长白山天池地区泥石流形成条件及危险度研究
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摘要
长白山位于中国吉林省东南部与朝鲜接壤的边陲地带，东西宽约200km，南北长约310km，是著名的世界级自然保护区和风景旅游胜地。长白山天池地区以独特的火山地貌、完整的生态系统、美丽的自然景观闻名于世，是自然科学考察与旅游观光的胜地。
由于特殊的环境地质背景，泥石流在长白山天池地区密集分布，频繁发生。在长白瀑布以北二道白河源区两侧的山体中，约20km2的范围内发育过泥石流的冲沟就有十余条，其中黑风口、天上温泉频繁活动的泥石流更值得重视。泥石流灾害不仅严重破坏了该区宝贵的生态资源，而且还阻碍了当地旅游事业的发展。
为了深入认识长白山天池地区泥石流的发育特征和形成规律，为泥石流的防治提供建议，以减轻泥石流灾害对该区自然环境和人类活动的影响，本文对该区泥石流的形成条件、类型、分布、堆积物的粒度特征等方面进行了分析研究，并选取八条泥石流沟，对其进行危险度评价，明确其灾害性质和防治重点。
泥石流是地质、气象等因素共同作用下的产物，其形成必须具备三个基本条件，即大量的松散固体物质，陡峭的地形和急骤的降雨。长白山天池地区特殊的环境地质背景及自然条件，使本区具备泥石流发育的基本条件：1）地层岩性及构造条件有利于松散固体物质的形成。长白山一带出露的地层主体为中更新统白头山组深灰色粗面岩及黄色、褐黄色火山凝灰岩、火山灰风化壳，这种软硬相间的层状地层组合为岩体的失稳创造了条件，岩体失稳产生的堆积物为泥石流准备了充足的固体物质。在构造方面，长白山天池周围虽然没有发现大规模的褶皱断裂构造，但粗面岩中原生柱状节理、放射状节理十分发育，这些节理裂隙将岩体切割成十分破碎的碎裂结构，使岩体极易产生岩崩、落石，使岩体的完整性遭到了进一步的破坏。可见，在内外地质营力的共同作用下，斜坡岩体的各种堆积物分布广泛，为泥石流的形成提供了大量的松散固体物质。2）长白瀑布以北的二道白河河谷两岸地形高陡，其相对高程在300m以上，给泥石流的发生提供了动力条件，且山坡上冲沟十分发育，为泥石流的流通创造了条件。3）本区的气象条件有利于泥石流的形成。一方面，本区冻融作用十分强烈，在冬季由于岩体节理裂隙中水冻结而膨胀，对岩体产生膨胀力，在夏季，冰雪融化后，水的压力及软化泥化作用使岩体强度降低。另一方面，该区温差大导致岩体内外受热不均匀，加快了表层岩体的风化、崩解。这种气候特点有利于松散固体物质的形成。而本区集中而充沛的降水不但为泥石流提供了液相物质，而且也为固体物质的汇集提供了动力条件，急骤的降雨还是泥石流发生的触发因素。总之，该区各种特殊的条件有利于泥石流的形成。
从泥石流活动的地貌形态来看，长白山天池地区主要有山坡型泥石流和河谷型泥石流，本文重点研究广泛发育的山坡泥石流。从山坡泥石流流体的性质来看，其类型为稀性泥石流，粘粒含量极少，属于水石流型泥石流。山坡型泥石流根据其形成区条件不同又可以分为两种：发育在相对软弱或软硬相间岩体中规模较大的山
坡泥石流和发育在节理裂隙密集岩体中规模较小的山坡泥石流。
本文选取八条山坡型泥石流，用模糊综合评判与分形两种方法对长白山天池地区泥石流的危险度进行了研究。对于模糊综合评判方法，根据本区实际情况选取十种评价因子，采用效果测度分析法确定权重，选取半梯形分布和三角形分布相结合的一元线性隶属函数。用常规粒度分析和现场统计量测两种方法求泥石流堆积物的粒度分维值，并根据泥石流堆积物粗颗粒粒度分维值对泥石流危险度进行分级。
模糊综合评判法从影响泥石流危险度的多种因素出发评价了泥石流的危险性，而分形方法则是以泥石流堆积物粒度特征为研究对象揭示泥石流的危险度。这两种方法从不同角度，对泥石流危险度进行了研究。
根据泥石流危险度等级的不同，应采取不同的防治措施，对危险度高的泥石流应重点监测和防治。提出对该区规模较大，危害较重的黑风口泥石流沟和天上温泉泥石流，采取修建挡墙和清理堆积物相结合的方法进行治理。
用模糊综合评判与分形两种方法确定的泥石流危险度等级，与现场调查情况一致，可见用这两种方法对泥石流危险度评判是切实可行的。文中对泥石流堆积物和泥石流危险度的研究方法，对本区泥石流灾害预测和防治具有重要意义和实用价值，也为同类泥石流灾害的研究提供了参考。尤其是两种方法综合使用，会使所得结果更加准确可靠，这两种方法使泥石流的研究定量化，为泥石流的研究拓展了新道路。
Changbai Mountains is located in the frontier between the DPRK and the southeast part of Jilin Province, China, with a width of 200km in the east-west direction and a length of 310km in the south-north direction. It is a very famous natural protection area and scenic tourist resort. The Tianchi Lake area of Changbai Mountains is famous in the world because it has a unique volcano land form, intact ecocystem, beautiful natural landscape, which makes it natural science explore and tourist sight-seeing attraction.
However, debris flow disasters are concentrated in the Tianchi Lake area of Changbai Mountains and happen frequently because of its special volcanic geoenvironmental background. About 20km2 range in the north of Changbai Mountains waterfall, in the two sides of mountains located in Erdaobai river source region, there are more than ten gullies where debris flows break out, of which, Heifengkou and Tianshang hot spring debris flows often break out, be worth of emphasizing recognition. The debris flow disaster not only destroys the precious biological resources seriously but also hampers the development of local tourist industry.
In order to understand deeply the development and formation rules, offer the suggest for the prevention and protection of debris flows and alleviate the influence of debris flow disaster on the natural environment and human activities, the paper puts emphasis on the formation conditions, types, distribution and granularity features of accumulation of debris flows. 8 gullies are chosen to evaluate their danger degree, disaster and prevention focus.
As we all know that debris flow is the result of the geological and meteorological conditions combining with each other, it is formed under three fundamental conditions, that is, plenty of loose fragmental materials, steep topography and rapid and heavy downpour. The special geoenvironmental background and natural condition make debris flow develop in Tianchi Lake area of Changbai Mountains. 1) The stratigraphical lithology and tectonical conditions contribute to the formation of loose fragmental materials. The main body of the outcropping rock layer is composed of deep gray trachyte of Baitoushan formation of mid-Pleistocene series and yellow, brown yellow volcanic-tuff crust of weather. This kind of structure that weak layers and hard layers emerge alternately contributes to the instability of rock mass. Furthermore, large-scale fold and fault structure hasn’t been found around the Tianchi Lake, but the original prismatic joints
and radial joints developed well in the trachyte, so the rock mass is dissected into fractured fragmental structure and the integration of rock mass is further destroyed. It is the combined action of inner and external geological forces that make the collapsed and slumping accumulation in the slope distribute widely and offer plenty of loose fragmental materials for the debris flow. 2）The landform of two sides of Erdaobai River to the north of Changbai Mountains waterfall is high and steep. The relative elevation is above 300m and the gully on the hill lope developes well. All these create the favorable conditions for the debris flows. 3）The meteorological condition in the area helps to form debris flow. On the one hand，freezing-melting action in this area is very violent. In winter, the freezing of water filled in the joints and fissures in rock mass，will create expansion force within the rock mass. In summer，when ice and snow melt, water pressure, softening and mudding make strengthen of rock mass decrease. On the other hand, big temperature difference results in unevenly affected heated. The weathering and collapsing process of surface rock mass is accelerated. The climate feature helps the formation of loose solid material. The concentrated and plentiful rainfall in the area not only offers liquid material for the debris flow, but also offers the dynamical condition for the accumulation of fragmental materials. Rapid rainfall is stimulus factor of debris flow too. In a word, all kinds of special
由于特殊的环境地质背景，泥石流在长白山天池地区密集分布，频繁发生。在长白瀑布以北二道白河源区两侧的山体中，约20km2的范围内发育过泥石流的冲沟就有十余条，其中黑风口、天上温泉频繁活动的泥石流更值得重视。泥石流灾害不仅严重破坏了该区宝贵的生态资源，而且还阻碍了当地旅游事业的发展。
为了深入认识长白山天池地区泥石流的发育特征和形成规律，为泥石流的防治提供建议，以减轻泥石流灾害对该区自然环境和人类活动的影响，本文对该区泥石流的形成条件、类型、分布、堆积物的粒度特征等方面进行了分析研究，并选取八条泥石流沟，对其进行危险度评价，明确其灾害性质和防治重点。
泥石流是地质、气象等因素共同作用下的产物，其形成必须具备三个基本条件，即大量的松散固体物质，陡峭的地形和急骤的降雨。长白山天池地区特殊的环境地质背景及自然条件，使本区具备泥石流发育的基本条件：1）地层岩性及构造条件有利于松散固体物质的形成。长白山一带出露的地层主体为中更新统白头山组深灰色粗面岩及黄色、褐黄色火山凝灰岩、火山灰风化壳，这种软硬相间的层状地层组合为岩体的失稳创造了条件，岩体失稳产生的堆积物为泥石流准备了充足的固体物质。在构造方面，长白山天池周围虽然没有发现大规模的褶皱断裂构造，但粗面岩中原生柱状节理、放射状节理十分发育，这些节理裂隙将岩体切割成十分破碎的碎裂结构，使岩体极易产生岩崩、落石，使岩体的完整性遭到了进一步的破坏。可见，在内外地质营力的共同作用下，斜坡岩体的各种堆积物分布广泛，为泥石流的形成提供了大量的松散固体物质。2）长白瀑布以北的二道白河河谷两岸地形高陡，其相对高程在300m以上，给泥石流的发生提供了动力条件，且山坡上冲沟十分发育，为泥石流的流通创造了条件。3）本区的气象条件有利于泥石流的形成。一方面，本区冻融作用十分强烈，在冬季由于岩体节理裂隙中水冻结而膨胀，对岩体产生膨胀力，在夏季，冰雪融化后，水的压力及软化泥化作用使岩体强度降低。另一方面，该区温差大导致岩体内外受热不均匀，加快了表层岩体的风化、崩解。这种气候特点有利于松散固体物质的形成。而本区集中而充沛的降水不但为泥石流提供了液相物质，而且也为固体物质的汇集提供了动力条件，急骤的降雨还是泥石流发生的触发因素。总之，该区各种特殊的条件有利于泥石流的形成。
从泥石流活动的地貌形态来看，长白山天池地区主要有山坡型泥石流和河谷型泥石流，本文重点研究广泛发育的山坡泥石流。从山坡泥石流流体的性质来看，其类型为稀性泥石流，粘粒含量极少，属于水石流型泥石流。山坡型泥石流根据其形成区条件不同又可以分为两种：发育在相对软弱或软硬相间岩体中规模较大的山
坡泥石流和发育在节理裂隙密集岩体中规模较小的山坡泥石流。
本文选取八条山坡型泥石流，用模糊综合评判与分形两种方法对长白山天池地区泥石流的危险度进行了研究。对于模糊综合评判方法，根据本区实际情况选取十种评价因子，采用效果测度分析法确定权重，选取半梯形分布和三角形分布相结合的一元线性隶属函数。用常规粒度分析和现场统计量测两种方法求泥石流堆积物的粒度分维值，并根据泥石流堆积物粗颗粒粒度分维值对泥石流危险度进行分级。
模糊综合评判法从影响泥石流危险度的多种因素出发评价了泥石流的危险性，而分形方法则是以泥石流堆积物粒度特征为研究对象揭示泥石流的危险度。这两种方法从不同角度，对泥石流危险度进行了研究。
根据泥石流危险度等级的不同，应采取不同的防治措施，对危险度高的泥石流应重点监测和防治。提出对该区规模较大，危害较重的黑风口泥石流沟和天上温泉泥石流，采取修建挡墙和清理堆积物相结合的方法进行治理。
用模糊综合评判与分形两种方法确定的泥石流危险度等级，与现场调查情况一致，可见用这两种方法对泥石流危险度评判是切实可行的。文中对泥石流堆积物和泥石流危险度的研究方法，对本区泥石流灾害预测和防治具有重要意义和实用价值，也为同类泥石流灾害的研究提供了参考。尤其是两种方法综合使用，会使所得结果更加准确可靠，这两种方法使泥石流的研究定量化，为泥石流的研究拓展了新道路。
Changbai Mountains is located in the frontier between the DPRK and the southeast part of Jilin Province, China, with a width of 200km in the east-west direction and a length of 310km in the south-north direction. It is a very famous natural protection area and scenic tourist resort. The Tianchi Lake area of Changbai Mountains is famous in the world because it has a unique volcano land form, intact ecocystem, beautiful natural landscape, which makes it natural science explore and tourist sight-seeing attraction.
However, debris flow disasters are concentrated in the Tianchi Lake area of Changbai Mountains and happen frequently because of its special volcanic geoenvironmental background. About 20km2 range in the north of Changbai Mountains waterfall, in the two sides of mountains located in Erdaobai river source region, there are more than ten gullies where debris flows break out, of which, Heifengkou and Tianshang hot spring debris flows often break out, be worth of emphasizing recognition. The debris flow disaster not only destroys the precious biological resources seriously but also hampers the development of local tourist industry.
In order to understand deeply the development and formation rules, offer the suggest for the prevention and protection of debris flows and alleviate the influence of debris flow disaster on the natural environment and human activities, the paper puts emphasis on the formation conditions, types, distribution and granularity features of accumulation of debris flows. 8 gullies are chosen to evaluate their danger degree, disaster and prevention focus.
As we all know that debris flow is the result of the geological and meteorological conditions combining with each other, it is formed under three fundamental conditions, that is, plenty of loose fragmental materials, steep topography and rapid and heavy downpour. The special geoenvironmental background and natural condition make debris flow develop in Tianchi Lake area of Changbai Mountains. 1) The stratigraphical lithology and tectonical conditions contribute to the formation of loose fragmental materials. The main body of the outcropping rock layer is composed of deep gray trachyte of Baitoushan formation of mid-Pleistocene series and yellow, brown yellow volcanic-tuff crust of weather. This kind of structure that weak layers and hard layers emerge alternately contributes to the instability of rock mass. Furthermore, large-scale fold and fault structure hasn’t been found around the Tianchi Lake, but the original prismatic joints
and radial joints developed well in the trachyte, so the rock mass is dissected into fractured fragmental structure and the integration of rock mass is further destroyed. It is the combined action of inner and external geological forces that make the collapsed and slumping accumulation in the slope distribute widely and offer plenty of loose fragmental materials for the debris flow. 2）The landform of two sides of Erdaobai River to the north of Changbai Mountains waterfall is high and steep. The relative elevation is above 300m and the gully on the hill lope developes well. All these create the favorable conditions for the debris flows. 3）The meteorological condition in the area helps to form debris flow. On the one hand，freezing-melting action in this area is very violent. In winter, the freezing of water filled in the joints and fissures in rock mass，will create expansion force within the rock mass. In summer，when ice and snow melt, water pressure, softening and mudding make strengthen of rock mass decrease. On the other hand, big temperature difference results in unevenly affected heated. The weathering and collapsing process of surface rock mass is accelerated. The climate feature helps the formation of loose solid material. The concentrated and plentiful rainfall in the area not only offers liquid material for the debris flow, but also offers the dynamical condition for the accumulation of fragmental materials. Rapid rainfall is stimulus factor of debris flow too. In a word, all kinds of special
引文
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[4] 刘若新，魏海泉，李继泰，长白山天池火山近代喷发，科学出版社,1998
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