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国内外泥石流灾害发展动态
研究生考试试卷
题号
分数
阅卷人
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
总分
学号********
姓名ee
所在学院地环学院
学科、专业环境工程
考试科目矿山环境地质灾害与防治
考试日期2013年6月
课程学时36
开（闭）卷开
注意事项
1、考生必须遵守考场纪律。
2、答题必须写清楚题号。
3、字迹要清楚，保持卷面整洁。
4、试题随试卷一起交回（试题写在黑板上时，答题时应抄写题目）。
国内外泥石流灾害发展动态
摘要：
泥石流是国内外灾害研究的热点之一，也是灾害预报和减灾防灾工作中的重要内容。
欧美国家早在19世纪中叶就已经开了泥石流的初步研究，而亚洲国家对于泥石流研究则起步于20世纪中叶[1]。
在国际上，以美国、日本的泥石流研究进展最快，技术先进成效显著。
本文主要介绍国内外的泥石流研究动态以及泥石流的数学模型的建立和泥石流的危险评估方法。
讲述泥石流灾害动态的预测预报现状以及国际和区域性的泥石流灾害的防治计划出发，分析了时间预报、空间预报和泥石流强度预报等成熟理论的研究和应用现状，从而开展泥石流预报研究来客观的分析我国的泥石流地质现状。
关键词：
泥石流；地质灾害；数学模型；预测预报；危险评估
前言
泥石流是一种特殊气候及相关条件产生的地质灾害，是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域。
典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。
在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。
，。
自从人类利用、开发山地资源以来就自觉或不自觉地开始了与山地灾害的斗争，但有意识开展山地灾害研究，进行山地灾害的防治，只有几百年的历史[2]。
17世纪阿尔卑斯山脉周边的国家，开始了泥石流灾害的防治研究，成立一些相应的组织；前苏联与日本的泥石流防治也有200年的历史；美国在20世纪初，向西部山区移民逐渐遭到泥石流的严重危害，开始了较大规模的泥石流治理研究。
而我国泥石流、滑坡等山地灾害形成起步较晚，有近50年的历史，但与国外研究态势相比，国内研究仍存在一定差距。
加上近年国内泥石流灾害频繁，促使我国必须加快研究预测预防的步伐。
泥石流流动的全过程一般只有几个小时，短的只有几分钟。
泥石流是一种广泛分布于世界各国一些具有特殊地形、地貌状况地区的自然灾害。
是山区沟谷或山地坡面上，由暴雨、冰雪融化等水源激发的、含有大量泥沙石块的介于挟沙水流和滑坡之间的土、水、气混合流。
泥石流大多伴随山区洪水而发生[3]。
它与一般洪水的区别是洪流中含有足够数量的泥沙石等固体碎屑物，其体积含量最少为15%，最高可达80%左右，因此比洪水更具有破坏力。
泥石流的危害是巨大的，主要是冲毁城镇、企事业单位、工厂、矿山、乡村，造成人畜伤亡，破坏房屋及其他工程设施，破坏农作物、林木及耕地。
此外，泥石流有时也会淤塞河道，不但阻断航运，还可能引起水灾。
影响泥石流强度的因素较多，如泥石流容量、流速、流量等，其中泥石流流量对泥石流成灾程度的影响最为主要。
此外，多种人为活动也在多方面加剧这上述因素的作用，促进泥石流的形成[4]。
1.泥石流的形成机理
1.1泥石流的分类
泥石流的成因按其物质成分可分为三类：
由大量粘性土和粒径不等的砂粒、石块组成的叫泥石流；以粘性土为主，含少量砂粒、石块、粘度大、呈稠泥状的叫泥流；由水和大小不等的砂粒、石块组成的称之水石流。
按其物质状态可分为二类：
一是粘性泥石流，含大量粘性土的泥石流或泥流[5]。
其特征是：
粘性大，固体物质占40-60％，最高达80％。
其中的水不是搬运介质，而是组成物质，稠度大，石块呈悬浮状态，暴发突然，持续时间亦短，破坏力大。
二是稀性泥石流，以水为主要成分，粘性土含量少，固体物质占10-40％，有很大分散性。
水为搬运介质，石块以滚动或跃移方式前进，具有强烈的下切作用。
其堆积物在堆积区呈扇状散流。
近年来越来越多的灾害现象说明，在湿润和半湿润地区泥石流分布仍比较广泛，而且国外专家普遍认为，泥石流活动与岩性等地质条件紧密相关，但这都与地域性关联。
随着社会的进步，国际上越来越重视造成大量人员死亡的灾难性泥石流、滑坡的预报与预防，但要正确预报或预防，首先必须揭示灾害性泥石流、滑坡成灾机理，国际有不少知名专家投人此项研究。
美国著名专家R,B舒斯特，从20世纪80年代初就开始研究滑坡堵塞坝（包含泥石流堵塞坝）的形成，溃决机理，出版了专题论文集。
因为滑坡坝的溃决，在美国多次造成大量居民丧生，滑坡坝的溃决机理和加固技术，至今仍然是国际上研究的热点[6]。
在人员密集经济较发达的山区，突发性低频率泥石流和前兆不明显的高速滑坡往往会造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失，日本、意大利都有这方面的实例，引起了有关部门和滑坡、泥石流专家高度重视。
但是这两方面的研究进展不是很大，成功预报和有效预防的实例不多，成为当今泥石流、滑坡研究的最前沿领域之一。
1.2泥石流的起动机理
起动机理一直是泥石流、滑坡研究的重中之重，前沿领域，无论是国际泥石流学术会议或国际滑坡学术会议，最近几次均把“机理”，主要是起动机理，作为会议主题，并有不少论文探讨这一主题。
R·M·Irerson认为可采用有孔隙水压力的库伦模型来解释连续介质在刚性斜坡上的破坏机理，即泥石流的起动机理；c·Haris利用离心模型实验研究了冻土层（冰土层）从常年缓慢土溜转化为快速运动泥流的机理；R·Genevois对泥石流源地土体中的孔隙水压力随降雨量的变化进行了一系列现场实验后认为：
泥石流起动之时，各深度位里土层中的孔隙水压力值有一个突然增大的现象，从而揭示了土层整体液化起动机理[7]
2.国内外泥石流动态
2.1目前国外泥石流的发展及最新动态
据新加坡《联合早报》2013年6月24日报道，印度北阿肯德邦灾难管理部长亚什帕尔雅利安称，连日暴雨引发洪水及泥石流，死亡人数或逾5000人。
印度救灾部门20日说，印度北部持续数日暴雨带来的洪水及泥石流等灾害造成的死亡人数已上升至182人。
以下是近日印度泥石流爆发的灾害情况：
图1近日印度泥石流爆发灾害情况
《印度时报》报道说，有7万人下落不明，最终死亡人数可能达数千人。
本月印度北部大部分地区连降暴雨，北部降水量较往年平均多40%，连日暴雨还引发洪水、山体滑坡和泥石流等次生灾害。
印度国的专家及环保人士认为，由于印度近年来大量乱砍滥伐和非法采矿破坏了生态环境，加上当地政府保护不力，是造成洪水泛滥和泥石流的主要原因。
近几年来，对山区资源开发的力度加大，公路和铁路修进了山区，矿山和工厂在山区兴起，泥石流和滑坡等山地灾害危害日益突出。
为了有效、合理的防治山地灾害，前苏联、美国、日本和欧洲的一些山地国家，逐渐加强了对泥石流、滑坡等山地灾害的研究，到20世纪50年代一大批有关泥石流、滑坡研究的论文和专著先后问世[8]。
1957年由M·A维利康诺夫等著的《泥石流及其防治法》一书出版，该书集合了当时苏联科学家在泥石流方面的各种研究成果，其中M·A莫斯特科夫提出的粘性泥石流力学模型；M·A维里康诺夫进行的泥石流分类；C·M伏列什曼所研究的粘性泥石流体的顶托能力与起始抗剪强度τ0和粘度η之间关系；C·T卢斯塔莫夫提出的泥石流治理分布规律，不仅当时具有很高的水平，并一直影响到现代研究。
1958年美国公路局滑坡委员会编著了《滑坡与工程》，这是世界上第一部全面论述滑坡及其防治的专著；接着在1960年日本高野秀夫编著了《滑坡与防治》一书。
同时，前苏联、美国和日本等国成立了全国性的泥石流或滑坡方面的学术团体，召开了相应的学术会议。
泥石流、滑坡等山地灾害的研究不断趋向深入，基本上形成了滑坡学和泥石流学的框架[9]。
随着各国泥石流和滑坡等山地灾害研究的深人和发展，以及灾难性泥石流、滑坡事件不断发生，国际间的泥石流、滑坡研究和防治技术交流随之展开，泥石流、滑坡等山地灾害的研究向更高层次发展，滑坡尤为显著。
1968年在布拉格举行的第23届国际地质大会期间，成立了“滑坡及其块体运动委员会”，至今已召开了六届国际滑坡学术讨论会，最近一届是2004年在印度新德里召开的，这六届如实地反映了国际滑坡研究的发展态势。
（1）日本：
目前对泥石流的预警系统具体到每一条沟。
由于76%的山地面积，多火山和地震等自然条件，日本的泥石流灾害十分严重，在日本，主要从事泥石流滑坡研究的研究机构有建设省土木研究所、国立防灾科学技术中心、京都大学防灾研究所、砂防滑坡技术中心等。
（日本将山地灾害（崩塌、滑坡、泥石流）与土壤侵蚀统称“土砂灾害”，其防治技术称为“砂防”）这些研究单位均有规模大、研究项目齐全、自动化程度高的实验室（厅）、试验场及野外观测站。
其中日本国立防灾科学技术研究中心拥有世界上最大的活动人工降雨试验厅，可在不同降雨强度条件下，进行泥石流、滑坡、崩塌模拟试验。
在泥石流预警预报中，采用的仪器设备也比较先进，传感器传输通道均为专用有线电缆，而且目前发展到建立具体到每一条沟或相邻几条沟的小规模地区的泥石流预报预警系统。
（2）美国：
目前通过气象局发布灾害预报
美国的地质调查局（USGS）和美国国家海洋和大气局（NOAA）共同开发和运行了泥石流预警系统（DFWS）能在空间和实践上为系统用户（紧急事务管理者、计划者和回应者）提供有用的服务。
来自地质和气象的数据会汇聚到地质调查局，被系统处理后传递给气象局，通过公共信息系统和大气管理局的天气无线灾害广播系统（NWR国家天气之声）发布。
2.2国内泥石流发展及最动态
国内泥石流山地灾害研究起步较晚，但发展很快。
20世纪50年代初，由于铁路、公路建设向西部山区延伸，碰到大量泥石流、滑坡等山地灾害问题，所以铁路、公路勘察、设计部门率先开展泥石流、滑坡等山地灾害防治技术研究。
尤其是上世纪90年代末期国土资源部组织大量人力、物力开展了包括泥石流在内的全国地质灾害大调查，推进了群众性的减灾防灾活动。
至此，我国泥石流山地灾害研究空前活跃。
而在近日的降雨在部分地区造成泥石流问题严重影响着居民的生活与交通。
具体示例如下：
（1）哈密地区山区路段持续降雨，由于雨水冲刷山间汇集的雨水致使省道S303线K47-K57多处发生泥石流及山体落石，造成了该线路交通阻断。
路面泥石流所造成的受灾面积达4000多立方米。
6月21日深夜，该路段再次遭遇强降雨，大量松动的山体覆盖物顺势而下，S303线K47-K57公里处再次发生更大的泥石流灾害。
图2哈密公路泥石流清理现场
（2）四川宜宾发生泥石流造成13人死亡1人失踪。
自6月22日以来发生的雷雨泥石流灾害还造成宜宾市6个县、71个乡镇、17万人受灾。
乡村公路受损257公里，滑坡塌方85处、滑坡塌方14080立方米，损毁桥梁3座。
（3）新疆314国道1582、1550公里等7处相继发生泥石流，其中1582和1550公里两处泥石流最大，由于泥石流较大，再加之多处发生泥石流，导致国道车辆拥堵产生一系列问题。
此处发生的主要问题是由于此地岩石结构松散，加上连续强降雨导致岩体冲刷膨胀破裂，引起泥石流。
图3新疆314国道1582、1550公里处泥石流
实际上关于泥石流早在20世纪50年代末，60年代初铁道部在兰州、成都分别成立了铁道科学研究院西北研究所和西南研究所，分别以铁路沿线的滑坡、泥石流为主要研究方向，服务于铁路建设。
同时中国科学院在兰州和成都分别成立了兰州冰川冻土研究所和成都山地灾害与环境研究所，分别设有泥石流研究室和泥石流、滑坡研究室，以泥石流、滑坡等山地灾害为主要研究方向，从学科发展的层面开展系统全面的研究，开展了泥石流山地灾害防治技术的研究[10]。
3.泥石流评估方法
泥石流研究在遵循区域地质环境调查、矿山泥石流沟定位观测、形成模式（概念模型、物理模型、数学模型）、形成机理、监测预报、风险评估与综合防治的基础上,采取信息获取法、野外实地观测法、模拟实验法、数学模型法及综合分析法等开展矿山泥石流调查研究工作。
在这里重点介绍一种最常用的方法-------风险评估方法[11]
3.1风险分析
风险分析的目的是评价在所调研的灾害下保证人类生命和财产安全的措施是否到位。
风险分析与灾害及其后果的衡量相结合，灾害的定义是事件的概率和规模的组合，这个概念已经在前面的章节中建立起来。
最常用的衡量灾害后果的方法是人类生命的损失。
（1）定性的风险：
定性风险有多种方法。
其中的一类方法运用灾害及其后果的严重程度的专门分类，再与一个风险矩阵结合。
在JonesCreek地区，基于泥石流灾害强度、灾害后果、泥石流发生概率（高：
重现期<20年；中等：
重现期为20-100年；低：
重现期<500年）建立了风险矩阵，风险等级划分见表6。
表1JonesCreek的泥石流定性风险矩阵
后果
灾害概率
高
中等
低
极高
极高
高
高
高
高
高
中等
中等
高
中等
中等
低
中等
中等
低
（2）定量的风险：
一种更客观的风险定量分析方法是F/N曲线，即单个灾害事件的死亡人数（N）与灾害概率（P）建立函数关系。
绘制几个事件概率的N获得F/N图上的一条曲线，并能与普遍接受的风险对比[12]。
第一步，用FLO-2D模拟重现期分别为50、500和5000年的泥石流事件。
灾害强度区划用于估算潜在死亡率。
假定高强度地区死亡概率为1，中等强度和低强度地区的死亡概率为0。
表2汇总了定量风险分析的输入参数。
表2JonesCreek地区泥石流灾害定量风险分析输入参数
重现期TDF/年
NH
NR
P（TH）
P（TO）
NP
P（THTO）/%
50年
1
3
0.3
0.1
1.2
2.4
500年
5
18
0.3
0.1
7.2
1.4
5000年
10
36
0.3
0.1
14.4
0.3
注：
TDF为泥石流的重现期；
NH-----可能遭受结构破坏导致人身伤亡的家庭数量；
NR------在红色和棕色灾害区划之外无居民家庭数量；
P（TH）-----是泥石流发生时间内居民在家的概率；
P（TO）-----泥石流发生时间内一个人出门在外的概率；
NP------泥石流发生期间可能的死亡人数；
P（THTO）是年死亡概率，
上面的分析表明重现期为500年的泥石流的死亡人数为7人，个人死亡概率大约为1.4%[13]。
下图6显示了ANCOLD（1997）建立起来的可接受的风险水平。
因此，尽管上述计算的假设条件简单（例如，没有考虑每天每栋建筑物有多少小时多少人居住），JonesCreek的泥石流的风险现今为西方社会难于接受[14]。
图6JonesCreek地区泥石流的F/N曲线
（风险定义据ANCOLD，1997）
3.2模型建立（GHISM）
GHISM是基于GIS技术支持的专门用于地质灾害评估的应用系统。
此系统从空间数据的获取、存储、查询、空间分析着手,实施点、面或者区域内的灾害可能性评估、灾害危险性评估以及灾害危害程度评估。
整个系统主要由基础数据库模块、应用分析模型库模块、显示模块、决策支持模块和输出模块五个部分组成[15]（见图7）。
（1）地质灾害可能性评价模块
地质灾害可能性即地质灾害发生概率:
包括时间概率和空间概率两部分,空间概率和时间概率之积即为灾害的发生概率[16]。
地质灾害的时间概率根据GIS属性库中的历史地质灾害发生的统计数字再结合GIS图形库定位于图上予以确定。
而地质灾害空间概率则是在结合上述GIS属性库和GIS图形库的基础上,以地质灾害强度指数最大值为100%,依次求出各GIS网格中灾种的灾害强度百分数,作为地质灾害发生的空间概率。
计算公式如下:
N=ΣXiYi
（1）
式中:
N——地质灾害的发生概率;
Xi——各地质灾害的时间概率;
Yi——各地质灾害的空间概率。
（2）地质灾害危险性评价模
块地质灾害危险性评价采用综合指数法。
即以灾害影响因素与灾害的关系的理论分析,采用专家打分或评价的方法赋予各要素以权重值,在对各灾害因子进行数学加权运算后,从而得到灾害危险性指数。
计算
公式如下:
W=Σni=1ai×bi
（2）
式中:
W——地质灾害危险性指数;
ai——地质灾害评价因子;
bi——地质灾害评价因子权重值。
（3）地质灾害危害程度评价模块
地质灾害危害程度通常分为物质、经济和社会三类评价。
主要反映物质、经济和社会的损坏程度,反映的是地质灾害造成的后果。
计算公式如下:
Q=ΣMi×Ni×F×P（3）
式中:
Q——地质灾害危害程度;
Mi——地质灾害危害程度面积;
Ni——地质灾害发生概率;
F——单位面积拥有的价值;
P——地质灾害破坏率。
GHISM应用于地质灾害评估主要有以下优点:
采用GHISM能对地质灾害进行半定量—定量预测模型评估。
集成化的空间数据。
地理信息系统,为地质灾害评估提供了各种可利用的基础数据。
构建评估系统的模块化。
通过应用地理信息系统开发出专业的地质灾害评估系统,提高地质灾害评估和管理的科学性、准确性、有效性,从而可以大大提高减灾、抗灾的效率和水平。
4泥石流综合治理措施
在泥石流治理方面，主要采取工程防御体系、生物水保防御体系、管理防护体系、社会管理体系和预测预报体系等综合防御体系[17]。
泥石流综合治理措施甚多，概括有工程措施和生物措施二大类，现就通常采用的工程防治措施简述如下：
（1）在泥石流沟上方修筑桥梁、涵洞跨越避险工程，使泥石流有排泄通道，又能保证道路的畅通[18]。
（2）在泥石流下方修筑隧道、明硐和渡槽的穿越工程，使泥石流从上方排泄，下方交通不受影响。
（3）对泥石流地区的桥梁、隧道、路基及重要工程设施修筑护坡、挡墙、顺坝和丁坝等防护工程，从而抵御泥石流的冲刷、冲击、侧蚀和淤埋等危害[19]。
（4）修筑导流堤、急流槽、束流堤等排导工程，改善泥石流流势、增大桥梁等建筑物的排泄能力。
（5）修筑拦砂坝、固床坝、储淤场、支挡工程、截洪工程等拦挡工程，控制泥石流的固体物质和雨洪径流，削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以减缓泥石流的冲刷、撞击和淤埋等危害[20]。
致谢
首先感谢杨老师认真负责的严谨态度和授课方式让我受益匪浅，为了达到更好的教学效果采用大量实际例子生动形象理解起来变得更容易，这一点非常感激，感激杨老师认真负责的态度。
此外，教学内容丰富，我学到了很多。
由于本人对这一块内容知道的不多，否则的话就可以更多的和杨老师交流了，对此万分抱歉。
本学期这门课程有点短，但即使是短但对自己而言也是学到了好多东西，可惜的是自己未曾学过这门课，所以尽力收集些资料进行分析写作，写得不到位，分析不合理还希望老师多多指点批评。
这学期这门课上的很开心，感谢老师的认真负责态度，敬佩老师的深厚渊博的学术知识。
同时感谢同学能够在我忙的焦头烂额的时候不时的提醒我上课，有这样的老师，又有这样的伙伴真的很开心很感激。
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