第九章山洪及泥石流防治

第九章山洪及泥石流防治第一节山洪及泥石流的定义一、山洪的定义山洪是山区溪流（荒溪）及小河流发生的洪水。山洪的特点是：流速大，冲刷力强，破坏力大，含有大量泥沙，暴涨暴落，历时短暂。流域面积一般20～50km2，最大100km2。荒溪一般分为经常性流水和间歇性流水。通常有三个部分组成：1荒溪上游或集水区2荒溪中游或流通区3荒溪下游或沉积区根据荒溪的成因可分为5种：暴雨荒溪、融雪荒溪、冰川融化荒溪、湖库堤坝溃决荒溪、多成因荒溪。什么是冰雪融水型河流？冰雪融水型河流的径流补给是以冰川融水。永久积雪融水和季节性融水补给为主，其水量特性表现为年际变化大，年内分配不均衡。汛期的水量可占年水量的70％以上。我国新疆大部分河流为冰雪融水型河流。二、什么是泥石流？产生于沟谷中或坡地上的饱含大量固体物质（泥、沙、石块和巨砾）的、不均质的特殊洪流。它具有突然暴发、历时短暂，来势凶猛、破坏力极大等特点，是山区常见的一种自然灾害。泥石流的形成和发展受到地质、地貌、水文、气象等一系列因素的控制和影响，而人类活动的合理与否又在很大程度上抑制或加剧了泥石流的形成和发展。流域内泥石流的形成须同时具备3个条件：①有丰富的松散固体物质；②谷坡陡，沟谷底纵比降大；③在沟谷的上、中游区，有暴雨洪水，或冰川积雪融水和湖泊、水库堤坝溃决等提供充沛的水源。在空间上，泥石流主要形成于断裂构造发育或新构造运动活跃、地震频发、暴雨和水土流失严重的山区，以及古冰川发育、现代冰川盘踞的高山地区。在时间上，泥石流大多形成于多年干旱后的或者不合理地开发利用山地后的多雨或暴雨年份，以及气候转暖，冰川衰退、积雪消融、冻土解冻的年份。典型泥石流的形成区，位于流域的上游，多为高山环抱的漏斗状地形，是泥石流的发源地，形成泥石流的固体物质和水源主要由这里供给；流通区，位于流域的中游，多为基岩峡谷地形，沟床纵坡大，常有陡坎，跌水或瀑布，是泥石流破山而出的通道；堆积区，多位于流域的下游，山区城镇、村寨、厂矿、铁路和公路等多布设于此，是遭受泥石流袭击的主要地区。泥石流的三特性：①结构性；②流动性；③山区特性。泥石流在我国境内多发生在7个地带，它们分别是：①青藏高原边缘山地冰川地带；②横断山脉和川滇山地暴雨地带；③黄土高原边缘梁峁沟壑暴雨地带；④西北山地暴雨一—冰雪消融地带；⑤云贵高原喀斯特山地暴雨地带；⑥华北和东北山地暴雨地带；⑦东南沿海山地丘陵暴雨（台风雨）地带。其中5个分布在西部地区。第二节荒溪（山区溪流））分类与危险区图绘制由于荒溪作用的发展，常常对山区工农业生产、公路、铁路交通事业、工矿企业、沟口的居民点等造成山洪或泥石流灾害，使人民的生命财产，遭受严重的损失。荒溪一词相当于英语中的torrent，俄语中的СеЛевойBacceйН，法语中的torrent，德语中的Wildbach，日语中的荒废山溪。所谓荒溪就是至流域面积小于100km2的具有经常性或间歇性流水的山洪沟道。根据上述荒溪的概念，可以将荒溪的特征归纳为以下3点：（1）在荒溪流域中坡地上存在着土壤侵蚀作用。即在非水平农用地、放收地、割草地、荒山坡及裸露地上广泛地存在着土壤侵蚀作用；（2）泥沙（包括底沙）的搬运作用；（3）径流变化比较大。沟道中的径流在时间上的分布不合理，每遇暴雨形成山洪，需要经过调节才能满足人们的需要。荒溪治理相当于美国的流域管理。也顺当于我国的山区流域综合治理。荒溪和山洪的区别：荒溪是山洪的作用对象或作用结果。荒溪的类型主要取决于荒溪的形成条件，即地形条件、地质条件（如疏松物质的数量）、气候条件、植被条件以及人类社会经济活动的作用。一、国外的荒溪分类工作从防治山洪及泥石流的危害出发，荒溪分类比泥石流按流体性质分类更适用于荒溪治理。百余年来，为了荒溪的类型采取不同的防治措施体系，国外许多学者（其中包括地理学、地质学、水文学、林学及水土保持等方面的学者）曾经对荒溪进行了分类工作。（一）欧洲的荒溪分类分类的依据：①流水状况；②发源的地形部位；③支沟数目；④流域面积大小；⑤输送泥沙的来源；⑥地形条件；⑦外营力；⑧立地条件和作用力；⑨荒溪指数等。教材中列举了15个具有代表性的分类。（1）杜伊列（Duile1826）曾经u奥运利梯份厂汕之厂g啄条件将荒溪分为以下几类：①全年常流水的荒溪，其水源力泉水、融雪水或冰川融化水；②只在夏季有流水的荒溪。此类荒溪的活边诀之于夏季气温及冬季的降雪量：③暴雨径流荒溪。此类荒溪的活动不如前面面种类型狮歪。（2）舒勤尔（Surelll842）曾经将法国的荒溪分为3类：①山洪发源于山脉鞍部的荒溪；②山洪发源于山顶的荒溪；③山洪发源于山脊下部的荒溪。（3）巴斯特宁纳（Baste1ina1874）曾经将意大利的荒溪（意大利语为torrente）按照其支沟的数目作简单的分类。（4）格拉斯（Gras1875）曾经根据流域面积的大小不同将荒溪分为小、中、大三类。（5）德盂茨伊（Demontzey1878，1895）曾经按照运送的泥沙（包括底沙）的来源将法国的荒溪分为以下两类：①侵蚀型荒溪，由于侵蚀作用形成的底沙（Bed1oad）沿沟匣而移动；②风化型荒溪，其底沙主要来源于风化物质，、水流侵蚀作甲则目于次要地位。（6）舍坎多夫（Seckendorffl884）曾经将奥地利的荒溪分为：①沟谷型荒溪；②山坡型荒溪。（7）沙尔茨（salzerl886），曾经将奥地利的荒溪分为）①高山区的荒溪；—一侵蚀型荒溪；—一风化型荒溪；—一冰川型荒溪。②中山区的荒溪；③没有冲积圆锥的喀斯特荒溪。（8）兰多尔特（Landolt1887）曾经把瑞士的荒溪分为：①高山区的荒溪；②丘陵地区的荒溪：③平原地区的荒溪。（9）希德勒（Schindler1889）将瑞士的荒溪分为：①原生的荒溪，具有大量的经常的水源；②沟道纵坡很陡的小荒溪，此类荒溪只在暴雨条件下才产生危害。③峡谷型荒溪。（10）王（Wang1901）在德孟茨伊（Demontzey）及沙尔茨（salzerl886）基础上，提出了奥地利的荒溪分类。（11）哈拉梯斯（Horatus19s0）曾经将意大利的荒溪分为：①冲刷型荒溪；②搬运型荒溪；③混合型荒溪。（12）奥地利著名的荒溪治理学者斯梯列（Stiny1931）曾将欧洲阿尔卑斯山区的荒溪分为：①地质侵蚀物质（Geologicalluvialdeposits沉积物质）上发育的荒溪。②近代沉积物质（Recentdeposition）上发育的荒溪；③混合型荒溪；④火山灰泥石流荒溪。(13)1964年联合国荒溪分类工作组在马尔加罗波拿斯（Margaropoulas964）领导下对欧洲的荒溪提出了分类方法和分类因子。这些分类因子有：总的立地因子（包括气候因子、地质因子、植物地理学因于），当地特殊性囚子（包括当地气候的侵蚀能力因子、地形因子、森林覆被因子、岩石学因子）及作用因于（永源、侵蚀力的作用种类），根据这些因子可以估算任意一条荒溪的潜在危险性。（14）科多拉斯（Kotoulas1969）曾经将希腊北部的荒溪划分成3个组、9个类型。针对每个荒溪设计了相应的综合治理措施体系。（15）奥地利维也纳农业大学荒溪及雪崩防治教研室主任奥里茨基教授（H.Aulitzky）曾于1973年提出荒溪危险性分类的指数（简称荒溪指数）。在这个荒溪指数中一共包含一个问题，每个问题分4个等级评分（4、3、2、1），根据问题1一6可以确定冲积圆依上的危险区范围（分为极危险、中度危险及无危险三个等级）；根据问题7～1＝的评夯可以确定荒溪的类型，即一般山洪荒溪、高含沙山洪荒溪及泥石流荒溪。1981年奥里茨基又进一步将泥石流荒溪分为一般泥石流荒溪和冲击力强的泥石流荒溪。（二）前苏联荒溪分类分类依据：①海拔及单位面积产沙量；②流域岩石分布、植被覆盖度、山崩、沟岸冲刷、沟床特性等；③侵蚀强度；④水动力学特性及其携带物质组成和物质流性；⑤水源类型；⑥径流中固体物质含量、山洪及泥石流成因、灾害延时、运输介质、泥沙策源地状况、一次泥沙冲出量等。⑦荒溪活动性指数。教材中列举了9个具有代表性的分类。（1）索科浴斯基（CoxonoBcxm1957）曾经以臭地刊学者伏勒奇（Frecb1898）的分类方法为基础，提出了按照荒溪产沙地的海拔高叵及每平方公里流域面积内产沙量两个指标的分类方法。（2）聂波浴斯尼（HeHopOcHu1938）曾经蔓四荒翼沮域内疏松岩石分布，植被召盖度、山崩、沟岸冲刷、沟床中岩石的分布佰＆、闷道啥塞可能性及一次泥沙冲出量等将荒溪划分为三类，即①极危险的的荒溪；②中等危险的荒溪；③危险性小的荒溪。（3）赫尔赫乌里捷（1962），曾经用荒溪流域的侵蚀度Ke作为分类标准，将荒溪分成五类：Ke＝泥沙策源地面积/流域总面积（4）全苏第一届荒溪治理协会主席维里康诺夫（1945）曾经提出泥石流的水动力学特性与其挟带的固体物质的颗粒组成有关系，并将荒溪分为：①泥流型荒溪；②泥石流回荒溪；③水石流型荒溪。（5）全苏第一届荒溪治理会议于1952年曾经讨论了荒溪的定义并划分了荒溪的类型，即：①结构型粘性泥石流荒溪；②紊流型稀性泥石流荒溪。（6）前苏联著名的荒溪治理学者伏列什曼（。We1984）曾经建议将荒溪按危险性分成四类。伏列什曼采用的分类指标有：山洪及泥石反发主的频率、一次固体物质冲出量、革宽沟遭山洪及泥石流的平均流量，泥石流的结构性和泥石员的破坏作用等。（7）斯里布勒（1960）曾经按照形成山洪及泥丕流的水源类型将荒溪分为暴雨型、长历时降雨型、融雪水型、冰川型、溃决型及混合型等。（8）加哥什德捷（1969）曾经按照荒压中径沤的固体物质含量，山洪及泥石流形成的原因、灾害延续时间、运输介质、泥沙策源她的状况、一次泥沙冲出量等因子，将荒汉分戍＝般洪水荒溪、高含沙水流荒溪（紊流）及泥石流荒溪（结构型）。（9）伏列什曼（1972）曾经使用所谓“（Wi1dbachactivity）P”来表示荒溪的危险程度。荒溪活动性（P）＝某一时期内荒汲冲出泥沙的总量（V）/某一时期的年数（T）。这种分类方法可以定量地将某一荒溪的一次危害程度及其危害发生的频度综合地反应出来。（三）日本的荒溪分类分类依据：①地形、地质条件和所需采取的治理措施；②地形位置、流型大小、产沙位置等；③危险性分类。教材中列举了3个具有代表性的分类。（1）日本学者Ishibashi（1973）曾经按照荒溪所处地形、地质条件及采用的治理措施将荒溪分为：①火山地区的荒溪；②滑坡区的荒溪；③山崩区的荒溪；④较平缓地区的山崩及剥蚀区的荒溪；⑤高原区的荒溪；⑥植被缺乏地区的荒溪；⑦荒溪沉积区。（2）Yano（1968）的荒溪分类①按荒溪所处的位置分A高山区荒溪；B丘陵区荒溪；C山前区荒溪。②按流域大小分A小荒溪：流域面积小于0.1km2；B中荒溪：流域面0.1～1.0km2；C大荒溪：1.0～10km2。③按泥沙策源地的位置分A泥沙策源地位于斜坡的荒溪；B泥沙策源地位于沟道的荒溪。（3）Nakamura（1980）曾经根据流域面积大小、沟道纵坡、沟道中泥沙的堆积厚度并考虑不良地质条件，将荒溪分成极危险的、危险的及弱度危险的三类。二、国内的荒溪分类工作为了正确地判定泥石流荒溪的性质及其可能发生的危害，便于制定合理的整治方案，我国有关的科研及生产部门是铁道部下属的科研及生产单位，中国科学院兰州冰川冻土研究所、成都山地灾害研究所等建国以来曾经对我国的泥石流荒溪分类进行了不少的调查研究工作。他们在铁路沿线及工农业生产比较发达的地区，首先将泥石流荒溪与普通荒溪加以区别（表9～1），然后再根据泥石流荒溪的形态发育程度，泥石流荒溪冲积圆锥所处的地貌位置，泥石流的流态特征和物质组成，泥石流的作用强度和危害性，对泥石流荒溪进行详细的分类（表9～2）。从总的情况来看，我国目前还缺少一个统一的对全国荒溪进行分类的方法和标准。这种情况不利于全面地开展荒溪普查、分类及荒溪治理工作。区别开泥石流荒溪或山洪荒溪是非常重要的。但是泥石流荒溪只是大量存在的各类荒溪的一部分。山区除了泥石流灾害以外，更大量而普遍存在的是山洪危害。因此，为了适应山区社会主义工农业生产事业