一等奖5篇
二等奖10篇
三等奖20篇
优秀奖25篇
特别奖若干
网络评选:2011年8月30日-9月20日
奖项公布:2011年9月21日
颁奖典礼:2011年11月
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探索和综合治理黑沙河泥石流的八年
发表时间:2011年07月12日 作者:吴积善 【字号:

  1970年初,成都山地灾害与环境研究所一批年轻人踏上了探索和征服四川凉山黑沙河泥石流的征途,在相关单位工作基础上,在地方的大力支持下,开始了从调查研究、勘测设计、施工指导到效益观测等长达八年的泥石流综合研究与治理历程。这支先后有24人参加的黑沙河泥石流研究队伍,大部分是刚出校门的年轻人,不仅没有接触过泥石流治理,甚至连泥石流这个名字都很陌生,但他们不畏艰辛,勤奋探索,勇于拼搏,敢于攀登,终于征服了这条当时被视为对成昆铁路危害最严重的泥石流沟,保证了流域范围内成昆铁路、川云西路、3条灌渠、1座电厂、12个村寨、6000多亩良田的安全,并新增耕地1500亩、灌溉面积1000亩,在昔日的泥石流乱石滩上,建立起了当时四川省最大的优质蚕种基地,成为国内大型稀性泥石流综合治理成功的首个典型,并对泥石流学科的发展做出了贡献。虽然40年后的今天,这些年轻人均步入夕阳之年,但由他们的心血和汗水铸成的松涛和桑叶,将长久点缀着黑沙河的山山水水。

一、基本概况

  黑沙河是四川省凉山彝族自治州境内成昆铁路沿线一条知名的灾害性泥石流沟,源出喜德县鲁基后山,经西昌县礼州汇入安宁河,面积22.7km2。流域内地形陡峻、岩性破碎、滑坡棋布、冲沟丛生,计有崩塌、滑坡180处,泥石流支沟135条,可供泥石流形成的松散固体物质2600万m3。故一遇暴雨,被当地群众称为母猪龙的强劲泥石流破山而出,先后使5个村寨沦为废墟,3000多亩良田成为荒滩,形成了宽达3km的泥石流堆积扇,泥石流与沟水分七汊流入安宁河。尤其是1964年仅一次泥石流,冲毁或淤埋良田1100亩、房屋74间、渠道13处、川云西路1.5km。当时正值成昆铁路勘测和设计,把其视为对该铁路安全威胁最大的一条泥石流沟,并确定逢沟设桥,以5m高的路堤、7座桥梁(其中四、七号为大桥)通过黑沙河,成为铁路上罕有的泥石流处置方案。然而堆积扇上的泥石流主流往往摆动不定,故在1970年7月1日成昆铁路正式通车后不到一年,一次规模不很大的泥石流和一次洪水,都不走主汊与大桥,却流向五、六号桥之间,结果冲毁五号桥桥基锤状护坡10m,并沿五、六号桥之间的路堤坡脚冲出一条最深达2.1m的沟槽,导致部分路堤下座,严重危及到线路安全,引起四川省政府和铁道部门的高度关注。

  1967年,根据冶金、铁路和交通部门的要求或建议,中国科学院将黑沙河作为重点研究的3条灾害性泥石流沟之一,组成了以成都山地灾害与环境研究所为主,5个研究所30余人参加的中国科学院泥石流二队,对其进行全面的调查和研究,提出了治理规划。铁道部西南铁道研究所通过考察和模型试验,也制订了治理工程规划。1970年初,重新组建了黑沙河泥石流队,先后有24名科技人员参加,包括沈阳林土所2人。通过进一步的调查、观测和剖析,新建的泥石流队制订了《西昌黑沙河泥石流综合治理方案》,包括上游修建库容为64万m3的调洪水库1座,营造水源涵养林1.2万亩,以调节洪水,削减洪峰,控制形成黑沙河稀性泥石流的水动力;中游兴建拦沙坝7座、谷坊5道、护岸或顺水坝7处,营造水土保持林0.6万亩和部分梯地,以控制或减少形成泥石流的松散固体物质;下游修建导流堤南、北两条,共长5.8km,开挖排洪沟1条,栽植防护林带39条,以稳定沟床,控制流势,顺利排泄洪水或泥石流,消除其危害。

  1970年底,当时的四川省革委会徐驰副主任主持召开办公会议,听取汇报后,同意我队制订的综合治理方案。1971年3月四川省革委会批准了这一方案,工程投资100万元(不包括生物措施)。当年4月,成立了“四川省西昌地区根治黑沙河革领小组”和“四川省西昌地区根治黑沙河工程指挥部”,我所的黑沙河泥石流队队长任负责工程技术的副指挥长。由成都山地灾害与环境研究所泥石流队负责技术,与当地技术人员参加相继完成了调洪水库、拦沙坝、导流堤等23项泥石流治理工程的设计及现场施工。至1978年,完成全部泥石流治理工程;生物措施通过飞播造林和群众性造林,也完成了预定任务,山区的森林(松树为主)覆盖率由原来的2.7%增加到62%。

  经过综合治理后,基本上征服了黑沙河泥石流,主沟从未发生过泥石流,并经受了50年一遇的暴雨考验,每年输出山口的泥沙不足治理前的1/4;10年一遇的暴雨洪水峰值流量仅为治理前的1/5。不仅控制了泥石流危害,确保了铁路、公路、电厂、村寨、农田和渠道等安全,还增加了耕地和灌溉面积,流域内的坡地大部分(不包括治理后新开的)实现了梯地化,农田实现了条田化,四旁进行了绿化。农业产量大幅度提高,尤其养蚕业得到了大力发展,人居环境得到明显改善。然而经过40年的风风雨雨,泥石流治理工程逐渐老化,在前30年间工程运行正常,但近10年来部分工程出现毁坏或局部损坏,这可能是因为有些工程是按20年一遇泥石流标准设计的,也有可能在某些支沟内发生了大于设计标准的泥石流,以及其它种种原因。为了使黑沙河泥石流综合治理成果得到保障,当前急需加强管理,注重养护,及时维修。

二、点滴进展

  在综合治理黑沙河泥石流的8年间,队员们除了完成工程的勘测设计和施工技术指导外,还对泥石流学科的基础理论和综合治理技术进行了全面探索,填补了某些空白,有些在当时国内甚至在国外都处于先进水平。1980年,顺利完成了《四川凉山黑沙河泥石流及其综合治理》为题的研究总结报告。

第一、在基础理论方面的进展

  通过对黑沙河主沟稀性泥石流和支沟的粘、塑性泥石流现场观测、简易模型试验和多种实验分析,对泥石流的结构、性质、流变、流态、运动和冲淤进行了系列探讨,提出了新的见解,发展了泥石流学科的基础理论,主要包括:(1)提出“泥石流是山区介于挟沙水流与滑坡之间的土(泛指松散固体物质)、水、气混合流”的定义,此定义与英国地质学会工程组提出的定义比较接近,但又有明显的不同;(2)提出泥石流是具有起始静切力的“幂律体”;(3)提出了泥石流体具有网格、网粒和格架等三类结构,把所有泥石流体归纳为4种网格结构、12种网粒结构和47种格架结构,并建立了相应的判别指标;(4)对泥石流性质作了进一步探讨,除已有的稀性、亚粘性(过渡性)和粘性外,增加了“塑性”这一类;(5)提出泥石流的流态可分为紊动流、层动流、蠕动流和滑动流4类,并试探性地建立了相应的流变模式;(6)研究了泥石流形成的力学机制,把泥石流的形成归结为水力类和土力类两类;(7)指出是在一定的坡降下,泥石流累积到一定厚度后,克服起始静切力,发生起动的结果;提出粘性阵性流龙头内部的环流系统,揭示了其高速运动的机理;(8)分析了泥石流的冲淤特性和沟床演变,提出了泥石流具有单颗粒冲起和淤落、层状冲刷和堆积、整体侵蚀和停积等三种冲淤形式,后二者往往造成沟床大幅抬升或下切。

第二、在综合治理技术方面的进展

  通过对23项泥石流综合治理工程的设计、实施和效益观测,对治理工程的布局、结构和关键技术进行了全面探索,提出了一些新的理念和工程结构,解决了某些关键技术,发展了泥石流综合治理技术,包括:(1)提出泥石流综合治理是:“工程措施与生物措施相结合,上、中、下游全面考虑,山、水、林、田统一治理”,并归纳了泥石流综合治理的五项基本原则;(2)设计了适合泥石流防治的调洪水库,并解决了易于启闭便于排沙的放水设备和既能调洪又能迅速排洪的溢洪道两项关键技术;(4)为防止拦沙坝失事,设计了拱基、钢筋混凝土梁基和钢筋混凝土板基3种新型坝基,尤其拱基,目前在国内应用较广;(4)黑沙河谷坊大多建在滑坡发育、堆积层很厚和边坡不稳定的泥石流支沟段,为此设计了主副基础连成一体的箱形坝;(5)根据稀性泥石流出山口后在堆积扇摆动和冲淤的状况,采用了西南铁道研究所提出的漏斗形排导槽,并作了适当改进,槽宽由沟口下方的401m逐渐分段收缩到汇入安宁河处的20m。这样的布设适用于稀性泥石流或洪水顺利排泄;(6)提出了在泥石流强烈活动区造林成功的封山育草、因地制宜选择树种和采用适宜的营林方法3项关键技术;(7)充分拓展治理工程的功效,除了治理泥石流外,尽量发挥其他方面的经济效益。如调洪水库除控制或削弱形成泥石流的水动力外,还可灌溉农田1000亩;拦沙坝除拦沙稳坡外,通过过滤装置和坝基廊道,截出沟床堆积物中的潜流用以人畜饮水或灌溉等。

三、精神风貌

  一批刚出校门、对泥石流几乎一无所知的年轻人,能征服当时被视为对成昆铁路安全威胁最大的泥石流沟,并在泥石流基础理论和综合治理技术方面取得明显进展,其关键是他们有一颗报效祖国、服务人民的心,一种不畏艰辛、勤奋学习、勇于拼搏、敢于攀登的精神。

第一、安于吃苦,默默工作

  刚踏入黑沙河的几年间,为了工作方便,队员们借住在紧靠黑沙河的礼州灌区,在附近的林场搭伙,每天粗菜淡饭,用箱子当书桌,用木板作凳子,条件十分简陋;白天带着几个馒头上山考察或测量,晚上因经常断电,在煤油灯下看书或整理资料到深夜。不少队员一年中有半年以上甚至超过10个月工作在黑沙河,过着这样的生活,但都没有怨言。在工程施工期间,因施工人员全部是农民,没有施工经验,队员们既是技术员,又当施工员。为了保证施工质量,一直坚持守在现场,与民工一起,住简单的工棚,吃见不到油的蔬菜,但没有一个队员打退堂鼓,有的连春节都没有回家过年,安于吃苦,默默奉献。

第二、不畏艰险,勇于拼搏

  为了获得各种性质的泥石流形成、运动和冲淤的第一手资料,队员们历尽艰险,拼搏在汹涌的泥石流旁、险恶的深沟内、炎炎的烈日下。例如:(1)在主沟沟口上侧设置了稀性泥石流观测断面,当泥石流或大洪水暴发时,队员们在沟岸边用浮标和秒表测流速,用特制的竹杆测泥深,用铁皮桶在滚滚的泥石流中取样。若发生在晚上,就穿着雨衣,打着电筒进行观测或取样,汹涌的泥石流或大洪水在身旁咆哮而下,存在着被卷入的危险,但没有队员因此退缩;(2)泥石流形成和粘、塑性泥石流的运动观测,设在中游右岸支沟马颈沟,此沟比较偏僻,而且险恶,人只能住在附近一块高地上支起的帐篷内。该沟沟床宽窄和深浅不一,两岸均为滑坡,经常有石块和泥团滚落,只能站在泥石流与岸边接壤处进行近距离观测,显得相当危险。但是该沟泥石流种类齐全,频率很高,有时晴天都会发生泥石流。而且,在180m的距离内,有形成区、流通区和堆积扇,可以进行不同性质泥石流的形成、运动和堆积观测。因此一场泥石流观测下来,虽然都成了“泥人”、带了“小彩(小伤)”,但可以取得大量的数据;(3)为了掌握泥石流或大洪水的沿程冲淤变化和沟床演变的规律,主沟从水库坝址到安宁河边,以及一些典型的泥石流支沟,共布设了71个固定测量断面,数量之多,对一条泥沟来说可能是前所未有的,通常系统测量一次需10天左右。每次泥石流或大洪水暴发过后,在安排观测的年份都要测量一次。参加测量的队员往往早晨踩着露水,中午顶着烈日,下午迎着大风进行操作,10天测量下来,经常要脱一层皮。不过面对着大量的测量资料,大家都感到欣慰。

第三、立足简易,力求完善

  刚到黑沙河时,除了一些常用的地学仪器外,几乎没有专门用于泥石流测试的仪器和设备,加之当时经费有限,不可能购买或定做精贵的仪器。通过调查和摸索,购买或加工了一些投入不多、用处较大的简易仪器和设备开展测试,并注意尽量提高精度。如:(1)先用比重计、沉降筒、漏斗粘度计、测粘度用的各种钢球、可调角度的平板、天平和烘箱,后来又增添了静切力仪、体视显微镜等,开展了对泥石流及其浆体的组成、结构和流变等方面的测试和实验。为了使实验结果尽可能完善,达到一定精度,往往用不同方法,进行同类数值的测定,如对粘度(有效粘度),同时用漏斗粘度计和钢球下沉进行多次实验,直到测定数据比较接近;静切力是同一种浆体分别用静切力仪和倾斜平板进行对比测定,以求得到比较精确的数值;(2)用木板和铁皮加工了二个宽度不同的简易试验槽,安放在马颈沟沟口,直接用该沟不同容重的泥石流体作物料,调整试验槽的宽度或比降,进行不同性质泥石流的起动、运动、流态和堆积试验,多次试验的结果与马颈沟原型观测相对比,尽量使数据精度较高;(3)黑沙河沟口附近,在坡向和坡度基本一致的山坡上,分别于林地、灌草地和裸露地上布设了3个简易径流场,开展径流和坡面侵蚀的观测,为揭示黑沙河森林(松树林)、草灌在水土保持方面效益提供数据。尽管上述方法均很简单,但由于测试次数很多,并有不同方法的结合,还将模型试验与原型观测随时进行对比,因此数据的精度还比较高。

第四、勤奋学习,敢于攀登

  大部分年轻队员来黑沙河之前,连泥石流的基本概念都没有。于是队员们把成都山地灾害与环境研究所附近的图书馆查了个遍,只要与泥石流有一点关系的书都借来看,使队员们得到深入剖析泥石流的多种启示;也有队员几乎跑遍了当时从事过泥石流研究的单位,向他们讨教和收集资料。在2至3年内,部分队员已基本了解当时泥石流的基础理论和防治技术,国内外研究现状,也逐渐认识到泥石流研究的核心理论、存在的空白和治理方面急需解决的关键技术。对一些刚参加泥石流研究的年轻人来讲,要探讨核心理论、填补空白和解决关键技术的难度极大。队员们凭着顽强的毅力,进行了八年艰难的攀登,终于取得了一些新的进展,填补了某些空白,解决了不少关键技术。例如:(1)泥石流流态是建立流速公式的基础,是泥石流基础理论的核心之一。在近距离观测马颈沟泥石流时,发现它的层流和紊流与水流并不完全相当,泥石流流态介于水流流态与滑坡运动之间,有四种特殊运动状态(紊动流、层动流、蠕动流和滑动流),这四种流态在多次简易模型试验中也得到证实,其中稀性泥石流以前二种为主,塑性泥石流以后二种为主,粘性泥石流四种皆比较明显。这一新的见解虽然并未得到共识,但有些著作和论文已经引用;(2)通过对马颈沟泥石流原型的多次观测和反复的简易模型试验,发现粘性阵性流龙头并不呈整体运动,其内部具有不典型的纵向和横向环流,与沟床存在着物质交换,这一发现可揭示粘性阵性流高速运动的机理;(3)为专门治理泥石流而修建调洪水库,国内从未建过,国外也没有公开的报导。然而黑沙河主沟属水力类泥石流,如能控制上游的洪水,就能有效地制止泥石流形成。为此,负责设计的几位年轻人吸取多方面的经验,解决了为治理泥石流而修建调洪水库的两项关键技术。水库建成后,主沟一直没有发生过泥石流,效益十分显著。

第五、尊重地方,搞好协作

  四川省及相关地、州、县、区各级领导和有关部门非常关心黑沙河泥石流的治理,经常亲临现场指导、检查或协助工作。队员们对当地的领导和工程技术人员都很尊重,经常向他们汇报工作或请教,他们的建议和要求都能虚心考虑,队员的工作也得到他们的全力支持,队员们设计的一些探索性、试验性的工程,都得到了实施,简易模型试验槽、径流观测场都是在当地支持下建成的。良好的协作、融洽的关系,保证了泥石流队的观测、试验和研究工作得以顺利开展。

  因为当时经验很少,在泥石流治理工程设计方面也存在一些不足,泥石流基础理论研究仅迈出了第一步,还需在今后进一步改进和完善,尤其是1978年黑沙河泥石流治理工程竣工后,队员们开始几年还搞一些不定期的工程效益观测,以后因忙于其它任务,几乎没有再过问,全部由当地管理,但是黑沙河毕竟是部分年轻人走上工作的第一站,在此战斗了八年,使大家一直难以忘怀。但愿在当地政府和受益单位的关心和努力下,黑沙河泥石流综合治理工程能持续发挥作用。

    作者单位:中国科学院成都山地灾害与环境研究所 

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