泥石流作为一种特殊性的自然灾害,对整个人类发展以及人类生存环境具有非常大的危害性。现阶段,为了有效防治泥石流,俄罗斯已经修建了相应的泥石流防治工程,而且C.M.弗莱斯曼也制定了有效的泥石流预防管理措施,开展了相关的水利防治工程,积极构建泥石流综合化防治体系。泥石流防治工程包含两种形式,一种是岩土工程,另一种则是生物工程。其中常见的岩土工程包括拦挡工程和稳沟固坡工程等,对泥沙的直接性拦截以及稳沟固坡能够在一定程度上大大减少泥石流所具有的物源,进而大大降低泥石流的发生规模与发生频率。而生物工程一般包含农业措施以及林业措施两种,借助地表水土流失情况的减少,尽量降低泥石流土源,对控制作用进行间接性评估。
1 泥石流灾害的概念
泥石流是山区比较常见的自然现象。泥石流发生的时候,可以在较短时间之内快速汇聚大量水,而且水中携带泥砂、石块或者是巨砾等物质,进而在险峻山区或者是山区沟谷当中形成所谓的洪流。因泥石流具有流速大以及携带石块的特点,所以最终造成的破坏性是非常大的,往往会冲毁交通路线,使房屋建筑倒塌等。
从我国泥石流分布区域上进行分析,主要包括四个区域:
(1)青藏高原东南区域。从形成原因上来看,因冰川融化形成大量水,为泥石流的发生提供了条件。该区域泥石流发生规模非常大,且爆发较为频繁,具有猛烈性特征。
(2)川滇山地区域。一般是由大量降雨引发的频繁泥石流,往往对人类活动产生较为严重的影响。
(3)黄土高原区域。通常情况下,暴雨降临的时候,黄土泥石流会频繁发生。从破坏程度上来看,其破坏力小于上述两个区域的泥石流。
(4)华北东北区域。在受到暴雨或者是台风天气影响的前提下,泥石流逐渐形成,但是爆发频率相对较低,发生规模大。
2 泥石流灾害的产生条件
2.1 水文条件
从泥石流发生条件上来看,一个非常关键的因素就是要具备较为充沛的水资源。水不仅是泥石流形成的组成成分,而且还是搬运松散物质的重要载体。若短时间内不能拥有足够水动力对固体物质进行搬运,则泥石流是不会轻易发生的。通常情况下,大量水动力往往来自于降雨、高山湖泊等。此外,气温高低及温度变化将会影响岩石形态,产生相应的风化作用,从而使岩石破碎,形成松散的固体物质。
2.2 地形条件
从泥石流形成空间因素来看,一般是指地形形态以及坡度。比较常见的泥石流发生区域是地形坡度大以及切割密度大的地方,坡度陡缓水平对松散碎屑物聚集产生直接性作用。目前,具有代表性的泥石流流域有三个区域:也就是所谓的形成区、流通区以及堆积区。具体来说,形成区往往三面环山,且另一面的出口呈现出瓢状或者是漏斗状地段。就坡度水平而言,一般控制为30°~60°之间。而且坡体植物非常稀疏,非常容易使斜坡遭到冲沟切割。当坡度为25°~45°之间的松散残积物内摩擦角以及坡度具有一致性的时候,斜坡大部分属于极限平衡状态。流通区一般为狭窄深切沟谷,具有谷壁陡峻以及坡降较大的特点,而且存在大量陡坎跌水。堆积区往往处于山口外或者是山间盆地边缘,究其原因在于该类地形相对来说比较平坦,能够减小流速,一段时间后停积下来,最终发展为扇形或者是锥形堆积体。
2.3 地质条件
泥石流往往发生在地质构造较为复杂,且断裂面存在褶皱的地区,具有非常强烈的新构造运动,而且地震烈度大。大量岩石破碎以及崩塌都会为其提供一定的固体物质。同时,若岩层结构容易被风化,具有松散、软弱的特点,都会带来大量碎屑物,为泥石流的发生创造有利条件。
2.4 人类活动因素
在现代化社会经济日益进步发展的背景下,人类在山区开发方面的建设力度不断加大。因人类不合理的土地开发,、对地表结构造成了破坏,进而带来水土流失,出现大面积塌方问题,引发泥石流。此外,人类采矿以及修建工程建设过程中,往往会存在弃渣、弃土不良堆放问题,带来丰富的松散物质,也为泥石流的形成创造了条件。
3 泥石流的危害
现阶段,泥石流灾害中泥、砂以及石块等含量非常高,且流体浓稠,具有较高粘性,所以说泥石流往往有着结构性强、惯性以及破坏力大的特征。从泥石流规模、形成性质以及地形条件等多个方面进行分析,该灾害往往包含多种形式:
(1)淤埋。泥石流活动区域,当运动停止之后,会出现泥沙淤埋的情况。而且规模愈大,所带来淤埋问题愈严重。
(2)冲刷。当泥石流发生的时候,部分坡面土体以及沟床泥沙将会被带走,对山坡土层进行不合理冲刷,严重的时候甚至会被剥光,最终形成荒坡。此外,冲刷影响不利于交通或者水利应用实施。
(3)撞击。由于泥石流运动速度相对较快,而且巨石也存在较大动能,可以撞毁桥梁以及堤坝等固定设施,还会对车辆等活动目标造成影响。
(4)堵塞。当泥石流发生之后,往往会形成大量堵塞坝,若上游水位大大增高,则会使沿河两岸相关目标遭到淹没。当堵塞坝溃决的时候,还会形成更大规模的泥石流,最终对下游区域造成严重危害。
(5)漫流改道。因泥石流带来的漫流改道一般会冲毁下游设施,危害极大。
4 泥石流的防治模式
4.1 全面综合治理模式
全面综合治理主要被应用于泥石流发生的整个流域,运用蓄水、拦挡以及排导等多项措施实施全面化治理,从而在一定程度上制约泥石流形成,大大降低泥石流危害。该治理模式能够对活动频繁,且条件复杂,耕地面积较广的泥石流进行防治,最大限度减少建筑物破坏程度。比如,云南大桥河以及四川黑沙河区域在进行泥石流治理的过程中就是采用了综合治理模式,具有非常显著的效果。
4.2 以治土为主的治理模式
以治土为主的模式主体防治方法是拦沙坝、潜坝以及谷坊坝,借助固沟工程开展日常治理活动,达到拦蓄泥沙以及固定沟床的目的,有效控制或者是削减松散土体所带来的补给量。在此期间,还可以借助排导工程,最大限度减轻灾害。比如,云南浑水沟以及四川狮子沟泥石流就是运用该模式进行防治的。
4.3 以治水为主的治理模式
水作为泥石流灾害发生的主要动力条件,从治理模式上进行分析,主要运用引水、蓄水以及截水等措施,最大限度地减少地表径流,做到引排洪水,在一定程度上减轻灾害破坏力。比如,甘肃郭家沟以及云南菜园河地域泥石流就是通过该模式治理得到有效控制的。通常情况下,该治理模式比较适用于稀性泥石流沟以及小型粘性泥石流沟。
4.4 以排导为主的治理模式
一般情况下,以排导为主的模式是将排导沟以及导流堤作为主体工程,做到畅排泥石流,对泥石流进行暂时控制,有效消除泥石流导致的下游地区破坏。从适用范围上进行分析,以排导为主的治理模式往往适用于治理难度系数较高的中上游区域。比如四川喜德东沟以及甘肃火烧沟发生的泥石流就是运用这种模式控制的。
5 泥石流的防治措施分析
5.1 生物工程防治措施
生物工程防治过程中,主要包括以下三种措施:
(1)林业措施。从当地自然条件以及社会经济发展情况出发,结合常见的泥石流实际发展趋势,借助不同形式的造林育林手段,发挥防治效果。主要包含封山育林、人工造林以及飞播造林等,通过不断恢复森林覆盖率,最终达到治理水土流失以及减弱泥石流的目的。
(2)农业措施。借助对土地的合理化利用,积极改良农作物实际种植方式,起到改善耕作条件以及调整农业结构的作用,最终对水土流失进行遏制,减少泥石流灾害的发生。
(3)种草措施。在生物工程防治期间,需要有效保护坡地草被,并在一些裸露地带适当增加草类面积,降低土壤侵蚀力度,有效控制冲沟发展情况。
5.2 土建工程防治措施
在土建工程防治期间,可以从以下三点出发:
(1)谷坊以及谷坊群防治。谷坊一般是用于进行沟道治理的拦挡建筑物,可以发挥挡土墙作用。从谷坊功能上进行分析,主要具备拦砂节流以及抬高沟段侵蚀基准等功能,可以减少冲刷,在一定程度上抑制泥石流生长发育。在现实中,谷坊往往沿沟道进行成群布置,相互间能够做到有效衔接,形成梯级。
(2)拦砂坝。实质上,拦砂坝属于泥石流防治工程的骨干,具有拦蓄泥砂以及调节泥石流流速等作用,可以大大降低泥石流危害,管理沟道侵蚀基准,合理稳定沟岸以及相关的崩滑体。
(3)排导槽。所谓的排导槽一般是人工构筑而成的建筑物,可以将泥石流控制到一定区域,减少对保护对象的破坏。因排导槽结构相对来说比较简单,且实用性强,可以发挥较为明显的防治效果,使用寿命长,应用最为广泛。
6 结语
由于暴发较为突然,而且运动速度非常快,时间也较短,具有崩塌以及滑坡等多重破坏力,所以与单一化滑坡以及洪水等进行对比,泥石流的危害是最严重的。为了对泥石流进行科学化防治,可以采用预防防治、预警报防治和治理防治等多种措施,结合防治区域实际情况进行综合治理,争取获得最好的泥石流防治效果。
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(作者孙俊明系福建华东岩土工程有限公司工程师)