泥石流是山区特有的一种自然地质现象。它是由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)产生在沟谷或山坡上的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流,是高浓度的固体和液体的混合颗粒流。俗称“走蛟”、“出龙”、“蛟龙”等。它的运动过程介于山崩、滑坡和洪水之间,是各种自然因素(地质、地貌、水文、气象等)或人为因素综合作用的结果。由于泥石流爆发突然,运动很快,能量巨大,来势凶猛,破坏性非常强,常给山区工农业生产建设造成极大危害,对山区铁路、公路的危害,尤为严重。
一、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。
(一)地形地貌条件
地形条件制约着泥石流形成、运动、规模等特征。主要包括泥石流沟的沟谷形态、集水面积、沟坡坡度与坡向和沟床纵坡降等。
l.沟谷形态
典型泥石流分为形成、流通、堆积等三个区,沟谷也相应具备三种不同形态。上游形成区多三面环山、一面出口的状、漏斗状或树叶状,地势比较开阔,周围山高坡陡,植被生长不良,有利于水和碎屑固体物质聚集;中游流通区的地形多为狭窄陡深的狭谷,沟床纵坡降大,使泥石流能够迅猛直泻;下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或较宽阔的河谷,使碎屑固体物质有堆积场地。
2.沟床纵坡降
沟床纵坡坡降是影响泥石流形成、运动特征的主要因素。一般来讲,沟床纵坡降越大,越有利于泥石流的发生,但比降在10%~30%的发生频率最高,5%~10%和30%~40%的其次,其余发生频率较低。
3.沟坡地形
坡面地形是影响泥石流固体物质来源的主要因素,其作用是为泥石流直接供固体物质。沟坡坡度是影响泥石流的固体物质的补给方式、数量和泥石流规模的主要因素。一般有利于提供固体物质的沟谷坡度,在我国东部中低山区多为10~30度,固体物质的补给方式主要是滑坡和坡积、洪积堆积土层,在西部高中山区多为30~70度,固体物质和补给方式主要是滑坡、崩塌和岩屑流。
4.集水面积
泥石流多形成在集水面积较小的沟谷,面积为0.5~10平方公里者最易产生,小于0.5平方公里和10~50平方公里其次,发生在汇水面积大于50平方公里以上者较少。
5.斜坡坡向
斜坡坡向对泥石流的形成、分布和活动强度也有一定影响。阳坡和阴坡比较,阳坡巨有降水量较多,冰雪消融快,植被生长茂盛,岩石风化速度快、程度高等有利条件,故一般比阴坡发育。如我国东西走向的秦岭和喜马拉雅山的南坡产生的泥石流比北坡要多得多。
(二)碎屑固体物源条件
某一山区能作为泥石流中固体物质的松散土层的多少,与地区的地质构造、地层岩性、地震活动强度、山坡高陡程度、滑坡、关系崩塌等地质现象发育程度以及人类工程活动强度等有直接关系。
l.与地质构造和地震活动强度的关系
地区地质构造越复杂,褶皱断层变动越强烈,特别是规模大,现今活动性强的断层带,岩体破碎十分发育,宽度可达数十条数百米,常成为泥石流丰富的固体物源。
2.与地层岩性的关系
地层岩性与泥石流固体物源的关系,主要反映在岩石的抗风化和抗侵蚀能力的强弱上。一般软弱岩层、胶结成岩作用差的岩层和软硬相间的岩层比岩性均一和坚硬的岩层易遭受破坏,提供的松散物质也多,反之亦然。
花岗岩类,由于结构构造和矿物成分的特点,物理和化学风化作用强烈,导致岩体崩解,形成块石、碎屑和砂粒,形成大厚度的风化残积层,当其它条件具备时可形成泥石流。
石灰岩分布地区,灰岩只有经物理风化和经淋溶的残积红土以及经地质构造作用的破碎带,才可能成为泥石流的固体物源。由于石灰岩具可溶性,溶蚀现象发育,塌陷、漏斗等岩溶堆积松散土多见,难以成为泥石流的固体物源,再加土岩溶地区地表水易流入地下,故灰岩地区泥石流现象少见。
除上述地质构造和地层岩性与泥石流固体物源的丰度有直接关系外,当山高坡陡时,斜坡岩体卸荷裂隙发育,坡脚多有崩塌坡积土层分布;地区滑坡、崩塌、倒石锥、冰川堆积等现象越发育,松散土层也就越多;人类工程活动越强烈,人工堆积的松散层也就越多,如采矿弃渣、基本建设开挖弃土、砍伐森林造成严重水土流失等。这些均可为泥石流发育提供丰富的固体物源。
(三)水源条件
水既是泥石流的重要组成成分,又是泥石流的激发条件和搬运介质。泥石流水源提供有降雨、冰雪融水和水库(堰塞湖)溃决溢水等方式。
1.降雨
降雨是我国大部分泥石流形成的水源,遍及全国的 20 多个省、市、自治区,主要有云南、四川、重庆、西藏、陕西、青海、新疆、北京、河北、辽宁等,我国大部分地区降水充沛,并且具有降雨集中,多暴雨和特别大暴雨的特点,这对激发泥石流的形成起了重要作用。集中和强度较大的暴雨是促使泥石流暴发的主要动力条件。
2.冰雪融水
冰雪融水是青藏高原现代冰川和季节性积雪地区泥石流形成的主要水源。特别是受海洋性气候影响的喜马拉雅山、唐古拉山和横断山等地的冰川,活动性强,年积累量和消融量大,冰川前进速度快、下达海拔低,冰温接近融点,消融后为泥石流提供充足水源。当夏季冰川融水过多,涌入冰湖,造成冰湖溃决溢水而形成泥石流或水石流更为常见。
3.水库(堰塞湖)溃决溢水
当水库溃决,大量库水倾泄,而且下游又存在丰富松散堆积土时,常形成泥石流或水石流。特别是由泥石流、滑坡在河谷中堆积,形成的堰塞湖溃决时,更易形成泥石流或水石流。