較大,降水產生的徑流下泄速度快,易產生較大的水動力,故匯水動力區(qū)的地形地貌為泥石流的形成提供了大量的高動能水流。②形成區(qū)長約2km,面積約4km2,山谷呈V字形,主溝與支溝呈樹枝狀分布,兩側山坡陡峭,坡度多在50°～70°之間,坡頂海拔800～850m,谷底海拔650m,相對高差150～200m,坡面沖溝發(fā)育、植被稀少、巖石破碎、風化強烈,崩塌、滑坡極其發(fā)育,固體松散碎屑物眾多,與上游匯水動力區(qū)的水流共同構成了形成泥石流的客觀環(huán)境。③流通區(qū)長約0.7km,寬200～500m,面積約0.35km2,溝谷呈U字形,溝床縱坡降較大,溝底平坦無阻擋物,有利于泥石流順暢通過。流通區(qū)下部與堆積區(qū)以山口為界,山口以下至洛河河床即為堆積區(qū)。④堆積區(qū)全長約1.8km,面積約0.5km2,為洛河河谷階地,地勢平緩,河道寬5～8m,河床泥沙淤積嚴重,基本與坡岸兩側地面齊平,河道容水量小,一旦遇到較大的降雨,上游來的泥石流勢必漫出河床直沖縣城,堆積區(qū)為主要的致災區(qū)域。1.2固體物質來源豐富的松散土石碎屑是泥石流形成的又一重要條件。泥石流也常常發(fā)生在地質構造復雜、斷裂發(fā)育,地表巖層結構松散破碎、軟弱、易于風化,崩塌、滑坡等不良地質現象發(fā)育的地區(qū)。這些地區(qū)能為泥石流的形成提供豐富的固體物質。此外,不合理的人類活動如濫伐森林造成水土流失、采礦采石隨意棄土棄渣等,也會給泥石流的形成提供大量的固體物質。黑馬渠溝出露的地層為古近系始新統(tǒng)(E2)紫紅色黏土巖、沙巖和沙礫巖,巖石膠結疏松,抗風化能力較弱,加上坡面植被稀少、沖溝發(fā)育,故巖石風化、破碎嚴重。風化物一般呈沙礫碎屑狀散布在坡面上,或在其自重作用下滾落至坡腳形成坡積物。風化物厚度一般在20～80cm之間,隨坡面的凹凸不平而發(fā)生變化。降雨中,這些坡積物又被雨水搬運至溝底形成洪積物,因此風化的松散物就成為泥石流的主要固體物質來源。另外,由于出露的地層巖石破碎,裂隙及小型斷裂發(fā)育,坡面陡峭,汛期水流對坡腳沖刷強烈,致使崩塌、滑坡等地質災害隨處可見,其中最大的滑坡體長300m、寬500m、厚約70m,總體積約1050萬m3,崩塌、滑坡成為泥石流另一個豐富的固體松散物源。據野外調查統(tǒng)計,黑馬渠溝中的固體松散物達35萬m3/km2以上,已具備了爆發(fā)泥石流災害的物源條件。1.3黑渠溝單次降雨期泥石流形成機理水是泥石流的重要組成部分,又是泥石流的激發(fā)因素和搬運介質(動力來源)。暴雨、長時間的連續(xù)性降雨是泥石流形成的主要水源,連續(xù)性降雨、暴雨尤其是特大暴雨是激發(fā)泥石流形成的重要因素。一般在日降水量達140mm以上的暴雨過程中,若出現1、3、6h最大降水量分別為40、80和100mm以上就會誘發(fā)泥石流;而在日降水量達300mm以上時,若出現1、3、6h最大降水量分別為60、100、200mm以上,會誘發(fā)形成較重或嚴重的泥石流。黑馬渠溝的水源主要來自于暴雨或長時間降水產生的徑流,此外地下水對泥石流的形成也有一定的作用。該流域屬暖溫帶季風氣候,其降雨特征是:夏季降雨量大且集中,全年的降水多集中在7～9三個月,月最大降雨量(1998年8月)達277.4mm,易出現暴雨及長時間降雨等降雨過程。充沛集中的降雨,較大的匯水面積,為泥石流的形成提供了豐富的水源。由于黑馬渠溝溝谷兩側山坡陡峻、相對高差較大、植被稀少、滯水作用差,故夏季集中降雨時易形成較大流量的地表徑流,大流量的地表徑流將坡面上的泥沙攜帶至溝底,在短時間內可形成含有大量泥沙、礫石的洪水,從而為泥石流的形成提供了豐富的水源和動力。黑馬渠溝的地下水主要為分布在松散堆積層中的孔隙水,它能產生潤滑作用,使松散土粒碎屑易于流動,對泥石流的形成有促進作用。此外,還有一部分地下水為裂隙水,分布在巖石的裂隙中,使巖石更易于風化破碎,對滑坡等不良地質體的產生也有促進作用,同時也為泥石流形成提供了部分物源。2泥石流的易發(fā)展依據中國地質環(huán)境監(jiān)測院下發(fā)的《縣(市)地質災害調查與區(qū)劃基本要求實施細則》,結合對泥石流溝的流域面積、主溝縱坡降、不良地質體的發(fā)育情況、固體松散物的含量等野外地質調查資料,我們以國土資源部《縣(市)地質災害調查與區(qū)劃基本要求》中的《泥石流溝嚴重程度(易發(fā)程度)數量化表》為依據,對黑馬渠溝泥石流的易發(fā)程度進行了量化分析評價,認為其易發(fā)程度為中等易發(fā),發(fā)展階段為發(fā)展期。由于流域內的生態(tài)環(huán)境在短期內難以得到根本性的轉變,人類活動的影響又在不斷加劇,該溝泥石流有進一步發(fā)展的趨勢,因此盡快采取措施進行治理就成為當務之急。3工程防治、植物措施相結合的原則泥石流災害防治應根據泥石流的不同特點采取相應的防治措施。黑馬渠溝泥石流主要受巖性控制,巖石風化、破碎,崩塌、滑坡等不良地質體發(fā)育,固體松散物源豐富且植被稀少,水土流失嚴重,形成的泥石流直接威脅縣城安全,因此宜采用工程措施和植物措施相結合的方法進行綜合防治。3.1泥石流防護工程工程措施方面主要是在泥石流的匯水動力區(qū)、形成區(qū)、堆積區(qū),采取相應的蓄水、攔擋、停淤、排導、防護、清淤等措施,以控制泥石流的發(fā)生和危害。工程措施工期短、見效快,適用于解決近期受泥石流災害直接威脅的情形。常見的工程措施有:①跨越工程。指修建橋梁、涵洞,從泥石流溝的上方跨越通過,讓泥石流在其下方排泄,用以避防泥石流。②穿過工程。指修隧道、明洞或渡槽,從泥石流的下方通過,而讓泥石流從其上方排泄。③防護工程。指對泥石流地區(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主要工程措施,修建一定的防護建筑物,用以抵御或消除泥石流對主體建筑物的沖刷和淤埋等危害。防護工程主要有護坡、擋墻、順壩和丁壩等。④排導工程。其作用是改善泥石流流勢,增大橋梁等建筑物的排泄能力,使泥石流按照設計意圖順利排泄。排導工程包括導流堤、急流槽、束流堤等。⑤攔擋工程。其作用是控制泥石流的固體物質和暴雨、洪水徑流,削弱泥石流的流量、下泄量和能量,減少對下游建筑物的沖刷、撞擊和淤埋等危害,主要有攔渣壩、儲淤場、支擋工程、截洪工程等。對黑馬渠溝來說,可在其匯水動力區(qū)與形成區(qū)之間的狹長溝谷上建一小型水壩,以調控洪水的下泄量,降低泥石流的洪量及水動力。在形成區(qū)的尾部建攔沙壩、儲淤場,以減少泥石流的下泄量,促使泥沙就地淤積,這樣也可使河床抬高,利于邊坡穩(wěn)定。在淤積區(qū)進行河床清淤并修建排導工程,以加快洪水、泥沙下泄,同時加高加固下游堤岸,使河水不漫堤橫流,防止泥石流進入縣城造成危害。3.2生態(tài)環(huán)境建設植物措施方面主要是對喬、灌、草進行科學配置,充分發(fā)揮林草滯留降水、保持水土和調節(jié)徑流等作用,從而達到預防和制止泥石流發(fā)生或減小泥石流規(guī)模、減輕泥石流危害的目的。工程措施一般只在短期內發(fā)揮作用,若不配