水利工程論文-泥石流入匯對主河演變的影響摘要：本文綜合分析了泥石流與主河相互作用時，產沙量、顆粒組成、交匯角及主支流量比等各種因素對主河演變的影響。關于泥石流對主河的影響目前的研究還很少，遠沒有達到定量的水平。本文也只是一種定性的分析，從相關的資料出發，通過適當的分析推理，闡述各種因素對主河演變的影響效果。文章還根據各作用因素的作用效果，提出了幾點治理意見。關鍵詞：泥石流；顆粒組成交匯角主支流量比基金項目自然界中河流總是不斷地進行調整，使其與來水來沙條件相適應。這種調整有時表現為斷面形狀的改變，有時則表現為縱坡的變化，外界條件變化劇烈時，還可能表現為河流形態的改變。按照描述河流達到穩定狀態的河相關系方程，河流的平衡狀態主要與多年平均流量Q、多年平均含沙量S、懸沙中值粒徑d50和河流相對可沖性參數m1/Dm1/2(m1為穩定邊坡系數、Dm為床沙中值粒徑)有關1。可見河流來沙量及來沙組成對河流穩定的影響很大。發生在山區的泥石流驟然間將大量包含各種粒徑（尤其是大尺寸顆粒）的泥沙輸入主河，在短時間內改變主河水沙組成及局部邊界條件，對主河水沙特性、運動特性及演變規律等都帶來深遠的影響。下面分別從幾個方面對泥石流的這種影響作一簡要分析。1泥石流沙量對主河演變的影響泥石流是山坡上松散固體經雨水等因素激發而產生的一種高含沙流體。泥石流發生地坡度一般較陡，通常在10以上2。由于堆積物中分散著大量粒徑小于0.1mm的粘性顆粒，對水流的粘性產生了顯著的影響，大大減小了粗顆粒泥沙的沉速，使其具有較大的挾沙能力。這種高含沙流體具有強大的沖刷能力，大大增加了進入主河的沙量。進入主河以后，由于坡度變小，泥沙發生嚴重的淤積，使河流斷面展寬，河漫灘發育，在相當長的區段內河流向平原化發展。以云南東川蔣家溝為例，1965年爆發的泥石流最大流量達1000m3/s以上。最大一次泥石流總量達31.6萬m3,全年沖下來的固體物質約450萬m33。協流域除蔣家溝外，還有多條較大的泥石流溝，其固體物質儲量和輸送量如表1所示。表1協流域各主要泥石流溝固體物質儲量DepositionquantityofmaindebrisflowgullyofXiaojiangRiverbasin溝名流域面積(km2)固體物質儲量(萬m3)年輸送量(萬m3)蔣家溝45.174800250500大橋溝53.115000300老干溝7.7113014.5大白泥溝18.6577078小白泥溝12.5477038小江干流兩側共有大小泥石流溝幾十條，每年向協輸送固體物質二、三千萬立方米，如此大的沙量嚴重超出了協的搬運能力，造成主河的淤積。協屬于山區性河流，而河漫灘卻非常發育。過去協河寬不過一百米左右，現在普遍展寬達200m左右，一些區段更寬達600m以上4。同時隨著河床的不斷淤高，河道遷徙多變，枯水期水流散亂，主流擺動不定,河流屬于游蕩型,河勢變化迅速,有些區段甚至一天數變。2泥石流堆積物組成特征的影響對于主河的演變,邊界條件的影響作用很大。對于山區性河流，由于河流縱坡陡，河流挾沙能力大，而邊界一般由堅硬的基巖組成，所以通常沖淤變化很微弱5。但由于泥石流這種特有的輸沙現象,極大地改變了主河的沖淤過程及邊界阻力條件,進而影響主河的演變。對于山區河流，由于沙以下泥沙顆粒通常屬于沖瀉質范疇,山坡上沖蝕下來的泥沙一般很少在河段內落淤，所以一般山區河流淤積現象不嚴重。但由于泥石流所特有的搬運大顆粒物質的能力，其輸沙組成中大顆粒含量特別高。進入主河后，這些大顆粒很難再繼續運動，常就地落淤，造成河道淤積。表2列出了協流域各主要泥石流溝堆積物的組成6。表2堆積物顆粒級配含量(%)Gradingcontentsofdebrisflowdeposits類型溝名粒徑(mm)10010040401010220.50.50.10.10.050.050.0050.005稀黑沙溝12.9520.3432.5817.964.811.611.246.801.74性喜家小河15.9414.6627.6519.426.242.222.027.574.26泥老干溝/16.1446.5722.364.854.791.471.931.57石小海河/35.7740.9714.110.793.011.422.481.51流蔣家溝/3.8530.1340.323.168.2210.312.601.39黑沙溝15.946.7620.5926.1911.705.183.078.242.29拖灘溝/11.4945.3926.413.166.252.223.012.47小白泥溝/1.6818.5250.863.188.878.092.606.24粘大白泥/21.0440.104.2812.916.227.517.99溝性銅廠菁溝/28.2442.704.1612.406.021.874.65泥黑水河溝/4.6449.9119.948.674.901.535.205.13石小海河/26.1622.016.998.2915.139.1712.22流深溝1.6515.9333.7515.124.5210.984.616.544.88蔣家溝/15.9137.5731.571.254.560.914.094.10豆腐村溝/8.9857.0617.085.463.021.785.284.48太平村溝/42.9725.267.254.421.355.823.96幸福村溝/19.5532.8918.6617.346.045.52由表2可以看出，泥石流堆積物中粒徑超過2mm的含量普遍在60%以上，超過10mm的一般也在40%以上，這樣大的顆粒在水流作用下通常都很難起動。即使在洪水期被帶動輸向下游，也很容易重新淤落，造成主河河床的淤積，使河床抬高。協有些區段河床平均每年抬高25cm以上,這與來沙組成過粗是很有關系的。另一方面，由于分選作用逐漸產生床沙粗化，增大了河床阻力，為滿足主河輸沙要求，主河床縱向比降必將逐漸增大。這將引發一系列其他因素的調整。3入匯角、泥石流流速及主支流量比的影響兩股不同方向、不同流速、不同流量流體的相互摻混常會在交匯口附近一定區域內產生回流，回流區內流速降低泥沙沉積，形成堆積體。回流區的尺度與支流入匯角大小、支流流速及主支流量比密切相關。據調查，泥石流入匯主河一般有三種形式，銳角入匯、直角入匯、鈍角入匯，尤以前兩種形式為多見。如圖1所示。三種情況下、泥石流與水流作用形式不同。對于情況(a),主河水流將對泥石流發生推動作用，增加了泥石流順河向的動能。圖1泥石流與主河交匯形式ZFormofjunctionbetweenmainriveranddebrisflow使泥石流體被推向下游，其所形成的堆積體體積自然就較小，對水流的阻礙作用小。(b)、(c)兩種情況則恰恰相反，泥石流出溝口后順河向流速分量為零,甚至為負值，無疑增加了泥石流物質在溝口的堆積時間，加強了阻水能力，其所形成的堆積區也相對較大。在堆積體作用下，水流流路束窄，并彎向對岸，在對岸產生局部沖刷，將危及對岸的安全。同時由于卡口效應將引起上游水位升高，流速變緩，泥沙淤積，對防洪和河道穩定都是不利的。泥石流與主河流量對比關系與入匯角度的影響具有相似性。泥石流流量小時，溝口堆積物被主河帶向下游很難聚積，則形成分離區小，對上下游影響也就小。當泥石流流量相對很大，超出主河搬運能力時，形成的堆積區也就大。極限情況下，堵江阻水，則其影響就更加突出了。如1957年7月2日，大白泥溝泥石流堵斷協一小時，水位升高6.5m，此后河床被淤高近2m4。目前，關于泥石流與主河交匯的分離區的研究很少。對于主、支水流交匯分離區尺寸與入匯角和主、支流量比的關系7，如圖2所示?？梢娺@與前面的分析是一致的。隨流量的增加和入匯角度的加大，分離區縱、橫向尺度都將加大。對于泥石流入匯，由于泥石流特有的高容重物質和所具有的較大的慣性作用，很難與水流混合。清水水流所出現的分離區形式也就是我們所說的堆積區。圖2支流入匯分離區尺寸與入匯角和主支流量比的關系Relationshipbetweenmaximumseparationzonedimensionsandratiooftributarytomainriverdischargeandjunctionangle由于泥沙的沉積，抬高了交匯口處的基面，進一步降低了主河的作用能力，在尺度上，堆積區要比清水交匯的分離區為大。泥石流流速的影響也是一個不容忽視的問題。流速沿橫斷面分量的大小，實際決定了中等以下粒徑顆粒的運動軌跡。入匯速度小時，這些相對較小粒徑可能直接被主河帶往下游較遠區域或直接在溝口側回流區內就地沉積。當泥石流流速過大，而主河斷面相對較窄時，在慣性作用下，泥石流有可能直接沖向對岸，在對岸淤積成和前述情況相對的對岸堆積體，使主流迫向溝口一側。這一方面保護了被沖刷、淘蝕的對岸，另一方面又產生對老堆積區的沖刷。泥石流沖向對岸情況下，河道局部范圍內沖淤部位都將發生改變，對河道演變的影響一般都是很強烈的。4各支溝相互作用的影響單一泥石流對于主河的影響，一般來講只在局部范圍內起作用。在溝口上、下游相當長度以外，其對主河形態的影響越來越小。但當河流兩側有多條泥石流溝存在時，各支溝對主河的聯合作用，其效果更明顯，對主河演變的影響作用更大，有時甚至完全改變了主河河型。圖3各支溝聯合作用下主河演變示意圖Sketchmaptoevolutionofriverbythecombinedactionofdebrisflow還是以協為例，其兩側有大小支溝50多條，沿河交叉分布，不斷伸向主河，擠壓主河水流，束窄流路。主河在堆積區間迂回穿行，形成彎曲型河流，如圖3所示。5減輕泥石流入匯不利影響的對策泥石流作為一種驟然發生的災害現象，與主河作用的時間短暫，但其對主河造成的影響卻是深遠的。目前要從根本上治理泥石流還不可能，這里擬就前文中提到的各因素，談幾點治理意見，希望對減小泥石流對主河的影響有所助益。(1)固土防沙：水土保持，減少松散固體物質儲量，降低侵蝕模數，可減少泥石流產沙的影響。(2)支溝上適當間距修筑與支溝成一定交角的擋土設施：改變泥石流的流向，增加流路長度，消減泥石流能量，有利于大顆粒物質的沉積，從而減續入主河泥石流的粒徑尺寸。(3)改變溝口處泥石流流向：修建側向導流設施，使入匯泥石流在主河作用下更易被帶向下游。(4)各支溝間隔治理，緩解其聯合作用。參考文獻1俞俊。平原河流河相公式的推求和應用。人民長江，1982(3)。2王明甫主編。高含沙水流及泥石流。水利電力出版社,1995年9月。3張有富。蔣家溝流域森林植被與泥石流。山地研究,Vol.5,No4,1987,pp.213216.4陳循謙。泥石