重庆市2022年8月森林火灾火烧区特点及火后泥石流易发性评价

2022年8月重庆市江津区、巴南区、北碚区相继爆发森林火灾,总过火面积约35 km^(2)。火灾后火烧迹地植被及土壤结构遭到破坏,坡表堆积了厚度1~5 cm不等的灰烬层,受强降雨影响一旦爆发火后泥石流,将对附近村镇基础设施及群众生命财产构成严重威胁。通过遥感解译、现场调查及试验,查明了本次森林火灾火烧区空间分布特征,实测了火烧迹地灰烬层厚度、土壤饱和导水率等参数。结果表明研究区重度、中度和轻度火烧区分别占9.6%、34.0%和56.4%,其对应的坡面灰烬-结构扰动层平均厚度分别为5.10,3.28,1.15 cm。基于专家经验预测模型对火烧区共95条潜在泥石流沟道进行火后泥石流易发性评价,其中1条为高等易发,43条为中等易发,44条为低等易发,7条为不易发,分别占总数的1.05%、45.26%、46.32%、7.37%。考虑到现状条件下各泥石流沟域内中度和重度火烧区仍残留有大量灰烬、泥沙等松散固体物源,且土壤表现出较强的斥水性,中等及高等易发性沟道在雨季一旦受集中降雨影响,爆发火后泥石流的可能性较大。研究成果可为火烧迹地火后泥石流灾害预防与风险管理提供科学依据。

基于复杂网络的火后泥石流成灾机理的建模方法

为更加全面地对火后泥石流致灾因素进行定性分析,达到灾害防控目的,基于复杂网络理论,通过梳理既有的致灾机理研究,萃取了包含致灾因素和过程事件在内的39个节点,建立了火后泥石流触发网络。随后,基于有向网络的结构特点拓展了综合度的概念,并通过综合出(入)度、中介中心性、连边脆弱度3项复杂网络拓扑特征提出了节点风险扩散度指标(NRD)用于评估网络中的关键节点。最后,以3种攻击方式针对PDFTN,对比该网络的连通度变化,以验证NRD识别结果的有效性。结果表明:NRD能够有效识别出有向网络中的关键节点,其中NRD识别出的火后泥石流关键致灾因素为地表径流,该结果与现有研究结论一致。因此,致灾因素对火后泥石流灾害结果的影响可以通过本文提出的NRD指标进行有效表征,从而为火后泥石流灾害防控提供辅助决策依据。

火后泥石流启动降雨阈值分析——以四川乡城县仁额拥沟泥石流为例

2014年6月1日,中国西南中横断山区仁额拥沟遭受了一次森林大火,火后的短时低雨强降雨在3#支沟内激发了3次泥石流;2015年8月的一次强降雨在仁额拥沟的1#、2#和3#支沟及其他附近的多个更小的流域内均激发了泥石流。为了解火后泥石流的降雨响应特征,文章采用距离修正的方式处理降雨数据,对4次泥石流进行降雨过程分析,查明了流域特征对泥石流启动的作用及其对各支沟泥石流不同降雨阈值的影响。研究发现:(1)泥石流降雨阈值在火后非常低且有随时间推移而增大的趋势;(2)仁额拥沟火后泥石流具有高频率特征,其原因除了在火后天然植被的破坏后降雨对坡面径流和侵蚀效应的放大,流域本身的性质也有极大的贡献;(3)各支沟内泥石流降雨阈值差异的主要原因在于流域面积的差异,泥石流侵蚀受制于径流量大小。

西昌安保公司后山火后泥石流成灾特征

火后泥石流是指火烧迹地附近发生的与林火密切相关的泥石流。以四川省凉山州西昌市安保公司后山沟为研究对象,通过无人机航拍、现场勘查和室内分析等方法,对火烧迹地、沟道流域和物源特征进行阐述分析,对火后泥石流成灾特征进行论证研究。结果表明,安保公司后山沟过火面积达到流域总面积的100%,其中重度火烧区占流域的51.8%,灰烬层厚度在3~5cm,扰动土层厚度4~6cm;中度火烧区占流域的44.4%,灰烬层厚度在2~4cm,扰动土层厚度3~5cm;火烧迹地灰烬层和火烧扰动土层厚度与火烧烈度呈正比。火后泥石流的启动方式由坡面径流冲刷和浅层滑坡组成,两种启动方式共同作用引发。火后泥石流表现出暴发频率高,火灾后第一个汛期就暴发了4次泥石流灾害,且多为当地常见的中到大雨激发,说明火后泥石流沟启动降雨阈值降低、暴发频率高。通过对火后泥石流沟成灾特征的研究,为火后泥石流的治理提供科学依据。

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。

八角楼乡火后泥石流空间发育特征

作为一种与林火密切相关的特殊泥石流,火后泥石流的形成具有明显的空间差异性,对其空间发育特征及影响因素的分析有利于此类泥石流的防灾减灾.运用现场调查、室内外试验和遥感解译等手段,对雅江县八角楼乡火烧迹地15条沟道的火后泥石流发育特征及地形、林火、植被特征、降雨条件进行了多元分析.结果表明:火烈度越强,土壤的物理力学性质劣化越严重,斥水性越强,渗透性越低,泥石流越易形成;流域过火面积越大,植被覆盖率越低,泥石流暴发频率越高;相对于大流域,小而陡的流域反而更易暴发火后泥石流.此外,研究区内暴发的5次火后泥石流中有4次泥石流其激发雨强重复周期均小于5 a,且随着时间的增长激发雨强也逐渐升高.

火后泥石流流域坡面侵蚀物源动储量估算方法探讨

火后泥石流具有易发、突发等特征,尤其在林火发生当年异常活跃,林火干扰会加剧土壤侵蚀,若将常规泥石流坡面侵蚀物源动储量估算方法应用于火后泥石流将使计算结果偏小,会导致拦砂坝等治理工程库容设计有效性不足。本文采用修正通用土壤流失方程(RUSLE),以四川省雅江县八角楼乡火烧迹地D4流域为例,通过野外调查、室内外试验、遥感解译等手段,计算了研究区的坡面侵蚀物源动储量。结果表明:在火后5年内,D4流域坡面侵蚀物源动储量约为3.28×10^(4)m^(3),中度和重度火烧区贡献量较大,合计占比高达93.90%。随着后期植被恢复和土壤物理及水文地质性质改善,坡面土壤侵蚀模数将会降低,坡面侵蚀物源动储量也随之减少。该研究成果对火后泥石流应急治理工程(如拦砂坝等)的库容、结构设计具有指导借鉴意义。

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. 31×10-5m/s,而未火烧区土体渗透系数平均为7. 52×10-5m/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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 km^(2)。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。

西昌市火后泥石流发育特征及防治措施分析——以电池厂后山泥石流为例

中国森林分布广泛、地理环境复杂多样,森林火灾时有发生。从以上数据可以看出,森林火灾给我国人民的生命财产安全带来了极大的损失和威胁。由此,文章以西昌市经久乡电池厂后山泥石流为例,从地质环境、形成条件等入手,分析讨论火后泥石流的基本特征、形成机制,从而为优化火后泥石流的防治工作,开展更加细致的火后泥石流防治工程设计,提供一定程度的参考。

森林火灾对泥石流孕灾环境及成灾机制的影响分析

火后泥石流是最危险的森林火灾次生灾害之一,为了探讨森林火灾对泥石流孕灾环境及成灾机制的影响,本文以湖南新田县过火区域为研究对象,利用遥感解译、野外实地调查、室内实验等方法,开展火后泥石流孕灾因子及成灾机制研究。研究结果表明,森林火灾对岩土体、植被和物源产生重要影响,因岩土体性质和植被烧毁的影响,提高了坡面地表径流和坡面侵蚀,降低了泥石流启动降雨阈值,形成初次以灰烬层为主的泥石流。这与常规泥石流的特点和成灾机制有所不同,可为火后泥石流灾害防治与风险评价提供重要参考和技术支撑。

火烧迹地土壤斥水特性研究及其对火后泥石流诱发机理

林火的发生会破坏原有的土壤结构,影响土壤的渗透速率,改变土壤的斥水特性。研究发现,火后泥石流物源启动类型主要为地表灰烬层等物质径流冲刷和降雨入渗触发的浅表层滑坡两种模式。本文为了探究土壤的斥水特性及其对火后泥石流诱发作用的影响,以四川省雅江县八角楼乡火烧迹地为研究对象,对火烧迹地现场4个不同火烈度区域分别进行水滴入渗试验和圆盘入渗试验并结合室内相关物理力学性质试验测得不同火烈度区域土壤的斥水性分布规律及其渗透速率。试验结果表明:(1)林火燃烧的程度和土壤斥水性能呈正相关关系,林火造成土壤表层斥水性明显增强,但其影响程度随土壤深度逐渐下降,对于3 cm以下土壤影响作用显著减小;(2)严重火烧区土壤渗透速率较未火烧及轻度火烧区显著降低;(3)林火燃烧改变了土壤原有的斥水性能,同时也使土壤的众多物理力学性质发生变化;(4)斥水性土壤更易产生坡面径流,土壤侵蚀程度加深,直接为火后泥石流提供物源启动条件。

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。

火烧迹地土壤团聚体稳定性原位快速测定方法

森林火灾后因火烧迹地土壤斥水性,导致坡面径流和土壤可蚀性增强,提高了火后泥石流易发性,而土壤团聚体稳定性是影响土壤入渗能力和侵蚀敏感性的关键指标。目前常用于火烧迹地土壤团聚体稳定性测定的水滴冲击测定方法(counting the number of water drop impacts,CND),不适用于原位测定且耗时较长(滴定一组团聚体需要数小时)。因此文章提出一种基于冲击振荡破坏效应的团聚体稳定性测定方法(shock and vibration damage method,SVD)。充分考虑容重、有机质含量和斥水性对土壤团聚体稳定性的影响,通过室内火烧模拟试验,制备了13种类型的土壤团聚体。采用自制的试验仪器进行SVD法正交试验测定土壤团聚体质量损失率,并与传统CND法测得的破坏团聚体的水滴数量进行对比。结果表明:SVD法的测定MT-6方案(冲击高度1 m、容器容水量40%、冲击5次、测定团聚体20颗)与CND法的测定结果具有很强的一致性(Kendall系数=0.797)和相关性(R2=0.634),测定时间较短(测定一组团聚体约5 min),且测定结果区分度较好(约62%的团聚体MLR位于区分度良好的40%~60%区间),将其作为SVD法的最优测定方案。此外,SVD法试验装置结构简单、便携易拆卸,可用于原位快速且定量地区分火烧迹地不同火烈度下土壤团聚体稳定性水平,对火烧迹地土壤侵蚀、水土流失治理以及火后泥石流起动机理研究具有重要指导意义。