*国家自然科学基金(49571012)资助项目的研究成果之一。 |
**本文暂不讨论风沙灾害。 |
80年代响应联合国减灾十年委员会提出的开展“国际减轻自然灾害十年”
1 泥沙的二重性
要研究泥沙灾害,首先要认识泥沙。什么是泥沙,在很长的时段内并没有明确的概念;河流泥沙专家钱宁先生在“泥沙运动力学”一书中是这样定义泥沙的“凡是在流体中运动或受水流、风力、波浪、冰川及重力作用移动后沉积下来的固体颗粒碎屑”。定义不仅阐明什么是泥沙,而且还高度地概括泥沙的成因类型和动力机制。同时从定义中还可以看出泥沙粒级大小相差十分悬殊,其粒径可相差百倍、千倍,甚至万倍,其体积可相差亿倍。可见泥沙是不同等级颗粒碎屑物的总称。泥沙作为一种物质,同其他任何物质一样都有其二重性,既有有利的一面,也有有害的一面,有害的一面为泥沙灾害,有利的一面称之为泥沙资源。
1.1
什么是泥沙灾害,至今未见有明确报道;笔者是这样理解泥沙灾害的,凡是致灾因子是泥沙,或由泥沙诱发其他载体给人类的生存,生存环境和物质文明建设带来危害,给经济带来损失,这样的泥沙事件就构成泥沙灾害。由泥沙为致灾因子形成的灾害命其为泥沙的直接灾害;由泥沙诱发其他载体引发的灾害命其为泥沙的间接灾害。前者如因滑坡、泥石流及崩塌形成的泥沙物质给人类、社会和环境造成的危害
泥沙间接灾害是指因土壤侵蚀形成的泥沙在河道或水库年复一年又一年的淤积使河床抬高,泄洪能力降低,由不太大的洪水引发的漫堤、溃决的灾害
1.2
泥沙不统统都是灾害,而且在许多方面也是人们离不开的宝贵资源;我国劳动人们很早就利用泥沙作为建筑材料,著名的秦砖汉瓦就是一例。农业上,我国西北地区很早就有引洪漫地的习惯,就是把洪水有计划地引入农地,让洪水中的泥沙沉积在农地,既灌地,又改良了土壤,是一举两得。当前有很多地方大力推广应用高含沙洪水引洪漫地,化害为利。在黄河下游引黄灌溉的同时,还起到洗碱压碱,改造中低产田。
在人类历史以前,由于不存在什么是泥沙灾害,由高处侵蚀产生的泥沙大量地堆积在流域的低洼处,为后人塑造了赖以生存的土地资源;例如黄河中上游的侵蚀产沙不仅塑造出河套平原,汾渭平原,而且还塑造出约
2 泥沙灾害类型及其特征
2.1
同其他类型划分一样,泥沙类型划分也应该有类型划分的原则与指标;根据泥沙灾害,无论是直接灾害,还是间接灾害,其泥沙都是来自土壤侵蚀
表1 泥沙灾害类型 |
Types of sediment disasters |
灾害营力 | 灾害性质 | 泥沙来源 | 灾害类型 | 灾害的表现形式 | 典型事例 | ||||||||
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| 泥沙多年淤积,河床抬高或库容缩小引发本不该发生的洪涝灾害 | 黄河下游,三门峡水库、辽河流域、永定河流域、洞庭湖等 | ||||||||
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| 大块土体,或岩体滑坡堵塞河道淹没道路、村庄 | 甘肃洒勒山滑坡、秭归盐关滑坡、长江三峡鸡扒子滑坡 | ||||||||
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| 泥石流 | 突发性的泥沙、砾石冲坏村庄、道路,堵塞河道 | 东川泥石流、波密古乡冰川泥石流、滇北协的蒋家沟泥石流 | ||||||||
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| 岩体或土体在陡坡上崩塌或南方花岗岩区的崩岗 | 宜昌盐池河崩塌、新滩崩塌滑坡、华南五华花岗岩崩岗 | ||||||||
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2.2
2.2.1 灾害类型的地带性
泥沙灾害的致灾因子主要是自然因素,由于自然因素有地带性和非地带性的特点,所以泥沙灾害区域分布表现出地带性和非地带性格局,如间接泥沙灾害主要发生在秦岭以北的半干旱地带的高含沙河流;此外是长江中下游湖滨区。直接的泥沙灾害滑坡、泥石流和崩塌主要分布在我国自然地势第二级阶梯上;中间又可以秦岭为界,此线以南的泥沙灾害无论是强度,还是发生频度和密度都远远大于此线以北地区。
2.2.2 灾害类型的群发性
泥沙灾害在空间的出现,有时以单个类型出现,但多数是两种或两种以上的类型出现;如泥石流常常伴随滑坡和崩塌。这在西南地区的汛期是经常发生的,有时滑坡与崩塌也同时出现,如著名长江三峡新滩滑坡就是一个崩塌加载重失稳,多期复活继承性的推挤型堆积滑坡。历史上新滩两岸岩崩、滑坡多次发生,公元
2.2.3 灾害类型的时段性
泥沙灾害是受到地质与天体因素的影响,由于这两者是有活动期和稳定期,因而泥沙灾害的发生也有高发期和稳定期。如解放以来
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图1 中国40年来滑坡,泥石流频次图(据文献2) |
Frequency of landslide and debris flow in China over the last 40 years (after Ref.[2]) |
2.2.4 灾害类型的转化性
泥沙灾害可以引发许多环境和经济问题,同时灾害的后果可能产生新的类型灾害,如黄河的洪水灾害可引发新的泥沙灾害,泥沙盖压农地,土地沙化,引起新的风沙灾害;又如泥沙入库,不仅库容迅速淤废,而且在水库末端泥沙淤积“翘尾巴”,使上游淹没,影响到当地环境和工农业生产;又如滑坡、崩塌和泥石流可使良田被毁,溪流堵塞,形成天然拦河坝,河流回水成为新的水毁。
3 泥沙灾害的成因机制
由表1可见,泥沙灾害的性质可分为直接和间接两种灾害类型;关于直接泥沙灾害类型,如滑坡、崩塌和泥石流等泥沙灾害类型的成因机制,实质上就是滑坡、崩塌和泥石流的成因机制。这方面前人有过大量的论述,而且有了比较成熟的看法,为此不再赘述。下面将主要以黄河下游为例,论述间接泥沙灾害的成因机制。黄河泥沙产生于中游,但泥沙灾害表现在黄河下游引发洪水灾害。可见间接泥沙灾害的形成不仅仅是泥沙,还取决其他众多条件,不仅牵涉到中游,而且还牵涉到下游。不仅与侵蚀产沙有关,而且还与输沙渠道和堆积环境有关。但概括起来,间接泥沙灾害的形成必须具备三方面的条件:
第一,中游的强烈侵蚀产沙。下游泥沙灾害形成的必要条件是要有丰富的泥沙来源,而中游的强烈侵蚀产沙为此奠定基础。来自中游的泥沙又主要是集中约
第二,中游的强烈泥沙输移。黄河中游是新构造长期间歇抬升区,而汾渭地堑又是一个长期的下沉区,成为中游的侵蚀基准面;正负地壳运动增加了侵蚀基准高度,由此中游的河谷的河床纵比降越来越大。黄河中游纵比降分析得到,凡是纵比降大于
第三,河道泥沙沉积空间制约。黄河下游河道位于在地质构造下沉单元,河床纵比降1‰。左右。近三十年来的精密水准测量资料显示,华北平原以平均
除上述三个条件外,还有水沙关系匹配上不协调,表现出水少沙多,即来沙系数大。黄河下游来沙系数多大,就可达到冲淤平衡,至今还没有定论的结论。在现有地理环境条件下,黄河泥沙灾害的形成必须同时具备上述条件。其中缺任何一个条件都不可能形成下游的泥沙灾害。当然其中首要条件是中游的强烈侵蚀产沙,而不是一般的侵蚀产沙。如果没有中游的强烈侵蚀产沙,单处理流域洪水,无论是
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图2 黄河泥沙灾害形成因素框图(据文献5) |
Factors causing sediment disasters in the Yellow River basin (after Ref.[5]) |
4 结语
泥沙既能致灾,又能成为宝贵资源。根据泥沙到灾和特性,泥沙灾害可以人为直接灾害和间接灾害和间接灾害。滑坡、崩塌和泥石流为前者,由泥沙引发的洪水灾害为后者。以黄河下游为例,间接泥沙灾害的形成必须具备以下条件:第一,中上游的强烈的侵蚀产沙;第二,强烈的沟道与河道的泥沙输移;第三,河道泥沙堆积空间受到制约;此外是水沙关系不协调。在以上条件的前提下,形成泥沙灾害链。正确地认识泥沙与泥沙灾害,有的放矢的综合利用泥沙,方可化害为利。
1 钱宁等。泥沙运动力学。科学出版社,1982年。
2 国家科委全国重大自然灾害综合研究组。中国重大自然灾害及减灾对策(总论
3 赵文林主编。黄河泥沙。黄河水利出版社,1996年。
4 中国地质学会工程地质专业委员会编。中国典型滑坡。科学出版社,1988年。
5 景可等。黄河泥沙与环境。科学出版社,1993年。


