余雷
1.水毁灾害的危害
长距离输气管道敷设长度经常几百上千公里,沿线地形地貌、地质条件、水文气象条件千变万化,河流纵横,加之管道建设条件复杂,工程施工不可避免地会大面积扰动地表,改变原始环境的稳定性。因此管道经常因溪流和洪水冲击、坡体滑动、冲沟、河床下切、河流改道而导致管道受力、整体变形、失稳、悬空甚至裸露,这些管道灾害统称为水毁灾害。
我国最大的“西气东输”管道工程,长度4200公里,一、二線工程干支线加上境外管线,长度达到15000多公里,这不仅是国内也是全世界距离最长的管道工程。我国属于地形气候较复杂的国家,管道的运行过程中管道的水毁灾害不可避免。运行沿途的地质条件变化大,灾害种类多、成因复杂、范围广,所导致的管道事故又极易诱发严重的次生灾害,其直接和间接损失往往比其他类别的事故更大。在所有长距离输气管道的环境地质灾害中,水毁灾害是经济损失最严重、人口伤亡最多和社会影响最大的自然灾害之一。
由此可见,为能够保证输气管道能够正常、安全、有效地运行,对输气管道的水毁灾害类型研究并实行相应的防治措施就显得极其重要。
2.国内外研究现状
2.1国外研究现状
国外对水毁灾害的研究发达国家处于领先地位,例如欧洲国家,境内水系发达,水毁频繁发生,对于水毁灾害的研究开展的较早。其中以俄国为最早(泥石流,始于1859年),内容较广,规模较大,体系也较完善,成果较丰富,处于领先地位。阿尔卑斯山区国家奥地利、法国、意大利和瑞士等,开展研究比较早,取得了不少成果,特别是在工程建筑物结构和森林土壤改良措施等方面比较突出。日本1966年开始进行泥石流观测和定点研究。起步晚,但发展快,在世界泥石流研究中占显著地位。美国尽管早在1897年就有报道,但较多的研究是从上世纪60年代才开始,现在正处于蓬勃发展时期。
2.2国内研究现状
我国国内系统研究水毁灾害开展的比较晚,建国前虽然山区人民有着与水毁灾害长期的斗争经验,但在系统研究水毁灾害方面几乎是空白,因此这个阶段的技术成果也比较少。到上世纪50年代初期,随着山区经济建设的需要和大批归国学者以及在前苏联专家的帮助下,我国水毁灾害研究才逐渐开展起来,先后有中国科学院、铁路、公路、水利、矿山、城镇、农业、地质和高等院校等十余个部门以及一些地方单位开展了水毁灾害特别是泥石流的调查研究和治理,定点观测,模型试验和防治实践。在短短的20余年里,也积累了丰富的水毁灾害资料,初步掌握了我国水毁特别是泥石流灾害的分布、形成、运动和发展规律,并结合我国的实际情况摸索出了一些行之有效的防治和利用水毁灾害的方法。
从国内的情况情况来看,七十年代我国的早期管道集中在东北平原,水毁问题较少,对其防治措施的相关类研究较少;在七十年代末建设的马惠宁管道在运营过程中遇到了严峻的水毁问题,使运营单位逐渐认识到了管道水毁灾害防治措施的重要性。
3.埋地管道水毁灾害的基本类型
对于埋地管道工程(包括标识、巡线道路等辅助工程)而言,从其损毁方式(裸露、悬空、淤埋、断裂等)看,其水毁灾害类型应该是涵盖了水毁灾害的主要类型,如坡(路)面冲刷侵蚀、沟(河)床下蚀及岸边侧蚀坍塌、泥石流等;从广义上讲,同时还应包涵与水文现象直接相关的山体崩塌、滑坡、黄土湿陷、溶岩溶蚀等地质灾害。但从目前“西气东输”输气管道工程(山西段和宁陕段)运行期间造成裸露悬空水毁根本原因的情况看,埋地管道水毁灾害在成因类型上可分为坡(路)面冲刷侵蚀、沟(河)床下蚀及岸边侧蚀和黄土湿陷(潜蚀)等三大类型。
3.1坡(路)面冲刷侵蚀水毁
坡面水毁主要是坡面水力侵蚀所引起的。而坡面的水力侵蚀能力主要取决于雨强雨量、坡面坡度、土壤类型、植被覆盖以及坡长和人为因素。其中前三者和人为因素对管道水毁的影响最大。按照地形地貌特点,坡面水毁可以分为荒坡水毁和台田地水毁两种类型。
(1)荒坡水毁
在我国北方特别是西北及华北部分地区,分布着大面积的荒坡(山坡植被稀少),且属干旱半干旱气候,年降水量虽然不高(年均降水量多<400mm),但由于降水时间集中(7~9月份),降水的暴雨发生率较高。
受暴雨影响,荒坡产流量较高,而又由于上坡的来水来沙,下坡的土壤侵蚀也愈加强烈,除暴雨溅蚀、面蚀外,细沟侵蚀十分发育。由此造成这些地区特别是黄土地区沟壑纵横,坡面冲沟发育的地貌景观。其中,细沟侵蚀对管道的危害是最大的。
当坡面坡度较大且有集流条件(如土路、管道埋设处)时,在叠加黄土湿陷作用后,细沟侵蚀作用表现得异常活跃,常常造成管道工程的坡面水毁。
(2)台田地水毁
台田地水毁一般是发生在人类经济活动相对集中的地区,在黄土丘陵地区尤为突出。从其发生的具体部位和形成原因上看,主要包括沟渠侵蚀和黄土湿陷(陷穴)两种基本类型。
1)沟渠侵蚀
沟渠侵蚀包括坡面细沟侵蚀和渠道侵蚀两种形式。
① 细沟侵蚀。由于降雨特别是暴雨大暴雨,地面汇流中的一部分因其供水量超出入渗量而发生沿坡面向坡脚的流动。在其流动过程中,由于坡面的凹凸起伏、坡面岩土性状以及植被覆盖情况等差异,因坡流所具有的势能,使得坡流产生向坡下快速排泄的要求,这是一个势能转化为动能的过程,这样就使得坡流在其流动过程中具有一定的侵蚀(产沙)能力和携带能力,从而产生了天然的坡面细沟。这种情况在西气东输天然气管道的山西段和宁陕段有着突出的表现。从细沟侵蚀发生的具体部位上看,主要是集中在台田地的田埂附近和坎前坡脚。
A.田埂附近。坎前的岩土性状与自然坡体相比已经有了很大变化。多数梯田的坎前部分为填土,其自身的岩土性质就与天然土体有很大的不同。在坡流沿坡面流动中,在坎前的田埂处极易积蓄,而由暴雨产生的雨蚀又极易在较为松软的田埂上溅蚀出凹槽,使得积蓄在田埂处的雨水,能够沿着这个凹槽快速向坡下继续汇流。
随着在凹槽内坡面水流的流动,不断带走细粒物质(土壤)而使得凹槽也在不断扩宽加深,从而造成布设在台田地田埂附近的管道埋深变浅,特别是在黄土地区由于叠加了潜蚀作用甚至会发生管道的外露。
B.坎前坡脚。在台田地坎前坡脚附近,由于台田地坡面局部出现反坡,导致坡流朝着坎前坡脚反向流动,当与上坡来水来沙汇合后,坡流的流量急剧增大,从而导致坡流的流速也急剧上升,极易沿着坡脚处的凹槽特别是沿管线形成细沟侵蚀,而在黃土地区因叠加了潜蚀作用使得这种台田地水毁的表现也异常突出。在2007年7月30~31日山西境内普降暴雨时,多处台田地坎前坡脚附近出现湿陷,乃至管道裸露。
黄土因垂直与柱状节理发育使得降雨条件下的潜蚀作用十分突出。坡面汇流在管道埋设处也会因为覆土的密实度不够而导致在降水条件下出现凹坑,最终沿管线出现线状的陷穴,导致埋地管道的裸露和悬空。当然,这种情况可能发生在梯田的挖方和填方的交界部位。
② 渠道侵蚀。由于经济的发展,一些过去靠天吃饭的地区,现在已经发展成为了提水灌溉。同时一些梯田由于排水的需要,在坎前坡脚处布设了截(排)水沟。这些沟渠在暴雨期间将地面汇流集中排往坡下。而这些沟渠绝大多数没有进行防渗处理,因此在集流向坡下排泄过程中,因水流速度快而产生较为明显的下蚀作用,而在黄土地区这种下蚀叠加潜蚀作用后极易出现陷穴,从而导致管道工程水毁的发生。
2)黄土湿陷(陷穴)
这种情况在黄土地区道路两侧排水设施或因过流断面设计偏小造成漫溢,或因路面集流变坡处易于积蓄,或因排水沟防渗效果不佳也出现多处陷穴,造成管道裸露和排水设施损毁。
根据2007年8月对西气东输管道山西段和宁陕段的现场调查,造成排水设施的损毁多数是因为地面集流漫溢导致排水设施地基发生湿陷造成的。
3.2河(沟)床下蚀及岸边侧蚀
河(沟)道的侵蚀作用按照其作用方向包括床面下蚀和岸边侧蚀。对于穿河(沟)以及河(沟)道附近的管道工程而言,河(沟)道的侵蚀作用是造成其水毁破坏的主要原因。
(1)床面下蚀
受重力作用的影响,水流在其流动过程中,始终保持着对其流经的水下部位向下切割的趋势。而在暴雨引发的洪水期内,由于河(沟)道内的径流不但流量骤增,而且其流速也急剧增大,特别是在洪水中挟带的泥沙石块而使得对床面的下蚀更加强烈,切穿管道覆盖土层,导致穿越管道盖层、硅管遭到破坏,管道裸露甚至悬空。
特别需要注意的是,由于河(沟)道上游发育有大量的泥石特别是石块(漂砾级),受具有强大动能的洪水挟带,将直接高速撞击管道,不但造成管道盖层、防腐层的破坏,还有可能直接造成管道断裂而发生重大的事故。
(2)岸边侧蚀
河(沟)道中的水流并不是总是直线流动的。在河(沟)道弯曲处,水流受河(沟)道限制而产生凹岸超高,由此产生横向环流。横向环流的存在,导致河流两岸水流作不均衡的流动,由此产生向河岸两侧的侵蚀作用(侧蚀)。在这种侧蚀的作用下,河岸出现摆动以求达到新的平衡。当然,在实际中,河流凹岸的一侧为侵蚀,作为凸岸的另一岸一般表现为堆积。而对于管道工程而言,危害最大的当属遭侵蚀作用的一岸。河水特别是洪水对河(沟)道岸边侵蚀(掏蚀),造成坍岸,进而河岸后退,可以直接造成岸边埋地管道裸露甚至悬空。
山西段2007年7月30-31日的暴雨引发了洪水,由于河水流速流量骤增,河水在EHMG054+240河道弯曲(凹岸)处的冲刷与掏蚀,冲毁护岸挡墙约150m,河岸后退7~10m,造成穿河管道裸露。
在一些没有布设护岸工程的地段,因河床摆动造成坍岸情况也相当严重,直接威胁着管道工程的安全。
在河岸发育有滑坡的地段,因河流的侧蚀作用破坏坡脚,同时在持续降雨条件下破坏滑坡体的平衡条件,必然导致滑坡体再次出现蠕动,甚至滑动而威胁管道安全。
3.3泥石流
在西气东输管道途径的山区、丘陵区时,不可避免地要遭受泥石流灾害的威胁。泥石流的爆发首先是要有充足的水源,二是河(沟)道要有足够的坡降,三是在泥石流的形成区(即沟道上游)要有足够的松散固体物质。而在我国北方特别是西北、华北部分地区的山区、丘陵区,上述三个条件都容易满足。同时,由于人类的经济活动,如陡坡垦殖、建筑垃圾与筑路采矿弃渣的不合理堆放等,都可能对泥石流的形成产生影响。
山西境内2007年7月30~31日普降的暴雨,管道沿线多条溪沟爆发泥石流,造成顺沟布设的管道盖层变薄,甚至裸露。在溪沟的弯道部位特别是沟道中堆积的弃渣使得沟道变窄,由于泥石流的流速、流向发生变化,极易削薄盖层甚至使管道裸露、悬空,造成对管道的直接冲刷和撞击。
3.4黄土湿陷
西气东输管道长距离穿越黄土丘陵区(宁陕段和山西段),由于黄土自身具有的特性,在暴雨条件下造成该区段的管道水毁相当严重,由黄土湿陷引起的管道工程(含伴行线)水毁灾害直接表现为陷穴造成的管道裸露、悬空和路面塌陷。
(1)因陷穴造成的管道裸露、悬空和管道两侧的排水设施损毁
当降雨条件和地形条件有利于产生细沟集流、坡面积蓄时,黄土湿陷特性的表现极为明显,由黄土特性和水力条件共同形成的黄土陷穴也异常发育,由此造成埋地管道的裸露、悬空,特别是沿管线出.现的带状分布或串珠状分布的陷穴对管道安全性和完整性的威胁更大。
(2)因陷穴造成的伴行线路面塌陷
黄土陷穴对管道伴行线路的危害在山西段和宁陕段也表现得十分突出。其主要形式为道路两侧排水设施损毁和路面塌陷。
3.5由暴雨、洪水引发的其他类型
在降水尤其是暴雨过程中,对于西气东输管道途径的山区、丘陵区,除了要遣觉坡面冲刷、河流侵蚀、泥石流和黄土湿陷等致灾外,要可能会遭受由暴雨、洪水引发的其他地质灾害类型的破坏,如滑坡、山体(坡)蠕动、崩塌等。当然还有在盐渍土分布地区的盐渍土的膨胀与腐蚀问题,溶岩分布地区的岩溶问题等等。
4.埋地管道水毁破坏的基本形式
(1)管沟沉降和塌陷
1)管沟沉降主要是由于盐渍土地基遇水产生冻胀作用和松胀作用引起
此类破坏作用存在于土质大量盐碱化的地区,例如新疆、甘肃和宁夏等省。此地段的管道主要埋设于我国西北广泛的大陆性气候区,此地区干旱多风,降雨稀少,蒸发强烈,蒸发量为降雨量的5~10倍以上,是我国最干旱的地区。此地区上部土层主要由粉质盐渍土组成,土壤表层松散有盐壳,植被稀少。由于溶陷性的盐渍土地基一旦浸水后,因土中的可溶·盐的溶解,结构强度的丧失,使地基承载力下降并产生较大的沉降,不均匀的浸水导致不均匀的地基沉降,地基沉降后,又造成地势低洼,积水,盐碱化加强,形成了恶性循环。由于季节性积水,粉质盐渍土在饱和状态下可成流塑态,使管道有浮管漂管的可能。
2)管沟塌陷主要是由湿陷性黄土地基和流水侵蚀共同作用下形成
西气东输管道工程的此类破坏主要存在于富含湿陷性黄土的黄土高原,此地段的管道主要埋设于黄土、黄土状粉土等第四纪地层之中,由于土体结构疏松和自重湿陷性等原因,加之管沟回填土未沉实压密,降水、农田灌溉水渗入管沟,造成管沟沉陷和塌陷,在地面上形成带状负地形,更有利于水体沿管沟聚集和入渗,沿管沟渗流潜蚀破坏,形成暗洞,进一步发展为管沟塌陷,使管道露管或悬空。
(2)水流侵蚀、冲沟下切、溯源侵蚀导致管道暴露、悬空
管线横跨陜北黄土高原中部以及晋西地区,梁峁起伏,沟壑纵横,地形破碎,谷深坡陡,冲沟发育,降水主要集中在夏季,河流枯、洪期流量变化悬殊,且具暴涨暴落特征,特殊的水文气象、地层岩性和地形地貌特征决定了在此地区水毁的主要表现形式为水流侵蚀、冲沟下切、冲沟溯源侵蚀等对管道危害较大的水毁方式。
沟蚀是对油气管道工程危害最为严重的侵蚀方式之一,在陕北晋西黄土地区的冲沟十分发育,冲沟的溯源侵蚀、沟床下切、沟岸拓宽和扩展,使得沟壁边坡土体失稳,易于产生崩塌或滑坡,将管道下部土体淘空,使管道悬空裸露,危及管道安全。
洪水对管道护壁下部进行侵蚀淘空,也会造成极大危害。
(3)在暴雨作用下影响管道安全的边坡滑塌
其产生的原因有:1帆两侧边坡在暴雨径流的作用下产生重力侵蚀和崩塌,使管道暴露、悬空;降雨冲刷,降低了侵蚀基准面,诱发陡崖或高陡边坡塌方,破坏管道。2001年7月涩宁兰输气管线施工时,曾引发兰州吊岭沟滑塌.将城市供气管道挤弯,变形量达1.54m。804号+702m的边坡由碎石土组成,坡度450,高5~10m,由于沿坡脚处灌溉水渠的影响等原因,沿管线发生50m多长的滑塌,下错1.5m,后缘发育有裂缝,距管线仅有2.0m左右,对管道造成较大威胁。在较陡的黄土斜坡地段管线,由于上部农田灌溉水沿斜坡管沟的渗流潜蚀,以及对斜坡土体的软化作用,使管沟塌陷的同时,也降低了斜坡的稳定性,发生小型滑塌。如831号+600m处的管线顺坡铺设在高于60m、坡度达450的黄土斜坡上。2004年6月因上部灌溉水沿管沟的大量渗入,在管道两侧发生大而积的滑塌,使该斜坡段管道露管近20m。同时,因失去支撑,顶部坡体有可能进一步产生大规模滑动,冲击下部管道,非常危险。
(4)覆盖层上部被径流冲刷,管道暴露
管道经过新疆地区的地势平坦,包括戈壁、沙漠和绿洲,此地段土体的抗冲能力弱,易发生水土流失,潜蚀和冲沟现象发育。在此地段内,由于管道管堤的修建,改变了地表水的环境,使片流变成洪流,水沿着管堤流动于低洼处积水、浸泡、冲毁管堤,使管道覆土变薄,同时也冲毁伴行路路面。
黄土高原区,植被稀疏,在集中降雨(暴雨)水流的侵蚀(面蚀、冲蚀、潜蚀等)作用下,水土流失严重,水流强烈的面蚀作用导致管沟上覆的回填土流失,管道裸露。输气管线穿越甘肃境内的黄土地区,管道上方的地表覆盖层被洪水冲成沟槽,使得管道埋深减小,进一步可能导致管道露管。
(5)管道的防护工程(例如:护坡、防洪墙、管沟顶面防护石笼)以及穿跨越支墩等被水冲毁或失去作用
管道工程中,从管道安全方面考虑,为了边坡的稳定,需要对边坡进行护坡;为了防止冲沟对管沟的冲刷、侵蚀,需要设置防洪墙以及管沟顶面防护石笼;对穿越河流和沟谷的管道需要设置穿跨越支墩及河岸护坡等等。
管道的这些防护工程在保护管道安全上起到了积极的作用,从管道运营的情况来看,这些防护工程的作用是非常大的,但是水流的侵蚀、淘刷作用转移到了防护工程的边缘处,具体表现为对岸边护坡后方填土淘刷,使护坡开裂、破坏;对防洪墙边缘土体的冲刷,在防洪墙边缘冲刷出流水的出口,使防洪墙失去作用;对管沟顶面防护石笼底部的冲刷,威胁管道安全等。
5.埋地管道水毁灾害的主要影响因素
水毁灾害是由水文现象引起的。在水文现象的产生与作用过程中,必然受到包含着自然和人为这两类因素的影响。
5.1自然因素
在造成管道工程水毁的主要自然因素包括降水、地形、地质、土壤与植被等。
(1)降水
水毁灾害发生的根本原因在于水的活动。水自天上来,在我国大部地区和绝大多数情况下,水毁灾害是由降水尤其是暴雨大暴雨造成的。
所谓暴雨是指降雨急骤而且量大的降雨。一般说来,虽然有的降雨强度大(如1min10mm),但总量不大,这类降雨有时并不能造成明显灾害;而有的降雨虽然强度一些,但持续时间较长,也可能造成灾害。所以定义“暴雨”时,除了考虑降水强,还要考虑降雨时间。一般是以24 h雨量来定。此外由于各地区的降雨强度、出现频率频率(重现期)及其对生产生活影响程度的不同,对暴雨的规定还有各地方自行制订的标准。
水毁灾害的形成首先必须要有快速、强烈的水源供给。坡面侵蚀、暴雨山洪、黄土湿陷等的水源绝大多数是由暴雨降水直接供给的。在前面己经谈到了我国是一个多暴雨的国家,在暖热季节,大部分地区都会有暴雨出现。由于强烈的暴雨侵袭,往往造成不同程度的水毁灾害。
(2)地形
我国的山区丘陵区面积广大,地形条件也十分复杂。由山地、丘陵和高原构成的山区面积超过了全国国土面积的2/3。在这些地区每年均有不同程度的暴雨大暴雨、山洪、泥石流、滑坡、崩塌等灾害发生。对于埋地管道工程而言,水毁灾害是破坏管道安全性和完整性的主要形式之一。
陡峻的山坡坡度和沟道纵坡为坡面侵蚀和山洪发生提供了充分的快速流动条件。由降雨特别是暴雨级以上的降雨所产生的径流在坡度大、高差大、切割强烈、沟道坡度陡峻的山区,有足够的动力条件使其顺坡而下,不但能够产生强烈的坡面侵蚀,而且有利于向沟谷的快速汇集,从而形成强大的洪峰流量。
湿热空气在运动中遇到山岭障碍,气流沿山坡上升,气流中水汽升得越高、受冷越甚,逐渐凝结成云而降雨,在地形上雨多降落在山坡的迎风面上,而且往往发生在固定的地方。从理论上讲,暴雨主要出现在空气上升运动最强烈的地方。由于地形有抬升气流、加快气流上升速度的作用,因而山区的暴雨一般大于平原,这也为坡面侵蚀、山洪提供了更加充分的水源和水力条件。
(3)地质
地质条件对管道水毁灾害的影响主要通过两个途径表现:一是因水的作用改变了岩上性状,反过来由于岩土性状的改变更加有利于水的活动;二是松散岩土不但为有利于坡面侵蚀作用的进行,同时也为山洪提供了丰富的固体物质,从而影响流域的产流与汇流。
坡面侵蚀多发生在由松散固体物质组成的山坡上.,而有坚硬、较为完整岩石组成的山坡,其坡面侵.蚀作用不明显。山坡上的黄土比河谷中的黄土状的湿陷性表现的更加强烈,而黄土陷穴也都分布在山坡上。
山洪多发生在地质构造复杂,地表岩层破碎,滑坡、崩塌、错落发育的地区,这些不良地质现象为山洪提供了十分丰富的固体物质来源。此外,岩石的物理、化学风化及生物风化作用也能形成松散的碎屑物,在暴雨的作用下参与山洪的运动。雨滴特别是大暴雨的雨滴对表层土壤的冲蚀及地表水流对坡面及沟道的侵蚀,也极大地增加了山洪中的固体物质含量。而山洪中由于含有的固体物质使其更具侵蚀能力。
岩土的透水性影响流域的产流与汇流速度。一般说来,透水性好的岩土(孔隙率大,裂隙发育)有利于雨水的渗透。在降雨发生时,一方面一部分雨水能够通过透水性好的岩石很快渗入地下,表层水流也易于转化成地下水,使地表径流减小,对山洪的洪峰流量起到了削减的作用;另一方面由于透水性差的岩石不利于雨水下渗,若是在地表上部是透水性好.的岩土、下部是透水性差的岩土的地区,因雨水继续下渗受阻沿着其分界面(带)产生富集,则可能会导致坡面(体)坍滑。这对于埋地管道工程安全性威胁可能是致命的。当坡面是由透水性差的岩土组.成时,不利于雨水的渗透,地表径流产流多,速度快,有利于山洪的形成。
地质变化的过程决定了流域的地形,影响着流域的岩土性质;滑坡、崩塌等现象,为山洪、泥石流提供了丰富的物质来源,对于山洪、泥石流破坏力的大小,起着极其重要的作用。但是决定水毁灾害以及引发的其它地质灾害能否形成,或在什么时候形成,一般并不完全取决于地质变化过程。因此,水毁灾害是水文现象引起地质现象,而地质因素在水毁灾害的形成中确实也起到了十分重要的作用。
(4)土壤与植被
山区土壤(或残坡积层)的厚度对水.毁灾害的形成有着重要的作用。一般说来,厚度越大,越有利于雨水的渗透与蓄积,减小和减缓地表产流,对水毁灾害的形成有一定的抑制作用;反之则对水毁灾‘害有促进作用,暴雨很快集中并产生面蚀或沟蚀土层,挟带泥沙而形成山洪。
森林植被对水毁灾害的形成影响主要表现在两个方面,森林通过林冠截留降雨,枯枝落叶层吸收降雨和雨水在林区土壤中的入渗来削减和降低雨量和雨强,从而影响地表径流量。根据已有研究成果,林冠层的截持降雨作用与郁闭度、树种、林型有密切的关系,低雨量时波动大,高雨量时达到定值,一般截持量可以达13~17mm。其次,森林植被增大了地表糙度,减缓了地表径流流速,增加了其下渗水量,从而延长了地表产流与汇流时.间。此外森林植被阻挡了雨滴对地表的冲蚀,也减少了流域的产沙量。总而言之,森林植被对水毁灾害.具有的抑制作用是不言而喻的。
5.2人为因素
水毁灾害就其自然属性来讲,是山区水文气象条件和地质地貌因素共同作用的结果,是一种客观存在的自然现象。由于人类生存的需要和随着经济建设的发展,人类的经济活动越来越多地向山区拓展,活动增强,对自然环境影响越来越大,改变了坡面入渗与产流集流条件,增加了形成山洪的松散固体物质,减弱了流域的水文效益,从而有助于山洪的形成,增大了山洪的洪峰流量,使水毁灾害的活动性增强,规模增大,危害加重。主要表现在:
(1)对森林不合理的采伐,将导致山坡荒芜,山体裸露,加剧水土流失;烧山开荒,陡坡耕种同样能使植被遭到破坏而导致环境恶化。缺乏森林植被的地区在暴雨作用下,山洪极易形成。
(2)坡面垦殖和管道埋设破坏了自然坡面,加大了破坏处的降水入渗率和坡面的积蓄能力,从而提高了潜蚀能力,使得黄土发生湿陷特别是陷穴发育;而坡面排水沟渠不但使集流的下蚀能力增强,同時也为黄土产生湿陷和形成陷穴提供了丰富的水源和水力条件。
(3)山区筑路采矿弃碴以及建筑垃圾,将这些松散固体物质堆积在坡面或沟槽中,在缺乏防护措施的情况下,遇到暴雨不仅促进山洪的形成而且会导致山洪规模的增大,还可能形成泥石流。
(4)陡坡垦殖扩大耕地面积,破坏山坡植被,改沟造田侵占沟道,压缩过流断面,致使排洪不畅,增大山洪规模和扩大水毁危害范围。
(5)山区土建设计施工中,忽视环境保护及山坡的稳定性,造成山坡失稳,引起滑坡与崩塌,施工弃土不当,堵塞排洪流径,降低排洪能力。(作者单位:西南石油大学)