环境地质学分论--泥石流.ppt
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环境地质学,主讲教师:
曾斌,zengbin_,分论若干地质环境问题的论述,EnvironmentalGeology,2,泥石流,3,主要内容,泥石流的定义,中国泥石流发育区的分布及危害,泥石流的形成条件,泥石流的预测预报,泥石流的防治措施,泥石流的野外识别,案例,4,泥石流作为一种地质灾害现象,是工程地质学的研究对象之一,同时具有水文学、流变学、水土保持学、地貌学、工程学、环境学及灾害学等属性。
水文学者认为,泥石流是比洪水密度大得多的特殊洪流;流变学者认为,泥石流是一种多相流体;水土保持学者认为,泥石流是水土流失的一种特殊形式;地貌学者认为,泥石流是塑造地表形态的一种造貌过程;工程学者认为,泥石流是一种不良物理地质现象;环境学者认为,泥石流是一种破坏环境的因素;灾害学者认为,泥石流是一种山地地质洪流灾害。
5,一、泥石流的定义,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1.22.4T/m3,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、泥石流的定义,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。
近年地质灾害类型百分比,6,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。
7,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。
8,2、泥石流的分类,
(1)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,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。
弃渣泥石流,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。
9,冰川泥石流:
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。
10,弃渣泥石流,矿渣泥石流(云南汤丹),矿山弃渣(四川盐井沟),共生型泥石流:
这是一种特殊的成因类型。
根据共生作用的方式,它们包括了滑坡型泥石流、山崩型泥石流、湖岸溃决型泥石流、地震型泥石流和火山型泥石流等亚类。
由于人类不合理经济工程活动而形成的泥石流,称为“人类泥石流”,也是一种特殊的共生型泥石流。
11,滑坡型泥石流较常见,是一种特殊的能量转换体运动类型。
它是在很短时间内,由滑坡体的位能快速转化为动能的一次性滑动流动堆积。
滑坡型泥石流的活动是由块体在整个连续运动过程中发展的两个阶段(先滑坡,后泥石流)组成。
滑坡演化为泥石流,12,
(2)按泥石流的物质组成分类,水石型泥石流,泥石型泥石流,泥流型泥石流,水石型泥石流:
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,水石流,13,泥流型泥石流:
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,泥流型,14,泥石型泥石流:
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0.005毫米的粘土粉砂到几米至1020米的大漂砾。
泥石型,15,(3)按泥石流的黏稠性分类,黏性泥石流,稀性泥石流,黏性泥石流:
这类泥石流含有大量的细粒粘土物质,固体物质占含量的4060%,最高可达80%,水和泥沙、石块凝聚成粘稠的整体,粘性很大,密度大(大于1.6吨/m3),浮托力强。
当它在流通中经过湾道或遇障碍物时,有明显的爬高和截弯取直作用。
粘型泥石流在堆积区不发生显著的散流,而呈长舌状,堆积物表面坎坷,停积时无分选性。
16,稀性泥石流:
这类泥石流固体物质含量较少,一般为1040%,而且细粒物质少,不能形成粘稠的整体,在运动过程中,水泥浆速度远远大于石块的运动速度,石块以流动或跳动方式下泄,具有极强的冲刷力和下切能力。
在堆汲取呈扇状散开,将原来的对积山切割成条条深沟,堆积后水泥浆逐渐散开,堆积物表面较平坦,结构松散,有一定的分选性。
稀性泥石流,17,(4)按发育泥石流的地貌分类,坡面泥石流,河谷型泥石流,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。
18,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。
19,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。
20,(5)按泥石流与沟谷的发育阶段分,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0.62km2,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33.5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。
21,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1-50km2,平均为8.93km2;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。
22,衰退期沟谷处于衰退期的泥石流沟谷,一般20-100年才能聚集一次爆发所需要的松散物质其流域面积相对较大,平均达15.58km2,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。
23,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,一般不会爆发泥石流。
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中输移的脉动状时,一般不会形成泥石流。
24,二、我国泥石流发育区的分布及危害,1、我国泥石流发育区的分布概况,我国泥石流分布受地形、地质和降水条件的控制。
(1)泥石流在我国集中分布在两个带上。
一是青藏高原与次一级的高原与盆地之间的接触带;另一个是上述的高原、盆地与东部的低山丘陵或平原的过渡带。
(2)在上述两个带中,泥石流又集中分布在一些大断裂、深大断裂发育的河流沟谷两侧。
25,(3)在各大型构造带中,具有高频率的泥石流,又往往集中在板岩、片岩、片麻岩、混合花岗岩、千枚岩等变质岩系及泥岩、页岩、泥灰岩、煤系等软弱岩系和第四系堆积物分布区。
(4)泥石流的分布还与大气降水、水雪融化的显着特征密切相关。
即高频率的泥石流,主要分布在气候干湿季较明显、较暖湿、局部暴雨强大、水雪融化快的地区。
如云南、四川、甘肃、西藏等。
低频率的稀性泥石流主要分布在东北和南方地区。
26,我国泥石流分布受地质构造、地貌和气候的控制,决定的泥石流活动及其灾害具有下列分布规律:
其一为沿断裂构造带密集分布;其二在地震活动带成群分布,主要分布于烈度级以上地震区;其三分布在深切的中、高山区,尤其第二与第三级阶梯间的过渡地带,普遍有泥石流发育。
常出现在海拔8002500m,坡面2535,沟床比降100400,集水面积0.650km2的地区。
27,2、泥石流的危害,
(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。
28,
(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,还可引起、正在运行的火车、汽车颠覆,造成重大的人身伤亡事故。
有时泥石流汇入河流,引起河道大幅度变迁,间接毁坏公路、铁路及其他构筑物,甚至迫使道路改线,造成巨大经济损失。
2007-7-24,泥石流阻断丽江至攀枝花公路近千车辆拥堵,29,(3)对水利水电工程的危害:
主要是冲毁水电站、引水渠道及过沟建筑物,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。
30,三、泥石流的形成条件,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;,31,1、地形地貌(地形条件),在陡峻的山岳地区,地表崎岖,高差悬殊,切割强烈,是泥石流分布区的地形特征。
地形高差的大小决定了势能的大小,高差越大,势能越大,形成泥石流的动力条件越充足。
32,每一处泥石流自成一个流域,可划分为形成区、流通区和堆积区。
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,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。
33,2、松散物质来源(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。
34,3、气象水文条件(激发因素),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。
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,泥石流发生的季节性、周期性,35,4、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)滥伐乱垦。
36,引自殷跃平,甘肃舟曲“88”特大山洪泥石流灾害,案例1,37,案例2,小江是金沙江南岸支流,全长138.2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,
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