土木工程材料在控制泥石流自然灾害中的作用

  摘 要 : 舟曲特大泥石流灾害造成了巨大损失，因此有效预防泥石流灾害已成为亟待解决的问题。从客观因素、主观因素及诱发因素 3 个方面分析了舟曲发生特大泥石流的原因，得出主要由当地复杂的地势地貌、自然环境的破坏及大量降雨共同导致泥石流的发生的结论。并在此基础上，阐述了西宁市易发生的地质灾害及西宁市城市地质存在的安全隐患，根据具体情况提出了 5 点保障西宁地质安全的建议，最后，阐述了土木工程材料在泥石流自然灾害治理中所起到的作用。

  关键词 : 舟曲；泥石流成因；灾害预防；西宁地质安全；突发性地质灾害

 

  1 引言

  2010 年 8 月 7 日，舟曲县城北侧三眼峪、罗家峪流域突降暴雨，两沟同时暴发特大规模的山洪泥石流 [1]。灾害造成数千亩良田被毁、三眼村和罗家峪村部分被毁、县城的月圆村和椿场村两村全部被冲毁、城区 20 多栋楼房被冲毁，泥石流还造成白龙江河道堵塞 650m，县城交通、电力、通讯中断。两条泥石流掩埋堆积区总面积0.57km2 ，白龙江泥石流堆积面积 0.16 km2 ，固体堆积物总量约 180 万 m3 , 造成了严重的人员伤亡和经济损失 [2]。

  2 形成原因

  形成这次特大泥石流的因素可归纳总结为三个方面，即客观因素、主观因素和诱发因素 [3]。

  2.1 客观因素

  1）地质地貌因素 舟曲县地处青藏高原东缘，秦岭西翼与岷山山脉交汇地区，白龙江上游 [4]。流域内中上游以中、高山为主 , 山高坡陡 , 坡度一般大于 40° , 局部60°以上，在舟曲县城三眼峪沟与白龙江交汇一带的高程为 1340 米，三眼峪沟山顶高 3828 米，相对高差大，且从发源处至沟口只有 6km，距离短，相对高差大，地形陡峭，沟壑纵横，谷道狭窄，属高山峡谷地貌，并且该地区岩体风化严重，地质构造岩性松散、破碎，这种地貌加上比较松散的堆积物就极易导致泥石流速度加快，流量增加，使其具有短径流、大洪峰特点，最终形成特大泥石流。2）地震影响因素 舟曲县的主要两条泥石流流域分布的主要岩石为中泥盆统的碳质板岩、砂岩和千枚岩夹薄层灰岩和二叠统的灰岩和中厚层含硅质条带灰岩。受造山运动影响，区内断裂发育，岩体极为松动破碎。而舟曲县属于地震活动强烈地区，在历史上曾发生 4 次大地震，使当地山体稳定性遭到严重破坏，在沟内形成了许多的堆积物，同时舟曲县也是汶川地震重灾区之一，地震导致舟曲县城周边山体松动、岩层破碎，岩体稳定至少需要 3 到 5年的时间。这也是此次特大泥石流形成的重要因素之一。3）气象因素 2010 年上半年，我国西南地区大旱，舟曲亦发生干旱。干旱造成山体干缩，使岩石间、山体间的缝隙变大，导致原本已十分松散的岩体、山体更松散，加重了坡角、沟道堆积物的不稳定性，遇有较大降水极易导致泥石流的发生。

  2.2 主观因素

  1）生态环境超限破坏 解放初，舟曲县县内森林覆盖面大，生态环境平衡，但是由于当地经济状况十分落后，从而砍伐森林来发展经济。从 1950 年到 1990 年，当地累计砍伐森林 189.75 万亩，贡献了上百亿 m3 的木材，加上当地群众建筑伐木，取火采薪，全县森林面积每年以10 万 m3 的速度减少，特别是人类活动集中的沿江、河地带植被破坏严重，由此导致生态环境渐趋恶化，水源涵养能力下降，水土难固，失去植被的山体逐渐风化流失，使舟曲成为荒山秃岭，生态难以恢复。2）坡地破坏地质环境 舟曲县是一个典型的农业县，耕地中川地仅有 1.5 万亩，占总耕地面积的 10.5%，如此单一的产业结构模式迫使农民通过开垦陡坡地增加土地面积，县内各乡 40°以下的坡地如今已被大部分开垦。开垦坡地不仅严重破坏了植被，而且破坏了地质环境，开垦出的土地不仅未给当地群众带来经济效益，反而造成了大面积的水土流失，加剧了滑坡、泥石流等地质灾害的发生、发展。3）城市规划建设中的错误 首先，舟曲县所处的位置是历史上的泥石流所形成的冲积扇上，处在三眼峪沟与其它大沟的交汇处，是泥石流的高发区。另外，舟曲县的两条发展轴规划不合理，一条沿着白龙江发展，一条由南向北延伸 [5]。城市的建设破坏了北边地区山坡的稳定，这次泥石流正是在县城北面的罗家岭、三眼岭形成的，沿着城市发展轴由北向南冲向白龙江。另外，近 50 年来，人类生产活动增强，不仅毁林开荒、陡坡耕种，而且还有不合理开矿、筑路、修建水电站等各种开发建设。

  2.3 诱发因素

  瞬时的暴雨和强降雨是诱发此次灾害形成的主要因素。舟曲县水资源相对丰富 , 白龙江、拱坝河、博峪河由西北流向东南 , 其在舟曲县境内流程分别为67.5,78.5,37.5km。这 3 条河及其支流多年平均径流量36.98 亿 m3 。据统计，本次形成灾害的过程降水量达96.77mm，1h 降水量达 77.3mm，“5.12”地震导致岩土体松动破碎，又历经长时间干旱缺雨，瞬时暴雨加剧滑坡、崩塌发生，短时间内为泥石流提供了巨量的松散物质来源，加剧了泥石流的发生 [6]。

  3 西宁市地质灾害情况

  崩塌、滑坡、泥石流和不稳定斜坡等四种突发性地质灾害是西宁地区常见的。其中泥石流最为严重，最具破坏性。

  3.1 西宁市自然环境

  西宁属于大陆性高原半干旱气候，全年降水主要集中在夏季的 6-9 月份，占全年降水量的 73% 左右，且分布不均，最大降水量可以达到 74mm，降雨集中、暴雨多，强度大。高强度且集中地降雨为泥石流的形成提供了良好的诱发因素。近年来由于西宁经济等方面的高速发展，不合理的人类活动对当地自然环境产生了巨大的破坏，主要表现为耕地大面积的开发，使得森林资源减少，很多耕地都是在坡地上开发出来的，这就破坏了坡体的原有的稳定性；同时大面积开垦耕地，也使得水土流失加剧。这些都为泥石流的形成提供了大量的物质来源。

  3.2 泥石流灾害概况

  自 1949 年以来 , 西宁一直遭受泥石流的侵袭，仅1970 年至 1979 年间 , 就遭灾 8 次之多 , 泥石流灾害已造成 27 人死亡、1360 多间房屋被毁。泥石流的发生需要具备 3 个条件 :1) 从地质结构上看山坡上要存在一定的土石堆积 ;2) 有至少为 25 度斜坡的岩石 ;3) 有突发的强降水，所谓的强降水就是降雨量 1h 要到达 50mm。

  4 保障西宁城市地质安全的建议

  4.1 借鉴国内外预防、整治泥石流经验

  在国内，香港岩土工程研究室建立了一个预警系统，通过连续的数据收集和周期性回顾分析，基本完善了确定发布和取消滑坡预警系统的标准。台湾行政院农业委员会水土保持局也建立了一个泥石流预警系统，这个系统由降雨实时监测网络、滑坡体流动监测设施和图像监测系统组成。2003 年，国土资源部与国家气象局合作创建了利用滑坡泥石流发生前 15d 降雨量建立临界过程降雨量预警判据模式图。工作实践证明，在泥石流灾害的警示方面作用是明显的，但是预报的空间和时间准确率均有待提高 [7]。长江上游是我国滑坡泥石流灾害最严重的地区之一，在20 世纪 90 年代，长江上游水土保持委员会研究决定在长江上游建立滑坡泥石流预警系统，在 2008 年 5 月 17 日，“长江上游滑坡泥石流监测预警系统”及时预报甘肃省文县关家沟泥石流灾害，挽救了数百名群众的生命 [8]。在国外，日本在泥石流预警系统研制和开发方面处于国际领先地位 [9]。他们以发展具体一条或相邻沟的小规模地区的泥石流预报系统为主，通过上游泥石流形成区降雨资料的统计分析，确定临界雨量值和临界雨量报警线，通过上游雨量实时数据采集、演算和比较判别，自动发出报警信号。 1985 年，美国地质调查局（USGS）和美国气象服务中心（NWS）联合在旧金山湾地区建立了滑坡泥石流预警系统，主要是依据降雨强度、岩土体渗透能力、含水量和气象变化做出判断，预警结果通过气象中心进行广播。1986 年 2 月 12 ～ 21 日，旧金山湾地区累计降雨800mm，他们利用预警系统发布滑坡、泥石流预警，暴雨过后，滑坡、泥石流预报时间准确率达到 80%，是到目前为止世界上最为成功的一次地质灾害预警预报。鉴于国外完备的泥石流监测预防系统和先进的灾害防治工程措施，我们在预防泥石流灾害时应该借鉴其先进的经验、方法。我国应该将科研院所与政府部门结合起来，投入资金，成立专门的防灾减灾部门，完善管理，并积极与国际接轨，引进先进知识、人才，设备，在全国范围内尤其是灾害高发区建立完善的灾害预防、监测系统，提高灾害整治的能力，预防灾害发生并尽量减少造成的损失。

  4.2 西宁市防治泥石流措施

  西宁市向来高度重视地质灾害的防治工作 [10]。通过开展区域性调查、危险住户搬迁、防治预案编制、地质灾害气象预警、群测群防建立和应急事件处理等措施，突发性地质灾害的减灾效果已逐步显现。但由于自然条件和不合理的人类活动，使得突发性地质灾害不可能完全消失。因此，要从灾害的源头和经受灾害的主体两个方面来进行具体的防范。1）加强工程防治措施 泥石流工程治理要因势利导，顺其自然，就地论治，因害设防和就地取材，充分发挥泥石流排、拦、固防治技术特殊作用的有效联合。工程措施可分为治水工程、治土工程、排导工程、拦蓄工程和农田工程。工程治理措施通常是综合治理的先导工程和局部防治的有效措施，工期短、见效快、效益明显。2）对全市进行突发性地质灾害系统调查和评价 对矿工集体居住地、中小学校、重要交通沿线、旅游开发沟谷景点、度假区等热点开发地段和重要文物保护单位以及城镇开发区和新农村规划地区的突发性地质灾害隐患进行重点排查，及时更新我市突发性地质灾害调查数据，填补突发性地质灾害相关工作的空白，并对其发展趋势及潜在危害程度进行评价。3）建立健全西宁市突发性地质灾害预警预报系统在突发性地质灾害调查评价工作的基础上，全面进行突发性地质灾害预警区划，根据不同区域各自灾害特点、潜在危害程度，开展分区域、分级别，有针对性的，有效地突发性地质灾害预警预报系统。通过构建群测群防、专群结合，领导重视的“三结合”地质灾害预警工程，将有助于提升灾害预警能力，实现精准、快速、有效的地质灾害预警。4）突发性地质灾害综合治理工程是最根本、最重要的手段 应将生物治理与工程治理相结合、生物治理与农业生产相结合、监测避让与工程治理相结合的方法进行综合治理。根据突发性地质灾害的发展趋势及潜在威胁程度，按轻重缓急和治理的必要性综合安排治理工程。逐步退耕还林，恢复植被，采用生物治理方案是地质灾害治本的重要措施。5）加强科普工作，提高全民的防灾减灾意识和知识建立公益性地质灾害咨询机构和面向大众的地质灾害信息平台，为社会和公众提供减灾安全咨询和信息服务。大力加强科学普及工作，以提高全民的防灾、减灾意识和知识，

是做好地质灾害群防群治工作的基础。

  5 土木工程材料的作用

  西宁地区处于泥石流自然灾害的高频发生地区，土木工程材料作为土木工程建设的物质基础和技术先导，对于泥石流自然灾害治理具有十分重要的意义。就建筑结构而言，尤其是结构设计的新构思及施工的新工艺、新技术与新型土木工程材料的关系日益密切。为了治理泥石流自然灾害而发展的新型土木工程材料，对于提高工程建设的可靠性、减少灾害带来的破坏等起到至关重要的作用。

  6 结 语

  西宁市地质灾害具有分布上的广泛性与地域性，爆发上的群发性、隐蔽性和高突发性，危害上的多隐患性和难以预见性等特点。“保地质安全，促城市发展”已成为西宁地质界的首要任务，在原有的地质勘察的基础上，对突发性灾害易发区进行详勘，完善预警系统，提高预警精确性；加大治理工程，从根本上改善生态环境；加强科普教育，提升全民的灾害防范意识；加强土木工程材料的研发，突出土木工程材料在泥石流自然灾害治理中的作用。为保证城市建设的可持续发展，提高对地质安全的要求是非常有必要的。

 

参考文献

[1]《舟曲县“8.7”特大山洪泥石流灾害应急排查报告》[R]. 甘肃省国土资源系统前方工作组，2010-8-12.

[2] 杨 先 碧， 泥 石 流 之 痛［J］． 生 命 与 灾 害，2010(9):24-27．

[3] 赵映东，舟曲特大山洪泥石流灾害成因分析 [J].水文，2012,(1): 88-91.

张晋平     青海省三江水电开发股份有限公司