西昌市经久乡森林火灾火烧区特点及火后泥石流易发性评价

2020年3月30日四川省凉山彝族自治州西昌市经久乡发生特大森林火灾,大火持续3 d,过火面积超30 km2。山火后在坡面堆积了厚度1~5 cm不等的灰烬层,同时火烧迹地本身结构被扰动,在强降雨条件下极易诱发火后泥石流灾害,对附近学校、居民集中居住点,尤其是泸山—邛海风景区等重要基础设施及人民生命财产构成了严重威胁。通过遥感解译、野外调查及勘查,查明了不同火烈度及对应火烧迹地灰烬层和结构扰动特点,表明重度、中度和轻度火烧区分别占比46.8%、37.9%和15.3%,且火烧区火烧迹地坡面灰烬及土壤结构扰动层平均厚度与火烈度成正比,其中轻度、中度和重度火烧区平均厚度分别为1.20 cm,3.23 cm和5.04 cm。提出了基于中度及重度火烈度区面积占比、火烧迹地坡面灰烬及结构扰动层厚度、产沙区平均坡度、主沟平均纵比降、沟道流域面积5个影响因子,采用专家经验法对火烧区共63条潜在泥石流沟道进行火后泥石流易发性评价,结果表明:火烧区所有沟道中,有29条为高易发,占总数的46.0%;23条为中等易发,占总数的36.5%;8条为低等易发,占总数的12.7%;3条为不易发性,占总数的4.8%。考虑火烧区超过50%以上的沟道流域面积不足0.2 km2,且这些沟道平均纵比降大,坡面灰烬、泥沙等松散物源堆积较厚,使得中等及高等易发性泥石流沟道数量占比高达82.5%,一遇集中降雨,发生火后泥石流可能性极大。     

火烧迹地土壤斥水性和渗透性变化特性

林火会造成火烧迹地土壤斥水性增强及渗透性降低,导致降雨期间流域内地表产流率激增。在一定条件下,尤其是地形陡峭的高海拔山区,地表产流激增一般是泥石流灾害发生的重要诱因。然而,对于高海拔山区火烧迹地土壤斥水性和渗透性变化特征的研究相对缺乏。以海拔高程3029~4474 m的四川省雅江县恶古乡火烧迹地为研究对象,通过现场水滴入渗试验和圆盘入渗试验,探究斥水性强度分布及其与土壤入渗参数之间的内在联系。结果显示:土壤斥水性强度分布具备较大的空间异质性,林火对斥水性的影响深度在轻度火烧区为2 cm,在中度和严重火烧区为3 cm;研究区土壤渗透能力与斥水性强度呈反比,饱和导水率和吸渗率与水滴入渗时间之间遵循幂函数分布,其变异系数与火烈度呈正比,且严重火烧区部分土壤由于斥水性被高温破坏造成饱和导水率增大;斥水性土壤相较于亲水性土壤出现明显的入渗延迟现象。研究结果丰富了高海拔山区火烧迹地水文特征的研究,为揭示火烧迹地泥石流坡面物源起动机理提供理论依据。     

大兴安岭西北坡火烧迹地湿地格局变化及其影响因子研究

选取大兴安岭1987年特大森林火灾主要过火区的图强林业局育英和奋斗两林场作为研究区,利用地理信息系统软件,对其火后湿地格局变化以及森林水文功能恢复状况进行了分析。结果显示,与过火前相比湿地面积增加了77.56%,且分布趋于集中;森林的平均水文调节能力已得到初步恢复,但具有较高调节能力的林地所占面积有所减少;森林的水文调节能力、地形因子以及火烧强度对湿地分布格局的变化均有明显影响。在森林水文调节功能下降地区、地势较低的谷地,坡度平缓的坡地以及火烧强度较大的地区,湿地面积增加明显。     

火烧迹地土壤根系特征及其对抗剪强度的影响

作为火后泥石流典型起动物源,火烧迹地浅表层滑坡的发生与其所在部位根系特征改变密不可分。为了研究林火过后火烧迹地根系变化对土壤力学性质的影响,本文以四川省乡城县正斗乡仁额拥沟泥石流火烧区和未火烧区的土壤根系特征和抗剪强度进行对比研究,通过室内单根抗拉试验和根-土复合体直剪试验,旨在探究火烧迹地土壤根系特征的变化及其对土壤抗剪强度的影响。结果表明:火烧区浅表层土壤中根系的数量、根径、根质量密度和根长密度相较于未火烧区都有所降低,分别降低了23.15%,51.35%,62.98%,29.10%;单根抗拉力随着根系直径的增加而增大,抗拉强度随着根系直径的增加而减小,但在根径相同的条件下,火烧区土壤的抗拉力和抗拉强度均有所减小;火烧区根-土复合体的抗剪强度明显小于未火烧区根-土复合体,主要体现在根系抗拉力减小造成土壤黏聚力下降,而内摩擦角则变化不大,所得结果为火烧迹地浅表层滑坡形成机理剖析提供了依据。     

新疆煤田火烧区特征及防治对策

煤田火烧区的存在，给勘探、建井、开矿带来一定危害。通过对新疆煤田火烧区区域构造和煤层火烧区特征的分析研究，阐明火烧区的主要形成因素，提出了煤田火烧区的防治对策，选用地面物探方法查清火烧区的分布范围和煤层地下燃烧状态。根据煤层高温燃烧区定期观测剖面测定结果，对新疆煤田火烧区储量的损失作了科学的推算，对煤田高温燃烧区灭火方法作简要说明。     

基于微生物烃检测技术的陕北煤层火烧区绿色探测

煤层中含有各类轻烃,当煤层燃烧后,上覆地层完整性被破坏,给煤层内的烃类散逸提供了良好的通道,这一过程符合轻烃微渗漏原理。因此,引入轻烃微渗漏的微生物烃检测技术对煤层火烧区及其范围进行识别。在陕北侏罗纪煤田郝家梁煤矿进行了2条测线的试验,选择丁烷氧化菌作为检测指标,通过土壤样品采集、微生物培养、菌落计数等微生物检测工作后,结合地质钻孔对微生物值进行标定和异常值分组,并对煤层火烧区轻烃微渗漏的微生物响应特征进行研究。结果表明,在完全火烧区微生物以背景值分布为主,在火烧过渡区微生物以连续高值异常为主,在正常煤层区微生物以中低值为主,从而建立了研究区煤层火烧区微生物响应模型。微生物烃检测技术所解释的煤层火烧区地质成果与磁法解释的火烧边界吻合,且有钻孔验证。微生物烃检测技术的野外实施简单环保,大部分工作在室内完成,更适用于类似陕北生态脆弱区的煤层火烧区探测,有显著的实际意义和经济价值。      

基于电?磁法联合勘探的火烧区范围及富水性的预测

为精确查明矿区火烧岩体的分布范围及其富水程度,综合考虑地质体电?磁性特征,组合一套新型火烧区边界及富水性预测勘探手段。采用高精度磁测、瞬变电磁法、高密度电法3种物探方法联合勘探,将其应用于新疆沙吉海一号井田火烧区勘探,并与之前物探结果进行对比。结果表明,火烧区南部边界较原勘探边界发生较小移动;研究区总体富水性较弱,富水区主要集中在火烧区南部边界及以南,在B₁₀煤层附近圈定了9个火烧富水区,编号为Y1—Y9;拟设计钻孔位置均较合理,为下一步钻探施工提供可靠的物探资料依据。多种物探方法相互结合验证性较好,为今后火烧岩地区火烧范围及富水性探查提供实践依据。      

喜德县中坝村火后泥石流发育特征及预警避险

2020年5月7日四川省凉山彝族自治州喜德县鲁基乡中坝村发生森林火灾,过火面积约6.7 km2。林火后火烧迹地坡面灰烬厚约2～6 cm,同时表层土壤结构被扰动,在6月4日傍晚20 min左右的强降雨下,中坝村后山4条沟道同时暴发了火后泥石流灾害,对沟口的41户164名居民构成严重威胁。通过遥感解译、野外调查,查明了火烧区4条沟道的火烈度及物源分布特征,分析了火后泥石流的发育特征,并进行了危险度评估。基于火后泥石流暴发降雨阈值、实时雨量监测数据与群测群防于一体,提出了一套适用于山区火后泥石流的预警避险方案,在该沟得到成功应用,并确保了沟口居民安全。     

MIS 3 晚期典型阶段气候模拟的初步研究

我国大量地质资料反映了全球海洋氧同位素3阶段(MIS3)晚期具有间冰阶海侵、暖湿的气候环境特征.对这一阶段的气候成因论证,将为现代温室效应的气候增温提供重要的历史相似型.本文使用含有陆面过程的全球9层大气环流谱模式(AGCM+SSiB),采用地球轨道参数驱动的太阳辐射、北半球第四纪冰盖和东亚植被预置的下垫面对35kaB.P.气候进行了敏感性模拟试验.研究结果表明:(1)MIS3晚期中、低纬度大部分大陆全年温度增加,欧亚大陆腹地气温增高主要是冬季增温贡献,反映太阳辐射变化通过大气环流作用引起的更加显著的气候效应.南北海陆水汽交换的加强首先使低纬度季风区降水收益.(2)相当于LGM50%规模的第四纪冰盖不仅仅具有高纬度区降温效应,还强化了辐射纬向差异造成的南北温差,从而增强了水汽从低纬度区向高纬度区输送的能力,使青藏高原、南亚和非洲季风区的降水进一步增加.(3)35kaB.P.东亚植被对辐射的低纬度区增温具有增强效应,而对冰盖高纬度区降温具有减缓效应,结果扩大了欧亚内陆的降水增加范围,使中国高降水带向北推移.(4)中国各大区域35kaB.P.气候类型不尽相同.当中国东部与太平洋在同纬度带的热力差异减小时,东西向水汽输送减弱,造成东部沿海降水减少;但当欧亚大陆与低纬度区海洋温差增大时,南北水汽交换加强,有利于我国内陆降水增加.     

四川省冕宁县华岩子沟火后泥石流成灾机理

以四川省冕宁县腊窝乡华岩子沟2019年7月发生的火后泥石流为典型案例,通过对火烧迹地现场地质勘察、降雨模拟试验研究了与火后泥石流形成相关的地形地貌、火行为分布、松散物源规模、产流产沙特征以及相应的灰烬层、斥水性、渗透性等相关试验。结果表明:（1）火烧迹地的斥水性强度越强,径流产流量越大;（2）严重火烧区的产沙量明显高于中度和轻度火烧区;（3）火烧迹地的斥水性与火烈度大致呈正相关,而渗透性恰好与之相反。研究揭示了火后泥石流的演变过程,为火后泥石流的防治和预警提供了理论依据。     

新疆煤田火烧区特征及其勘探灭火问题的探讨

煤田火烧区的存在，给勘探、建井、开矿均带来一定的危害。本文重点论述新疆煤田火烧区的特征，煤田火烧区的危害和煤田火烧区的主要形成因素，经过各种勘探方法的对比，选用地面物探方法（磁法和自然电场法）查清了煤层火烧区的分布范围和煤层地下燃烧状态。物探成果资料经钻孔验证技术效果良好，根据煤层高温燃烧区定期观测剖面测定结果，对新疆煤田火烧区储量的损失作了科学的推算。对煤田高温燃烧区灭火方法作了简要说明，并对灭火效果提出了一定见解。对灭火工程的验收程序提出了合理化建议。     

喀斯特石漠化区不同优势树种根际土壤有机碳及氮磷的变化

通过对贵州中部喀斯特石漠化区典型植被及土壤进行调查,探讨森林退化过程中不同群落优势树种根际土壤有机碳及氮磷含量的变化。结果表明:根际土壤有机碳及氮磷含量均高于非根际土壤;在不同植被类型之间,林木根际对土壤有机碳及氮磷的累积效应存在明显的差异性,其中土壤有机碳的累积效应表现最明显,其次是土壤磷素,而土壤氮素累积效应的差异性较小。在树木根基0～30cm水平范围内,根际土壤总有机碳、易氧化有机碳、全氮、有效氮和有效磷含量都明显高于30～90cm外围根际区。不同群落优势树种之间,根际土壤碳及氮磷总量的差异性表现为总有机碳＞全氮＞全磷,而碳及氮磷的生物有效态含量则表现为有效磷＞易氧化有机碳＞有效氮。森林退化过程中,群落优势树种根际土壤总有机碳、易氧化有机碳及有效磷含量出现显著的下降,从而明显地影响土壤的肥力水平。      

不同人为干扰方式对桂西北喀斯特草丛群落土壤种子库组成与分布的影响

采用野外调查和室内萌发相结合的方法,对桂西北典型喀斯特峰丛洼地刈割、开垦和火烧3种不同人为干扰方式下草丛群落的土壤种子库进行了比较研究。结果表明: ① 3种不同干扰方式草丛群落土壤种子库密度存在显著差异,其种子密度大小为: 刈割群落> 开垦群落> 火烧群落;②刈割、开垦、火烧干扰草丛种子主要分布在0～ 2cm ( 67% )、2～ 5cm ( 55% )、5～ 10cm ( 37% )的土层中;③刈割群落土壤种子库中乔、灌、草生活型的物种比例大于开垦和火烧干扰群落;④ 3种不同干扰方式草丛群落土壤种子库的丰富度指数、Sha nno n-Wie ner 指数和Simpson指数的大小顺序均为: 刈割群落> 开垦群落> 火烧群落,同群落物种数变化趋势一致,与生态优势度呈相反趋势;均匀度指数大小顺序为: 刈割群落> 火烧群落> 开垦群落。⑤从土壤种子库与地面植被物种组成相似性系数来看,刈割群落和开垦群落相似性系数较大,而火烧群落地上与地下物种组成有较大区别,相似性系数为0.296。研究结果表明,刈割干扰相对开垦和火烧更有利于喀斯特地区草丛群落土壤种子库的维持与保护。      

地面核磁共振技术在隐伏火烧区富水性探测中的应用

煤层隐伏火烧区上覆基岩复合含水层(包括风化基岩和烧变岩含水层)是煤层开采的主要威胁之一, 明确隐伏火烧区的富水性对矿井水害防治具有重要意义。基于此, 以发生过较大突水事故的柠条塔煤矿为研究对象, 利用地面核磁共振(SNMR)技术开展隐伏火烧区含水层富水性探测并对其进行分析和验证。结果表明, 隐伏火烧区共有2个含水层位, 分别为第四系松散砂层含水层和1-2 上煤上覆基岩含水层; 第四系砂层含水层富水性受地表地形及其下隔水层顶部起伏形态影响水平变化较大; 1-2 上煤上覆基岩含水层富水性总体西南较低、北东较高, 该含水层厚度9~30 m, 局部相对较厚, 推测为1-2 上煤火烧区风化基岩和烧变岩含水层的叠加反映; 研究区内1-2 上煤上覆基岩含水层总体呈现出西部及中部偏东南区域富水性相对较大, 其余区域富水性相对较小。利用SNMR得到的含水层富水程度与探放水孔及水文孔的涌水量结果大致相同, 表明该方法的勘探结果相对可靠, 可用于隐伏火烧区富水性的探测。      

火后泥石流形成过程的物源启动模式研究

火后泥石流是火烧迹地最为严重的次生地质灾害,相对于传统泥石流和震后泥石流,其物源启动模式及致灾机理呈现出特殊性。通过对四川省乡城县仁额拥沟火烧迹地沟道不同时间尺度下的累积侵蚀量统计分析,将火烧迹地物源启动分为3个阶段:坡面侵蚀阶段、高含沙水流沟道侵蚀阶段和泥石流沟道刨蚀阶段,其中面蚀到沟蚀转变所需的汇流面积与斜坡倾斜度和火烈度呈负相关,高含沙水流转变为泥石流后常常造成沟道侵蚀率的激增;火烧后2 a的坡面侵蚀量相当于火烧前10~30 a的侵蚀总量,且主要发生在中度及严重火烧区;火烧区的滑坡发育率远高于未火烧区,但未发现火烈度对滑坡体积有明显影响,其主要受临空面高度影响,并呈幂函数正相关,滑坡物源启动模式为坡脚切坡触发的逐级牵引后退式补给。     

基于热声发射技术的陕北火烧岩烧变温度识别

开展火烧岩烧变温度的识别对于火烧岩的形成及演化具有重要的指导意义。基于热Kaiser效应,通过火烧岩在热处理过程中的声发射累计能量以及参数RA(上升时间/振幅)和AF(平均频率)值的变化,对陕北神木张家峁火烧岩的阈值温度进行了预测。结果表明:火烧岩热声发射特征能有效识别火烧岩烧变温度,与火烧岩经历温度的岩相学分析基本一致;研究区火烧岩存在显著的地层烧变温度梯度,第1—第5层岩石烧变阈值温度逐渐升高,对于第6层和第7层岩石,最高温度超过700℃,对于第8层岩石,阈值温度为245℃;当热处理温度较低时,岩石内部沿晶拉张裂纹发育,超过600℃后,穿晶剪切裂纹所占比例开始增加,声发射信号出现二次增长,同时声发射出现平静期,累计能量曲线出现多个平台。火烧岩烧变温度的识别,对于煤矿防治水及围岩稳定性研究等具有重要的现实意义。      

天山北坡内陆河流域山地-平原绿洲和荒漠气候变化差异分析——以三工河流域为例

对中国天山北坡三工河流域山地、绿洲、荒漠不同下垫面区域1961-2007年气象资料序列进行了分析, 结果表明: 近50 a平原绿洲区平均温度以0.3 ℃·(10a)~(-1) 趋势上升;流域山区增温趋势较慢, 平均每10 a以0.17 ℃的趋势增温, 但本世纪初增温速率加快, 绿洲区和山区分别增加0.7 ℃和 0.5 ℃. 流域CO_2浓度和CH_4浓度持续上升, 且高于全球平均水平.原绿洲区1987-2007年比1961-1986年平均降水量偏多35%;山区降水量平均每10 a增加速率和绿洲区基本一致, 但波动较大, 20世纪80年代降水增加较显著, 90年代降水量减少到70年代水平, 本世纪初降水量显著增加. 气候变化序列用Mann-Kendall方法检验认为, 山区温度和降水没有达到突变水平, 平原绿洲区降水在1984年发生了由低向高的突变, 温度在1995年发生了由低向高的突变. 夏季荒漠空气相对湿度、太阳辐射量均小于绿洲, 但温度却始终高于绿洲, 绿洲"湿岛效应"和"冷岛效应"特征明显. 荒漠-绿洲温差有3 h、 20 h的主要周期, 温差突变一般发生在凌晨.     

孢粉记录的新疆地区新近纪植被格局与气候环境演化

新近纪是地球气候系统由古近纪温室气候向第四纪冰室气候转变的一个关键过渡阶段.本文综述了近30年来新疆地区新近纪孢粉资料,通过时空对比,认识了该地区新近纪植被与气候环境格局特征.中新世早期新疆地区总体气候温暖湿润,大部分地区发育森林植被,局部地区发育草原植被;晚期气候温暖干旱,准噶尔区的独山子、塔里木区的罗布泊和库车盆地开始出现草原植被,准噶尔区的金沟河出现荒漠植被,其他地区为森林植被或森林-草原植被.上新世时期,气候干旱化显著加剧,准噶尔区、塔里木区和昆仑区都出现草原和荒漠草原.晚新生代全球变冷和青藏高原、昆仑山山脉、天山山脉的加速抬升可能是导致新疆地区植被与气候环境格局形成和中亚地区干旱化的两个主要因素.而研究地点的地形地貌、雨影效应、迎风和背风等因素以及古特提斯海退却可能是其他应当考虑的次要因素.     

新疆煤田火烧区特征及灭火问题探讨

煤田火烧区的存在，给勘探、建井、开矿均带来一定的危害。重点论述新疆煤田火烧区的特征、危害和主要形成因素，经过各种勘探方法的对比，选用地面物探方法(磁法和自然电场法)查清了煤层火烧区的分布范围和煤层地下燃烧状态。物探成果资料经钻孔验证技术效果良好，根据煤层高温燃烧区定期观测剖面测定结果，对新疆煤田火烧区储量的损失作了科学的推算。对煤田高温燃烧区灭火方法及灭火工程的验收程序效果提出了合理化建议。     

磁法和瞬变电磁法探测煤层火烧区边界及富水性

新疆天山某煤炭勘查区,需查明一水平内火烧煤层的下边界及其富水性。在综合分析该区地质资料及物性参数的基础上,采用了以磁法和瞬变电磁法为主的物探方法。磁法勘探测网设计为20m×80m,并在后期对西部测线进行了加长。根据测区实测磁异常分布图、低通滤波后磁异常分布图、向上延拓30m磁异常分布图及垂向二阶导数磁异常分布图,圈定火烧区主要分布在测区的北部。瞬变电磁法勘探测网设计为40m×80m,依据下1、下5及下10煤层底板富水异常分布图,解释下1、下5煤底板的富水性主要集中在测区的北部,与火烧区范围高度一致,而下10煤层底板富水性极不均匀,仅在测区北部煤层露头附近,受砂岩裂隙的影响,接受降水补给形成零星砂岩裂隙富水区。该解释成果经矿方钻孔验证,结论基本可靠。