（水利工程专业论文）泥石流灾害机理研究.pdf

泥流灾害机理”f 究 摘要 本文在泥石流研究基本理论及方法的基础上，利用g i s 工具，结合辽宁省岫 岩满族自治县泥石流灾害防治工作实际，对泥石流灾害的机理进行了较为深入的 研究。 首先，对泥石流的环境( 地质、地形地貌、水文。t 象、植被与土壤、人类活 动影响) 条件进行分析，泥石流的j 4 ：生是这些条件相互作用的结果。通过对调查 资料的分析，研究了该县泥石流的活动历史，研究了泥石流的成因、分类及分柑 胤律。浚县泥石流的类型复杂多样、分布广泛。全县8 4 4 条泥石流沟，其中l 【j 坡 ( 商) 泥石流2 5 7 处，沟谷泥石流5 8 7 条，重点编目泥石流沟2 0 7 条( 处) ，广 泛地分枷存金县2 4 个乡镇。 泥石流的形成与发生，需具备撼本条件( 松散固体物质提供、充分的水体、 地形等三要素) 与促发条件。岫岩的泥石流比较典型，为超强暴雨所激发。笔者 重点研究了近代四次大规模泥石流，在雨洪分析的基础e ，提出了泥石流具有的 显著而典型的水文特征，泥石流的爆发与超强暴雨同步、频率低、爆发规模大， 是典型的暴雨泥石流。泥石流的活动具有典型的冲淤特征、堆积特征n 泥石流与 崩塌、山洪等灾害存在着内在的联系，并相卫，转化。 本文利用g i sl l 具，根据危险度分区原则，对泥行流的危险度进行了分区研 究。分区方案：一级区3 个，一级区7 个，三级区1 0 个。剪对泥石流的防治提 出了建议。 关键闷：泥石流、成因、分布、危险度 泥。洗灾害机理研究 a b s t r a c t o nt h eb a s i so f t h e o r i e sa n dm e t h o d o l o g i e sf o rd e b r i sf l o wr e s e a r c h t h i sp a p e rw i t hg i st o o l c a r r i e do u ti n - d e p t hs t u d i e so nd e b r i sf l o wf o r m a t i o nt h r o u g he a s es t u d yo fd e b r i sf l o wd i s a s t e r p r e v e n t i o ni nx i u y a nm a nz ua u t o n o m o u sc o u r t t y ，l i a o n i n gp r o v i n c et h ec o n d i t i o n sd e b r i sf l o w f o r m a t i o n ，s u c h a sl o c a l t o p o g r a p h i c a ip a r t i c u l a r i t i e s ，g e o l o g i c a l g e o m o r p h o l o g i c s t a l e ， h y d r o m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，s o i l - v e g e t a t i o nc o v e rf e a t u r e sa n dh u m a ni m p a c t s ，h a v eb e e n a n a l y z e d t h eh i s t o r yo fd e b r i sf l o wo c c u r r e n c e ，a n dd e b r i sf l o wt y p e sa n dd i s t r i b u t i o np a t l e mi n x i n y a nc o u n t yh a v eb e e ne x p l o r e d t h e r ea r e8 4 4d e b r i sf l o wl o c a t i o n s o fw h i c h2 5 7d e b r i s f l o w sa r es l o p ed e b r i sf l o w s ，5 8 7g u l l yd e b r i sf l o w 2 0 7d e b r i sf l o wl o c a t i o n sa r ec a t a l o g u e d ，a n d t h e ys c a t f e ro v e r2 4v i l l a g e s ( t o w n s ) t h ef o r m a t i o na n dt h eo c c u r r e n c eo fd e b r i sf l o wc o n s i s to r i n t e m a lf a c t o r s ( e g p r o v i s i o no fl o o s es o l i ds u b s t a n c e s ，s l o p es a t u r a t e dw i t hw a t e ra n df a v o r a b l e t o p o g r a p h y ) a n de x t e r n a lt r i g g e r s i nx i u y a nc o u n t yd e b r i sf l o we v e n t s a r et y p i c a l l yi n d u c e db y e x t r e m e l yj n t e n s i v er a i n t h i sp a p e rs t u d i e di nd e t a i l e d4l a r g e - s c a l ed e b r i sf l o w so c c u r r e di n m o d e mt i m e s ，a n dd r e wt h ec o n c l u s i o n sa sf o i l o w s ：d e b r i sf l o w sa r eo fe x p l i c i ta n dt y p i c a l h y d r o l o g i cc h a r a c t e r i s t i c s ；h e a v yr a i ne v e n t s a r ea l w a y si m m e d i a t e l yf o l l o w e db yd e b r i sf l o w e v e n t s ；t h eo c c u r r e n c ef r e q u e n c yo fd e b r i sf l o wi sl o wb u tt h es c a l ei sb i g ；t h ed e b r i sf l o we v e n t s a r et y p i c a l l ys t o r m i n d u c e do n e si nx i u y a nc o u n t y d e b r i sf l o wa c t i v i t i e sa r eo ft y p i c a le r o s i o n a n ds e d i m e n t a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s t h e r ee x i s tc o n n e c t i o n sb e t w e e n d e b r i sf l o wa n d l a n d s l i d e m o u n t a i n o u sf l o o d s a n dt h e yc a nt r a n s f o r mi n t oe a c ho t h e r t h ep a p e rz o n e dt h e r e s e a r c ha r e ai n t ot h r e ec a t e g o r i e sa c c o r d i n gt ot h ed a n g e rd e g r e e so fd e b r i sf l o w s ，e g t h r e e f i r s t g r a d es u b a r e a s ，7s e c o n d g r a d es u b - a r e a sa n d 1 0t h i r d g r a d es u b a r e a s ，a n da l s op r o p o s e d m e a s u r e m e n t so nd e b r i sf l o wp r e v e n t i o n k e yw o r d s ：d e b r i sf l o w , f o r m a t i o nf a c t o r s ，d i s t r i b u t i o n ，d a n g e r - d e g r e e 筇一章绪论 第一一章绪论 1 1 研究t 作的目的 泥石流作为种山地灾害，在我国分粕较f 一，全国近3 0 个省、市、自治区 都有分以一l 。主要分布在西南、西北、华北山区及青臧高原的边缘l “区，华东、 中南、台湾、海南岛的山地以及东北的西部、东部、南部lj l 地均有分布。泥杠流 的危害巨大，对生态环境与资源、城镇居民点、工农业、交通、水利、通讯设施 以及人民生命财产都会造成严重的破坏。 辽宁的两部、东部山区有泥石流的分布。尤其是地处辽宁东南部的岫岩低山 丘陵区尤为突出，但由于爆发频率低，几年、十几年甚至足几十年爿。爆发一次， 灾害的惨状随着时问的推移为人们所淡忘了、警惕性麻痹了。笔者作为个水文 ：1 _ 作者，有幸参加了对该县的泥石流科考、分析研究工作，并直关注该地区的 泥石流动态，对该县的泥石流的历史、现状及其发生、发展有了较深刻的了解。 岫岩满族自治县的泥石流等山地灾害种类繁多，分析j 广泛，活动历史久远， 灾情，t 重【2 1 。在实地考察中，在陔县各地发现了大量的老泥石流堆积物，痕迹清 晰可呒l ，老崩塌、老泥石流活动遍及该县各乡镇。现代泥石流等山地灾害也_ 卜分 活跃，尤其是进入8 0 年代，泥石流的活动有加剧的趋势。该县在1 9 8 2 年，1 9 8 7 年，1 9 8 9 年发生三次大舰模的泥石流。每次灾害都造成重大损失。 中共卜六大提出要“支持东北地区等老工业基地加快调整和改造，支持以资 源丌采为丰的城市和地区发展接续产业。”党的十六届二中全会f 式决定实施振 兴东北老d 地基地r 饯略。面对历史性的机遇，玉都岫岩应该、也可以有所作为。 泥石流等l lj 地灾害的防治迫存眉睫。 为贯彻落实温家宝总理关于编制伞阁山洪灾害防治规划的重要指示，水利 部、固土资源部、中困气象局、建设部、困家环保总局r2 0 0 2 年1 2 月成屯了全 国i l i 洪灾害防治规划领导小绢，统一领导和绢织全国山洪灾害防治规划的编制t 作，并联合l i 发了全闫山洪灾害防治规划编制技术人纲。笔者有幸参与了辽 宁部分n 目编制，几年来的研究 作为做好陔项t 作奠定rr 降实的理论、方法摧础。 跟踪研究岫岩泥石流，。方面填补水文工作的空白，促进了“3 s ”技术确：水 河海入学丁程坝i ：学位论文 滗缸瀛灾害极建错究 文工作中的，3 泛应用。重要的是应用以“3 s ”技术( 尤其是g p s 、g i s ) 为代表 的现代先进技术丌展辽宁的山地灾害的综合防治研究，为辽宁的山地灾害综合防 治舰划提供依据，为即将丌展的泥石流等山地灾害监测、预警预报奠定理论基础。 为地方的经济建设服务。 1 2 泥石流研究的基本方法 泥石流是松散土石体和水混合体在重力作用下沿自然坡面或沿压力坡面流 动的现象i 3 j 。典型泥石流沟( 流域) 自上游到下游具有三个区段呸形成区( 滑 坡、崩塌、岩锥等不良地质现象发育、水土流失严重，是泥石流的固体物质和水 源的供给区) ；流通区( 泥石流沟的中游段，谷坡陡峭、纵比降大，大量固体物 质与水的混合物经此段输送到下游) ；堆积区( 下游固体物质停积段，多呈扇形 或锥形，地面垄岗起伏) 。泥石流的形成与发生需具备基本条件( 丰富的松散 固体物质条件、充分的水体条件、地形条件) 和促发( 激发、触发和诱发) 条件。 1 2 1 泥石流特征及分类方法 按照其发生的规模、成因、物质组成、流体性质、动力学特征等特征有多种 不同分类。 按规模分为5 】：大规模的泥石流、中等规模的泥石流、小规模的泥石流。 按成因分为：自然泥石流和人为泥石流。 按地貌条件分为6 】：河谷型泥石流和山坡型泥石流。 按物质组成分为【i 】= 泥石流、泥流和水石流。 按固体物质提供方式分为3 ，7 】：滑坡泥石流、沟床侵蚀泥石流、崩塌和坡面 侵蚀泥石流。 按流体性质分为【4 】：粘性泥石流、稀性泥石流和过渡性泥石流。 按促发条件分为8 l ：激发泥石流、诱发泥石流和触发泥石流。 按动力学特征分为【9 1 ：土力类泥石流和水力类泥石流。 1 2 2 泥石流流域调查与分析 为泥石流研究提供基础资料，须厅展流域凋查。调查主要内容包括：自然环 境背擐、地质、沟道特性、堆积物情况、植被与土壤、人类活动情侈0 等等。查清 第一币绪论 各沟( 流域) 泥石流产生的环境情况、判定泥石流沟、确定泥石流过程的特征值、 坪估泥石流的发展趋势等 4 , 1 0 】。 卜要方法：收集有关文献、大比例尺地图、地质图( 报告) ，斯外实地查勘、 测绘、取样、采集标本，访问调查，添图( 表) 、计算、综合分析判定泥石流沟、 分析泥石流的形成、运动和堆秘过程、分析泥石流的发展趋势等。 1 2 3 泥石流危险度分区 分夏的目的，在于把发生条件接近的、灾害种类相似、危险程度和危害程度 相当的、预防措施接近或基本上。致的区域划分在一起，把上述各方面不相同的 区域划分丌。为了使危险度分【耋：基本准确呵靠，又便于在生产实践中应用，在分 区时应遵循下列各项原则1 。 发生学原则：把发生条件相同或相近的区域划入一个区，把发生条件不同 的区域划入不同的医。根据发生学条件分区，既要考虑泥石流的区域发展历史， 又要考虑泥石流的区域现状特征。 主导因素原则：在影响泥石流危险度的众多因素巾，按照主要的、起主导 作硐的因素进行分区。 相对致性原则：指划分出的危险区，每一区的内部要相对一致e 综合分析原则：就是要全面考虑危险度本身及构成危险度的各因素的榍似 性和差别，并在此基础上选择一些相互联系的指标或标志作为分区的界线，以保 证所划分出的每一个危险区都是有特点的、独立于其他危险区的地域。 相对完整性原则：危险度分区中划出的每个区必须是完整的。在具体划 界时，以自然界线为主，但在可能的情况下也适当照顾行政区的完整性。 1 2 4 泥石流研究的现状与进展 泥石流是山地灾害的种，具有爆发突然、历史短、吲体物质含量高、速度 快动能大等特点，破坏力极强。研究其形成、发i i 、发展的运动规律是防治工作 的t r 要基础。 对j 二泥石流的系统研究，起步较晚，始于上雌纪7 0 年代。此后，人们对它 的研究从未m t 断过，但山j 其极其复杂一r f ：，1 1 1 1 ：泥和流学科研究中，每取得点t l 洲海人学l 程硕l 。学位论文 娓b 瀛灾害乳理罐乳 进展，研究者都要付出极高的代价。 对于其形成机理，就成因而占以兰州冻土所、成都【j i 地所为代表的认为， 泥石流的形成与发展需具备三个基本条件( 充分的松散物质、水体条件、地形) 和促发条件。而圈内外一些学者把它分为地形地貌、地质构造、水文气象三个大 方面作为形成条件。一些学者专门研究地形地貌与泥石流的关系，研究地形测量 学参数与泥石流的关系。地质构造是泥石流的重要控制条件，直接影响泥石流的 物质补给、泥石流的类型、规模及分布。水文气象条件主要是研究降雨与泥石流 的关系，一些学者重点研究泥石流产生的临界雨量，据各地的研究表明，降雨在 泥石流的形成过程中既是泥石流的组成成分，又是激发条件，出于下垫面环境的 差异，降雨所起的作用不同，临界雨量各地不一。虽说这些研究的范围与深度有 所差异，但从形成发生学角度其实质内涵是一致的，泥石流的形成与发生皆是这 些内外因条件相互作用的结果。 我国山地灾害研究工作者更多关注中国西南部的泥石流( 爆发频率高、规模 大) ，研究成果颇丰。对泥石流的形成、运动、发展规律研究得比较深入。对泥 石流的运动和动力特性通过实验、定点( 东川试验站) 观测的方法定性、定量研 究【剞，取得大量的成果，不断完善动力学、发生学研究内容。还应用系统动力学 的方法，建立模型研究泥石流的运动历史与发展【5 j 。 国外，如芦用和男利用宾厄姆的流体模型和b a g n a l d 的膨胀流体模型研究泥 石流的流动机制；高桥在b a g n a l d 的膨胀流体模型基础上，推导了泥石流的浓度 和流速分布式。山水在模拟试验的基础上，建立了基于泥石流的动力特性方程的 一维和二维数值模拟方法。各国学者采用水力学、士力学和流变学理论，楣继 建立各类泥石流模型研究泥石流的运动机理，但至今，还没有一个能完全描述泥 石流的启动、运动、堆积和粘性、稀性、过渡性等特性的通用泥石流模型【l 3 l 在泥石流形成学领域，学者们对泥石流的汇流理论作了大量的研究。美国华 盛顿大学的学者们，根据固体物质的稳定条件和可能补给泥石流的数量来预测将 要发生的泥石流的规模和水文过程；瑞士科学家在研究s w i s s a l p s 的泥石流过程 巾，采用声学测量的方法重建事件的水文过程，预测泥石流的发，l 概率及规模。 应浚说泥石流的汇流理论将是该学科的永恒二主题之一”。 最初的泥石流危险度评价仅限于单沟流域。8 0 年代末开始对泥石流进行l 蜒 雨一节绪论 域危险度评价。选用泥石流分布密度为主要因子，从地质、地貌、水文气象、森 林植被和人类活动5 个方面采用关联分析方法选取7 个次要冈子，按权重法得出 该区域流域的危险度，该法应用较广。但存在着危险度不能标准化，取值f 二会片 面被放大，致使分区的代表 = ! ! 差。1 9 9 5 年后，提出了新评价方法，区划原则考 虑相似性原则、完整性原则、综合性原则等，多网子综合考虑，克服了权重法本 身山于硬性的取值代表性不好的弱点。综合评价模型属于经验模型范畴，是在经 验的基础上，运用推理和统计方法建立的评价模型【”1 。近年来，人们把神经网络、 模糊数学等方法应用于危险度评价研究中，但作为应用存在着适用性问题。 近年来，随着g i s 的普及应用，为泥石流的研究开辟了新天地，人们再也不 用手工捕绘灾害分区了，再也不用清绘各种工作底图了，节省了大量人力物力。 并把g i s 的数据分析与成图技术应用到泥石流的风险评价中，取得很好的效果。 并逐渐) l ：展泥石流地理信息系统的研究，为泥石流研究、防治管理数字化奠定了 可靠的基础。 可以浇泥石流的研究目前更多的是作为对灾害防治的综合研究，多学科的方 法应用到泥石流防治的生产实践中，比如对辽宁岫岩地区的泥石流研究就是这 样，人们更多的从地质灾害角度入手，分析其成因、发生、发展规律。个人认为 这些研究还没有把它看作是一种水文过程。泥石流也是在水文过程的驱动f 完成 的，导致地貌演化，流水造成侵蚀、搬运与沉积，起着地形的塑造作用。同时， 水文地理或环境条件又对水文过程发生影响。该地区的泥石流研究还利当薄弱， 还有好多工作要做，迫切需要的是通过机理研究，玎展泥石流的监测、预警预测。 1 3g i s 在泥石流研究中的应用 人类i f 从i ：l k 化社会迈入信息化社会。地理信息系统( g i s ) 的建设与应用， 正闩盏引起各界广泛关注。地理信息系统是处理时宅问题的重要手段，是集地球 科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术，它足以信息论、控制论、； 算 机科学、系统j 一裎等学科为基础的交叉学科，唰时义逐渐与一种崭新的信息源 - - ( ；i ) s 信息采集系统、r s 遥感数据相结合，组成3 s 系统。已广泛应用于资源管 删、耶境雌测、灾害评估、城市与区域胤划等众多领域，成为社会可持续发腱的 订效l 佝辅助决策支持工具。存泥石流的研究中已经丌始允煎要角色。 1 1 f ：i _ 人学f 程硕l 学位论文 沈 | 漉次害t s l 蛙辩巍 1 3 1 地理信息系统( g i s ) 在泥石流研究中的应羽 在以往的泥石流灾害研究中，都是利用传统的地图这1 。工具实现对空间数据 的收集、存贮、分柝和显示。将各种地理信息如：地形、土壤类型、植被、行政 区划、人l 】、道路、河流、水利工程等，利用经纬度或两点间的相对距离以点线 及符号在平面图上表示出来。在这些地理信息的处理过程中是一种静念的方法， 处理工作量火、速度慢、劳民伤财。随着地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，简称g i s ) 的应用，彻底改变了泥石流研究的t 作模式。 完整的信息系统具有较强的动态分析能力和空间分析能力”“”j 。这些功能是 地理信息系统( g l s ) 的主要功能之 。即能实现各种信息的快速更新和各种特殊 信息的提取。许多地理信息，如人l = ：】的增长与迁移、耕地和植被的变化等，是随 着时问不断变更的。传统的地图要更新这些信息只有重新绘制，整个制版过程及 其复杂，而地理信息系统( g i s ) ，因其是建立在电予计算机平台上的，能快捷地 对其更新，输出各种想要的信息。其空间分析能力，即能建立各种信息的空间相 关关系。查询和定位空间对象，并对窄问对象进行量算是地理信息系统的基本功 能之一，它是地理信息系统进行高层次分析的基础。在地理信息系统中，为进行 高层次分析，往往需要查询定位空间对象，并用一些简单的量测值对地理分布或 现象进行描述，如长度，面积，距离，形状等。实际上，空间分析首先始于空间 查询和量算，它是空间分析的定量基, l i l i l l l 6 1 l ”1 。例如，对不同时相的植被分布等 进行刘。比分析可知植被的覆盖率的增加或减少；对不同时相的山体状态、河流演 变等进行对比分析可知沟床的变化，可以表示出灾害的分布、分区；不同时相的 水f 地形刈比分析，可看出冲淤变化：根据数字高程模型，可推导出河网及每个 网格单的坡度、坡向；根据道路网络，推求两点之问的最佳路径等。 地理信息系统( g i s ) 在泥石流研究中，主要用于数据处理、操作和分析：即 由定州：到定量、由静念到动念、出现状描述到预测预报的不断深入和提高。 1 3 2 数据源 地删信息系统( g i s ) 的数据源，是指建，：地理信息系统( g i s ) 数捌库所需要的 扦种1 炎) 群数据的来 原。字问数据获墩是地蹦信息系统( g i s ) 建发茸先要进行的 r 第一_ 搴绪玲 务，它町以有多种实现方式包括数据转换、遥感数据处理以及数字测精等等 “3 s ”技术。地理信息系统( g i s ) 的数掘源是多种多样的，在泥石流灾害研究r 1 一 可，以归纳如一f 四币 ： ( 1 ) 各种类型的地图是最主要的数据源，有备种比例尺的地形图( 目前有】：2 5 力r 乜子地图、l ：5 万地形图，在作典型沟研究时需l ：1 万地形图) 、水文地质图等， 地图包含着丰富的内容，图上实体问的空间关系直观，实体的类型或属。p u 以用 各种小同的符号加以识别和表示。地图的数字化录入，是目前被广泛采用的手段， 也是最耗费人力资源的工作。在g i s 中，录入的内容包括空涮信息和非空问信息， 前者是录入的主体。目前，空问信息的录入= 芒要有两种方式，剐手扶跟踪数宁化 和扫描矢量化。 ( 2 1 遥感图象数据，遥感作为空间数据采集手段，已成为地理信息系统的手 要信息源与数掘更新途径。不同时期的遥感图象所包括的信息量i 叮以说是无穷 的。例如，水陆区域的界限及变化，各种地物( 如泥石流、崩塌、滑坡、植被、 积雪、耕地、沙漠等等) 的分斫j 及变化等等。从遥感图象数据中提取的信息需要 专门的影像分析系统。大鼙的遥感数据以及图像分析系统图像分类所形成的各类 专题信息，可以真接输入地理信息系统，整个过程能在“全数字”的环境下进行， 图像数摒能够在生成编辑地图的屏幕上显示，标志着遥感和地理信息系统的结合 进入r 新的阶段。 f 3 1 另外一种数据源是实测数据，实时的测量数据、降m 、流量等。大地测 量为地理信息系统提供了精确定位的控制系统，尤其是全球定位系统( g p s ) 叫 快速、廉价地获得地表特征的1 证置信息。航空像片及其精确测量方法的廊用使得 摄影测量成为地理信息系统主要的地形数捌来源。 f 4 文字报告，包括各种统讨报表，如入口统计、幽民经济统计t 七家知以、 市法文件等。 l 。4 本义研究的丰要内容及意义 利川g i s 1 一 ，通过对辽i 省岫岩满族自治县泥行流灾i 玎门系统研究t 刘沈 f 1 流的彤成、发化、运动、发展等机删进行探索研究。 ( 1 j 、# e i i 溉l 彤j 小境条件分村i 铆 究 河海人学下程烦1 ：学位论文 泥l 漉袁害t 避姘宠 泥石流的形成与发生离不丌环境条件，泥石流是地质、地形地貌、_ 十壤与植 被、水文与气象、人类活动因素等诸多条件互相作用、共同影响的结果。研究浚 地区泥石流的产生所需要具备的三个基本条件( 要素) ( 丰富的松散固体物质条 件、充分的水体条件、地形条件) 和健发条件。 ( 2 ) 、通过对该县近代四次大j ! i ：! 模泥石流的研究，探求泥石流的水文特征、泥 石流爆发的频率及周期、探求泥石流的活动特征。 ( 3 ) 、对泥石流的类型、分布进行综合分析研究：并利用g i s 工具，应用主成 份聚类分析的方法对泥石流的危险度进行分区研究。 在实地考察的綦础上，利用地理信息系统( 0 1 s ) 工具( m a p i n f o ) 等方法 对岫岩泥石流进行系统研究，这在辽宁的泥石流研究工作中是首次尝试。对岫岩 泥石流的所处环境的地质、地貌地形、水文气象、土壤植被及人类活动影响等条 件进行分析研究，摸清岫岩泥石流的成因及所具有的水文特征、活动特征、泥石 流的分布规律。根据该地区的灾害特征，制定灾害的分区方案及灾害分区。为岫 岩泥石流灾害防治的系统规划、为岫岩泥石流灾害防治的地理信息系统的建设作 技术准备，为该地区的泥石流等山洪灾害的监测、预警、预报提供技术依据。 j 坚生堂墅墅鲎兰墨堂堕丝鲨 第二章岫岩满族自治县泥石流灾害概述 2 】环境概述 泥石流形成与产生的环境包括地质、地形与地貌、水文与气象、植被与七壤 和人类活动影响等条件，是这些条件相互作用的结果l 。 2 1 1 地质 l 、地层与岩性 按地层分区，岫岩满族自治县地层属华北地层区辽东分区营口月东小区。 位于占老的地台隆起区，地层出露升i 全，出露地层仅有元古界前震旦系辽河群 ( p t l h ) 、震旦系下统( z 1 ) ，古生界石炭二叠系( c p ) ，中生界侏罗系( j ) 及 新生界第四系( 0 ) ( 表2 1 ) 。 受地质构造控制，该县境内沉积岩发育差，出露范围小，而变质和岩浆岩十 分发育，并大面积出露( 表2 1 ) 。 表2 1 岫岩满旗白治县地层、岩性简表 地方地地层 界系统 七要岩件 土虹露地k 层名称代号 新销 q 4砂、卵札、砂质带! j 十、砾“、 令新缆 州漫濉，l i 球，级、一级、 生9 u f ：业新统 角砾、岩块等。 抖 系q 3 三级阶地段山麓沟l j 等地。 中你 i 幺武岩、安山崭、英安岩、凝黄花们、铆| ；几、人r i 了、粥 生罗 j i 扶岩、凝狄赝角砾岩、凝耿质 了_ 】、红旗t f 了、棼了淘等 抖系统砂岩及粉砂质负宅等地 古“废炭质板岩、变质含k “英妙 人t t 了东部小、r 顶老虎i j 生 c p岩、英射质砾岩、变质_ l 英 抖叠系 砂岩等 震门f 枝岩、桠英砂岩、k _ 石英 系统 z ， 位潭关门沟一廿 砂岩、禽砾“英砂岩、计等 几 “敏帘、岭达删、偏岭、必 i 变粒岩、浅粒岩、利k 柏闪岩、 降、封，j 7 淘、人鹏身、i 莱 金“透辉岩、人魁! 岩、客：| k ”沟、二二家于、“j | | r 、敉个、 抖 前震 辽 i f 群 p t l h 门系 麻岩、透闪连辉岩、黑、l 抒、i 身沟、剥、 t ij 、i l 州 “7 、逢闪者、也英岩等 t ? j 、i i 肖r j 【】、岭沟、畅i 罐九出佗埘等乡鼬 女海人学t 程硕i ：学位论文 耗幽流灾害机理研究 2 、地质构造 在大地构造卜，该县处于华北地台辽东台背斜营口宽匈隆起的中部岫岩 地台。按地质力学观点，该县位于阴山东谣向复杂构造带的东端南部边缘，这里 又是新华复系第二巨型隆起带中段，即处于纬向构造带和新华夏构造体系的交接 复合部位。因此存在多种构造形迹，地质构造较为复杂。 ( 1 ) 、纬向构造体系 纬向构造体系以褶皱为主，规模较大，而断裂的规模一般较小。褶皱形念 较为复杂，以紧密线状和倒转的较多。纬向构造体系形成于前震旦纪，活动的时 问长，网而分布广泛，规模较大。县内主要褶皱为唐望山老尖顶复式背斜和庙 沟岫岩铅矿二道岭复式向斜。 ( 2 ) 、新华夏系构造 新华夏系构造呈北北东向分布。县内存在新华夏系两个构造带：秋木庄 望海庙构造带、大西沟三架山构造带。新华夏系活动时问较晚，主要活动时间 在晚侏罗世，具有挤压作用较强烈、波厦面较大的特点。 ( 3 ) 、小型旋扭构造 在苏子沟镇古龙山村罗圈沟里，发育有一涡轮状构造，面积约6 k m 2 。从地 貌上看，罗圈沟罩屯四周被弧形山所环绕，涡轮由9 条弧形轮叶( 断裂) 组成， 形如较规则的圆，半径约l k m ，卷入地层为前震旦系辽河群。自罗圈沟罩屯向外 看，每条弧形断裂都向右边凸出，左边向罩错动，罗圈沟旱屯为本构造的旋涡， 系新华夏系构造的产物。 3 、新构造运动 在新构造运动期问，该县所在地区明显的表现为大面积问歇性升降运动， 并以上二升运动为主，新构造运动较为强烈：缺失第三系( n ) 及早更新世( q i ) 、 中更新世( q 2 ) 地层；存在3 级夷平面和3 级阶地，3 级夷平面的高度分别为海 拔1 8 0 2 3 0 m 、1 2 0 2 0 0 m 、5 0 8 0 m ，上升幅度较大，说明垂氲运动剧烈：县 内温泉广泛出露，天然出露温泉7 处，人工出露温泉l 处，温泉，。泛分佰区，也 是新构造运动较强烈地区。 4 、地震 从资料石，该旦不处于强烈地震震中区，但处于其波及影i 榈区内。搦地震 一塑三要些墨堂簦! 塑墨婆垒垫壅宣丝堕 资料 己录，位于本县东南方向的鸭绿江口，西南方向的庄河县、长海县，正西方 向的盏县、营口，西北方向的海城和东北方向的辽阳参窝等地，都发生过较强烈 地震，地震震中距本县边缘2 0 6 0 余公里。7 0 年代以来，上述震区共计已发生 过6 次4 2 7 3 级地震，以1 9 7 5 年2 月4 日海城地震对该县影响最大，县境内 最大烈度约达v i 度。此外，该县境内小地震活动频繁，据县志大事记记载，仅 1 9 8 8 年1 月3 6h ，便发生小震1 0 0 余次。一卜述地震对山体稳定造成不同程度 的破坏，对泥石流灾害的形成和发展起到了严重的影响作用。 2 1 _ 2 地形 浚县从区域性角度来看，面积较小，但地形复杂多样。 1 、地势 该县位于千山山脉东南侧，受其控制，境内地势总的趋势是由西北向东南 降低。东北部、北部和西部高，形成一个环形的中低山区，矗立于该县东北部、 北部和西部；中西部和南部次之，为低山丘陵区；中东部低，为丘陵区。通过 g i s 工具量测，境内海拔高程10 0 0 m 的地面面积为0 1 1 k m 2 ，从面积来看可忽 略不计：海拔高程在l0 0 0 5 0 0 m 的地面面积为4 0 0 5 9 k i n 2 ，仅占全县面积的 8 9 ，而9 1 以上的地面，海拔高程均低于5 0 0 m 。这种周围高，并迅速向中部 和东部降低的地势，使该县山地山坡陡峭，沟谷短而急促，有利于各种t i t 地灾害 的发生和发展。 2 、地貌类型 该县地貌类型比较复杂，以千ij l 山脉及其支脉和余脉为骨干，形成低1 1 _ 1 为主， 丘陵和中山兼有的地貌格局。中山是指山峰海拔高程在l0 0 0 m 以上，包括与该 山峰相连的山体和山麓；丘陵是指峰顶在5 0 0 m 以下的地区。该县山脉走向，除 与海城、营、盖县交界的界山为近南北走向外，其余山脉一般为北西南东走 向。详见地貌类型图( 附图a 1 ) 。 ( 1 ) 、l j 1 1 1 山主要分布在该县东北部和西部，总面积约4 8 6 k m 2 ，占该县面积的1 l 左右，被低山、丘陵分割成两部分。 岫东北中山区。该医由帽盔山和清凉山系组成，最高点为帽盔| j _ _ 三峰，海 拔高程1 1 4 1 5 m ；位于葛藤河、暖泉河、青河和渭水河上游，总面积约9 0 k i n 2 。 河海人学t 程倾士学位论文 流矗流灾害辊理磷究 岫西中i | j 区。该区由该县与营口县、盏县和庄河县的界山组成，最高点为 老轿顶，海拔高程l0 3 4 m ，次高点为关门山( 龙潭乡) ，海拔高程为l0 3 1 2 m ； 位于汤池河、哈达碑河、雅河、偏岭河和英那河上游，是这些河流的发源地，总 匾积约3 9 6 k m 2 。 ( 2 ) 、低山 低山分布在该县的东部、北部、西部和南部，几乎把全县包围起来，是该 县的主要地貌类型，总面积约27 0 8 k m 2 ，占全县面积的6 0 左右，被丘陵分割 成两部分。岫东岫北岫西低山区、岫南低山区。 ( 3 ) 、丘陵 从总的趋势看，丘陵位于该县东南部，但南端被低山所占据。丘陵是该县 唯一连成片的地貌类型，主要分布在洋河和哨子河中下游及大沙河干流一带，这 一区域地势相对平缓，是该县人口集中，工农业发达的重要经济开发区，总面积 约13 0 7 k i n 2 ，占全县面积的2 9 左右。 2 1 3 水文与气象 l 、气侯特点 该县位于北温带半湿润季风区，热量、水分和光照条件较为优越，且雨热 同季。该县降永集中、多暴雨，是很重要的致灾因素。 ( 1 ) 、气温 该县年平均气温为6 3 8 0 。最热月为七月，月平均气温为2 2 5 2 3 3 。c ， 最冷月为一月，月平均气温为一9 6 1 3 o 。c ：平均年较差为3 2 9 3 5 5 。c 。年极 端最高气温为3 5 1 3 7 。o c ：年极端最低气湿为2 9 1 3 6 。6 。c ；年极端较差为 6 6 1 7 1 7 c 。气温的分布由东南向西北递减，等温线基本呈北东一南西走向。 ( 2 ) 、积温 该县i o 。c 的活动积温在30 0 0 一33 0 0 。c 之间，其地理分稚为东南高，西北 低，东南比西北高2 0 0 以上。 3 ) 、无霜期 浚县无霜期不长，霜( 闩最低气温2 o 。c ) 的终同在5 月4f = 1 1 3 日，霜 的初日存9 月2 7 闩1 0 月5 同，无霜期为1 3 6 1 5 2 天。无霜期的分布由东南 向两北减短，东南部比西北部长1 0 天左右。 望三至堂堂堂整旦塑墨塑兰堕壅童蔓些 ( 4 ) 、r 照 该县光照资源十分丰富，年可照时数达44 3 0 1 小时，实照时数达23 6 3 8 小时，只照百分率达5 3 + 4 。冬季r 照百分率高，夏季门照百分率略低。 ( 5 ) 、空气湿度 浚县由于降水较丰富，空气湿度较大。岫岩镇年平均空气湿度为7 0 ，其 中7 、8 两月空气相对湿度达8 5 9 上，2 3 月较小，一般在6 0 左右，最小空 气相地湿度为0 ，如1 9 6 5 年1 1 月8 同在蚰岩镇就出现过。该县其有高温高渝同 季的特点。 2 、水文特性 ( i ) 、降水 陔县位于半湿润季风区，具有降水集中而充沛，时空分布不均匀，且多暴 雨的特点。夏季受台风、气旋或高压尾部暖切变等天气过程的影响，常出现中等 尺度的高强度暴雨过程。境内每年6 9 月降水十分集中，其雨量占全年雨量的 7 7 6 ( 岫岩站资料) 。 降水丰沛，地域分布不均 境内多年平均降水量为7 5 0 10 0 0 m m 左右( 附图a 2 ) 。由于受海陆位置 和地形影响，降水地域分布不均，主要表现为由东南向西北递减，由10 0 0 m m 减少至7 5 0 m m ，但其中以喜雀大岭为中心的苏予沟一带出现一个高值区域，多 年平均降水量在10 0 0 m m 左右，高出周围地区l o o m m 以上；而前营予出现一个 低值区，多年平均降水量在8 0 0 8 5 0 m m 之问，低于周围地区l o o m m 左右。详 妃表2 2 。 衷2 2山巾岩境内各水文站、雨鼙站有关降水资料统计表 站名岫各自样玎：石蠕马家人口 也文潲兰f 栅* 而dl 京荒也谢蜘铸黛长 臻了堡r世r 令年降水 8 4 78 1 0 9 0 79 7 79 6 29 2 48 9 31 0 3 08 2 28 2 l8 5 58 0 7 量( m m ) 6 9 月 6 7 9 5 9 67 1 0 7 4 87 5 47 3 86 5 88 1 96 i56 5 96 5 46 0 2 降水量 ( m n ， r 叶幸年降 7 767 357 837 657 847 9 97 377 9 57 498 0 27 657 46 水量比例 【) 阿海人学t 程硕 ：学位论文 沈矗漉灾害帆理研究 降水集中、年际变化大、多暴雨 该县降水，年内高度集中于6 9 月，6 9 月降水量占全年降水量的7 3 5 8 0 2 ( 表2 2 ) ；降水年际变化很大，最大年降水量在1o o o i5 8 0 6 m m 之f f i j ， 最小年降水量在4 8 3 3 8 5 6 6 m m 之间，最大年降水量与最小年降水量之比，在 1 5 3 至3 2 7 倍之间( 表2 _ 3 ) 。 表2 3岫岩境内各水文站、雨鼙站晟大与最小年降水量比较表 站名灿岩前i 石灰火白文家三清苏了i i 家荒地马j 采黄托谷墩 了 窑地街) 蚍沟堡于堡了堡了甸店 最人年 1 4 5 21 0 4 71 2 4 2 2 8 61 5 8 11 2 0 41 3 1 31 2 0 31 0 4 21 2 0 31 1 6 71 2 4 8 1 i 挚水量 “n m l 垃小年 5 2 06 7 05 2 97 3 64 8 36 5 l8 5 75 7 66 2 26 7 45 5 l4 8 5 降水量 ( r a m ) 比值 2 7 9l5 62 3 51 7 43 2 7l8 51 5 32 0 91 6 8i 7 821 225 7 多暴雨，其中稀遇暴雨强度大，总量也大 该县降水不仅集中于6 - - 9 月，而且多暴雨，暴雨往往出现在7 8 月。r 阿量 - 5 0 o m m 的降水，境内各地发生频率2 3 3 9 次每年，日降水量1 0 0 o m m 的降水，境内各地重现期大约在3 年左右，目降水量t 5 0 o m m 的降水，境内各 地重现期大约在i 0 2 0 年，日降水量i 2 0 0 o m m 的降水，境内各地重现期大约 在2 0 3 5 年。平均一日最大降水量为8 6 3 1 5 3 8 毫米，最大一日降水量达 1 6 9 0 4 2 1 3 m m ( 表2 4 ) 。 表2 4 境内各水文站、雨蛩站平均一日最大与最大一日降水簧对照表 站名岫岩“敷马家人口文家三 i i 苏了l 客荒地赞托 符客 窑堡予地街观淘堡了堡了匍店 卜均一| | 1 0 231 5 3 81 1 5 51 1 8 1 1 1 4 0 9 l3 9 2 5 9 1 9 8 869 2 48 6 3 最人降水 量( m m ) 城人。i i2 4 3 84 2 1 32 3 8 72 1 9 23 1 943 0 5 02 0 1 43 0 0 92 4 6 32 1 47 1 6 9 0 降水量 ( m m ) 浚县的特大暴雨，主要受天气的地面影响系统和高空影响系统及其配合所制 约【i 。1 9 5 0 1 9 8 0 年，全县共发生5 1 次特大暴雨，其区域性频度达每年2 4 次 年；从地面影响系统来看，华北气旋进入该地区对特大暴雨的形成贡献最大，在 2 1 年内共发生特大暴雨2 0 次，约占4 0 ，其次是贝湖低压冷锋，引起8 次，约 4 第二章 蚰岩满族自治县泥石流灾害概述 占1 6 - 蒙古低压冷锋和西副高切变，各引起6 次，分别占1 2 ，台风引起5 次，约占1 0 ，江淮气旋引起3 次，东北低涡和静止锋备引起一次；从高空影响 系统来看，贝蒙低槽对特大暴雨贡献最大，在2 1 年内共引起特大暴雨2 5 次，约 占5 0 ，其次是河西低槽，引起1 6 次，约占3 2 ，台风引起5 次，约占1 0 ， 高空切变引起4 次，东北涡引起1 次；从地面影响系统与高空影响系统相配合来 看，华北气旋与河西低槽相配合对特大暴雨形成贡献最大，共引起特大暴雨1 1 次，约占2 2 ，华北气旋与贝蒙低槽相配合居第二，共引起9 次，约占18 ， 贝湖低压冷锋与贝蒙低槽相配合，共引起6 次，约占1 2 ，蒙古低压冷锋与贝蒙 低槽相配合和地而、高空均受台肛l 影响各引起5 次，分别约占1 0 ，西副高切变 与高空切变相配合和西副高切变与贝蒙低槽相配合，各引起3 次，约占6 ，江 淮气旋与贝蒙低槽相配合和静止锋与高空切变相配合各引起1 次。可见，抓住天 气的地面影响系统、高空影响系统及其配合，是能够对本地区引发泥石流等山地 灾害的特大暴雨进行预报的。 ( 2 ) 、径流 该县境内山峦起伏，溪流密布，大部分河流属大洋河水系。该水系在境内的 流域面积占全县总面积的9 1 ，其支流有哨子河、洋河和小洋河。 夫洋河干流在县内仅3 6 3 k m ，干流控制站沙里寨水文站( 东沟县境内) 实 测最大洪峰流量为1 l3 0 0 m 3 s ( 1 9 8 0 年8 月4i q