按运动和岩土类型的分类
除了降水条件外,泥石流在形成过程中主要依赖固体物质类型,如土石体、土体、基岩。不同的运动方式,形成了各种各样的泥石流。由于它们的分类是按照不同的学科分的,所以它们在自然界很容易就能被考察者鉴别和区分。比如,地质学家按照斜坡的运动将泥石流分为倒塌、滑动、坠落、流动和复合运动五种运动类型。泥石流的形成不是单一运动的物质补给,所以我们根据这一特点,将物质类型和运动类型结合起来进行分类。
1.崩塌型泥石流
通常,这类泥石流形成于第四纪,经过了强烈的风化作用,由于质地松散,以板岩为主的山地斜坡发生了泥石流。我国这类泥石流的典型例子多发生于云南东川蒋家沟内的许多谷坡、黄土高原和红壤区。不过在基岩山坡上,常常会发生崩积锥,泥石流却不容易发生。
2.滑坡型泥石流
滑坡型泥石流是位于山坡高位上的浅表层发育的滑坡,经过长时间的雨水侵蚀,或者是大雨、暴雨的侵袭才形成的。这类泥石流的运动有着复杂的过程。很有可能是先形成滑坡,然后滑体在快速滑动的过程受到强烈的干扰出现液体的现象。当滑体充分液化后,就会变成泥石流体,此时,流体已到达了谷底,而且,它还可以顺着谷底继续流动,在遇到黄土和红壤的山坡地带时,就会有滑坡型泥石流产生。此类泥石流灾害容易发生在我国的山区。
3.沟谷冲刷型泥石流
冲刷型泥石流是能带走沟床内大量厚层河床质的供水量,冲刷河床质引起的。当山体为壤土类型,河床质为石质基岩时,侵蚀性泥流和水石流就会发生。
4.沟谷型泥石流
沟谷型泥石流是指沟谷和坡地上的饱含小至黏土,大至巨砾的液固两相流,首先汇集在沟谷内,在山洪的激发下,顺着陡峻的沟谷冲向下游,形成泥石流是混合侵蚀的一种表现形式。这类泥石流沟具有明显的流域地貌特征,面积通常在10平方千米以上,在流动的过程中有各种物质补给。
按泥石流性质的分类
我国经过长时间的对泥石流进行研究和预防,根据泥石流的性质对泥石流进行分类。这种分类方法在过去应用得很多,但是,所用的分类标准既不统一,又非硬指标,很难规范,所以很难应用。过去的时候用泥石流的浓度作为指标,但是,在同一容重下,常常会出现由不同固体物质组成的几种性质的泥石流。还有采用表示颗粒的方法作为指标,但是有时也出现同一代表粒径(d50,dcp…)有不同浓度的现象,因此,它的性质也是不一样的。我们在确定一条沟的泥石流的性质的时候,要提供一些它的流变特征值,但是这些值不可能在现场准确得到,这些都是后来得到的。对于它的优点和不足,经过谈论研究,提出了一种新的性质的分类方法。此法的分类指标包括以下两种。
1.容重
容重一般是工程上用的1立方米的重量,即单位容积内物体的重量。它代表有多少泥石流固体物质,特别是针对大于2毫米的颗粒固体物质的含量。泥石流容重越大,则固体颗粒越多,泥石体越密集,那么它的结构就越紧密,运动阻力也就越大。
2.土水比
土水比是指泥石流中黏土(小于0.005毫米)重量与水体重量的比值。水土比表示的是泥石流浆体中的稀稠度,土水比越大,泥浆的稠度就会越大,它的黏性就会越大;土水比越小,泥浆的稠度就会越小,它的黏性就会越小。
在对泥石流进行分类时,如果把这两个指标结合起来,那么,泥石流的性质就会被锁定,就会成为泥石流性质分类的硬指标,仅用一种指标分类的不足就能得以弥补。根据容重和土水比,可以将泥石流分为稀性泥石流、高黏性泥石流、水石流、泥流、高含沙水流、亚黏性泥石流、黏性泥石流七大类,下面我们就详细地讲述泥石流的特点。
(1)稀性泥石流:这种泥石流的容重是1.4~1.7吨/立方米,土水比为0.2~0.5。小于0.005毫米的黏粒是该类泥石流中的泥浆的组成物质,其中,沙粒几乎是悬移质,砾石是推移质,由于没有很强的黏性,导致整个流体接近水流特性。该类泥石流流动画面很紊乱,里面有少量的石块会翻滚相互碰撞,在近处可听见它们的撞击声。
(2)亚黏性泥石流:这种泥石流的容重为1.7~1.95吨/立方米,土水比为0.35~0.6。与稀性泥石流相比,该类泥石流的流动性增强,同时有一定的结构力和黏滞性,它在搬运的过程中能力加强,流体在运动过程中没有浪花飞溅,但有波纹,有很微弱的紊动。
(3)黏性泥石流:这种泥石流的土水比为0.6~0.75,容重为1.95~2.3吨/立方米,流体中有密集的小石块,浓稠的泥浆。但是它的黏性并没有增加,因为泥浆液在粗石块间形成泥膜,起到润滑作用,使粗粒间的运动阻力大大降低,所以黏性泥石流的速度很快,可以达到4~8米/秒。
(4)高黏性泥石流:这类泥石流的容重高达2.3吨/立方米以上,土水比在0.7以上。它是因为常年没有下雨,突然一场暴雨袭来,大量粗糙的泥沙砾石在径流的参与下形成泥石流,一般情况下,它在自然界很少发生。它们在往下游运动的过程中,因为河槽长期处于干枯的状态,且泥石流中的水体大量下渗河床,因此加强了本来就很黏稠的泥石流的黏稠度,这样就形成了自然界很少见的高黏性泥石流。在这样的泥石流中,泥浆结构力和黏滞力更强。它们在运动的过程中,石块之间的泥浆由于相互作用,产生相对阻力,使泥石流的运动速度也受到影响,变得很缓慢,一般在1米/秒左右。同时,由于2毫米以上的石块密集于泥石流浆体中,极不容易发生相对位移,因而,它常常保持一定的结构,呈蠕动或层状运动。
(5)水石流:由水与粗沙、石块和巨砾组成的特殊流体。其黏粒含量少于泥石流和泥流。这种泥石流的容重至少要在1.5吨/立方米以上,土水比在0.2以下。它的主要特点是粗大的颗粒物质存在,大于2毫米的砾石和块石占总体的90%以上,但是它的黏性颗粒的含量很少,里面含有很少的沙和细沙。山区大降雨时河溪夹运沙石的运动,基本上就是此类泥石流的运动过程。这些石块在水流中按照跳跃、碰撞和推移的形式向前进,因此,当泥石流发生的时候,就像有很多飞机在嗡嗡响,也像是奔驰的火车,发出很大的声音。到目前为止,我们还没有目睹和观测到大型水石流的活动情景,只是调查过它发生过后的现场,并且拍下它的相关照片,从堆积物中,当地的农夫从里面捡到很多条从上游冲下来的大蟒蛇,很有可能是被石块相互撞击而死的。可见水石流的发生和运动与石块的相互碰撞有密切关系,能够产生强烈的冲击力,引起边岸的坍塌等,因此许多泥石流研究者对泥石流中粗大颗粒的运动,采用英国学者的颗粒在流体中碰撞的离散理论进行分析和解释是有一定道理的。
(6)泥流:泥流是指以细粒土为主的流动体。固体物质来源中缺乏粗颗粒物质,而黏土颗粒在细粒物质中的含量又很高,固体物质的组成成分又多为沙和粉沙,泥流中所含的水可以达到60%,泥流是一种很特殊的水石流,它的土水比通常大于0.6。我国的西北高原黄土区是泥流的主要发生地,它是黄河泥沙的一种主要供给。
(7)高含沙水流:这类泥石流的容量一般比1.5吨/立方米低,土水比低于0.2,不过它的流动过程有点像是水流动。但是它的含沙量比较高,在泥石流开始和结束时,都会发生这种现象。它是水力学正在研究的课题。
按沟谷地貌特征的分类
一条完整的泥石流沟,就是一个完整的小流域,从上游到下游一般由清水汇流区、泥石流形成区、泥石流流通区、泥石流堆积区四个部分组成。按照流域的沟谷地貌形态,把泥石流沟分为泥石流工作者能够普遍接受和认同的三种类型,便于识别。
(1)典型泥石流沟:此类泥石流沟有明显的泥石流形成区、流通区、堆积区以及清水区。在一些大型的泥石流流域里面还会有很多的支沟发育,中间也会有很多不良的地质灾害发生。
(2)沟谷型泥石流沟:此类泥石流流域为长条形,形成区不明显,泥石流两侧是泥石流物质的主要供给区,流通区很长,有时候会把形成区给代替了。堆积区视汇入的主河是淤积性还是下切侵蚀性的不同而不同,前后者的主要区别是有没有堆积扇的存在。
(3)坡面型泥石流沟:坡面型泥石流是先产生滑坡,而后迅速转变为泥石流的过程。它兼有滑坡和泥石流的一些特征。发生坡面流的斜坡残坡积土主要为黏性土,含少量块石或碎石,土层厚度小。土中黏土矿物由伊利石、蒙脱石、高岭石组成,具低—中等膨胀性,因而其渗透性低—极低。受持续暴雨作用,此种残坡积土局部发生启动下滑—流土,进而在动水压力作用下下泻造浆形成坡面泥石流。坡面型泥石流沟浅而宽,大多顺斜坡的倾向发生,也有斜交坡向而沿岩层走向发生,是沟谷型泥石流发育的雏形。
按水源条件分类
水是泥石流重要的组成成分,也是激发泥石流形成的条件,因此对于泥石流,国内外许多学者都以水源条件分类来进行研究,为防治工作服务。泥石流的工作者按照水源的不同将泥石流分成以下几种:
(1)暴雨型泥石流(包括台风雨):它是因为暴雨长时间侵袭形成的。在我国的西南山区、香港和台湾,是中国境内暴雨型泥石流的多发区,每年由于这些区域都会遭到暴雨和台风雨的“光顾”,所以,产生的泥石流会给当地带了很大的损失。同时,它也是世界上分布最广泛、最容易产生的泥石流。
(2)冰雪融水型泥石流: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沙石块的特殊洪流。常发生在增温与融水集中的夏、秋季节,晴、阴、雨天均可产生。与暴雨泥石流相比,冰川泥石流具有规模大、流动时间长等特征。世界上有10多个国家遭受冰川泥石流灾害。我国主要分布在西藏高原的东南部冰川积雪地带。
(3)水体溃决型泥石流:这类泥石流的产生主要是由于冰湖、堵塞湖、水库、高山以及滑坡崩塌形成的临时性湖泊的决堤而形成的。
按土源条件分类
土源条件就是泥石流的物质组成来源。因为这类泥石流与岩性关系密切,国内外的不少专家按这样的分类对泥石流进行研究和描述。受到许多地质地理研究者的追捧,也是绘制泥石流分布图的最好表达方式,所以,此种分类在泥石流学界有着极为广泛的市场和应用前景。
(1)水石流:这类泥石流由水和大小不等的沙粒、石块组成。在我国陕西华山一带分布最为典型,它主要发生在风化不严重的灰岩、火山岩、花岗岩等基岩山区。
(2)泥流:这类泥石流由黏性土为主,含少量沙粒、石块,黏度大,呈稠泥状组成,主要在第三、第四系广泛分布的地带发育,尤其是我国西北的广大黄土高原,因为那里缺少粗颗粒的岩石,所以发生的泥石流都是泥流或高含沙水流。
(3)泥石流:这类泥石流由大量黏性土和粒径不等的沙粒、石块组成,常见于我国广大山区,特别是西南山区。它的组成成分分界很宽,从最小的黏土(小于0.005毫米)到最大的漂石(大于100毫米)。跨越比较大,它有两种最常见的分类。
①按照颗粒特性将泥石流的物质组成划分。
②按沉积地质学以φ值划分泥石流的物质组成。按发展历史分类
事物的存在都是从无到有的,对现代泥石流的发育历史研究者认为,一次泥石流的活动周期,即对某一流域或一条沟而言,从第一次暴发到最后一次停止流动为止,这段时间被称为泥石流活动的一个周期,一般为300~500年。通过地质学家的研究发现,在地层中有很多沉积物和大漂石,这可以表明泥石流在地质历史上也曾有活动,因此,可以看出泥石流这一自然过程不仅存在于现代,而且也发生于古代。许多地质、沉积和冰川研究者根据泥石流活动周期在地质时期和人类活动时期存在的事实,把泥石流活动分为三大类:古泥石流、老泥石流、现代泥石流。
(1)现代泥石流:跟人类活动的关系密切相关,随着人类活动的出现而出现,到现在为止依然在继续活动的泥石流称为现代泥石流。
(2)老泥石流:进入人类活动以来曾出现过的,但是到了现在已经不再活动的泥石流称为老泥石流。
(3)古泥石流:在地质历史上曾经出现,现在仅在地质剖面和地貌形态保留着它残缺不全的痕迹的泥石流,称为古泥石流。
按发育阶段分类
一个泥石流的发育周期包括它的发生、发展和消亡过程,根据它的这种发育规律,可以分成幼年期、壮年期和老年期这三个阶段。
(1)幼年期泥石流:泥石流发育初期,上游侵蚀现象不是很明显,经过小规模的不良地质过程,沟道和沉积扇不明显,上面还有一些零星的泥石流堆积物。
(2)壮年期泥石流:泥石流发育的旺盛时期,上游侵蚀现象很明显,多种不良地质开始发育,有明显的泥石流沉积物存在于沟道和冲积扇上,上面有很多水流过的道路,冲积扇上面没有灌木也没有树木,只有一些很少的杂草。
(3)老年期泥石流:上游侵蚀现象已经形成了分水岭,基岩露了出来,有杂草丛生于侵蚀沟两侧,沟道内阶地(台阶)发育,由于泥石流堆积物形成的下切已经形成得很好,形态明显,冲积扇扇面已经没有明显的泥石流堆积,而且生长了灌丛和树木,还有固定的沟道通过冲积扇,有明显的近期泥石流沉积物在冲积扇里面。
按发生频率分类
泥石流发生的频率跟防护工程的安全度和造价有关,所以许多工程技术人员在泥石流防治工程中经常采用泥石流发生频率分类原则。泥石流暴发的频率或间歇期有着比较大的变幅,频率高的一年能够发生十几次,频率低的十几年甚至几百年才发生一次,根据发生频率高低,将泥石流分为三种类型:高频、中频和低频。
(1)高频率泥石流:高频率泥石流是指一年发生几次,或者几年发生一次的。我国是世界上少见的发生高频率泥石流的几个国家之一,如甘肃的火烧沟、大盈江的浑水沟、云南东川的蒋家沟等。
(2)中频率泥石流:中频率泥石流是十几年或者几十年才发生一次的。这类泥石流主要发生在我国和日本。目前正在全力整治和预防这一类泥石流。
(3)低频率泥石流:低频率泥石流是上百年或者几百年才发生一次的。它多发生在山区大降雨的溪沟中。它是非常少见的,没有长期的堆积物和千年难逢的暴雨,一般是不会发生的。洪水带走了沟床中的细粒物质,经长期的作用,河床可以形成一层粗大块体相互嵌夹的结构,与此同时,大石块下面还有粗化层以下的混杂物,一般洪水不能将其搬运,只有强大有力的暴风雨才能够将它的保护层给运走,造成不可估计的损害。
按力源条件分类
很多研究者认为在陆地上形成的泥石流包括水力类泥石流和土力类泥石流两大类。
(1)土力类泥石流:这类泥石流主要是以土石体的滑动、错落、崩塌和坠落为动力,使泥石流沿较陡的坡面运动,其中土体运动不需水体提供动力,而是靠其自重沿坡面的剪切分力发生和维持运动,是由土石体转化而形成的。泥石流的固体物质径流量,有90%来源于上游形成区以重力侵蚀形式补给,而由降雨径流侵蚀补给的固体物质只有不到10%。
(2)水力类泥石流:水力类泥石流是泥石流的成因是特大洪水冲刷河床质而形成的。沿坡面运动,其中的土体在初始阶段是靠水体部分提供推移力而发生和维持运动。山区的沟谷和有常流水的溪流是此类泥石流的主要发育地。具有暴发频率低、间歇周期长的特点,特别是这类泥石流的流域缺少集中活动型滑坡、崩塌,水土流失较轻微,甚至植被良好,因此难于识别和预报,一旦暴发泥石流便可酿成灾难性损失。主要分布在日本、俄罗斯。中国西南山区稀性泥石流和上面提到的低频率泥石流也属此类,如四川省喜德东沟、雅安陆王沟、干溪沟及云南东川因民黑水沟,以及造成重大灾害的四川青川铁炉坪沟和金沙江支流美姑河泥石流。
按运动流态分类
(1)紊流型泥石流:紊流型泥石流一般分为固体和浆体。细颗粒和水组成浆体,粗颗粒则作为运输物质。这类泥石流的容重一般为1.5~1.8吨/立方米。石块会随着浆体的移动不断地跳跃,这样的话整个流体就可以随着波浪翻滚,紊动明显,流面破碎。
(2)层流型泥石流:此类泥石流通常容重达1.9~2.3吨/立方米,流动中,除了漂浮的石头以外,其他的和浆体一起运动,只有浪头有紊动现象,后面的流动很平静,它们层面之间还会出现摩擦。线条受到摩擦之后,石头会稍微转动一下,流速通常在4米/秒左右。
(3)蠕流型泥石流:此类泥石流的容重在2.3吨/立方米以上,它们所有的组成物质都是以紧密镶嵌排列,粒间浆液黏滞力很大,它在流动的过程中,结构一般不会变形,无层间交换,但速度像蟒蛇蠕动,非常慢,其速度通常小于1米/秒。
按运动流型的分类
根据泥石流流动过程中的表现特征,将自然界的泥石流分成以下两类。
(1)连续型泥石流:这种泥石流从开始到结束就是一个连续的过程,中间不会有间断,并且只有一个高峰,可能有一定的波状起伏或不规则的阶梯,这种幅度比普通的洪水要明显很多,常见于稀性泥石流。
(2)阵流型泥石流:阵流型泥石流是泥石流运动过程中的一大特点。但是它具有一系列的特殊运动现象,人们到现在都没有揭开它的本来面目,成为现在泥石流理论探讨的核心话题。
我国的云南东川蒋家沟就是标准的阵流型泥石流运动。
一提到泥石流,人们就会想起它那波涛汹涌、声震山谷、泥石飞溅的场面。
对阵流的基本特点:两阵流之间有断流、泥深、流速、流量,在中间的过程中线是锯齿状,两齿间流量为零(阵与阵之间有泥深,但是没有速度,所以流量是零)。
为了能够更好地了解和研究对阵流,我们将对阵流分成了三部分:
①“龙头”的阵流头部
②“龙身”的阵流中部。
③“龙尾”的阵流尾部。
蒋家沟阵流型泥石流是泥石流固体物质输送的主要形式,也是由各种强大动力相互作用引起的,还有很多巨砾长距离搬运的载体,占整个流体的70%以上。所以,泥石流的对阵性流动受到许多泥石流研究者追捧,是他们研究的目标。
按地震发生前后的分类
地震引发的泥石流分为两类:第一类是由地震触发的泥石流,也叫做同发型泥石流。第二类是震后泥石流,也是后发型泥石流。
(1)地震触发的泥石流。例如,1976年7月28日,唐山暴发了7.9级强烈地震,由此引发了塘沽滨海平原上的天津碱厂约1000万立方米的弃渣堆积体发生了液化泥沙流。由于当地的地震烈度非常高,使体积约为200立方米的弃渣体发生了流动,其流经距离达300米,造成了巨大损失。1976年8月,松潘—平武地震,其中,出现了三次强震,由于当时是雨季,地处震区的松潘县小河区一带,有51条沟谷在地震同时或紧随地震之后暴发了泥石流灾害。此外,在这个年代出现的其他强震,如龙陵地震、永善—大关地震,都在地震期间伴随有泥石流灾害发生。
(2)震后泥石流,也叫后发型泥石流。即强震会加强泥石流的活动及灾情,并扩大灾害,主要是在震后的1~2年产生影响,越往后影响越弱。例如,1970年1月5日,在这个干燥的季节,云南通海发生地震,曲江镇位于地震的震中,使得镇内山体开裂,出现了30多个崩滑体,公路交通中断6天,造成当年雨季泥石流频繁暴发。1973年2月6日,四川炉霍发生7.9级强震,在震区内,有两条构造地震裂缝带和大量地裂缝、137个崩滑体产生。地震发生在冰冻季节,但在震后县城附近的罗河溪、新都河等流域内,出现了大量崩滑土体和沟岸土石体,使泥石流活动增强。
泥石流的规律
泥石流的时间规律
我国泥石流的暴发主要是受连续降雨、暴雨,尤其是受特大暴雨集中降雨的激发。所以,泥石流发生的时间规律和集中降雨的时间是一样的,具有很明显的季节性。一般发生在多雨的夏秋季节。因集中降雨时间的差异而有所不同。
(1)四川、云南等西南地区的降雨多集中在6~9月。
(2)西南地区的泥石流多发生在6~9月。
(3)而西北地区降雨多集中在6月、7月、8三个月。因为是7月、8月两个月降雨集中,暴雨强度大,因此西北地区的泥石流多发生在7月、8两个月。根据不完全统计,发生在7月、8月的泥石流灾害占了全部泥石流灾害的90%以上。
泥石流的分布规律
(1)泥石流在我国集中分布在两个带上。一是青藏高原和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)我国西部地区特别是西南诸省区,地壳活动强烈,地形险峻,结构复杂,土地治理破碎,西南降水量大、西北植被不好,因此崩、滑、流(崩塌、滑坡和泥石流)发育强烈,如云南、四川、贵州、陕西、青海、甘肃、宁夏等省区。
(3)目前,全国有15个崩、滑、流多发区,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,它们是横断山区、汉江安康白河地区、川东大巴山地区、三峡地区、黄土高原地区、川北陕南地区、川滇交界地区、黔西六盘水地区、湘西地区、赣西北地区、川西北龙门山地区、金沙江中下游地区、赣东北上饶地区、北京北部怀柔密云地区、辽东岫岩风城地区。
(4)泥石流的分布还与大气降水、冰雪融化的显著特征密切相关。即高频率的泥石流,主要分布在气候干湿季较明显、较温湿、局部暴雨强大、冰雪融化快的地区。如云南、四川、甘肃、西藏等,青藏高原东南部山地泥石流分布区以冰川泥石流为主,规模巨大,暴发频繁而猛烈;川滇山地泥石流分布区以降雨泥石流占优势,暴发较频繁;黄土高原泥石流分布区以暴雨激发而成的黄土泥流为主,其暴发频率、规模和破坏力不及上述泥石流;低频率的稀性泥石流主要分布在东北和南方地区,华北和东北山地泥石流分布区以暴雨或台风雨所引起的泥石流为特色,其暴发频率较低,但规模较大、来势迅猛。
中国小江流域泥石流分布区
小江是金沙江南岸支流,全长138.2千米,流域面积为3043.45平方千米,它从滇东北高原的鱼味后山发源,自南向北,经过寻甸县、东川市和会泽县境,最后流入金沙江。小江河谷在著名的小江深大断裂带上发育,这里构造复杂,老构造和新构造在这里交叉相错。独特的构造使它成为强烈的地震带,因为自然条件和人为原因使它成为我国最容易发生泥石流的地方。
根据成因的类型分类,小江流域的泥石流属于暴雨泥石流。在东川市附近不到90千米长的两边,足有107处灾害性的沟谷型泥石流,除了这些还有成群密布、难以计数的小规模坡面型泥石流。特别是到了雨季,泥石流受到暴雨的袭击,就会从山上冲下来,倾入小江,严重危害到当地的城镇、农田、水利设施、村寨、矿山、道路和江道整治工程等。现在泥石流的灾害已经严重影响到人们的生命财产安全和经济建设。并且,从泥石流里面冲出来的大量石块,因为小江的作用到达了金沙江,在两江汇合处形成了巨大的险滩,使金沙江水朝着对岸逼近,影响了金沙航道的开发和利用。
小江流域可以根据泥石流的活动特点、发育状况和对社会环境和自然环境产生的影响,将它划分成了四个泥石流活动区和一个非泥石流活动区。
1.中山峡谷泥石流弱活动区
(1)功山至拖沓沟段的小江,从滇东北高原流下来,经过高原解体,形成山地峡谷地貌,区域内的海拔为2500~3000米。存在区域是小江上游西支旬沙以下的河段。
(2)地面植被保护良好,主要是次生林和草灌木。山体和沟谷里面有少量的小型滑坡形成。不过在那些人为活动密集和地形相差比较大的地段,已经有较大型的沟谷泥石流,这是人类活动对山地地表破坏造成的影响。
(3)与小江中下游河段相比,这里的泥石流相对较少,造成的危害相对比较小,主要是淤埋农田,使部分村寨的安全受到威胁。
这些属于泥石流的弱活动区。
2.高山宽谷泥石流极强活动区
小江上游东支大白河段的拖沓沟至小海河,位处小江深大断裂的东西分支支撑着中间块体上游的河谷宽度,地应力集中,线性结构密集。因此,这里面有破碎的山体,有大型崩塌型滑坡存在。此河段由于地表风化剥蚀强烈,以及人类活动对山地环境的破坏,如陡坡垦殖、过度砍伐和放牧、筑路切坎坡、引水工程渗漏等,这样导致滑坡发生,为泥石流的形成起到了丰富的固体物质。坡面侵蚀和沟谷下切非常活跃,形成了成群密布的泥石流沟。在这一段的河流之内,由于泥石流暴发频繁,经常破坏当地的公路、铁路以及农田水利等设施。使之成为小江流域泥石流最活跃、最难整治的地段。因为有众多的大型沟谷泥石流流进小江,所以它的主道被迫左右移动,最后在群山之间来回飘荡形成宽坦游荡性的河床。两岸泥石流活动对河谷形态变化以及河床的纵横向变化起着主要的作用。最近几十年,很多泥石流堵塞了这一部分的小江河道,使江水断流,也使这里成为小江河床淤积上涨速度最快的河段之一。
小江上游的寻甸县金源区,同样也是一个泥石流运动强烈的区域,这里泥石流的形成主要也受到了小江断流的控制。几条大型沟谷泥石流一旦破山而出,就会冲入河内,然后在河滩上面堆积巨石,将它变成一个乱石滩。为了避免泥石流的危害,附近村寨纷纷把家搬向别处,一部分人安身于山脚泥石流堆积扇两侧,还有一部分人则搬到了山上,但是也有一些人依旧住在泥石流活动的范围区域之内。泥石流堆积区的泥石流沟床如果高于村寨住宅,就会很危险。为了保证这些人的安全,需要专家的调查研究,找到一个安全可靠的方法,这样可以避免泥石流的发生。
3.高山宽谷盆地泥石流强活动区
这一段主要是小江中游几条长、大支流,如块河、乌龙河、小清河、黄水箐等的入汇处,位于小海河至蒋家沟之间,有着宽谷盆地与两侧高山夹持结构的地形地貌,同时也是东川市新村盆地的所在地,该段两岸泥石流沟分布比较稀疏,大部分的泥石流分布在河的右岸,几条大型沟谷泥石流以牯牛岭为原点,呈放射状流进小江里面。特别是东川市后山的深沟、小海河、石羊沟、尼拉姑沟、田坝干沟等几条泥石流沟,就穿越了东川市区,以居高临下的姿态威胁着下方,里面有很多隐患。东川市北部的大桥河是著名的大型灾害性泥石流沟,经过综合治理,现在有很多泥石流灾害已经被控制住了。但是其他临近东川矿区的地域,比如赖石窝沟、菜园沟、黄水箐等具备泥石流形成的各种条件,如果不加强制止力度,采取适当的措施改善陡坡开垦、开矿弃渣和其他人为的有害活动,就容易形成人为的泥石流,政府应当予以重视。
蒋家沟的泥石流在国内外都臭名昭著,在历史的长河里面,曾经8次切断了小江流域,造成了很大的灾害。这里的泥石流频繁暴发、规模巨大、灾害严重,不仅直接危害蒋家沟流域及其下游江段,而且波及上下十几千米,成为小江流域众多泥石流沟中最难整治的一条灾害性泥石流沟。
4.高山深谷泥石流极强活动区
蒋家沟下面的小江和金沙江的混合处,位于小江的下游,此段是金沙江的下切,河谷呈深槽形下切,没有出现明显、连续的滑坡,但是它的河床和两侧的高地则形成了典型的高山深谷地貌。
由于受到小江断裂活动和新构造运动的影响,这里的岩体破碎严重,坍塌频发,造成滑坡遍地。两岸泥石流沟源头区,岩体崩塌时会产生轰鸣的响声,这里蕴含着丰富的固定物质。与蒋家沟以上河段相比,这里基岩裸露、山坡破碎、山体光秃、沟壑交错、谷坡与沟缘的崩塌错落现象随处可见,坡面侵蚀和沟谷侵蚀都非常强烈,是较典型的干热河谷区。汇入小江的泥石流大约有30多条,其中灾害严重、规模巨大的有太平村沟、幸福村沟、大坪子沟、尖山沟、达朵沟、牛坪子沟和豆腐沟等。小江主流线被巨大的堆积扇逼向一岸,下游左岸泥石流群紧紧并列,堆积扇首尾相连成片,延续区域达5000米。因为泥石流的作用,这里的风化非常严重,农田屡遭毁坏、河床淤积严重。由于洪水和泥石流灾害频繁发生,河谷区气候恶劣,村寨都迁移到山脚至山腰部位,大部分河滩地处于荒芜状态,现在,正在进行有计划的开发利用。
除此之外,我国最活跃、发育的泥石流分布地带还有:长沙江中下游及小江河谷、西藏波斗藏布江的波密—林芝一带、流经四川的泸沽至西昌间的安宁河谷、云南大盈江中游河谷、流经甘肃武都境内的白龙江两岸。它们都是受江河或支流强烈切割的高原和高山区的河谷地带。
5.高原湖盆平坝非泥石流活动区
高原湖盆平坝为小江河流区,小江东支大白河功山以上河段及小江西支块河甸沙以上河段都包含其内。这里是云贵高原的一部分,高原、平坝、湖盆、浅谷相互交错组合,区内山丘连绵,海拔达2000~3000米,平坝、湖盆星罗棋布,地面起伏和缓,林木繁茂、草灌丛生、农田草场毗连,坡面侵蚀与沟谷侵蚀作用轻微,有着优越的生态环境,协调的人类经济活动与自然环境关系,属非泥石流活动区。
泥石流在各省的分布状况
(1)贵州省泥石流主要分布在毕节地区。
(2)陕西省的风县、略阳、宁强、镇巴等县均有泥石流分布。
(3)云南省泥石流主要分布在东川、永胜、祥云、宁蒗、水富、巧家、楚雄、鲁甸、昭通、盐津、永善、会泽等县市。
(4)西藏自治区的生达、江达、妥坝、贡觉、芒康、盐井等县均有泥石流分布。
(5)甘肃省的迭部、舟曲、宕昌、礼县、天水、武都、康县、文县、徽县、两当、西和、成县等县市均有泥石流分布。
(6)四川省除成都平原和盆地中部地区无泥石流外,川西山地、盆周山地和川东地区的县市均有泥石流分布,仅1981年夏季就有50个县千余条泥石流沟暴发了泥石流。
(7)湖北省泥石流主要分布在鄂西的秭归、巴东等县,云南全省有泥石流85处。
(8)湖南省有矿山泥石流分布。青海省仅在干流河谷深切地区有零星泥石流分布。
泥石流在各水系的分布状况
根据各种资料分析整理统计,长江上游及主要支流已查明的泥石流沟分布状况如下:
(1)雅砻江流域有泥石流沟603条,其中鲜水河流域148条,安宁河流域192条,雅砻江干流二滩至打罗两侧有164条。
(2)岷江流域有泥石流约1229条,其中大渡河流域676条,岷江上游及青衣江流域553条。
(3)小江流域107条。
(4)金沙江巴曲河口至奔子栏段分布有泥石流沟300余条,金沙江下游分布有泥石流沟约1450条(其中四川会理等7县438条,云南昭通地区300余条)。
(5)乌江流域有18条;龙川江中下游26条。
(6)嘉陵江流域有泥石流沟约3058条,其中白龙江流域约1520条,西汉水流域932条,嘉陵江干流及其他支流606条。
(7)长江三峡库区巴东至云阳段为泥石流危害严重段,整个库区干支流两岸有27l条,其中支流172条,一共有约7000条。
泥石流在铁路沿线的分布状况
(1)成昆铁路沿线分布有泥石流沟511条。
(2)宝成铁路沿线(长江流域内)分布有泥石流沟159条。
(3)东川铁路支线有泥石流沟86条,贵昆线3条,阳安线126条,浙赣线1条,湘黔线4条,襄渝线66条。
(4)东川线泥石流沟分布密度最大,大白河至小江段长53千米,平均1.6条/千米。
冰川型泥石流的分布状况
冰川型泥石流分布在青藏高原和周围边缘的极高山、高山区,这类泥石流分布区的冰川类型主要为海洋性冰川,如贡嘎山(海拔7556米)东坡和北坡分布有8条冰川型泥石流沟。冰川型泥石流分布范围极小。
泥石流的分布特点
泥石流一方面受大的地貌、地质和气候控制,有一定的区域分布规律;另一方面,也受到一些其他外力因素的作用,出现区域性特点,具体体现如下。
1.沿迎风坡密集分布
秦岭和燕山的泥石流分布很集中,横断山系地貌陡坎,这里是东南、西南季风的天然屏障,所以这里的泥石流比较集中。
2.沿强烈地震带成群分布
深大断裂带是现代地震的多发区,这里的岩层都被破坏,有着丰富的松散堆积物,一旦遇到强烈的地震破坏,坡体就不稳,坠落的大量松散碎屑物质积聚在沟床内,使河水流动不顺畅,这样为泥石流的滑动准备了条件,比如,1950年8月15日,由于西藏察隅境内发生8.5级大地震,诱发了东南一带的泥石流频繁发生,并持续了约10年的时间。
3.沿深大断裂带集中分布
深大断裂构造带不仅含有储量丰厚的松散碎屑物质,并且还为小流域沟谷的发育提供了有利的条件,使这些地段成为泥石流活动密集带。比如,四川安宁河谷断裂带、云南小江断裂带、西藏波斗藏布断裂带和甘肃白龙江断裂带等,都是泥石流活动频繁的地带。
4.沿生态环境严重破坏地区分布
采矿、开荒、修路、筑路、伐木等种种不当的人为活动,不仅破坏了土壤的抗蚀层、地表植物,而且容易引发地下水位上升、排水不畅、斜坡地失稳、沟谷阻塞等危害,造成老泥石流复活或引发新的泥石流产生。比如,云南个旧尾矿坝溃决泥石流、海南铁矿排土场泥石流、四川冕宁盐井沟矿山泥石流都是这个原因造成的。
世界泥石流的特征
世界其他地区的泥石流分布也有一定的特征,介绍如下:
(1)亚洲的山区面积比较大,占总面积的3/4,并且有丰富的松散碎屑物质,地表起伏很大,为泥石流的形成提供了巨大的能量,还有良好的能源转换环境,并且冰川地带很多,所以泥石流分布最密集。整个亚洲有30多个国家有泥石流,其中将近20个国家的泥石流分布是比较密集的,比如中国、日本、哈萨克斯坦、印度尼西亚、印度、尼泊尔、巴基斯坦、菲律宾、格鲁吉亚等。
(2)平原是欧洲的主要地貌,丘陵、山地只占40%,仅有2%海拔不高于2000米的山地,这些地方主要集中在南部,因为坡度陡、海拔高,所以地震。火山频繁发生,它的冰雪储量大,所以有丰富的降水,泥石流分布广泛。欧洲20多个国家分布有泥石流,其中,有10余个国家的泥石流分布密集或较密集,如俄罗斯、意大利、法国、保加利亚、斯洛伐克、奥地利、罗马尼亚、瑞士等。
(3)大洋洲,指的是大洋中由10000多个大小不同的岛屿组成的陆地,只有澳大利亚面积较大些,其余岛屿的面积都很小,泥石流活动强度也比较低。根据报道资料和泥石流形成条件分析,整个大洋洲有泥石流分布的国家和地区包括新西兰、胡瓦岛、澳大利亚、巴布亚新几内亚、印度尼西亚(大洋洲部分)等,其中,分布最密集的是新西兰。
(4)南美洲西部属于科迪勒拉山的南段,它的坡度陡峭海拔高,所以地震、火山频繁发生,它的冰雪储量大,所以有丰富的降水和冰川融水,从而使泥石流分布广泛,造成很严重的危害,它的分布密度和活动强度仅逊于亚洲。南美洲各国都有泥石流,其中,比较密集的国家和地区是:阿根廷、委内瑞拉、哥伦比亚、秘鲁、圭亚那、玻利维亚、厄瓜多尔。
(5)北美洲西部为山地和高原,属于科迪勒拉山的北段。海拔较高,坡度陡峭,地震、火山活动频繁,有丰富的降水,泥石流分布广泛。整个北美洲有10多个国家分布有泥石流,其中,有七八个国家的泥石流分布密集或较密集,如美国、加拿大、墨西哥、危地马拉等。
(6)非洲是一个高原型大陆,在高原的沿海地带矗立着高大的山脉;在地应力的强烈作用下,世界上最大的裂谷在东非地区形成。在东非和中非,地震灾害频繁,火山活动活跃;赤道降水最多,沿南北两侧降水逐渐减少。因此,泥石流的频率也由赤道,特别是在沿海地带向南北两侧逐渐降低,但是,此洲泥石流整体活动强度较低,较正式的记载和报道也较少。从泥石流形成的具体条件我们可以分析得出,整个非洲有将近30个国家都分布着泥石流,其中,有近20个国家的泥石流分布密集或较密集,如加蓬、中非、喀麦隆、刚果(布)、刚果(金)、尼日利亚、马达加斯加等。
泥石流引起的次生灾害
发生泥石流以后,灾区的卫生条件差,特别是饮用水的卫生难以得到保障。
(1)肠道传染病,如痢疾、甲型肝炎、霍乱、伤寒等。
(2)人畜共患疾病和自然疫源性疾病也是洪涝期间极易发生的。
①鼠媒传染病:流行性出血热、钩端螺旋体病。
②寄生虫病:血吸虫病。
③虫媒传染病:流行性乙型脑炎、疟疾、登革热等。
(3)常见皮肤病:虫咬性皮炎、浸渍性皮炎(“烂脚丫”“烂裤裆”)、尾蚴性皮炎。
(4)意外伤害有:外伤、毒虫咬螫伤、毒蛇咬伤、溺水、触电、中暑、食物中毒、农药中毒等。
(5)泥石流携带的固体物质容易堵塞河道,堵坝致使上游形成堰塞状态,发生洪水灾害。
泥石流形成的必备条件
泥、沙、石块与水体组合在一起构成了泥石流,泥石流沿一定的沟床运(流)动的流动体,其形成具备以下三个条件。
水体
水库溃决、冰雪融化、暴雨等是水体的主要来源。
固体碎屑物
固体碎屑物的主要来源:岩石表层剥落、古老泥石流的堆积物、滥伐山林、水土流失、开矿筑路、滑坡、山体崩塌等人类经济活动形成的碎屑物。
一定的斜坡地形和沟谷
发生泥石流的地形条件是自然界经过长年累月的地质构造运动形成的高度比较大、坡度陡的坡谷形。
通常有以下三种形式:
(1)在暴雨的浸润击打下,山坡坡面的上层土体就会渐渐失去稳定,沿着斜坡滑下来,然后跟水体混合在一起,于是,侵蚀下切,形成悬挂于陡坡上的坡面泥石流。当地居民经常称它为“水鼓”“龙扒掌”。
(2)谷中上段的沟床物质受地表水浸润冲蚀,随着冲刷强度的不断增大,在那些比较薄弱的沟段,固体物就会松动、失去稳定,如果遭到猛烈地掀揭、铲刮,就会与水流搅拌形成泥石流。
(3)滑坡土体、沟源崩触发沟床物质活动也能引发泥石流。滑坡土体、沟源崩发生溃决,沟床里面的固体碎屑物在受到强烈冲击的时候,就会跟着它一起运动起来,然后引起泥石流。
在泥石流发生的三个必备条件中,水是最重要的因素。它不仅对沟谷中形成的泥石流有着重要影响,而且也决定着“水鼓”“龙扒掌”的形成。最常见情况是:泥石流的产生过程是以上两种情况的组合,它在山坡上面形成滑落,在沟谷下面形成冲蚀。从泥石流的发生过程来看,造成泥石流的自然原因是连续的暴雨,但乱砍滥伐森林,造成山体表面水土流失严重,则是造成泥石流灾难的人为原因了。
泥石流形成的基本条件
泥石流是地表物质迁移的一种自然过程,类似于风沙、冰川和水流。不过,不管是哪一种自然现象的出现,都会有它的基本条件和影响因素。
地质条件、水源条件和地形条件是泥石流形成的三个基本条件。它们对泥石流的形成有很重要的作用,缺少其中的一个都不能形成泥石流。但是,在过去对泥石流的预测和评估之中并没有准确地把握住泥石流的发生和发展趋势,大多数只是一般的地理描述,下面只做简单的定性和概念的分析。
地质条件
地质条件主要是通过松散的碎屑物表现出来的。在山区的一个小流域内,如果没有足够的碎屑物质,泥石流就不能形成。地质条件有内力地质作用和外力地质作用之分。内力地质作用包括新构造运动、火山活动及构造、地震、岩性等;外力地质作用则包括流水侵蚀。搬运堆积、各种重力地质作用、风化作用等。这些错综复杂、互相关联的地质条件组合决定了参与泥石流活动的松散碎屑物的类型特征与其数量的多少。
1.岩石性质
岩石性质主要包括岩石的类型、厚薄、软硬程度和它的完整性等,它一般跟它的底层有很大的关联。中生界、古生界及元古宇,既有软弱岩石,也有坚硬岩石,其耐风化和抗侵蚀能力有着很大的差别。还有新生代岩石,结构松散,如第三系昔格达组、第四系黄土等,泥石流形成的原因跟原石的时代没有太大的关系,但是跟原石的性质有直接的关联。
岩石可以根据硬度分为硬质岩石和软质岩石。硬质岩石耐风化侵蚀,有紧密的结构。例如三大岩石中的岩浆岩全部都是硬质岩石。但是软质岩石的风化速度比较快,孔隙多,结构密实性比较差,因此容易形成风化壳。多数的沉积岩、变质岩及含煤地层,都是软质岩石。其中,沉积岩中的半成岩和松散层,它的发育程度、储存数量都与泥石流有着密切的关系,如川西南一带的昔格达组属半成岩,黄土、冰碛物、残坡积层和冲洪积层等第四系松散堆积层。
泥石流的物质基础是岩石,泥石流的形成规模、频率和性质与岩石的性质有着密切的关系。比如:陇南白龙江流域,当地的软质岩石分布广泛,该地段岩性由碧口群和白龙江群的变质岩系,如片岩、板岩、千枚岩构成,其上部覆盖了较厚的黄土。因此,此流域中下游泥石流分布密集,有泥石流1000余条,较大泥石流约490条,其中,以黏性泥石流为主。
还有云南小江流域出露岩石类型主要为碎屑岩(沙岩、页岩)和变质碎屑岩(板岩、千枚岩),本区的岩石类型还有灰岩、白云岩和玄武岩等。同样,这些地层也遭受了不同地质年代的构造变动,成为极为坚硬岩块和碎屑物。经历了多次构造运动,发育了许多褶皱断裂,因此,整体性差,不耐风化,吸水性和可塑性大,黏粒含量丰富。为小江泥石流的暴发提供了丰富的物质基础。
2.地质构造、新构造运动及地震
地质构造类型有断层、褶皱、断裂等。断裂作用对泥石流的形成有直接关系。断裂在地表往往呈带状分布,在断裂带内软弱结构面发育,岩石破碎,断层和裂隙发育,生成断层压碎岩、糜棱岩、角砾岩等。这样就会加快风化的速度,形成带状的风化。因此,断裂带上面的风化壳深厚,滑坡、崩塌等重力侵蚀发育,松散碎屑物质也非常丰富。四川的西部、西南部的高原山地就有很多大规模的断裂,甚至延伸到云南省北部和中部,如安宁河断裂带、元谋—绿汁江断裂带、小江断裂带等,这些由许多次级断层组成的深大断裂带,断裂的宽度大、影响范围广,因为岩石受到了很多破坏,所以大多数出现了错落、滑坡的现象,形成分布密集的泥石流沟群。
我们重点讲述一下著名的小江深大断裂带。它起始于云南巧家县城附近,北段从巧家至蒙姑的金沙江东岸,南段沿金沙江和小江流域一直延伸到云南的宜良县境,拥有宽厚、松散的构造角砾层,断裂破碎带宽达1500~2000米,这样就促进沿岸的洪积扇、倒石堆、泥石流大范围的发育。仅巧家县城郊,就有8条大中型的泥石流沟存在;在中段东川市的小江干流上,从龙头山至小江口这90千米的江段上,两岸有107条泥石流分布,几乎1.2条/千米,此外,还有很多大规模、高频率、存在严重危害的泥石流沟,如大白泥沟、老干沟、蒋家沟等。新构造运动的最主要特点就是垂直升降运动显著,而且一直延续至今。构造断裂带通过的地段相对高度大,地貌升降运动剧烈,有利于形成泥石流。新构造运动活跃的山地,山口有发育的新老洪积扇,有的呈叠置状,有的呈串珠状,有深厚的松散洪积物、泥石流堆积物。老洪积扇一旦遇到了现代泥石流、山洪的侵蚀切割,就会形成沟蚀泥石流。例如,贵州省内泥石流等山地灾害分布最为集中的区域在珠江上游的北盘江。北盘江流经贵州省的盘县、普安、晴隆、关岭一带,是新构造运动中比较活跃的相对隆升区域。此处地表受河流的强烈切割,形成了中山峡谷,山岭海拔为1800~2300米,岭谷相对高度达700~1000米,是泥石流的活跃区。
安宁河断裂带也有明显的新构造运动,安宁河宽谷断陷谷地,海拔为1610~1328米,谷地内有巨厚的冲洪积物形成。安宁河东侧的螺髻山强烈上升,海拔达3000~4358米,形成了五六级阶地。有资料显示,在新构造运动中下陷最深的为安宁河礼州—黄联关段,有厚达1500米的新生代以来的冲洪积物。在安宁河东侧的山前地带,从泸沽到德昌间有30多条泥石流沟,如羲农河、西昌东河、西河、黑沙河等,就是在有着很厚的冲积物中发育的。
泥石流受到新构造运动的影响是渐变的、是间接的。但是,因为地震是突发的,强烈地震能够使斜坡的稳定性遭到破坏,造成土石体松动、山坡开裂,甚至引发山体滑坡,所以,地震就可以为泥石流的形成和发育提供大量松散碎屑物质和骤发性水源。在分布上,许多地质上的深大断裂带同时还是地震带,如鲜水河地震带、安宁地震带、小江地震带等。所以说,地震和泥石流在分布上有明显的直接关系,一般情况下,山区发生地震的区域也是泥石流的集中区域。
3.风化作风
风化作用对岩石的破坏作用最大,最快的风化速度就是物理风化速度,它能够快速地将松散的碎屑物质积累,然后储存起来,这样就对泥石流的形成起到了特别大的作用。按风化程度,可将其分为:
(1)微风化,风化系数为0~0.2。
(2)弱风化,风化系数为0.2~0.4。
(3)强风化,风化系数为0.4~0.6。
(4)全风化,风化系数0.6~1.0。
这是表征山体松散碎屑物质储量的重要方面。
一般在风化作用特别旺盛的区域会形成强风化带,它的岩性主要是地处深大断裂破碎带上的区域或者是软质岩石。
风化作用的强弱还受气候带的影响。亚热带、暖温带半湿润半干旱气候区对风化作用最有利。受这种气候影响的地域辽阔,包括川西高原内的干暖河谷和干温河谷(大渡河中上游、雅砻江上游等),陇南白龙江流域、秦岭以及华北地区,云南和川西南干湿季分明的西南季风气候区。这里的气温日差悬殊、大陆性强、降雨变率大、气候干季长,地表森林植被稀疏,裸露的岩石土体面积大于,湿交替和热胀冷缩强烈,不仅增加了松散土石体的积聚过程,也加快了风化的速度。此外,西北、华北广大山区都覆盖有厚薄不等的黄土。这些地区因为有强烈的风化作用,所以泥石流非常活跃。
中高山区的寒冻风化作用有利于松散碎屑物质的聚集。因为川西南、川西和滇北的寒冻风化带上有许多泥石流沟的源头,寒冻风化的岩体、碎屑更是当地泥石流固体的主要来源,是泥石流物质的重要组成。例如,藏东南及川西贡嘎山的高山海洋性冰川发育区,冰蚀、冰碛和寒冻风化作用旺盛,冰碛物异常丰富。藏东南波密古乡冰碛物厚达300米,总储量4亿立方米,成为泥石流活动的物质来源。
云南大理市苍山十八溪上游,岩石主要为片麻岩,滑坡等重力侵蚀不发育,海拔3000~4000米处的寒冻风化碎屑形成的水石流的固体物质成为泥石流的主要供给来源。
4.重力地质作用
重力地质作用包含高山区域的雪崩、冰崩和滑坡、剥落、崩塌、泻溜等。滑坡发生的时候一般都是单个,土石补给量比较大。剥落和泻溜产生于山坡表层,补给量相对比较小,不过它在暴雨的诱导下是可以群发的。在滑坡多发区,平均每平方千米面积上滑坡体积达数千万立方米,是泥石流中大量山石的来源。或一次性由滑坡崩塌转变成泥石流。根据调查研究,绝大多数的泥石流发生的中上游都会有滑坡和泥石流的发生,受岩性和构造控制,滑坡一般都分布在软质岩类、半成岩类及黄土出露的山区。比如,云南巧家白的泥石流松散土石体的主要来源就是泥沟中游的两个大型滑坡,两者活动时间都很长。清乾隆十八年(1753年)7月开始发生首场大型泥石流将县城冲毁,从此以后这个地方的滑坡、泥石流就没有断过,现在滑坡体积还有约500万立方米。1981年7月21日,四川奉节汪家沟连续降雨量大于或等于300毫米,致使黄泥坪上游发生暴雨滑坡,形成了大约60万立方米的泥石流,流经两千米后在沟口造成厚约5米的堆积扇,由于速度很快,由于速度很快在很短的时间内阻断了朱衣河。
地形条件
1.相对高度
因为相对高度决定势能的大小,相对高度越大,势能越大;相对高度越小。势能越小;泥石流形成的最主要原因是相对高度,相对高度决定了形成泥石流的动力条件是否充足。因此,高山、中山和低山区为泥石流的主要发生区,起伏较大的高原周边也有泥石流分布。
(1)海拔最高的阶梯是青藏高原,平均海拔4000米。
(2)第一阶梯和第二阶梯交接带上的横断山系,例如乌蒙山脉、大小凉山、龙门山脉、岷山、西秦岭、祁连山等。这些山脉平均相对高度2000~3000米,最大达5000米,对泥石流的形成最为有利,这些地方是泥石流的集中分布区,泥石流沟占全国总数的比例很大。
(3)中间阶梯为高原和盆地,海拔1000~2000米。
(4)第二阶梯和第三阶梯之间的燕山、太行山、大巴山、巫山、武陵山、雪峰山等,平均相对高度1000~1500米,泥石流沟的数量及活跃程度不及西部山区。
(5)最东部为平原和低山丘陵。针对我国东部低山区来说,泥石流沟谷相对高度一般都在300~500米,200米左右的都很少。例如,成都平原与川中丘陵间的龙泉山脉,为海拔600~1000米的低山,相对高度200~500米,有些沟的相对高度更小,因此,流域内的势能不足,加之岩性为松软的紫红色的沙泥岩,就算具备其他泥石流形成条件,也难以形成泥石流,根据统计,1981年7~9月,因特大暴雨共产生滑坡2150处,平均每千米就有15.4处滑坡生成,虽然没有泥石流灾害的发生,却是全省滑坡密度最高的地区。同时期,成都西北的龙门山区发生了多处泥石流。
(6)只有相对高度在300米以上的沟谷才有可能发生泥石流。川西、滇北、陇南等地的泥石流沟,岭谷相对高度通常为1000~2000米,发生泥石流的可能性就比较大。
(7)如川西甘洛县利子依达沟,其相对高度达2630米,发生泥石流时,带来的巨大能量可挟带直径达8米,体积300立方米,重量800吨的多块巨石,并一直挟带至沟口下游堆积。
2.坡度与坡向
山坡坡度的陡缓和松散碎屑物的分布决定着形成泥石流的山地。各地的坡度资料统计表明:
(1)分布在我国西部高山、中山的泥石流沟,山坡坡度往往为28°~50°间,我国西部高山、中山的泥石流,山坡坡度相同,松散碎屑物处于极限平衡状态,一旦遇到暴雨激发,容易产生重力侵蚀。
(2)东部低山坡度为25°~45°。小于45°的山坡,风化物质能够存留住,因此风化壳较厚,松散碎屑物非常丰富。25°~45°的斜坡,残坡积物内摩擦角大致与山坡坡度一致。25°~45°的斜坡发生滑坡的可能性最大,不稳定的山坡成为泥石流的主要物质来源。
(3)大于或等于45°的斜坡大多发生崩塌性滑坡。
(4)平均坡度小于25°的缓坡山地,山坡比较稳定,很少有重力侵蚀。
(5)坡度小于5°的缓坡,水土流失轻微。
泥石流的强度跟山坡的坡向也有一定的关系。受气候影响,在北半球的山坡中向南坡和向西坡(阳坡),泥石流发育的速度和暴发的强度都比北坡和向东坡(阴坡)大,这是因为阳坡岩石土体风化作用强度比阴坡剧烈,岩体易破碎,松散土石体较厚,土体中的林草覆盖率和含水量比阴坡的低。另外从气候上来说,我国的东南低山丘陵,多受东南季风的控制,许多东北—西南走向和东西走向的山脉南坡、东南坡刚好跟地处南来的气流迎面冲上。例如太行山脉、辽东的千山山脉、华北的燕山山脉,这些地区容易出现暴雨天气。因此,泥石流总是出现在迎风坡面上,而背风坡面的泥石流沟少。
3.流域形状和沟谷形态
流域形状对雨水和暴雨径流过程有明显的影响。最有利于泥石流汇集的形状是柳叶形、桃叶形、长条形、栎叶形、漏斗形等几种形状,这是由于径流和洪峰流量大小,直接关系着各种松散碎屑物质的起动是否参与泥石流活动,所以跟泥石流有着很密切的关系。
泥石流沟谷的发育跟普通沟谷大致一样。但是从沟谷的先后发育过程来看,在横剖面上,有“形”谷、“U”形谷和槽形谷之分;从沟谷的形成和发展来看,纵剖面上的结果是溯源侵蚀和流水下蚀作用的综合结果。但是泥石流沟谷的流域面积较小,侵蚀、搬运及丢的松散碎屑物数量大,溯源侵蚀快,因此泥石流沟谷的发育比普通的沟谷发育速度快,这也是泥石流沟谷和普通沟谷之间明显差异的地方。
表征沟谷形态的三个重要参数是泥石流沟的流域面积、沟长和沟床纵坡。清水汇流面积和堆积扇面积之和就是流域面积,面积的大小和沟床纵坡、沟谷形态密切相关,也跟泥石流的性质、规模产生影响。
流域面积小于0.5平方千米的多为山坡泥石流;流域面积大于或等于50平方千米,基本上为稀性泥石流或山洪。西藏、四川等地的大量泥石流沟,流域面积一般是0.5~35平方千米。四川攀西地区1437条泥石流统计结果表明:面积小于0.4平方千米的泥石流沟占5.1%,面积大于50平方千米泥石流占4.7%;流域面积0.4~50平方千米的泥石流沟占总数的90.2%。
日本大多数泥石流的形态特征跟我国的冲沟泥石流或山坡泥石流相似,但是泥石流的流域面积比较小,一般情况下,为0.2~10平方千米,其中最多的是0.2~0.4平方千米。泥石流的能量及活动强弱可以由沟床纵坡的大小体现出来。
根据河床纵坡的大小,可以将泥石流分为冲沟泥石流、山坡泥石流、沟谷泥石流及非泥石流的清水溪沟。
沟床平均纵坡较小,一般在5%~30%时为沟谷泥石流。沟谷泥石流的流域面积比较大,中上游有支沟泥石流加入,下游的沟床比较开阔,沟床纵坡曲线上段较陡,下段较缓,呈上凹型,可容纳大量的泥石流堆积。
山坡泥石流和冲沟泥石流的河床的相差比较大,一般大于或等于30%。这是因为它们无支沟汇入、流程短、沟型单一,并且沟床纵坡的曲线呈现直线型。
当沟床的纵坡变得比较缓慢,小于5%,泥石流的活动减弱了,便过渡为非泥石流的清水溪沟。
降水条件
泥石流的形成还要有数量充足的水体(径流)。一方面只有当雨水、冰雪融水形成强大的径流后,才能产生强大的动力,推动泥石流的发生;另一方面水体是泥石流物质的组成部分,泥石流是固液两相流体,液相物质就是水。泥石流发生的水体来源最普遍的就是降雨,其次是降雪形成的冰雪融水。
1.降雨
降雨型泥石流在我国广泛分布,占到我国泥石流的绝大多数,我国降水量的空间分布是自东南向西北递减。根据气候的干燥度分为湿润、半湿润、半干旱和干旱四个区域。根据降水量的多少可以将它们分为雨水、台风雨和暴雨三个类型。从水源条件分析,半湿润到半干旱的气候对泥石流的形成最为有利,例如川滇之间的西南季风控制区域冬春干旱期长、夏季降雨集中,多强度大的局地性暴雨,干湿季节明显,因而成为泥石流的多发区。
泥石流的形成和降雨也有很大的关系。一般情况下,相对于广大的湿润地区,半湿润、半干旱地区更容易发生泥石流。这是因为,在湿润气候区,如四川盆地、贵州以及江南低山(含浙闽湘赣及两广)周边一带低、中山,每年的降雨量小于或者等于1200毫米。它们的相对日差比较小,降雨充沛,并且经常发生暴雨、大暴雨。在东南沿海低山区有台风暴雨,而且地表的抗蚀条件(主要是森林植被)良好,上坡面的松散碎屑物也容易被频繁的暴雨带走,这样积累的速度就会很慢,不利于泥石流的形成。因此,这些地区的泥石流分布比较稀疏且发生的频率很低。就四川省而论,华蓥山、巫山、武陵山、龙门山、大巴山等泥石流区,因降雨条件和自然环境的不同,跟半湿润的川西、川西南高原山地区泥石流也迥然不同。
在我国西北高山区,泥石流产生的重要原因还在于降水量的梯度变化。新疆西天山一带最大降水高度为2500~3000米,降水量500~800毫米,这一高度正好为泥石流沟的水源区。在西北干旱区、甘肃河西走廊两侧的山地、甘青两省间的祁连山、宁夏回族自治区贺兰山东麓、新疆的天山以及南疆喀什、疏勒等地都是泥石流的发生地。虽然它们的年降水量小于200毫米,河西走廊西部和南疆甚至小于50毫米,但是夏季降雨集中,有时发生短时高强度的降雨,甚至一次强降雨是全年降雨量的一半,但比较少遇。
形成泥石流的降雨条件相当复杂,除了前面我们提到的,还和雨区的范围大小有关系。根据雨区范围的大小,可以将它们分为两类,一类是雨区范围较大、时间较长的区域性暴雨,还有一类为雨区范围小、时间短的局地暴雨。如1981年7月13日川西北龙门山区暴雨、1982年7月26日到29日川东特大暴雨等,都属于多沟齐发的泥石流。此外,根据泥石流前期雨量和泥石流当日雨量的绝对值比较,可以将泥石流分为无前期降雨型湿润区、前期降雨不丰沛型和前期降雨丰沛型的泥石流。降雨历时长达2~3天,降雨量最大时则出现泥石流;许多半湿润干旱区的泥石流,降雨历时短暂;无前期降雨泥石流前期可能降雨,但是数量不多。
2.冰川雪水
还有一些泥石流是以冰川、冰雪融水和冰湖溃决为水源的,它们多发生在青藏高原南部、东南部和西北部的高山区。
在海洋性冰川区,如果夏季天气持续高温晴朗,冰雪强烈消融的话就会突然暴发泥石流,西藏东南部的高山地带就是如此。当冰雪消融和暴雨共同激发时也会暴发泥石流。例如,波密县的培龙沟,在1983~1986年就曾经发生过特大泥石流灾害,多次冲毁川藏公路,并且堵断波斗藏布而形成了培龙湖。之所以如此,和培垄沟的源头——海洋性冰川是分不开的。冰川长8.2千米,宽0.3千米,厚约50.0米,水源相当丰富,并且在沟谷的两旁都有数米厚的古冰碛台地。在夏季的时候,冰雪遇高温融化,加上暴雨的共同激发从而发生了泥石流灾害。
由冰湖溃决造成的泥石流有工布江达县唐不朗沟、定结县吉来浦沟、樟木口岸境内次仁玛措等,产生于高山区的海洋性冰川地带,都是因为连续高温天气使冰雪强烈消融,冰川突然滑入冰碛湖中,增大了冰水压力,导致终碛堤溃决,形成泥石流。
泥石流的诱发因素
由于工农业的发展,人类对自然资源的开发程度和规模也在不断发展。当人类经济活动违反自然规律时,必然遭到大自然的报复。有些泥石流的发生,就是由于人类不合理的开发而造成的。近年来,因为人为因素诱发的泥石流数量正在不断增加。泥石流发生的主要原因有自然因素造成的,如降水、洪水、地震等,也有人类不合理活动引发的,后者约占80%左右,可能诱发泥石流的人类经济活动主要有以下几个方面。
不合理开挖
为了修建铁路、公路、水渠以及其他工程建筑而进行不合理的挖掘活动。有些泥石流就是在修建公路、水渠、铁路以及其他建筑活动时,破坏了山坡表面而形成的。如云南省东川至昆明公路的老干沟,因修公路及水渠,使山体破坏,加之1966年犀牛山地震又形成崩塌、滑坡,致使泥石流更加严重。又如香港多年来修建了许多大型工程和地面建筑,几乎每个工程都要劈山填海或填方,才能获得合适的建筑场地。1972年一次暴雨,使正在施工的挖掘工程现场共120人死于滑坡泥石流。
不合理的弃土、弃渣、采石
这种行为形成的泥石流事例很多。如四川省冕宁县泸沽铁矿汉罗沟,因不合理堆放弃土、矿渣,1972年一场大雨引发了矿山泥石流,冲出松散固体物质约10万立方米,淤埋成昆铁路300米和喜(德)—西(昌)公路250米,中断行车,给交通运输带来严重损失。又如甘川公路西水附近,1973年冬,沿公路的沟内开采石料使1974年7月18日发生泥石流,使15座桥涵淤塞。2008年8月山西襄汾尾矿坝溃决形成泥石流,造成246人死亡。
滥伐乱垦
滥伐乱垦会使植被消失,山坡失去保护、土体疏松、冲沟发育,大大加重水土流失,进而使山坡的稳定性遭到破坏,崩塌、滑坡等不良地质现象发育,结果就很容易产生泥石流。例如,甘肃省白龙江中游现在是我国著名的泥石流多发区。而在1000多年前,那里竹树茂密、山清水秀。后因伐木烧炭、烧山开荒,森林被破坏,才造成泥石流泛滥。又如,甘川公路石坳子沟山上大耳头,原是森林区,因毁林开荒,1976年发生的泥石流毁坏了下游村庄、公路,造成人民生命财产的严重损失。当地群众说:“山上开亩荒,山下冲个光。”
泥石流的危害
泥石流的特征决定了泥石流的危害方式主要有两种:冲刷和淤埋。它对人类的危害具体表现在如下。
对居民点的危害
泥石流是我们经常会遇见的自然灾害之一,发生的时候经常会冲进乡村、工厂、城镇,冲毁企、事业单位、房屋以及其他的设施。毁坏土地,淹没人畜,有时甚至会造成村毁人亡的灾难。比如,1969年8月,云南省大盈江流城弄璋区南拱发生的泥石流,冲毁了新章金、老章金两村,致使97人丧生,造成的直接损失达百万元。
对水电、水利工程的危害
主要是冲毁引水渠道、水电站及过沟建筑物,淤埋水电站尾水渠,并磨蚀坝面、淤积水库等。
对矿山的危害
主要是摧毁矿山及其设施,伤害矿山人员、淤埋矿山坑道、造成矿山停产,甚至使矿山报废。我国西部山区的大部分矿山存在着不同程度的泥石流威胁或危害。经常发生淤埋矿区、毁坏矿井的现象,导致某些矿产开采比较困难,浪费或破坏了大量的矿产资源。比如贵州的六盘水煤矿、四川的攀枝花铁矿、云南的东川铜矿和新建的神府—东胜煤田,均有大量的泥石流活动,严重威胁或危害着矿产的开采和矿区的安全。
对铁路、公路的危害
泥石流可以直接埋没公路、铁路,车站,摧毁桥涵、路基等设施,使交通中断,甚至还可以使正在行驶的汽车或者火车颠覆,造成重大的人员伤亡和财产损失。有时泥石流汇入河道,引起河道大幅度变迁,间接毁坏铁路公路及其他构筑物,迫使道路改线甚至造成更大的经济损失。新中国成立以来,泥石流给我国的公路和铁路造成了不可估量的损失。
泥石流对农田的危害
泥石流的活动导致泥石流中上流的土地遭到严重破坏,沃土变成了贫瘠的土地,耕地不能种植。泥石流是造成土地侵蚀荒漠化的主要原因之一,下游和土地(包括耕地)遭到泥石流淤埋,就会形成沙砾滩。
泥石流对江河的危害
黄河、长江日益突出的江河泥沙灾害与泥石流活动密切相关。长江三峡以上的泥沙,特别是大、粗颗粒的泥沙,主要来源就是流域内的6800条泥石流沟,无论是岷江、金沙江还是嘉陵江,其中很大一部分都是来自泥石流的互动区,这些江河经过泥石流活动区后,含沙量通常急剧增加。而黄土高原的陕北、陇西、陇东和晋西这四个泥石流的活动区就是黄河泥沙的主要来源。因此近年来,日益明显的“小水大灾”在珠江、长江、淮河均有发生。虽然洪峰的流量相对比较小,但是它的水位非常高,这样洪水的灾害就会很大。导致这种情况的原因的很多,但主要原因是江道淤积。另外一种情况就是“枯水流量锐减,甚至断流”。近几年来,黄河经常会出现这样的情况,特别是西部山区的许多中小型河流,这种现象也比较明显。这里面有很多原因,主要是因为河床淤积变宽,流域生态环境恶化造成的。因此,泥石流的危害,就是它的堆积物流进江河,然后伸展到平原地区,影响到平原的可持续发展。
泥石流对环境的影响
泥石流对山区的农田、村寨、城镇、交通、工矿等造成严重危害,不仅直接影响到人类的生存和环境,而且还影响到淡水、土地、森林和矿产等资源的保护和利用。同时,泥石流把大量泥沙输入江河,加剧了江河的泥沙灾害,并且将泥石流的灾害衍生到了平原。因此对于泥石流的危害,不仅需要调查和研究直接受害者,而且还需要研究对环境造成的消极影响,这样才够全面。越是泥石流灾害严重的地区,这里的生态环境、自然环境、地质环境也越恶劣。例如,云南的小江流域,在200~300年以前,这里是森林葱郁、山清水秀的好地方,但是人类无节制的开矿、伐薪炼铜、开垦荒地严重破坏了当地的环境,再加上松动薄弱的地质岩性条件,泥石流开始发生,发展到现在已经成了我国甚至是世界上生态环境、自然环境、地质环境最恶劣的地区。
产生泥石流的外部因素
泥石流形成所具备的三大条件是一个长期较稳定的地质作用过程,是泥石流发生的内因。但是,受当地周围环境(自然环境、生态环境和地质环境)和人类经济活动的影响,泥石流产生的规模、次数、活跃程度也会不同,这是泥石流产生的外因。以下将具体讨论形成泥石流的三个主要影响因素。
地理环境因素
因为周围环境的不同,虽然条件一样,但是泥石流发生的频率和规模不一样。自然环境、地质环境和生态环境的好坏是泥石流形成的环境要素,但要做到定量分析这些因素就变得很复杂了,因此我们一般通过评价当地环境的优劣,如不良地质现象、森林覆盖情况、水土流失状况来区分环境的差异。
森林植被是陆地生态系统的主体,它生产的生物量达100~400吨/公顷,为农田或草本植物的20~100倍。森林、植被、森林土壤能够形成稳定而且复杂的生态系统,与环境相互影响,相互作用,产生包含对泥石流形成、活动和灾害规模造成的影响等多方面的效应。森林植被对泥石流的影响有正负两方面的效应:一方面是茂密而多层的森林植被促进生态环境向良性转化,从而逐渐削弱泥石流活动,对预防、降低泥石流灾害发挥着重要作用;另一方面是森林破坏致使生态环境恶化,从而加剧泥石流活动,加重泥石流灾害程度。总的看来,森林植被不属于泥石流形成的基本条件,而是重要的影响因素。
首先是森林植被类型的影响,其中以亚热带、热带常绿阔叶林的防护作用最强,针叶林、次生针阔叶林、幼林、疏林等作用效应次之,再就是森林覆盖面积越大,越均匀,它保持水土、防止侵蚀的作用就越强。根据研究测试,森林覆盖率对山坡泥石流有很强的抑制和消减作用。当森林覆盖率大于或等于60%时,能够明显防止片蚀沟蚀。森林覆盖率小于30%时,则对暴雨洪水削减作用不大。据日本试验显示:森林区自然侵蚀量10~100立方米,泥石流冲出的泥沙是1万~10万立方米,相当于森林区1000亩的侵蚀量,且无论汇水面积大小,此值几乎是稳定的。
由于学术界对森林水文效应的认识还存在着不同的观点,因此,对森林植被影响泥石流程度的评价应适当。
一方面森林虽可削减泥石流形成的水体补给量,但其作用也是相对的,当暴雨量特别大或持续时间比较长时,即使在中上游森林茂密的情况下,以暴雨、山洪为动力的沟蚀泥石流仍然会发生。这是由于当暴雨量特别大或持续时间较长时,森林及林下土壤持水入渗能力达到饱和,暴雨会全部转为山坡径流,并汇成强劲的沟谷径流,森林就起不到削减山洪的作用。四川利子依达沟上中游森林植被茂密,全流域覆盖率达81.1%,其中阔叶疏林覆盖面积占全流域面积的66.8%,次生密林达14.3%,部分地段树丛密集,连通行都很困难。但在1981年7月9日一场强暴雨引起山洪冲蚀沟床,形成一次特大型泥石流,造成沟岸大量坍塌,沟床被揭。由此可知,优良的生态环境只能减轻灾害,却不能消除隐患,这就是环境因素的作用。另一方面森林对保持水土、治理大面积水土流失(含治理山坡泥石流)的功效有目共睹,能起到稳定山坡土层,防止侵蚀的作用。不过它在防止重力侵蚀、稳定滑坡和坍塌的方面效果不佳,特别是当中厚层滑坡的深度在3米以下时,森林起不到稳坡作用。所以森林不能阻止滑坡和坍塌向泥石流沟提供松散碎屑物质。
人为因素
人为活动对泥石流的形成、发展和暴发有积极的一面也有消极的一面。
积极方面体现在对泥石流的预防与治理上,现在所说的都是消极的一面。人们为了经济的发展,随意兴修水利、森林乱砍伐、陡坡开荒、开矿、筑路、采石都会对泥石流产生影响,并且随着人口增长,人与土地矛盾突出,这种人为活动的影响越来越深刻地改变着泥石流的发展,呈现不断增强的趋势。例如,四川攀枝花市、泸沽铁矿、江西德兴铜矿、永平铜矿、云南东川矿务局、易门铜矿、个旧锡矿、贵州六盘水市等工矿区域先后暴发过矿山泥石流。据铁路部门统计,全国铁路沿线由于人类不合理开发活动造成的泥石流灾害占1/3。成昆铁路65%因泥石流中断而造成的行车事故中,都是因为不合理的人为活动。外部原因的影响和人为的原因,加速了泥石流的进程,造成了泥石流的发生,导致生态环境恶化,加剧了泥石流的活动。
云南小江流域就是一个很好的例子。在东晋时常璩著的《东川府志》和《华阳国志》中记载,东川出银、铅、铜,自然环境优越,小江两岸,森林茂密,人迹罕至,气候湿热有瘴气。在东川采铜矿是从唐朝开始的,到清乾隆达到了全盛时期。历代的“政铜”“商铜”掠夺式的开采,然后烧炭炼铜。当时技术低下,每炼铜50千克需炭500千克,最高年产800多万千克铜,每年需用炭8000千克,根据记载推算,每年需要砍伐的森林大约是10平方千米,在离我们现在1000多年的时间里,为了炼铜,砍伐了多少树木已不得而知。便到了现在,这里的森林已被砍伐殆尽,变成了一片荒山秃岭。据1983~1984年实地调查,这里是我国泥石流危害最严重的地区,这里的森林面积只有8.88%,这跟泥石流的发生有重要的关系。
水土流失的因素
所谓植物群落,是指一定地段的植物的总体。森林、草丛、灌丛、玉米地、果园等就属于植被的范畴,而一棵树木、一株草或者一棵玉米等只能属于植物的概念。覆盖地表的植物群落总称植被。如果森林死亡,死的不仅仅是树木,而是一个生态系统。根据世界自然保护基金会统计,全球的森林正以每年2%的速度消失,20世纪90年代以来,每年有13万~15万平方千米的热带雨林变成荒地,非洲的热带雨林剩下的没有原来的1/3,如果按照这样的速度消失,我们在50年之后就看不到天然森林了。
森林是陆地生态的主体,各种林产品都有着广泛的经济用途,森林在保持水土、减少洪涝、调节气候、维持全球生态平衡等自然灾害方面,有着极其重要的作用。森林对保护生态环境也起着重要的作用。但是从全球的变化趋势来看,森林破坏仍然是许多发展中国家面临的严重问题,因此导致的一系列环境恶果应该引起人们的高度关注。
自然界中的一切动物都要靠氧气来维持生命,森林就是天然制造氧气的机器。甚至可以说森林就是陆地的摇篮。如果没有森林等绿色植物制造氧气,生物生存将失去保障。
森林可以分泌杀菌素,杀死空气中的细菌,能够阻滞酸雨、降尘,可衰减噪声,还净化大气,所以森林又是消灭环境污染的万能净化器。森林能保护农田,增加有机质,改良土壤;能促进水循环,调节气候,延缓干旱和沙漠化发展;森林能使二氧化碳转化为生物能量,因此森林是自然界物质能量转换的加工厂和维护生态平衡的重要原动力。森林具有美化环境、保护环境及生态旅游等功能。
森林是陆地上最大、最理想的物种基因库。它保存着世界上珍稀的野生动植物,为人类提供大量林木资源,是世界上最富有的生物区,繁育着多种多样的生物物种。
地质历史时期的泥石流活动
泥石流的发生、发展、衰老甚至消失,都受一系列的自然原因和人为原因的影响和制约。它的兴衰与漫长的地质历史相比,是十分短暂的。人们对近期泥石流活动历史经过长时间的研究表明:一次泥石流的活动周期,即一个沟或者区域从泥石流的首次开始到泥石流的再次暴发,是300~500年。就全世界而言,几乎在不同纬度带的山区,都有泥石流发育。人们通过对近期泥石流的形成过程和对地表塑造作用的研究得到启示,探索地质历史时期和人类历史时期泥石流发生、发展以及与当时地理环境的关系,意义重大。
我国,对于古泥石流有两种不同的观点。一部分人认为,某些山区的混杂沉积只是冰川活动的证据;也有一部分人认为,它就是古泥石流的沉积物,是泥石流活动的佐证。对于这个话题的研究,我国才刚刚开始,在世界范围内也不深入。
过去,对古泥石流的研究工作几乎没有涉及,仅注重于现代泥石流的研究。因为冰碛物和洪积物与泥石流堆积物质的剖面结构和物质组成非常相似,在很多的情况下,泥石流跟洪水或者冰水是一起出现的,所以对古泥石流遗迹与古泥石流形成的地理环境的鉴别带来很大困难。因此,现代泥石流的研究对古代泥石流的研究鉴定有一定的局限性,没有很好的把握。不少地质、地理学家把古冰碛物认做古泥石流堆积物,作为冰川堆积的证据。文献史册将那些散落在山麓地带的“漂砾”和“泥砾”作为古冰川的典型堆积物载入。
古泥石流是指在人类社会历史上曾经发生过但早已停止了活动。但是我们依旧可以在某些不是泥石流沟谷的山区里面可以看到残缺的混杂沉积结构台阶。新中国成立以来,我国泥石流工作者通过对广大山区的实地考察得知,散布于山麓地带的巨大“泥砾”或“漂砾”,大都跟泥石流的作用有关。通过近几十年来泥石流痕迹的实地调查以及在四川黑沙河、西藏古乡沟、甘肃火烧沟、云南蒋家沟等十几个定位观测站对现代泥石流的观测表明,泥石流的侵蚀即搬运的过程非常的快,一般只需要几分钟甚至几个小时就可以完成一次泥石流从突然暴发到停息活动的过程,时间虽然短,但是却可以将山外达几十万、几百万立方米的泥沙、石块和巨砾搬移。黏稠的泥石流体包裹着大大小小的石块向山外倾泄,做整体等速运动,具有层流运动的特点。停止的时候,就好像是已经搅拌好的混凝土,没有一点水流出来,依旧保持原来流动时候的样子,这就是典型的“泥砾”堆积;而泥石流搬移的巨大“漂砾”,也散布在山麓地带。现代泥石流的堆积和活动的过程,开拓了人们的眼界,使人们知道,在自然界不仅仅是冰川可以搬运“漂砾”,泥石流也可以。泥石流搬出的“漂砾”往往成堆、成群地聚集在一起,堆积位置均在远离现代冰碛区的山外低平地带。在现代冰碛物、洪积物、冰水沉积物以及稀性泥石流堆积物中似乎不多见“泥砾”堆积,而在黏性泥石流堆积物中则常有发现。云南省的小江流域,有明显的古泥石流活动,是中国现代和古代泥石流活动最发育地区。
小江河谷两岸,泥石流沟密布,古泥石流遗迹到处可见,现代泥石流层出不穷,为人们提供了研究该地区泥石流的形成演化历史、预测今后发展趋势的有利条件。所以很多著名冰川环境学者对这个地区做了专门的考察、调查、测量、样品分析,对古泥石流的分期以及泥石流活动和地质历史时期的沉积物特征做了专门的论述。
泥石流和山体滑坡的区别
泥石流和山体滑坡的相同之处:它们运动的能量都是因为重力。
泥石流和滑坡的不同之处:
(1)滑坡可以是土和水的混合体运动,例如暴雨引起的山体滑坡,也可以是单独的土体运动,也就是说,山体滑坡比一定有水的参与。例如地震引起的山体滑坡。泥石流是沿着沟床或坡面流动的,在流体、沟床或坡面之间存在着泥浆滑动面,但山体中不存在破裂面。
泥石流则必须有水的参与,必须是由土体和水混合的运动过程。
(2)泥石流是山区沟谷中,由暴雨、雪融水等水源激发的,含有大量的泥沙、石块的特殊洪流。它的主要特征是:往往突然暴发,浑浊的流体沿着陡峻的山沟前推后拥,声音巨大,咆哮而下,地面都会震动,山谷就像是有雷在响,石块冲出沟外,在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积,往往给人类的财产和生命带来危险。
(3)滑坡是指斜坡上的土体或者岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响,在重力的作用下,沿着某一个软弱面或者软弱带整体滑行或者向下滑行的自然现象。俗称“走山”“垮山”“地滑”“土溜”等。滑坡是沿着斜坡山体运动的滑移现象。滑坡是某一滑移面上剪应力超过了该面的抗剪强度所致。
泥石流和滑坡也有相同的地方,它们运动的能量都是重力。
泥石流的预防和救助泥石流的预防机构
泥石流应急预案管理
应急预案成立之后必须对它进行有效的管理。首先要对编制的预案进行评审并按正式文件予以签署发布,同时对这些相关人员进行培训和演练,随时准备好对预案的维护和更新。为确保预案的科学性、合理性以及与实际情况的符合性,预案的制定应该按照我国的应急的方针、规章、标准、政策、法律和其他应急预案编制的指南性文件与评审检查表,组织预案的评审工作,获得上级主管部门和政府有关部门以及应急机构的认可。应急救援有关法律法规是开展应急救援的重要前提保障,根据相关的法律规范文件,企业最高行政长官签署发布通过的急救救援预案,应报送上级主管部门、当地政府有关部门和应急机构备案。
预案编制好之后,应该对相关的人员做培训,使他们知道应急资源和责任的划分,掌握标准操作程序等。演练是检测应急管理工作的最好度量标准。通过演练,可以知道紧急预案的缺陷和不足,评估企业重大事故应急能力,进一步识别资源需求和明确相关机构、组织和人员的职责,提高各个不同机构、组织人员之间的协调关系,检查应急人员对预案的了解程度和实际操作技能。同时,也能促进公众、媒体对应急预案的理解和支持。
泥石流灾害的应急响应
泥石流灾害的应急响应主要措施包括分级响应程序、信息共享与处理、通信、紧急处理社会参与、指挥和协调、应急人员与群众安全防护、事件调查分析、检测与后果评估、新闻报道、应急结束等,通过这些措施可以快速有效地阻止突发事件的发生并且防止蔓延。针对不同的泥石流灾害,我们应该有不同的泥石流灾害报警系统,根据它的灾害等级,进行不同的应急行动措施。
(1)应急响应是应急预案中的核心内容。这部分工作主要是在急救过程中明确各人员的主要任务和功能,其中包括人员疏散与安置、通告与通信联络、应急抢险、应急结束与现场恢复等。同时,还应包括完成这些功能的责任部门和相关部门的职责分配及其在应急响应过程的标准操作程序。如果有可能的话,各个应急的功能和措施可以用一个附件的形式将详细的标准操作程序加以说明。
(2)通告与通信联络功能主要包括接警与通知、警报与紧急公告、应急通信和媒体信息沟通与公共关系。
(3)接警与通知是应急响应程序的第一步,这就需要准确地了解事故发生的性质、原因、事件、地点以及伤亡的初步情况,并且需要在第一时间内将这些通知给相关人员。当泥石流灾害预警发布时,应及时启动警报系统,向相应的政府和公众发出通报,同时让公众也了解灾害的性质和保护措施。
(4)定期维护通信设备、通信系统和通信联络电话,在应急救援时建立应急总指挥中心、上级政府之间的通信、各应急部门、现场应急指挥中心、外部应急机构,保证各方的通信网络畅通。媒体信息沟通与公共关系功能负责公众和新闻媒体的沟通,向公众和社会提供准确的事故信息、伤亡情况以及应采取的具体措施。
(5)应急抢险在灾害应急救援中对控制事态的发展起着决定性的作用,主要是针对在灾害性质发生之后,采取的抢险、补救的对策和方法,方便抢救受害人员、转移重要物资和控制事态发展。
(6)应急抢险主要包括指挥与控制、事态监测与评估、应急人员安全、现场医疗救助、现场警戒保卫等。如果发生灾害的周围有人的生命受到危险时,应该将这些人转移到安全的地方,主要包括疏散区域确定、疏散通知方法、疏散位置和疏散路线等。将这些需要安置的人妥善照顾,为他们准备安全的临时住所,还需要保证他们的基本生活需求,主要包括安置场所和人员的服务等。
(7)当灾害现场被控制、灾害被基本消除时,宣布应急响应结束。应急响应结束之后,就应该进入恢复的阶段。现场恢复是指将现场恢复到相对稳定、安全的基本状态。大量的经验教训说明,在现场的恢复过程中,依旧有很大的危险存在,因此在现场恢复的时候,要按照制定的现场恢复的标准操作程序进行,防止灾害再次发生。
泥石流发生的前兆
(1)河床里面正常水位的水突然加大或者是断流,水里面有很多的泥草和树木,这样就可以知道河床上游已经形成了泥石流。
(2)听到来自深谷或沟内的类似火车轰鸣声或闷雷式的声音时,千万要注意,即使是很微弱的声音,你也可以断定是上游的泥石流已经形成,若沟谷深处变得昏暗,伴随着轰鸣声且有轻微的震动感,则说明在沟谷的上游已经发生了泥石流,应该马上离开危险地带。
(3)坡体前部存在临空空间或有崩塌物、坡体上有明显的裂缝、坡度较陡或坡体成孤立山嘴或为凹形陡坡,这些迹象都可以表明这里曾经发生过滑坡或崩塌,以后可能再次发生。
泥石流发生时的现场状况
与洪水等比起来,泥石流因为包含着水和沙石混合物,还有固体粉碎物,所以发生的时候往往有一些特殊的现象。
1.巨大的轰鸣声与短暂的断流现象
很多泥石流刚刚暴发的时候,常常从沟里面传出像是火车出发的声音或者是打雷的声音,地面也会有轻微的震动,有时候在响声之前,原在沟槽中流动的水体突然出现断流的现象。泥石流伴随着响声的增大,似狼烟扑滚而来。
2.强劲的冲刷、刨刮与侧蚀
在沟谷的中上游会有泥石流产生强烈的铲刮冲刷、沟道底床的作用,这样使沟床基底裸露,岸坡垮塌。另外,在中下游的地段会对河岸阶地具有侧蚀淘刷作用,破坏岸边沿线的农田、建筑物、道路交通和水利工程。
3.弯道超高与遇障爬高
泥石流在运动的过程中进攻性很强,它不会顺着沟谷流走,在转弯的时候或者遇到障碍物的时候,泥石流总是直接冲撞河岸凹侧或阻碍物。由于受到了阻力,所以泥石流被迫抛向了天空,有的甚至高达十几米,有时泥石流龙头可越过障碍物,越岸摧毁各种目标。比如,在1991年6月10日北京密云县杨树沟泥石流就是在转弯处的时候以20余米的冲击高度飞越过了阻挡它前进的小土堆,将小土堆另一边的房屋给摧毁了。
4.巨大的撞击、磨蚀现象
运动的泥石流的速度很快,动能特别大。根据研究表明,砾径1米的大石块以5米/秒的速度运动时,可达140吨的冲击力。一些大的工程就是因为泥石流中的泥沙不停地磨蚀表面,使工程丧失了本来作用而报废。
5.严重的淤埋、堵塞现象
在沟内及沟口的宽缓地带,随着坡形的坡度减小,泥石流的速度会突然降下来,大量的泥沙石块就会堆积下来,这样就会阻塞一些目标,如道路、水库、河道、农田、建筑物等。一些比较大的泥石流的冲出物质形成“小水库”后,容易使上流的水分抬高,当这种堤坝决堤的时候,又会对下游造成再次危害。例如,我国四川利子依达沟泥石流冲出山口,将桥毁了之后又在几分钟之内将大渡河拦腰截住,断流达4小时之久,向上游回水5千米,淹没工矿设施等。
6.阵流现象
断流现象主要发生在黏性泥石流中。泥石流从发生到结束,沿途多次出现泥石流洪峰(泥石流龙头),每次出现的时间长短不一样。
泥石流发生时的躲藏地点
(1)找到一个远离山的地方,选择地势相对比较高、平的地方。上方不要有滚石、滚木,不要在发生过泥石流的地方建立营地,下雨打雷的时候不要在山顶或者空旷的地方安扎,防止遭到雷击。
(2)爬山的时候,一定要注意安全,天气不好的话最好不要上山。如果遇到了下雨,一定要赶紧下山。
(3)山上植被好的地方不容易发生泥石流。
(4)不要一个人去爬山,如果遇到了泥石流,一定要躲开水道,尽量往高处爬,找到比较近的平台,也可以去山体的后面躲避。
(5)避难时选择在河谷两岸的山坡高处,不要选择那些土质松软的地带。泥石流的流径一般不会太宽,如果确定河床两岸的土质比较牢固的话,可以在河床两岸的高处地段选择避难。
发生泥石流时应采取的方法
生活区遇到泥石流
(1)如果在生活区遇到泥石流的时候,要马上向与泥石流成垂直方向的两边山坡上爬,爬得越高越好,跑得越快越好,绝对不能往泥石流的下游走。
(2)当处于非泥石流区时,立刻告诉泥石流可能涉及的村、乡、镇、县或工矿企业单位,提醒他们密切关注泥石流的发展变化和趋势。
(3)有关部门应立即组织政府、单位(村、乡、镇)、专家及当地群众参加抢险救灾活动,制订并且实施管理泥石流沟或者是下游沟谷的办法。比如,组织危险区群众迅速撤离或酌情限制车辆和行人通行等。
(4)选择避难场所的时候要选择平整的高地作为营地,尽可能避开有滚石和大量堆积物的山坡下面,不要在山谷和河沟底部扎营。
(5)密切关注该泥石流灾害可能引发某种生命线工程(如发电厂、通信设施、渠道、水库、铁路、公路等)的次生灾害甚至第三次灾害。例如中断交通、爆炸、房屋倒塌、火灾、洪水等。
(6)建立观测站(网)进行长期动态监测,随时掌握灾情的发展变化,做出判断。特别要注意泥石流具有阵发性、间歇性等特点。
山区旅游遇到泥石流
如果在山区旅游时,遇到了泥石流,一定不要惊慌失措,要采取下面的措施避难:
(1)应立即逃逸,选择最短最安全的路线向沟谷的两侧或者高地上跑,千万不能顺着泥石流的方向跑。
(2)不要停留在坡度大,土层厚的凹处。
(3)不要上树躲避,因泥石流可扫除沿途一切障碍。
(4)避开河(沟)道弯曲的凹岸或地方狭小高度又低的凸岸。
(5)不要躲在陡峻的山体下,因为这些地方可能会有坡面泥石流或崩塌的灾害发生。
(6)白天降雨较多后,晚上或夜间密切注意雨情,最好提前转移、撤离。
(7)长时间降雨或暴雨渐小之后或雨刚停不能马上返回危险区,因为泥石流常滞后于降雨暴发。
(8)游客切忌在危岩附近停留,不能在凹形陡坡或危岩突出的地方避雨、休息和穿行,不能攀登危岩。
(9)人们在山区沟谷中游玩时,切忌在沟道处或沟内的低平处搭建宿营棚。
泥石流中的自救
1.什么地方可以躲避泥石流
温馨提示:
最好的躲避场所——安全的高地。
自救互救要领:
发生泥石流的时候躲避到离发生地比较远的高地上。
一定要注意:
不要站在泥石流旁边看。
不要躲在河谷边的大石头上。
2.如何选择临时避灾场地
温馨提示:
提前搬迁到安全地带。
自救互救要领:
避难场所一般选择在泥石流地区的两侧外围。
在保证安全的情况下,离居民区越近越好,这样水电方便。
一定要注意:
不要将避难所选在泥石流的上坡或者下坡。
不要不经考虑,从一个危险地方搬到另外一个危险地方。
3.在野外如何防止遭遇泥石流
温馨提示:
下雨时不要在沟谷中停留或行走,一定不要在沟谷旁边工作。
自救互救要领:
一旦听到连续不断雷鸣般的响声,立刻向道路两侧转移。
先观察,再穿越沟谷。
去野外劳作前要了解、掌握当地的气象趋势及灾情。
一定要注意:
不要刚下过大雨就在野外活动。
不要下了雨之后到山野河里面戏水、玩耍。
4.发生泥石流后应该怎样做
温馨提示:
不要闯进泥石流发生区域寻找钱财。
自救互救要领:
马上帮助救助其他人。
不要返回刚刚发生过泥石流的地方。
泥石流发生之后确定安全才可以返回房屋。
一定要注意:
不要泥石流一停止就回家检查情况。
5.泥石流来临时怎样逃生
温馨提示:
向与泥石流成垂直方向的两边山坡上爬,跑得越快,爬得越高越好。
自救互救要领:
立刻向河床两岸的高处跑。
来不及奔跑时要就地抱住河岸上的树木。
一定要注意:
不要往泥石流的下游跑。
不要顺着泥石流的方向跑。
6.野外露宿时如何避免遭遇泥石流
温馨提示:
一定不要在山谷和河沟底部露宿。
露宿的时候避开有大石头和堆积物的山坡。
可以选择在相对平整的高地露宿。
一定要注意:
不要在山谷中露宿。
千万不要在大量堆积物的地方避风、休息。
不要在河滩上休息。
7.泥石流发生后,食品不足、水源污染了怎么办
温馨提示:
千万不要喝污染的水。
自救互救要领:
食品不够的时候,少吃点保持生命就行。
寻找一些能吃的食物并寻求救援。
可以收集雨水喝。
一定要注意:
不要喝污染的水,那样容易中毒。
不要坐着等食物出现。
8.泥石流过后,如何面对矗立的房屋
温馨提示:
仔细检查房屋是否稳定、安全。
自救互救要领:
在重新进入之前,检查屋里面的水、电、煤气是不是完整无损。
检查管道、电线有没有故障。
一定要注意:
不要没检查就直接走进屋里。
9.抢救被泥石流掩埋的人和财物时应注意什么
温馨提示:
要从泥石流的侧边开始挖掘。
自救互救要领:
先救人再救物。
一定要注意:
不要从泥石流的下缘挖起,这样容易加快泥石流的发生。
不要只管自己,不管他人。
10.如何选择撤离路线
温馨提示:
最好在地质专家考察后,选择正确的路线,再进行撤离。
一定要注意:
不要慌不择路,进入危险区。
不要不听从安排,自己选择路线。
泥石流发生后注意事项
泥石流和水灾后易出现疫情,灾区群众应注意预防传染病。注意饮食和饮水卫生,养成良好的生活习惯是预防传染病的关键。灾区群众要把好“病从口入”关,不要喝生水,饭前便后要洗手,不用脏水漱口或洗瓜果蔬菜,不要食用发霉、腐烂的食物,淹死、病死的家禽家畜要深埋,掌握“勤洗手、喝开水、吃熟食、趁热吃”的防病口诀。
同时要注意搞好环境卫生,不要随地大小便,及时清理粪便和垃圾,不能直接用手接触死鼠及其排泄物。此外,室外活动时要尽量穿长衣长裤,扎紧裤腿和袖口,防止蚊虫叮咬,暴露在外的皮肤可涂抹驱蚊剂。灾区群众要积极配合卫生防疫人员的消毒工作,在外劳动时应注意防止皮肤受伤。
泥石流灾害的救灾系统
减轻泥石流灾害的措施可分为两种:非应急性措施和应急性措施。
非应急性的措施
(1)工程设施:以顺坝、挡墙、护坡、丁坝来取得防护、排导、拦挡及跨越等功效的工程建设,主要是为保护危害对象。例如,急流槽、排泄沟、渡槽和导流堤等工程的建设可以改善泥石流的流向与流速。修建的储淤场、拦沙坝、截流工程等是为了控制、拦截下泄物,削减泥石流的冲击能量。
(2)避让措施:在泥石流发育分布区,首先要查明泥石流沟谷及其危害状况,才能对工矿、村镇、公路、铁路、水库、桥梁进行选址,对旅游进行开发,尽量避开可能造成直接危害的区域和地段(如泥石流沟的中、上游段及沟口,河道弯道外侧,主支沟交汇地区的低平处,靠近河床的低缓阶地或坡脚处等)。若实在无法避开,应修建防护工程或采取其他措施。
(3)生物措施:这是最应该提倡的方法,这种方法也是一种长期的有助于减缓泥石流形成的措施。前面我们提到生态环境好可以减少泥石流的发生,即使发生了也能达到减轻危害的目的。主要方法是退耕还林、封山育林、固结表土、保持水土。
(4)综合防治措施:综合措施就是将多种措施结合对小流域的泥石流进行防御和治理,从而达到减少灾害的一种方法。
(5)开展泥石流的预测预报工作:这个工作主要是从时间、空间两方面同时入手的一种措施。时间上分为短期历时预报和中长期历时预报。空间上是指对泥石流发育程度和规模进行危险区域的划分。危险区域根据地貌、降雨、地质等条件划分为一般危险区、中等危险区和高度危险区三个层次。
应急性措施
调查研究表明每年的7月至8月是泥石流易发时段。因此每到这个时间都要做好相应的泥石流应急避防措施。首先要避开泥石流危险地,在泥石流发育地区做好泥石流到来之前的防范措施,并且采取必要的躲避手段,比如进行搬迁、建立防护等。除此而外,还要提前做好应急部署,对一些受到泥石流危害严重的村镇、学校和工矿要做好防范工作,主要包括:
(1)普及泥石流知识。北京的北山是泥石流易发区域,当地政府根据当地实际情况总结了一套泥石流应急防范措施及方法——三包四落实。
因此应该提将泥石流的相关知识普及到位,做好模拟演习,使人们在遇到危险的时候可以临危不惧,沉稳执著。
(2)预防为主。泥石流的多发时间是夏汛暴雨期。这个时间段,刚好也是人们去山区游玩避暑的最佳时间,因此,在进入山谷之前,一定要收听当地的天气预报,如果有强降雨或者是连续几天下雨的情况一定不要去山谷旅游,避免遇到泥石流。
(3)选择附近安全的地带修建临时避险棚。如较高的基岩台地、低缓山梁等都可作为选择的地点。切忌建在下游河道拐弯的凸岸或凹岸端边缘、较低的阶地、沟床岸边台地及坡脚。
泥石流发生在暴雨之后,因此在强降雨或者雨水减小时一定不要马上回到危险区。例如,1991年6月10日北京密云县降雨一天,晚20时许雨停,村门口的部分村民返转回家,就在这个时候,泥石流突然降临了,袭击了这个村子,导致5个人丧失了生命。而且黏性泥石流具有阵流特点,当人们以为灾情已经发生完之后,便放松了警惕,这时候就会造成不必要的损失。所以我们要密切关注泥石流动向,待完全确认泥石流不会发生或泥石流已全部结束时才能解除警报,返回家园。
(4)不可存侥幸心理。白天下雨或者持续降雨,到了晚上的时候一定要注意,时刻关注着降雨量和泥石流的前兆,随时做好预防泥石流的准备,最好提前离开,不能存侥幸心理在室内就寝,蒙头大睡。
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