环境地质学第五讲泥石流概念和阶段

1、环 境 地 质 学第五讲泥 石 流概念和阶段泥石流又称山洪泥流，是发生在山区中一种含大量泥沙、石块的介于洪水和土石滑体之间的暂时性流体。其容重一般在3，由固体物质（泥沙、石块）和液体（水）两相物质组成，在许多情况下，其固体物质含量可以超过水的含量。 1、概念其固体物质粒径分布范围很宽、流体性质很不稳定，冲和淤是其主要危害。泥石流1、概念典型泥石流示意图1、概念 泥石流的一般特征： 泥石流是山区特有的一种突发性的地质灾害现象，是地质、地貌、水文、气象、植被等自然因素和人为因素综合作用的结果。 泥石流具有暴发突然、来势凶险、运动快速、能量巨大、冲击力强、破坏性大和过程短暂等特点。 泥石流的流态取决

2、于固体物质的岩性和流体稠度、流量与暴雨特点、堵塞崩溃形式等；流速受制于地形地貌、流体内外阻力等因素。泥石流的运动特征 泥石流的直进性和爬高性泥石流粘稠度越大，运动惯性也越大，直进性就越强；颗粒越粗大，冲击力就越强。因此，泥石流在急转弯的沟岸或遇到阻碍物时，常出现冲击爬高现象。在弯道处泥石流经常越过沟岸，摧毁障碍物，有时甚至截弯取直。 泥石流漫流改道泥石流冲出沟口后，由于地形突然开阔，坡度变缓，因而流速减小，携带物质逐渐堆积下来。但由于泥石流运动的直进性特点，首先形成正对沟口的堆积扇，从轴部逐渐向两翼漫流堆积；待两翼淤高后，主流又回到轴部。如此反复，形成支岔密布的泥石流堆积扇。 泥石流的周期性在

3、同一个地区，由于暴雨的季节性变化以及地震活动等因素的周期性变化，泥石流的发生、发展也呈现周期性变化的规律。1、概念泥石流形成区（上游）多为三面环山，一面出口的半圆型宽阔地段，周围山坡陡峻，多为3060的陡坡。其面积大者可达数十平方公里。坡体往往光秃破碎，无植被覆盖，斜坡常被冲沟切割，且有崩塌、滑坡发育。泥石流流通区（中游）多为狭窄而深切的峡谷或冲沟，谷壁陡峻而坡降较大，且多陡坎和跌水。泥石流进入本区后具有极强的冲刷能力，将沟床和沟壁上的土石冲刷下来携走。泥石流堆积区（下游）一般位于山口外或山间盆地边缘、地形较平缓之地。由于地形豁然开阔平坦，泥石流的动能急剧变小，最终停积下来，形成扇形、锥形或带

4、形的堆积体，冲积洪积扇。泥石流的流域划分1、概念2、泥石流的分类按泥石流的水源和物源条件分类：溃决泥石流冰川泥石流降雨泥石流弃渣泥石流 溃决泥石流 堤坝和堰塞湖溃决形成的洪水所导致的泥石流。 降雨泥石流： 主要是在降雨尤其是暴雨条件下，地表松散物质（如土壤、碎石等）在地表径流的侵蚀、搬运作用下，汇成集中急速洪流。 冰川型泥石流 发育在现代冰川和积雪边缘地带，由冰雪融水或冰湖溃决洪水冲蚀形成的含有大量泥砂石块的特殊洪流。常发生在增温与融水集中的夏、秋季节，晴、阴、雨天均可产生。2、泥石流的分类 弃渣泥石流 主要由人为活动造成，激发因素多为降水。矿渣泥石流(云南汤丹)矿山弃渣(四川盐井沟)2、泥石

5、流的分类2、泥石流的分类按泥石流体的物质组成分类：泥石型：这是由浆体和石块共同组成的特殊流体，固体成分从粒径小于毫米的粘土粉砂到几米至1020米的大漂砾。泥流型：是指发育在我国黄土高原地区，以细粒泥石流为主要固体成分的泥质流。泥流中粘粒含量大于石质山区的泥石流。泥流含少量碎石、岩屑，粘度大，呈稠泥状，结构比泥石流更为明显。水石型：是指发育在大理岩、白云岩、石灰岩、砾岩或部分花岗岩山区，由水和粗砂、砾石、大漂砾组成的特殊流体，粘粒含量小于泥石流和泥流。水石流的性质和形成，类似山洪。水石型泥流型泥石型按泥石流的流体物质分类： 粘性泥石流稀性泥石流2、泥石流的分类按发育泥石流的地貌分类坡面泥石流河谷

6、型泥石流标准型泥石流 标准型泥石流其流域呈扇形，能明显划分出形成区、流通区和堆积区。2、泥石流的分类 河谷型泥石流其流域呈狭长条形，固体物质来源于沟谷中分散的坍滑体，对流通区和堆积区不能明显分开。 坡面型泥石流其流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。2、泥石流的分类 泥石流暴发突然、来势凶猛迅速，兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的双重作用，其危害程度比单一的崩塌、滑坡和洪水的危害更为广泛和严重。(1)对居民点的危害：泥石流最常见的危害之一，是冲进乡村、城镇，摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所设施。淹没人畜、毁坏土地，甚至造成村毁人亡的灾难。如1969年8月云南省大盈江流城弄璋区南拱泥石流

7、，使新章金、老章金两村被毁，97人丧生，经济损失近百万元。3、泥石流的危害2003年7月11日22时，四川省甘孜藏族自治州丹巴县发生特大泥石流灾害，造成51人死亡，另有71人被困。这是灾情最严重的水卡子村损毁严重的民房。 3、泥石流的危害丹巴泥石流属于暴雨泥石流，主要是局部大暴雨诱发的。邛山沟地处大渡河流域的川西高山高原峡谷区，地形高差近米，河床陡。上个世纪年代这里森林采伐后，植被被破坏、地表裸露，加之处于干旱区，全年平均降雨量约为毫米，岩石风化严重，地质结构松散，断裂带多。一旦局部暴雨来临，日降雨量达到毫米左右，就会导致泥石流爆发。 3、泥石流的危害2006年5月24日，泰国北部地区发生了洪

8、水和泥石流灾害。2006年4月，哥伦比亚各地连降暴雨，引发的洪灾和泥石流造成严重人员伤亡和经济损失。 2006年04月 12日，由于暴雨引发了泥石流，美国加州北部数名居民被疏散。 2007年08月16日，印度北部泥石流掩埋村落， 5人死，55人失踪 。3、泥石流的危害(2)对公路、铁路的危害：泥石流可直接埋没车站，铁路、公路，摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断。如：甘川公路394公里处对岸的石门沟，1978年7月暴发泥石流，堵塞白龙江，公路因此被淹l公里，白龙江改道使长约两公里的路基变成了主河道，公路、护岸及渡槽全部被毁。3、泥石流的危害(3)对水利、水电工程的危害：主要是冲毁水电站、引水渠道

9、及过沟建筑物，淤埋水电站尾水渠，并淤积水库、磨蚀坝面等。(4)对矿山的危害：主要是摧毁矿山及其设施，淤埋矿山坑道、伤害矿山人员、造成停工停产，甚至使矿山报废。 泥石流的形成，必须同时具备三个基本条件：（1）有利于贮集、运动和停淤的地形地貌条件；（2）有丰富的松散土石碎屑固体物质来源；（3）短时间内可提供充足的水源和适当的激发因素。4、泥石流形成的基本条件 地形地貌条件地形上具备山高沟深，地形陡峻，沟床纵度降大，流城形状便于水流汇集。地貌上，泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区三部分。上游形成区的地形多为三面环山，一面出口的瓢状或漏斗状，地形比较开阔、周围山高坡陡、山体破碎、植被生长不良

10、，这样的地形有利于水和碎屑物质的集中；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡降大，使泥石流能迅猛直泻；下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地，使堆积物有堆积场所。4、泥石流形成的基本条件I-形成区；II-流通区；III-堆积区4、泥石流形成的基本条件 松散物质来源条件（地质条件） 泥石流常发生于地质构造复杂、断裂褶皱发育，新构造活动强烈，地震烈度较高的地区。 地表岩石破碎，崩塌、错落、滑坡等不良地质现象发育。为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源；另外、岩层结构松散、软弱、易于风化、节理发育、或软硬相间成层的地区，因易受破坏，也能为泥石流提供丰富的碎屑物来源；一些人类工程活动，如

11、滥伐森林造成水土流失，开山采矿、采石弃渣等，往往也为泥石流提供大量的物质来源。4、泥石流形成的基本条件侏罗系红层中发育的侵蚀地貌类型(土林)山坡残积物侵蚀土柱(西藏)4、泥石流形成的基本条件 水源条件（水文气象条件）水既是泥石流的重要组成部分，又是泥石流的激发条件和搬运介质(动力来源)，泥石流的水源，有暴雨、水雪融水和水库(池)溃决水体等形式。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。4、泥石流形成的基本条件季节性降雨雨强年降雨量日降雨量泥石流活动的频率和强度 人为活动（激发因素）(1)不合理开挖：修建铁路、公路、水渠以及其它工程建筑的不合理开挖。(2)不合理的弃土、弃渣、采石。(3)滥

12、伐乱垦。4、泥石流形成的基本条件小江是金沙江南岸支流，全长公里。小江河谷谷底宽15至50米，两岸悬崖陡峭，相对高差1000米2000米，水流落差909米。由于江两岸岩层结构松散，加之河谷两岸植被稀疏，再加上深切割的沟谷十分发育，因而这里极容易形成规模巨大的泥石流。洪水季节，泥石流来势凶猛，大大小小的石头被淤泥夹带着，伴随着粗粗细细的残枝断根而形成了一条巨大的泥和石的“河流”。龙头山以下90公里范围内共有泥石流沟 51 条，其中蒋家沟、大小白泥沟、芋头塘沟和老干沟等为发育旺盛期泥石流沟。4、泥石流形成的基本条件小江流域泥石流东川小江蒋家沟泥石流 蒋家沟泥石流形成条件（1）固体物源蒋家沟流域面积有

13、80%是板岩。该岩层因地质作用的影响十分破碎，极易因风化剥落成碎屑，而成为泥石流的重要碎屑物质提供者。此外，该流域有广泛覆盖有1-3米的亚粘土及8-9米的粘土，成为泥石流中粘粒的重要来源。据计算，蒋泉沟流域内固体物质总储量为亿m3。一般中上游只要有15-20mm的连续降水，泥石流就会形成。（2）地形地貌条件蒋家沟流域的形态呈上宽下窄的瓢形。山高谷深，地形陡峻，沟壑纵横，坡陡流急。这样的地形既有利于聚集来自周围山坡的固体物质，又有利于降水径流的汇集。（3）水动力条件该区雨量丰富，干湿季节分明，每年有80-90%的降雨集中在雨季。干季降雨少，气候干旱，日温差大，岩石和土层易崩解，松动而形成大量松散

14、碎屑物质。（4）人类活动的影响蒋家沟泥石流的发生发展与不合理的人类经济活动有直接关系。东川地区从唐代就开始有炼铜活动。历代的“商铜”“政铜”掠夺式的开采和大量烧炭炼铜活动，彻底破坏了该区的森林植被。流域的侵蚀模数高达5万m3/ km2.a，严重的水土流失，进一步促进了泥石流的发展。4、泥石流形成的基本条件5、泥石流发生的时间规律 季节性我国泥石流的暴发主要是受连续降雨、暴雨，尤其是特大暴雨集中降雨的激发。因此，泥石流发生的时间规律是与集中降雨时间规律相一致，具有明显的季节性。一般发生在多雨的夏秋季节。因集中降雨的时间的差异而有所不同。四川、云南等西南地区的降雨多集中在 6-9 月，因此、西南地

15、区的泥石流多发生在 6-9 月；而西北地区降雨多集中在 6、7、8 三个月，尤其是 7、8 两个月降雨集中，暴雨强度大，因此西北地区的泥石流多发生在 7、8 两个月。据不完全统计，发生在这两个月的泥石流灾害约占该地区全部泥石流灾害的 90 以上。5、泥石流发生的时间规律 周期性泥石流的发生受暴雨、洪水、地震的影响，而暴雨、洪水、地震总是周期性地出现。因此，泥石流的发生和发展也具有一定的周期性，且其活动周期与暴雨、洪水、地震的活动周期大体相一致。当暴雨、洪水两者的活动周期相叠加时，常常形成泥石流活动的一个高潮。如云南省东川地区在 1966 年是近十几年的强震期，使东川泥石流的发展加剧。仅东川铁路

16、在 1970-1981 年的 11 年中就发生泥石流灾害 250 余次。又如 1981 年，东川达德线泥石流，成昆铁路利子伊达泥石流、宝成铁路、宝天铁路的泥石流，都是在大周期暴雨的情况下发生的。 泥石流的发生，一般是在一次降雨的高峰期，或是在连续降雨稍后。5、泥石流发生的时间规律宝天铁路泥石流6、泥石流与沟谷的发育阶段 发展期沟谷 对于处于发展时期的泥石流沟谷（小流域），5-20 年就能聚集满足一次爆发所需的松散物质量。因为处于发展期的泥石流沟谷面积较小，85% 的汇水范围在 1 平方千米以下，平均面积为 2，水流域重力侵蚀强烈，形成区面积占流域面积比例大，而且地形陡峭，平均山坡坡度为 33.

17、5 度，沟床比降为44.6%，其中 84% 的沟床在 30% 以上，往往发生崩塌滑坡直接转化为泥石流。6、泥石流与沟谷的发育阶段 活动期沟谷 处于活动期的泥石流沟谷（快速发展的沟谷），10-50 年能聚集足够的松散物质功一次爆发需要。因为处于此发育阶段的沟谷、流域在积运中，76% 的沟谷流域面积为 1-50 km2，平均为 8.93 km2；山坡坡度平均值为 32 度，平均沟床比降为 21% 只有 18% 的沟床比降大于 3%。由于活动期的沟谷比发展期的沟谷沟床平缓面积大，所以聚集时间较前者长，但爆发时的规模也较前者大。 衰退期沟谷 处于衰退期的泥石流沟谷，一般 20-100 年才能聚集一次爆

18、发所需要的松散物质其流域面积相对较大，平均达 15.58 km2，流域内重力侵蚀作用有所减弱。山坡逐渐趋于稳定，沟床比降相对缓和，仅为 13.6% ，沟床大于 30% 的沟床近为 1.5% ，因此碎屑物质的聚集需要更长时间，流与停积的物质的重新起动，需更大的动力，这就决定了其爆发的周期更长。6、泥石流与沟谷的发育阶段 终止期 终止期泥石流沟谷，因山坡、沟床、坡度已很平缓，流域内侵蚀能力与正常流水的搬运作用已基本适应，所以不会产生强烈的物质聚集，一把不会爆发泥石流。这类泥石流沟消亡的阶段，当流域面积不断扩大，山坡，沟床比降变得越来越平缓，流域内的侵蚀，搬运，堆积速率相对平稳，不会形成集中积累和集

19、中输移的脉动状时，一般不会形成泥石流。由此可见岩土积累输移的具波落实系统失稳的重要原因，也是泥石流与一般正常水流或洪流不同之处。6、泥石流与沟谷的发育阶段 7、泥石流的防治措施 防治原则“避强制弱、局部防护、重点处理、以防为主、综合防治” 防治措施 水土保持措施：平整山坡、植树造林、修建谷坊、坡面排水等；泥石流形成区 拦挡措施：各种拦挡坝与坝群；泥石流流通区 排导措施：排洪道、导流堤、停淤场。泥石流堆积区7、泥石流的防治措施生物措施包括：保护原生植被，培育植被，即种数植草，合理耕牧，形成并维持较优化的生态平衡。通过这些措施，可是流域坡面得到保护，减少松散物质的提供量和后动阻力。恢复林草植被由多种不利因素，如果管理不善则难以成功，需要因地制宜，合理规划，并与相应的水土保持工程措施相结合，选择合适的植树种草方法，根据当地条件配置林型。与此同时，需解决好，农林牧业之间的矛盾。 生物措施7、泥石流的防治措施（1）治水适当采用修建水库，蓄水池塘的办法以减少集中洪水流量并达到缓洪的目的，以减少洪水的动力，当泥石流沟上游面积较大，修建水库和蓄水也可还可以灌溉农田，木草，以利生物措施见成效。（2）治泥平整坡地和沟头防护，防止沟壁坍塌及沟床下切加剧，治理滑坡，以减少松散泥沙含量，对山坡坡度大于25度的破耕地，应弃垦还林还牧，或