山区沟泥石流形成条件及治理措施

山区沟泥石流形成条件及治理措施

泥石流是由风、雨、雪等水源激发的，形成的含大量沉积物和石块的特殊洪水。典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉沙及黏土的黏稠泥浆组成,是一种灾害性的地质现象。泥石流往往爆发突然,来势凶猛,可携带巨大的块石,并且高速前进,具有强大的能量,在很短的时间内可将大量的泥沙、块石冲出沟外,横冲直撞、漫流堆积,破坏性极大,常常给人类生命财产造成重大危害。卢氏县位于河南省西部山区,境内千山起伏、万沟纵横,是河南省受泥石流危害较为严重的县份之一,每年因泥石流灾害造成的直接、间接经济损失及治理费用高达上百万元,给当地人民群众增加了巨大的经济负担。黑马渠沟位于卢氏县城西侧,是黄河支流洛河水系的一条小支流,沟谷全长约6km,自北向南穿越卢氏县城的西区后汇入洛河,该沟几乎每年汛期都要发生规模不等的泥石流灾害,对县城西区的县医院、县政府及主要商业区等造成严重的威胁。可见,查清黑马渠沟泥石流的形成条件并对其进行彻底治理,已成为保障当地经济持续发展、社会和谐稳定的重要工作。1停淤地形条件泥石流的形成须具备3个条件:一是有利于贮集、运动和停淤的地形地貌条件,二是有丰富的松散土石碎屑固体物质来源,三是短时间内有充足的水源和适当的激发因素。黑马渠沟泥石流的形成正是这三方面因素共同作用的结果。1.1泥石流形成区分析泥石流的地貌一般可分为形成区、流通区和堆积区3个部分。上游形成区的地形多为三面环山、一面为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,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,使堆积物有堆积的场所。黑马渠沟的地形地貌特征正是如此。黑马渠沟流域面积约6.45km2,沟谷整体呈葫芦形,中间大、两头小,四周山坡陡峭,次级沟谷狭长,主沟沟脑海拔880m,入河口处海拔560m,相对高差320m,纵比降为53.3‰,沟谷整体落差较大,汛期水流湍急。根据对泥石流形成所起作用的不同,黑马渠沟泥石流大致可划分为汇水动力区、形成区、流通区和堆积区:①汇水动力区位于沟谷上游,整体呈勺状,长约1.5km,面积约1.6km2,下部有一长约20m、底宽3～5m的狭窄V字形沟谷与形成区相连,沟谷四周山峰(山脊)海拔为880～928m,沟底海拔710m,山高坡陡,植被生长不良。由于汇水动力区汇水面积较大,汛期在短时间内就能够汇集大量的雨水,加上地形相对高差较大,降水产生的径流下泄速度快,易产生较大的水动力,故汇水动力区的地形地貌为泥石流的形成提供了大量的高动能水流。②形成区长约2km,面积约4km2,山谷呈V字形,主沟与支沟呈树枝状分布,两侧山坡陡峭,坡度多在50°～70°之间,坡顶海拔800～850m,谷底海拔650m,相对高差150～200m,坡面冲沟发育、植被稀少、岩石破碎、风化强烈,崩塌、滑坡极其发育,固体松散碎屑物众多,与上游汇水动力区的水流共同构成了形成泥石流的客观环境。③流通区长约0.7km,宽200～500m,面积约0.35km2,沟谷呈U字形,沟床纵坡降较大,沟底平坦无阻挡物,有利于泥石流顺畅通过。流通区下部与堆积区以山口为界,山口以下至洛河河床即为堆积区。④堆积区全长约1.8km,面积约0.5km2,为洛河河谷阶地,地势平缓,河道宽5～8m,河床泥沙淤积严重,基本与坡岸两侧地面齐平,河道容水量小,一旦遇到较大的降雨,上游来的泥石流势必漫出河床直冲县城,堆积区为主要的致灾区域。1.2固体物质来源丰富的松散土石碎屑是泥石流形成的又一重要条件。泥石流也常常发生在地质构造复杂、断裂发育,地表岩层结构松散破碎、软弱、易于风化,崩塌、滑坡等不良地质现象发育的地区。这些地区能为泥石流的形成提供丰富的固体物质。此外,不合理的人类活动如滥伐森林造成水土流失、采矿采石随意弃土弃渣等,也会给泥石流的形成提供大量的固体物质。黑马渠沟出露的地层为古近系始新统(E2)紫红色黏土岩、沙岩和沙砾岩,岩石胶结疏松,抗风化能力较弱,加上坡面植被稀少、冲沟发育,故岩石风化、破碎严重。风化物一般呈沙砾碎屑状散布在坡面上,或在其自重作用下滚落至坡脚形成坡积物。风化物厚度一般在20～80cm之间,随坡面的凹凸不平而发生变化。降雨中,这些坡积物又被雨水搬运至沟底形成洪积物,因此风化的松散物就成为泥石流的主要固体物质来源。另外,由于出露的地层岩石破碎,裂隙及小型断裂发育,坡面陡峭,汛期水流对坡脚冲刷强烈,致使崩塌、滑坡等地质灾害随处可见,其中最大的滑坡体长300m、宽500m、厚约70m,总体积约1050万m3,崩塌、滑坡成为泥石流另一个丰富的固体松散物源。据野外调查统计,黑马渠沟中的固体松散物达35万m3/km2以上,已具备了爆发泥石流灾害的物源条件。1.3黑渠沟单次降雨期泥石流形成机理水是泥石流的重要组成部分,又是泥石流的激发因素和搬运介质(动力来源)。暴雨、长时间的连续性降雨是泥石流形成的主要水源,连续性降雨、暴雨尤其是特大暴雨是激发泥石流形成的重要因素。一般在日降水量达140mm以上的暴雨过程中,若出现1、3、6h最大降水量分别为40、80和100mm以上就会诱发泥石流;而在日降水量达300mm以上时,若出现1、3、6h最大降水量分别为60、100、200mm以上,会诱发形成较重或严重的泥石流。黑马渠沟的水源主要来自于暴雨或长时间降水产生的径流,此外地下水对泥石流的形成也有一定的作用。该流域属暖温带季风气候,其降雨特征是:夏季降雨量大且集中,全年的降水多集中在7～9三个月,月最大降雨量(1998年8月)达277.4mm,易出现暴雨及长时间降雨等降雨过程。充沛集中的降雨,较大的汇水面积,为泥石流的形成提供了丰富的水源。由于黑马渠沟沟谷两侧山坡陡峻、相对高差较大、植被稀少、滞水作用差,故夏季集中降雨时易形成较大流量的地表径流,大流量的地表径流将坡面上的泥沙携带至沟底,在短时间内可形成含有大量泥沙、砾石的洪水,从而为泥石流的形成提供了丰富的水源和动力。黑马渠沟的地下水主要为分布在松散堆积层中的孔隙水,它能产生润滑作用,使松散土粒碎屑易于流动,对泥石流的形成有促进作用。此外,还有一部分地下水为裂隙水,分布在岩石的裂隙中,使岩石更易于风化破碎,对滑坡等不良地质体的产生也有促进作用,同时也为泥石流形成提供了部分物源。2泥石流的易发展依据中国地质环境监测院下发的《县(市)地质灾害调查与区划基本要求实施细则》,结合对泥石流沟的流域面积、主沟纵坡降、不良地质体的发育情况、固体松散物的含量等野外地质调查资料,我们以国土资源部《县(市)地质灾害调查与区划基本要求》中的《泥石流沟严重程度(易发程度)数量化表》为依据,对黑马渠沟泥石流的易发程度进行了量化分析评价,认为其易发程度为中等易发,发展阶段为发展期。由于流域内的生态环境在短期内难以得到根本性的转变,人类活动的影响又在不断加剧,该沟泥石流有进一步发展的趋势,因此尽快采取措施进行治理就成为当务之急。3工程防治、植物措施相结合的原则泥石流灾害防治应根据泥石流的不同特点采取相应的防治措施。黑马渠沟泥石流主要受岩性控制,岩石风化、破碎,崩塌、滑坡等不良地质体发育,固体松散物源丰富且植被稀少,水土流失严重,形成的泥石流直接威胁县城安全,因此宜采用工程措施和植物措施相结合的方法进行综合防治。3.1泥石流防护工程工程措施方面主要是在泥石流的汇水动力区、形成区、堆积区,采取相应的蓄水、拦挡、停淤、排导、防护、清淤等措施,以控制泥石流的发生和危害。工程措施工期短、见效快,适用于解决近期受泥石流灾害直接威胁的情形。常见的工程措施有:①跨越工程。指修建桥梁、涵洞,从泥石流沟的上方跨越通过,让泥石流在其下方排泄,用以避防泥石流。②穿过工程。指修隧道、明洞或渡槽,从泥石流的下方通过,而让泥石流从其上方排泄。③防护工程。指对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及泥石流集中的山区变迁型河流的沿河线路或其主要工程措施,修建一定的防护建筑物,用以抵御或消除泥石流对主体建筑物的冲刷和淤埋等危害。防护工程主要有护坡、挡墙、顺坝和丁坝等。④排导工程。其作用是改善泥石流流势,增大桥梁等建筑物的排泄能力,使泥石流按照设计意图顺利排泄。排导工程包括导流堤、急流槽、束流堤等。⑤拦挡工程。其作用是控制泥石流的固体物质和暴雨、洪水径流,削弱泥石流的流量、下泄量和能量,减少对下游建筑物的冲刷、撞击和淤埋等危害,主要有拦渣坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等。对黑马渠沟来说,可在其汇水动力区与形成区之间的狭长沟谷上建一小型水坝,以调控洪水的下泄量,降低泥石流的洪量及水动力。在形成区的尾部建拦沙坝、储淤场,以减少泥石流的下泄量,促使泥沙就地淤积,这样也可使河床抬高,利于边坡稳定。在淤积区进行河床清淤并修建排导工程,以加快洪水、泥沙下泄,同时加高加固下游堤岸,使河水不漫堤横流,防止泥石流进入县城造成危害。3.2生态环境建设植物措施方面主要是对乔、灌、草进行科学配置,充分发挥林草滞留降水、保持水土和调节径流等作用,从而达到预防和制止泥石流发生或减小泥石流规模、减轻泥石流危害的目的。工程措施一般只在短期内发挥作用,若不配