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1、专 科 毕 业 论 文 舟曲泥石流成因与防治 刘敬旭 专 业： 铁道工程技术1101 学 号： 201120419 指导教师： 张国奇 舟曲泥石流成因与防治Zhouqu mud-rock flow causes and prevention and control刘敬旭Liu Jingxu摘 要近年来，随着社会经济的发展，人类活动对自然环境的破坏也越加明显。泥石流作为一种常见的山地灾害，其发生的范围和频率也在逐年增大，所带来的危害也越加严重。尤以2010年8月份暴发的“甘肃舟曲特大泥石流”最为典型，其带来的严重灾害再次引起了我们对泥石流的关注和重视。因此对泥石流灾害发生的原因、特征以及综合治理
2、的研究显得尤为重要，能够为我们今后预防和治理泥石流灾害提供更好的科学依据。本文以甘肃舟曲泥石流为例，浅谈泥石流的成因、特征及综合治理。关键词：泥石流；成因；特征；综合治理论文类型：应用研究Abstract: In recent years, with the development of social economy, human activity on the natural environment destruction also glaringly obvious. Mudslides as a common mountain hazards, its occurrence of ran
3、ge and frequency increases year by year, the harm also increasingly serious. Especially in 2010 August bursts of Gansu boat song most typical heavy debris flow, its brings the serious disasters caused us again to mudslides concerned. So the reason of debris flow disaster, characteristics and compreh
4、ensive research appears especially important, to our future mud flow disaster prevention and management provide better scientific basis. This paper boat song in Gansu province as an example, discusses debris of the debris flow causes, features and comprehensive treatment.Key words: mudslides; Causes
5、; Characteristic; Comprehensive governance目录摘 要I绪论11、泥石流介绍21.1 泥石流的概念21.1.1泥石流定义21.1.2泥石流泥石流特点21.1.3泥石流形成条件21.2 泥石流的影响31.2.1 泥石流造成的严重损失41.2.2 泥石流对交通运输的影响41.2.3 泥石流对河道的影响41.3 泥石流研究现状42舟曲泥石流概况63舟曲泥石流成因分析73.1 流域因素73.1.1流域形状73.1.2 流域面积73.2 山坡坡度83.3 固体物质的补给83.4 降雨因素83.5 人为因素93.5.1 植被破坏严重93.5.2 人口密度之大93.5
6、.3 防灾意识较差94.舟曲泥石流的运动特征114.1 舟曲泥石流的属性114.1.1 泥石流的分类114.1.2 舟曲泥石流的属性114.2 流速124.3 流量125舟曲泥石流灾害的综合治理135.1 泥石流综合治理的迫切性和重要性135.2 泥石流综合治理措施135.3 泥石流灾害的防治建议145.3.1 深入开展群测群防，切实加强监测预警工作145.3.2加强防灾减灾意识155.3.3切实做好城市规划15结语16致谢17参考文献：18绪论泥石流是产生于山区的一种严重的地质灾害，它是由暴雨，冰雪融冰等水源激发的，还有大量泥沙石块的特殊洪流。其特征往往突然爆发，在很短的时间内大量泥沙石块如
7、流水一般沿陡峭的山坡前推后拥，奔腾咆哮而下，地面为之震动，山谷犹如雷鸣，常常给人类生命财产造成很大灾害。泥石流的发生发展，与山地环境的形成演化过程息息相关，是环境退化、生态失衡、地表结构破坏、水土流失、地质环境恶化的产物。人口的增长及在山区进行的不合理的生产活动，在很大程度上加剧了泥石流的形成和发展。泥石流在全球山地广为分布，据报道，除南极洲外，其余各大洲几乎都有泥石流的活动，泥石流灾害波及世界60多个国家和地区。在我国，泥石流是山区众多自然灾害中具有突发性灾变过程的主要灾种。据不完全资料，泥石流灾害波及全国23个省、市、自治区，不仅影响山区城镇、工矿、交通运输，能源基地、水利设施和国防建设以
8、及农田村寨等各种建筑设施的安全，而且造成人畜伤亡。在全世界每年发生的泥石流造成数以亿计的经济损失和几百甚至上千人的伤亡，而我国是世界上泥石流灾情最严重的国家之一。1、泥石流介绍1.1 泥石流的概念1.1.1泥石流定义泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。1.1.2泥石流泥石流特点突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水 山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身
9、重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。 泥石流是山区沟谷或山地坡面上，由暴雨、冰雪融化等水源激发的、含有大量泥沙石块的介于挟沙水流或滑坡之间的土（泛指固体松散物质）、水、气混合流。泥石流大多伴随山区洪水而发生。它与一般洪水的区别是洪流中含有足够数量的泥沙石等固体碎屑物，其体积含量最少为15%，最高可达80%左右，因此比洪水更具有破坏力。 1.1.3泥石流形成条件泥石流形成的基本条件 泥石流形成有三个基本条件，即地质条件、地形条件利水源条件。三大条件对泥石流形成有着重要的作用，缺
10、一个可。 1、地质条件 地质条件集中反映在泥石流形成的松散碎屑物质方面。在山区的一个小流域内，如果没有数量足够的松散碎屑物质，是不可能形成泥石流的。岩性、构造、新构造运动、地震及火山活动等，属内力地质作用；风化作用、各种重力地质作用、流水侵蚀搬运堆棚等则属外力地质作用。这些互相关联、锗综复杂的地质条件组合，决定着参与泥石流活动的松散碎屑物数量多少和类型特征。 （1）地质构造、新构造运动及地震 地质构造类型有断裂、断层、褶皱等，对泥石流形成发育具有百接影响的是断裂作用。断裂在地表往往呈带状腰布，在断裂带内软弱结构面发育，岩石破种，断层和裂隙发育，牛成断层角砾岩、庞棱岩、压碎岩等。这利于加速风化进
11、程，形成带状风化，因此断裂带上的风化壳深厚，滑坡、崩塌等重力侵蚀发育，松散碎屑物质都特别丰富。四川西部、由南部的高原山地就有多条规模大的深大断裂，甚至延伸到云南省北部和中部如安宁河断裂带、小江断裂带、元谋一绿汁江断裂带等，这些识大断裂带由许多次级断层组成，断裂破砷的灾度大，影响范围广，岩石遭受强烈破坏，滑坡、崩塌、错落等普遍，形成分布密集的石流沟群。 （2） 风化作用 风化作用中以物理风化作用村岩石的破坏作用最大，风化速度最快，松散碎屑物质的积 累快速，储量丰富，对泥石流形成的意义特别大。 （3） 重力作用 重力地质作用包含滑坡、崩塌、剥落、泻溜、高山区域的冰崩、雪崩等。 2、地形条件 相对高
12、度 相对高度对泥石流的形成起关键的作用，因为相对高度决定势能的大小，相对高度越高，势能越大，形成泥石流的动力条件越充足，因此泥石流主要发生在高山、中山和低山区，起伏较大的高原周边也有泥石流分布。 （2）坡度与坡向 山坡坡度的陡缓，影响松散碎屑物的分布和聚集，凡是泥石流发育的山地，山坡坡度较陡。 （4）流域形状和沟谷形态 流域形状对雨水和暴雨径流过程有明显的影响，径流和洪峰流量大小，直接关系着各种松放碎屑物质的起动和参与泥石流活动，因此扼石流发生关系密切，最有利于泥石流体汇流的流域形状是漏斗形、栋叶形、桃叶形、柳叶形和长条形等几种形状。 3、降水条件 泥石流形成还要合数量充足的水体(径流)，水体
13、的来源最为普遍的是降雨，其次降雪形成的冰雪融水，它成为泥石流发生的水源； 方面水体是泥石流物质的组成部分，泥石流为固液两相流体，液相物质就是水另一方面汇流过程中水体又是泥石流运动的功力条件，只有当雨水、冰雪融水形成强大的径流才能挟带大量的土石运动并融合为泥石流。（1）降雨 降雨型泥石流在我国分布最广、占到泥石流的绝大多数，它又可分为暴雨、台风雨和雨水三个亚类。我国降水量的空间分布的总趋势是，白东南向两北递减，根据气候的干燥度为分湿润、半湿润、半干旱和干旱四个区域。从水源条件分析，半湿润到半干旱的气候对泥石流的形成最为有利，如川滇之间的两南季风控制区域干湿两季分明，冬春干早期长，夏季降雨集中，多
14、暴雨，强度大的局地性暴冈，因而成为泥石沉的多发区。（2）冰雪水 以冰川、冰雪融水和冰湖溃决为水源的泥石流，发生在青藏高原南部、东南部和西北部的高山区。 1.2 泥石流的影响泥石流由于携带大量的泥沙和石块，具有容重高、流速快、流量大、突发性强等特点，因而具有很强的破坏力，严重地危及着当地工农业生产、交通及城乡居民生活，给国家经济建设和人民生命财产造成重大的损失。1.2.1 泥石流造成的严重损失我国频发泥石流的省份主要有四川省、云南省、贵州省、陕西省、甘肃省等，现以云南省、陕西省为例说明泥石流灾害所造成的损失情况。2002年5月至8月中旬，由于连降大雨而引发山洪泥石流灾害，云南全省100多个县市遭
15、受泥石流侵袭。仅在这4个月的时间里，受灾人口达2114.6万，死亡231人，22041栋房屋被毁，144.6万hm2 农田受灾，经济损失高达36.32亿元，超过全省近5年来泥石流灾害造成的经济损失之和。从1950年至1991年的41年中，陕西全省因泥石流受灾的耕地面积为1033.9万hm2 ，受灾人口达7078.5万，死亡11415人，经济损失达69.8亿元。1.2.2 泥石流对交通运输的影响 1981年7月9日，发生了西南地区最为重大的一次泥石流灾害。成昆线利子依达大桥受到泥石流携带巨石的撞击，大桥桥墩和桥台各被冲毁一座，两孔桥梁被推入下游大渡河，致使一节列车毁坏，300余人伤亡，通车中断3
16、84小时。 紧接着在8月中下旬，由于连降暴雨，四川、陕西、甘肃三省的宝成、宝天、阳安“三线”铁路总长851km，有1100处路段遭受不同程度的水毁，长度达750km，占线路总长的88.1，257处塌方，总塌方量188万m3 。经过25000人长达2个月的奋力抢修，“三线铁路”才得以恢复通车。泥石流也对公路运输造成严重的损害。例如在1981年8月，位于川陕公路北段的陕西宝鸡至汉中公路，全长264km。由于遭受泥石流灾害，致使39.46km的路基被冲毁，塌方45.06万m3 ，路面水毁75km，冲毁桥梁19座（570m）、涵洞192座、道班房6处，全线修复耗资4333万元。1.2.3 泥石流对河道
17、的影响泥石流对河道的影响最为显著的表现是阻塞河道，形成堰塞湖。从泥石流沟冲出的大量泥沙、石块阻塞河道，在泥石流入汇点上游形成堰塞湖。随着湖泊水量增大、水位上涨，对下游地区形成潜在危险。如果湖泊的拦坝比较坚固，而且有沟道缝隙进行一定量的排水，在没有其他因素的干扰下，就会在此长期存在，从而形成“海子”。比如四川九寨沟的“海子”，就是由泥石流阻塞河道而形成的。1.3 泥石流研究现状20世纪60年代铁道科学院成立西南研究所，一开始便将泥石流的研究和防治作为重要任务，并在峨眉山兴建我国最早的泥石流实验室。随后中国科学院在西南、西北的有关研究所都将泥石流列为重要的研究课题，由于西南地区的泥石流灾害较为典型
18、，就将泥石流灾害的研究集中到成都山地灾害与环境研究所，并在东川矿务局泥石流观测站的基础上，建成蒋家沟泥石流观测研究站。在1987年成为中科院首批对外开放的野外观测站台，更名为中国科学院东川泥石流观测研究站。几十年来，我国泥石流的研究和防治工作取得了显著的成效，也有许多的研究成果问世。纵观这些研究成果，大致可以分为两类，一类是工程技术人员发表的关于泥石流的成因及其如何进行治理的研究；另一类是专家学者发表的关于泥石流运动机理的研究。对于泥石流运动机理，主要是研究泥石流内部颗粒相互作用力，以求解不同条件下泥石流的阻力与速度。由于泥石流是固液两相流，颗粒之间的相互作用主要表现为固相和液相之间、固相内部
19、不同颗粒之间的相互作用。针对这两种相互作用，产生了两种不同的假说：一种假说是基于泥石流属于宾汉型非牛顿体的特性，认为流体的粘性是支持泥石流中固体颗粒不沉的原因，强调流体特性的作用，以我国学者钱宁为代表；另一种假说则认为固相颗粒之间的相互碰撞产生的离散力支持着固体颗粒的运动，忽略流体的粘性作用，以日本的高桥保为代表。 2舟曲泥石流概况2010年8月7日22时许，甘肃省甘南藏族自治州舟曲县突降强降雨，县城北面的罗家峪、三眼峪泥石流下泄，由北向南冲向县城，造成沿河房屋被冲毁，泥石流阻断嘉陵江上游支流白龙江，形成堰塞湖。此次泥石流为罕见的特大型泥石流灾害，灾情甚为严重，造成了重大的生命财产损失。据中国
20、舟曲灾区指挥部消息，截至28日，舟曲特大山洪泥石流灾害共造成1463人遇难，1243人获救。其中水毁房屋307户、5508间；进水房屋4189户、20945间；损坏车辆38辆。 图A为舟曲泥石流特大灾难某一场景。图A 舟曲泥石流3舟曲泥石流成因分析3.1 流域因素3.1.1流域形状泥石流沟的形状可以反映流域形状，泥石流沟的形状主要分为山坡型和沟谷型两大类。山坡型是指在陡峻的山坡上发育的单沟，沟长仅数百米、深数十米，流域面积较小，泥石流流量不大，这种沟谷泥石流暴发的频率较小；沟谷型是指由几条支流汇入而组成，流域范围自上而下可以划分为形成区（包括清水供给区和固体物质补给区）、流通区和堆积区三部分。
21、较为典型的沟谷型泥石流沟流域形状见图1。此次泥石流主要由三眼峪沟泥石流暴发所造成。三眼峪沟主要由大峪沟和小峪沟两条支沟汇成，整个流域内共发育59条沟谷，使整个三眼峪沟形状如“瓢”，属于典型的沟谷型泥石流沟，其形状见图2。图1 甘肃武都甘家泥石流沟 图2 甘肃舟曲三眼峪泥石流沟3.1.2 流域面积泥石流沟的流域面积一般都比较小，特别是容重较大的粘性泥石流，因为单位面积最大固体物质补给量和降水汇水量会随着流域面积的增大而减小。因此大流域暴发粘性泥石流的机会较小，而小流域暴发粘性泥石流的机会较大。根据甘肃省泥石流沟统计资料，粘性泥石流沟流域面积大多在50km2 以下，而稀性泥石流沟流域面积大多在40
22、0km2以下，全省共有219条泥石流沟，流域面积小于10km2的占73.5。甘肃舟曲泥石流发源于其城北的两条小泥石流沟，上边叫三眼峪沟，河长约6.8km，流域面积约为25.75km2 ；下边叫罗家峪沟，河长约9km，流域面积约为27km2。两条泥石流沟的流域面积都不大，较小的流域面积为此次泥石流的暴发提供了重要条件。3.2 山坡坡度舟曲县地势崎岖，山高谷深，属于典型的高山峡谷地形。特别是导致此次泥石流的三眼峪沟，沟谷总体上呈南北向展布，地势北高南低。流域内最高点陡石山海拔3828m，最低点入河口处的海拔仅1340m，相对高差达2488m。而且山坡坡度大都在50以上，沟道平均比降约为24.1。这
23、样的山坡沟谷极有利于降雨的迅速汇集，为泥石流的暴发提供了有利的地形条件。3.3 固体物质的补给舟曲一带是秦岭西部的褶皱带, 山体分化、破碎严重。地层岩石主要为志留系石灰岩、板岩、碎屑岩、砂岩、页岩，片状节理发育，松脆易风化。而土壤则大部分为炭灰夹杂的土壤，土质疏松。四周山体植被稀疏，基本上是光秃秃的荒山。这使得舟曲成为了全国滑坡、泥石流等地质灾害的多发地区。加之舟曲县是“512”地震重灾区之一，地震导致山体松动，极易垮塌，而山体要恢复到震前水平至少需要3-5年的时间。复杂的地质条件和疏松的地表物质为此次泥石流的暴发提供了充足的固体碎屑物质。3.4 降雨因素在我国，绝大部分泥石流的暴发都是由暴雨
24、引起的。根据谭万沛等对四川凉山南部地区暴雨泥石流的资料分析，在被调查的110条泥石流沟中，当24h降水量在60mm-70mm之间时，发生泥石流的占13；24h降水量在70mm-100mm之间时，发生泥石流的占34；24h降水量在100mm以上时，发生泥石流的占50。舟曲县的泥石流均为暴雨型泥石流。由于舟曲处于半干旱地区，暴雨主要集中在盛夏季节。在此次泥石流暴发之前的一段时间里，国内大部分地区遭遇严重的干旱，包括舟曲县。这使岩体、土体因干燥而龟裂，产生裂缝。8月7日22时起，舟曲县突降暴雨。据电视台报道，此次暴雨历时40多分钟，县城雨量达97mm，暴雨中心的雨量更是高达350 mm。暴雨强度之大
25、，为此次泥石流的暴发提供了充足的水量。雨水顺裂缝深入岩体内部，从而起到减小坡面物质的正压力和润滑的作用，导致岩体崩塌、滑坡，最终形成泥石流。 表2 近年来三眼峪沟泥石流暴发时间与降雨特征表泥石流发生时间降雨量（mm）降雨历时(min)1978年7月15日37.4601982年6月18日23时46.8601989年5月10日21时47.0601992年6月4日18时38.4451994年8月7日19时63.31202010年8月7日22时97.040多3.5 人为因素3.5.1 植被破坏严重据舟曲县志记载：舟曲山地，层峦叠嶂，万山皆翠；50年代舟曲县境内森林覆盖面积大，山清水秀，生态环境平衡，空
26、气清新湿润，有“陇上小江南”之称。从1958年“大跃进”时期开始，这里的森林资源遭到掠夺性破坏。据统计，从1952年8月舟曲林业局成立到1990年的38年间，累计采伐森林189.75万亩，许多地方的森林成为残败的次生林。加上民用木材和乱砍滥伐、倒卖盗用，全县森林面积每年以10104m3的速度减少，植被破坏严重，生态环境遭到超限度破坏，水土流失极为严重。3.5.2 人口密度之大随着社会经济的发展，最近几年大量的农村人口向县城聚集，居住密度不断增大。舟曲县城测绘面积仅4km2，除河流、山体外，可利用面积1.47km2，城区东西不到2km，南北不到1.5km。在这个狭小空间里，人口却接近5万，而舟曲
27、县的总人口才13.69万。城区人口密度位居全省县级城市之首，和兰州相近。3.5.3 防灾意识较差人们防意识不强。由于舟曲已经多年没有发生泥石流了，多数人认为这里不再会发生泥石流。还有许多居民为了扩大新房的面积，不顾危险，就将房子紧挨着泥石流沟的疏导渠坝。而沟渠仅宽3m，深不到1.5m，沟渠的排泄能力极差。相关部门对隐患点的治理和排查不够彻底。90年代，舟曲县对三眼峪的泥石流专门做过一些治理工程，包括泥石流的拦截、排导、停淤工程，但是因为缺乏资金和水土治理专家，工程并没有按设计完成。并且在甘南州2009年度地质灾害防治方案附带的地质灾害重点防范点(区段)的名单中，也没有出现任何关于三眼峪的预警性
28、描述。图B为居民所建房屋。 图B舟曲居民房屋 4.舟曲泥石流的运动特征4.1 舟曲泥石流的属性4.1.1 泥石流的分类关于泥石流的分类方法很多，比如按诱发原因可分为洪水泥石流、冰川泥石流、火山泥石流以及地震泥石流等；按侵蚀原因可分为水力类泥石流、土力泥石流和滑坡泥石流等。由于泥石流的容重对泥石流的运动机理及动力作用产生重要影响，因此可以按照泥石流的容重对泥石流进行分类。而泥石流颗粒组成的特性直接反映了泥石流的容重，因此就可以进一步按照颗粒组成的特性来划分泥石流。在分析了大量泥石流颗粒组成与其容重之间关系的资料后，发现对于1.46t/m3 的泥石流来说，粒径d=2mm的颗粒正好是泥石流划分的分界
29、点。表1 泥石流分类分类名称泥流狭义泥石流水石流稀性亚粘性强粘性容重Rm /tm-31.46-1.801.46-1.851.85-2.002.00-2.401.46-1.90固体体积浓度Sv0.27-0.470.27-0.500.50-0.590.59-0.830.27-0.53d2mm颗粒的百分比含量/22-8080主体颗粒粘粒、粉砂粘粒、粉砂、沙粒、砾石砾石、卵石、漂石4.1.2 舟曲泥石流的属性 甘肃舟曲泥石流的总量为160104 m3 ，其中固体物质含量高达80%左右，因此可得固体体积浓度Sv 0.8，相对应的泥石流容重Rm 2.31t/m3 。根据熊刚对泥石流的分类可知，甘肃舟曲泥石流应属于狭义泥石流中的强粘性泥石流。4.2 流速由于泥石流内部相互作用的复杂性，目前尚无普遍认可的流速公式。研究人员在云南东川蒋家沟泥石流流速实测的基础上，拟合出具有普遍意义的粘性泥石流流速
