三、泥石流

泥石流是山区常见的一种突发性灾害,是介于崩塌、滑坡等块体运动与挟沙水流运动之间的一系列连续流动现象(过程)。它是由大量泥沙、石块等固体物质与水相混合组成,沿山坡或沟谷流动的一种特殊洪流(固液两相流)。其中固体物质的体积含量大多超过 15%,最高可达 80%左右,容重一般大于 1.30 吨/立方米,大者可达 2.30 吨/立方米。巨大的泥石流暴发时, 山谷雷鸣,地面颤动,呈粘性或塑性状的泥石流体,沿着陡峻的沟道,前阻后拥,穿峡出谷,往往在几分钟至几小时内,将数十万至上千万立方米的固体物质,从山上搬出山外,对沿程农田、道路和城镇造成很大破坏。

泥石流形成的条件颇多,概括起来主要有三个,即失稳的大量松散岩土物质(固体碎屑),相应水体和促使这两者迅速起动、汇集、混合、运动和停积(或遭稀释消亡)的地貌条件。

地貌条件对泥石流的发生、发展所起的主要作用有二:一为通过地势(或底床)条件为泥石流提供位能,赋与泥石流一定的侵蚀、搬运和堆积能量; 二为在坡地或沟道的一定演变阶段内,提供足够数量的物质(水体和土体)。泥石流之所以常常暴发于山区,就在于某些山区具备上述两个条件。

一条发育比较完善的泥石流沟谷,大多有形成区(包括清水区和固体物质补给区)、流通区和堆积区三部分(图 9-4)。

(一)泥石流类型

泥石流可以从不同的角度进行分类。根据泥石流的流体性质可分为粘性泥石流(层流性泥石流)、过度性泥石流和稀性泥石流(紊流性泥石流)三类。

  1. 粘性泥石流:泥石流的固体物质含量较高,一般占 40%~60%, 容量≥2 吨/立方米。其中粉砂、粘土含量较多,泥浆粘度≥10 泊。泥石流中的水和固体物质稠成一个整体,做等速运动,大石块在泥浆中呈悬浮状态, 液、固两相流体无垂直交换,属层流性质。在其流动过程中,往往出现阵性, 前锋高而陡,形成高几米至十几米的“龙头”,容易产生沟谷阻塞等现象。粘性泥石流的整体运动性强,流速快,具有强大的冲击、碰撞、爬高能力及冲刷、淤埋能力,故破坏性极大。

  2. 稀性泥石流:泥石流的固体物质含量较低,一般为 15%~40%, 容重 1.5~1.8 吨/立方米。其中粉砂、粘土含量较少,泥浆粘度<5 泊。稀性泥石流中的水和固体物不稠结成一体,而且相互分离,其运动速度不一致; 液、固两相流体有垂直交换现象,具紊流性质,它与含沙量大的洪流,在动力特点上差别不大,但仍具有相当大的冲击、碰撞、爬高能力和冲刷、淤埋能力,因此破坏力也相当大。

  3. 过渡性泥石流:泥石流的特征介于上述两类之间,其粘度为 5~10 泊,容重为 1.8~2.0 吨/立方米;流态由紊流到似层流均可能出现,具有很大的冲击、碰撞和爬高能力及冲刷、淤埋能力,因此破坏性很大。

此外,根据泥石流物质组成的差别,可分为水石流、泥流和泥石流三种类型;根据引起泥石流的激发因素(成因),可分为冰川泥石流、暴雨泥石流、地震泥石流、崩塌—滑坡泥石流、湖库溃决泥石流、火山泥石流和人为泥石流等类型;根据泥石流活动场所的地貌形态,可分为沟谷型泥石流和山坡型泥石流两种类型。

(二)泥石流的治理

从国内外泥石流治理的方案与措施来看,泥石流的治理基本上采用综合治理。泥石流治理措施主要分为生物措施和工程措施两大类。其中工程措施又包括治水、治土、排导、停淤和农田工程五类措施;生物措施包括林业、农业和牧业三类措施(表 9-1)。