火后泥石流成灾特点及研究现状

火后泥石流是指林火发生后火烧迹地附近发生的、与林火紧密联系的泥石流。作为泥石流地质灾害的另一特殊类别,因林火高温燃烧植被进而影响表部土壤结构,导致土壤影响层内密度、孔隙比、渗透性等物理水理性质发生剧烈改变,而出现大量灰烬层和松散泥沙,形成的泥石流常表现出高容重、大黏度流体特征,其成灾机理与普通泥石流具有显著差异。通过对国内外有关火后泥石流启动成灾机理及动力学特性研究的相关文献查阅,并从火后泥石流的启动类型及运动学特征、影响因素以及预测预报、防控措施等进行了综述,显示火后泥石流国外从1936年开始研究,且以美国、澳大利亚和西班牙的研究成果较为全面和系统,而国内除了林业系统有所涉及、且也主要从水土流失、植被恢复等方面考虑外,火后泥石流的研究还没引起我国学者的广泛关注,作为泥石流地质灾害的另一特殊类别基本上尚未进行系统深入的研究,也很少查到国内对火后泥石流方面的研究成果,可以说我国的火后泥石流研究目前尚属空白。针对国内外研究现状,结合我国山区频发森林大火形成泥石流造成的危害性,提出了未来应加强对火后泥石流的成灾机理、时空演化机制及有效防控方法的系统研究。     

四川西昌“3·30”火烧区响水沟火后泥石流成灾机理

2020年3月30日,西昌市经久乡发生森林大火,响水沟流域植被被林火大面积烧毁,同年雨季,响水沟流域内多条沟道暴发泥石流,其中1#、2#、3#沟毗邻居民房屋和耕地,影响较为严重。通过野外调查、遥感解译和室外试验,以响水沟1#、2#、3#沟为研究对象,分析了不同林火烈度下,渗透特征、坡面侵蚀和沟道侵蚀的差异,从而揭示响水沟火后泥石流的成灾机理。结果表明,林火是泥石流暴发的重要诱因,火后泥石流的降雨阈值会明显降低。林火干扰导致坡面土壤的渗透系数表现出不同程度的降低,林火烈度越严重的区域,渗透系数越小,降雨更大比例地转化为坡面径流参与到坡面侵蚀。随降雨次数的增多,轻度、中度、重度火烧区域的坡面土壤侵蚀深度均增加;中度、重度林火烈度的侵蚀深度差异不大,且明显高于轻度区域,说明当林火烈度达到中度时,坡面土壤便会受到较大程度的侵蚀。地形条件相似的沟道,林火烈度越严重,泥石流侵蚀能力越强,最终体现于沟道两岸崩滑体数量越多,沟道宽度和深度越大。     

四川省九龙县色脚沟火后泥石流成灾机理

火后泥石流是一种与林火密切相关的泥石流,以四川省九龙县三岩龙乡色脚沟火后泥石流为典型实例,采用现场调查、遥感解译、室内外实验等方法,系统开展了火后泥石流发育特点及形成机理研究。结果表明,灰烬层特别是表层岩土体经过林火烘烤后物理、水理、力学性质发生改变,构成了不同于常规泥石流的物源组成,火烧迹地土体渗透系数平均为4.31×10-5 m/s,而未火烧区土体渗透系数平均为7.52×10-5 m/s,两者渗透性不同,导致坡面径流存在差异而改变沟域内的汇水条件,降低泥石流启动降雨阈值,进而影响火烧迹地泥石流物源的起动机制,表明火后泥石流成灾具有与常规泥石流完全不同特点的发育特征和成灾机理。     

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。     

四川西昌电池厂沟火后泥石流成灾特征及防治措施分析

火后泥石流是一种裹挟大量松散物质的特殊性洪流,与林火密切相关,其成灾特征与常规泥石流差异显著,因此常规泥石流的防治经验对其不完全适用。西昌“3·30”火灾后,火烧迹地火后泥石流频发,严重威胁当地人民生命财产安全。研究火后泥石流的成灾特征,并针对性提出综合防治措施是必要且迫切的。文中以四川省凉山州西昌市新村电池厂沟为研究对象,分析了火烧迹地及流域特征,研究了火后泥石流成灾特征并提出相应的防治措施。结果表明,电池厂沟过火面积占总面积的83.37%,严重火烧区占33.47%,地表灰烬层广泛堆积于坡面,松散物源中坡面物源占69.83%。火后泥石流表现出频发性:首次暴发于火后一个月左右,首个雨季累计暴发5次;且泥石流起动降雨阈值低,易发性激增。据此,对该沟提出相应的防治措施:短期应急（坡面枯木清理、植被恢复、简易谷坊坝）;中期治理（沟内拦砂坝辅以坝后沉沙池）;长期预防（森林防火、植被保护、预警避险）。短期、中期方案已在电池厂沟实施,工程竣工后至今,综合治理效果得到了初步检验,可为今后火后泥石流防治提供参考。     

浅层滑坡型火后泥石流起动机理研究进展与案例分析

火后泥石流由起动条件的不同可以分为表面径流型火后泥石流和浅层滑坡型火后泥石流。由于表面径流型火后泥石流多发生于火灾后的前两年,水土流失严重,灾害效应明显,因此,大多数研究集中在表面径流型火后泥石流。然而,对于火灾较长时间后发生的浅层滑坡型火后泥石流,现有研究相对较少,这制约了人们对于浅层滑坡型火后泥石流起动条件和起动机理的认知。与表面径流型火后泥石流相比,浅层滑坡型火后泥石流的形成主要是由于根-土强度的退化导致。因此,定量测定火灾后根和土强度的衰减,是了解浅层滑坡型火后泥石流机理的必要条件。本文以四川省凉山州木里县的火后浅层滑坡为研究对象,针对未火烧、火烧后3年及火烧后9年的马尾松进行根系数量统计、根系极限抗拉力测试、根土复合体抗剪强度测试及对不同火烧后时间的坡体进行稳定性分析。结果表明,火后根系数量、极限抗拉力随火后时间而递减。由于火灾造成植被死亡根系腐烂,土中产生大孔隙,使得根土复合体抗剪强度下降,进而造成降雨条件下的浅层滑坡的起动。研究成果解释了火灾后数年内浅层滑坡-泥石流的起动机理,为滑坡型火后泥石流防灾减灾提供了数据支撑。     

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。     

西昌市泸山地区典型火后泥石流特征与成因机制研究——以响水沟左岸3~#支沟为例

2020年3月30日,四川省凉山州西昌市经久乡发生森林大火,山火燃烧后形成的山火灰和烧焦土体在强降雨作用下极易启动形成泥石流,给西昌市泸山、琼海景区生态环境及当地百姓生命财产安全带来潜在地质灾害风险。以西昌市安哈镇响水沟左岸3~#支沟为例,采用野外调查、无人机航拍、地球物理探测、现场及室内实验等手段,对2020年5月1日该沟发生的火后泥石流流体特征、动力学参数及成因机制等开展研究,系统分析了山火及降雨过程对该次火后泥石流形成的影响机制。该成果可为系统认识西昌泸山"3·30"山火地区火后泥石流的运动特征、物源规模、激发雨量及其发展趋势研判提供科学参考。     

西昌市泸山地区典型火后泥石流特征与成因机制研究——以响水沟左岸3#支沟为例

2020年3月30日,四川省凉山州西昌市经久乡发生森林大火,山火燃烧后形成的山火灰和烧焦土体在强降雨作用下极易启动形成泥石流,给西昌市泸山、琼海景区生态环境及当地百姓生命财产安全带来潜在地质灾害风险。以西昌市安哈镇响水沟左岸3^#支沟为例,采用野外调查、无人机航拍、地球物理探测、现场及室内实验等手段,对2020年5月1日该沟发生的火后泥石流流体特征、动力学参数及成因机制等开展研究,系统分析了山火及降雨过程对该次火后泥石流形成的影响机制。该成果可为系统认识西昌泸山“3·30”山火地区火后泥石流的运动特征、物源规模、激发雨量及其发展趋势研判提供科学参考。     

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。     

俄火村泥石流的基本特征及成因分析

文章以俄火村泥石流为例,对该泥石流活动的3个分区的地形地貌、物质组成进行归纳总结,在现场详细调查、统计、试验获得丰富资料的基础上,对其典型特征和成因进行了分析。分析结果表明,俄火村泥石流具有一次冲出量大、松散物源多、沟谷两侧冲刷造成的岸坡崩滑现象明显等基本特征,属典型的暴雨型泥石流。暴雨促发沟岸崩滑,产生的碎屑流堆积体为泥石流发生提供了丰富的物源,特殊的地形条件、短时强降雨等因素是泥石流爆发且规模较大的主要原因。文章的分析对泥石流的修复治理具有重要意义。     

俄火村泥石流的基本特征及成因分析

文章以俄火村泥石流为例,对该泥石流活动的3个分区的地形地貌、物质组成进行归纳总结,在现场详细调查、统计、试验获得丰富资料的基础上,对其典型特征和成因进行了分析。分析结果表明,俄火村泥石流具有一次冲出量大、松散物源多、沟谷两侧冲刷造成的岸坡崩滑现象明显等基本特征,属典型的暴雨型泥石流。暴雨促发沟岸崩滑,产生的碎屑流堆积体为泥石流发生提供了丰富的物源,特殊的地形条件、短时强降雨等因素是泥石流爆发且规模较大的主要原因。文章的分析对泥石流的修复治理具有重要意义。     

木里县项脚沟火后泥石流发育特征及应急处置对策

2020年3月28日,四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县项脚乡及其毗邻的白碉、乔瓦等乡镇发生森林火灾,其中项脚乡项脚沟流域中、上部火灾后火烧迹地植被遭受严重破坏。自6月9日山顶附近局地短时强降雨激发甲尔沟(东支)暴发火后泥石流灾害以来,项脚沟主沟及多条支沟分别于6月12日、22日、23日、28日、29日、7月7日相继发生不等规模火后泥石流,造成沟口部分建筑物被多次淤埋,基于完善的群测群防体系,上述泥石流灾害均未造成人员伤亡。本文在现场调查基础上,重点解剖甲尔沟(东支)泥石流发育特征,分析临灾避险成功的关键是地方政府及各级相关部门高度重视、前期隐患排查到位、群测群防体系健全并高效运转、基层干部及相关人员履职尽责,并提出了应急工作中的不足。     

浆砌石拦挡坝稳定性验算及在泥石流灾害治理中的应用

在对泥石流沟进行详细的地质勘察的基础上,对北京市密云县前火石岭泥石流灾害设计浆砌石拦挡坝进行治理,并对拦挡坝进行了稳定性计算,得到了坝体相关参数及3种设计工况下的抗滑稳定系数、抗倾覆稳定性和地基稳定性。该方案的设计实施,将有效削弱泥石流的致灾能力,降低泥石流对前火石岭村村民生命财产及村内公共设施的威胁,对于维护社会与生态环境的稳定具有积极意义。     

藏东南冰湖溃决泥石流灾害及其发展趋势

冰湖溃决泥石流是高山冰湖溃决洪水引起的突发性泥石流,是一种自然灾害现象.西藏冰湖溃决泥石流集中分布于东南部的雅鲁藏布江、波曲及朋曲流域等.冰湖溃决泥石流常形成灾害链对藏东南社会、经济危害严重.分析了气温和降水对冰湖溃决和及其所形成的泥石流的影响,认为冰湖的溃决大部分是由于异常气候条件造成的,冷湿的气候有利于冰川的积累,当气候转为湿热和干热或气温突然升高0.6～1.2 ℃时最易引起冰湖溃决泥石流.通过对西藏地区气候变化的研究,对未来50 a藏东南冰湖溃决泥石流的发展趋势作了预测探讨.一般来讲,气温升高,冰川融水的增加有个临界点,当过了临界点后其冰川融水将会减少,冰湖溃决可能性减少,冰湖溃决泥石流也将减少.也就是说,未来西藏东南部冰湖溃决泥石流的发展趋势,将呈倒"U"字型.冰湖溃决泥石流的发生更多地依赖于突发性的降雨增多.     

阿勒泰市修配厂北泥石流灾害形成条件及动力学特征分析

修配厂北泥石流位于阿勒泰市区南部,该泥石流沟曾多次发生泥石流灾害。沟内第四纪松散堆积物丰富,在暴雨和地震等自然因素的影响下,会有较大规模泥石流发生的可能性,将对居民安全和基础设施带来不利影响。在对研究区孕灾环境条件分析的基础上,结合该泥石流的具体特征,分析研究了修配厂北泥石流的形成条件及其动力学特征,具体包括泥石流的峰值流量、一次泥石流总量和泥石流总体冲击压力等参数。通过对该泥石流的形成条件和动力学特征的分析,可以对该泥石流的防治工程设计提供理论依据。     

古炭屑与古森林火?

森林火普遍发生在地质历史时期中，它对自然植被系统的演替起着重要作用。不同强度和频率的森林火培育出不同类型的植被：频繁的森林火导致草甸的形成，而热带雨林形成的原因之一是森林火的缺乏。古炭屑作为古森林火的遗迹，具有分布广泛、细胞结构保存完好以及原地埋藏等特点，为研究古森林火发生的强度和频率提供了宝贵的材料。古炭屑的出现与当时的气候因素、植被类型和地理状况有密切关系：干旱、少雨的气候常常伴随高频率森林火的发生，表现出古炭屑的数量增多；易燃物种组成的植被易发生森林火，古炭屑的出现也会增多，而耐火树种会降低森林火的强度，古炭屑则出现少。因此，从古炭屑的数量和种类的变化，可探讨古森林火的发生规律，进而推断长期地质历史时期的气候、植被、地理状况的演变。     

四川木里县项脚沟“7·5”特大型泥石流特征及发展趋势分析

2021年7月5日,凉山州木里县项脚沟暴发特大型泥石流灾害。文章通过野外调查和特征参数计算,研究了本次泥石流的形成条件、暴发过程和暴发特征。根据实地考察判断,泥石流主要在森林火灾、短时强降雨和沟道地形条件等因素共同作用下暴发,为暴雨径流冲刷引发的火后泥石流。暴雨形成的洪水冲刷坡面、侵蚀沟道,导致沟道两岸坍塌滑坡,堵溃效应明显,泥石流规模扩大。项脚沟过火面积达74.61%,高烈度火烧区面积达57.98%,泥石流临界降雨强度为77.84 mm/h,累计降雨达141.60 mm。根据泥石流特征参数计算结果,此次泥石流密度范围为1.83～1.93 g/cm³,属黏性泥石流,主沟下游出口流速为7.22 m/s,峰值流量759.08 m³/s。结合雨洪法和形态调查法结果分析,此次泥石流重现周期为百年一遇。结合泥石流发育趋势,文章认为流域仍有可能暴发大型泥石流,提出了上游固坡、中游调控、下游排导的防治建议。     

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。     

库尔勒市铁门关水电厂泥石流形成条件及动力学特征分析

铁门关水电厂泥石流位于库尔勒市区北部,该泥石流沟曾多次发生泥石流灾害。沟内第四纪松散堆积物丰富,在暴雨等自然因素的影响下,会有较大规模泥石流发生的可能性,将对居民安全和基础设施带来不利影响。在对研究区环境条件分析的基础上,结合该泥石流的具体特征,分析并研究了铁门关水电厂泥石流的形成条件及其动力学特征,计算得出了N1、N2和N3等3条泥石流的流速、峰值流量、一次泥石流总量和一次泥石流冲出的固体物质总量等动力学参数,通过对该泥石流的形成条件和动力学特征的分析,可以对该泥石流的防治工程设计提供理论依据。同时也为该地区类似防灾减灾工程提供科学的理论基础。