余雷

1.水毀災(zāi)害的危害

長距離輸氣管道敷設(shè)長度經(jīng)常幾百上千公里，沿線地形地貌、地質(zhì)條件、水文氣象條件千變?nèi)f化，河流縱橫，加之管道建設(shè)條件復(fù)雜，工程施工不可避免地會(huì)大面積擾動(dòng)地表，改變原始環(huán)境的穩(wěn)定性。因此管道經(jīng)常因溪流和洪水沖擊、坡體滑動(dòng)、沖溝、河床下切、河流改道而導(dǎo)致管道受力、整體變形、失穩(wěn)、懸空甚至裸露，這些管道災(zāi)害統(tǒng)稱為水毀災(zāi)害。

我國最大的“西氣東輸”管道工程，長度4200公里，一、二線工程干支線加上境外管線，長度達(dá)到15000多公里，這不僅是國內(nèi)也是全世界距離最長的管道工程。我國屬于地形氣候較復(fù)雜的國家，管道的運(yùn)行過程中管道的水毀災(zāi)害不可避免。運(yùn)行沿途的地質(zhì)條件變化大，災(zāi)害種類多、成因復(fù)雜、范圍廣，所導(dǎo)致的管道事故又極易誘發(fā)嚴(yán)重的次生災(zāi)害，其直接和間接損失往往比其他類別的事故更大。在所有長距離輸氣管道的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害中，水毀災(zāi)害是經(jīng)濟(jì)損失最嚴(yán)重、人口傷亡最多和社會(huì)影響最大的自然災(zāi)害之一。

由此可見，為能夠保證輸氣管道能夠正常、安全、有效地運(yùn)行，對輸氣管道的水毀災(zāi)害類型研究并實(shí)行相應(yīng)的防治措施就顯得極其重要。

2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國外研究現(xiàn)狀

國外對水毀災(zāi)害的研究發(fā)達(dá)國家處于領(lǐng)先地位，例如歐洲國家，境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，水毀頻繁發(fā)生，對于水毀災(zāi)害的研究開展的較早。其中以俄國為最早（泥石流，始于1859年），內(nèi)容較廣，規(guī)模較大，體系也較完善，成果較豐富，處于領(lǐng)先地位。阿爾卑斯山區(qū)國家奧地利、法國、意大利和瑞士等，開展研究比較早，取得了不少成果，特別是在工程建筑物結(jié)構(gòu)和森林土壤改良措施等方面比較突出。日本1966年開始進(jìn)行泥石流觀測和定點(diǎn)研究。起步晚，但發(fā)展快，在世界泥石流研究中占顯著地位。美國盡管早在1897年就有報(bào)道，但較多的研究是從上世紀(jì)60年代才開始，現(xiàn)在正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國國內(nèi)系統(tǒng)研究水毀災(zāi)害開展的比較晚，建國前雖然山區(qū)人民有著與水毀災(zāi)害長期的斗爭經(jīng)驗(yàn)，但在系統(tǒng)研究水毀災(zāi)害方面幾乎是空白，因此這個(gè)階段的技術(shù)成果也比較少。到上世紀(jì)50年代初期，隨著山區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要和大批歸國學(xué)者以及在前蘇聯(lián)專家的幫助下，我國水毀災(zāi)害研究才逐漸開展起來，先后有中國科學(xué)院、鐵路、公路、水利、礦山、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)和高等院校等十余個(gè)部門以及一些地方單位開展了水毀災(zāi)害特別是泥石流的調(diào)查研究和治理，定點(diǎn)觀測，模型試驗(yàn)和防治實(shí)踐。在短短的20余年里，也積累了豐富的水毀災(zāi)害資料，初步掌握了我國水毀特別是泥石流災(zāi)害的分布、形成、運(yùn)動(dòng)和發(fā)展規(guī)律，并結(jié)合我國的實(shí)際情況摸索出了一些行之有效的防治和利用水毀災(zāi)害的方法。

從國內(nèi)的情況情況來看，七十年代我國的早期管道集中在東北平原，水毀問題較少，對其防治措施的相關(guān)類研究較少；在七十年代末建設(shè)的馬惠寧管道在運(yùn)營過程中遇到了嚴(yán)峻的水毀問題，使運(yùn)營單位逐漸認(rèn)識(shí)到了管道水毀災(zāi)害防治措施的重要性。

3.埋地管道水毀災(zāi)害的基本類型

對于埋地管道工程（包括標(biāo)識(shí)、巡線道路等輔助工程）而言，從其損毀方式（裸露、懸空、淤埋、斷裂等）看，其水毀災(zāi)害類型應(yīng)該是涵蓋了水毀災(zāi)害的主要類型，如坡（路）面沖刷侵蝕、溝（河）床下蝕及岸邊側(cè)蝕坍塌、泥石流等；從廣義上講，同時(shí)還應(yīng)包涵與水文現(xiàn)象直接相關(guān)的山體崩塌、滑坡、黃土濕陷、溶巖溶蝕等地質(zhì)災(zāi)害。但從目前“西氣東輸”輸氣管道工程（山西段和寧陜段）運(yùn)行期間造成裸露懸空水毀根本原因的情況看，埋地管道水毀災(zāi)害在成因類型上可分為坡（路）面沖刷侵蝕、溝（河）床下蝕及岸邊側(cè)蝕和黃土濕陷（潛蝕）等三大類型。

3.1坡（路）面沖刷侵蝕水毀

坡面水毀主要是坡面水力侵蝕所引起的。而坡面的水力侵蝕能力主要取決于雨強(qiáng)雨量、坡面坡度、土壤類型、植被覆蓋以及坡長和人為因素。其中前三者和人為因素對管道水毀的影響最大。按照地形地貌特點(diǎn)，坡面水毀可以分為荒坡水毀和臺(tái)田地水毀兩種類型。

（1）荒坡水毀

在我國北方特別是西北及華北部分地區(qū)，分布著大面積的荒坡（山坡植被稀少），且屬干旱半干旱氣候，年降水量雖然不高（年均降水量多<400mm），但由于降水時(shí)間集中（7～9月份），降水的暴雨發(fā)生率較高。

受暴雨影響，荒坡產(chǎn)流量較高，而又由于上坡的來水來沙，下坡的土壤侵蝕也愈加強(qiáng)烈，除暴雨濺蝕、面蝕外，細(xì)溝侵蝕十分發(fā)育。由此造成這些地區(qū)特別是黃土地區(qū)溝壑縱橫，坡面沖溝發(fā)育的地貌景觀。其中，細(xì)溝侵蝕對管道的危害是最大的。

當(dāng)坡面坡度較大且有集流條件（如土路、管道埋設(shè)處）時(shí)，在疊加黃土濕陷作用后，細(xì)溝侵蝕作用表現(xiàn)得異?；钴S，常常造成管道工程的坡面水毀。

（2）臺(tái)田地水毀

臺(tái)田地水毀一般是發(fā)生在人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相對集中的地區(qū)，在黃土丘陵地區(qū)尤為突出。從其發(fā)生的具體部位和形成原因上看，主要包括溝渠侵蝕和黃土濕陷（陷穴）兩種基本類型。

1）溝渠侵蝕

溝渠侵蝕包括坡面細(xì)溝侵蝕和渠道侵蝕兩種形式。

① 細(xì)溝侵蝕。由于降雨特別是暴雨大暴雨，地面匯流中的一部分因其供水量超出入滲量而發(fā)生沿坡面向坡腳的流動(dòng)。在其流動(dòng)過程中，由于坡面的凹凸起伏、坡面巖土性狀以及植被覆蓋情況等差異，因坡流所具有的勢能，使得坡流產(chǎn)生向坡下快速排泄的要求，這是一個(gè)勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程，這樣就使得坡流在其流動(dòng)過程中具有一定的侵蝕（產(chǎn)沙）能力和攜帶能力，從而產(chǎn)生了天然的坡面細(xì)溝。這種情況在西氣東輸天然氣管道的山西段和寧陜段有著突出的表現(xiàn)。從細(xì)溝侵蝕發(fā)生的具體部位上看，主要是集中在臺(tái)田地的田埂附近和坎前坡腳。

A.田埂附近。坎前的巖土性狀與自然坡體相比已經(jīng)有了很大變化。多數(shù)梯田的坎前部分為填土，其自身的巖土性質(zhì)就與天然土體有很大的不同。在坡流沿坡面流動(dòng)中，在坎前的田埂處極易積蓄，而由暴雨產(chǎn)生的雨蝕又極易在較為松軟的田埂上濺蝕出凹槽，使得積蓄在田埂處的雨水，能夠沿著這個(gè)凹槽快速向坡下繼續(xù)匯流。

隨著在凹槽內(nèi)坡面水流的流動(dòng)，不斷帶走細(xì)粒物質(zhì)（土壤）而使得凹槽也在不斷擴(kuò)寬加深，從而造成布設(shè)在臺(tái)田地田埂附近的管道埋深變淺，特別是在黃土地區(qū)由于疊加了潛蝕作用甚至?xí)l(fā)生管道的外露。

B.坎前坡腳。在臺(tái)田地坎前坡腳附近，由于臺(tái)田地坡面局部出現(xiàn)反坡，導(dǎo)致坡流朝著坎前坡腳反向流動(dòng)，當(dāng)與上坡來水來沙匯合后，坡流的流量急劇增大，從而導(dǎo)致坡流的流速也急劇上升，極易沿著坡腳處的凹槽特別是沿管線形成細(xì)溝侵蝕，而在黃土地區(qū)因疊加了潛蝕作用使得這種臺(tái)田地水毀的表現(xiàn)也異常突出。在2007年7月30～31日山西境內(nèi)普降暴雨時(shí)，多處臺(tái)田地坎前坡腳附近出現(xiàn)濕陷，乃至管道裸露。

黃土因垂直與柱狀節(jié)理發(fā)育使得降雨條件下的潛蝕作用十分突出。坡面匯流在管道埋設(shè)處也會(huì)因?yàn)楦餐恋拿軐?shí)度不夠而導(dǎo)致在降水條件下出現(xiàn)凹坑，最終沿管線出現(xiàn)線狀的陷穴，導(dǎo)致埋地管道的裸露和懸空。當(dāng)然，這種情況可能發(fā)生在梯田的挖方和填方的交界部位。

② 渠道侵蝕。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些過去靠天吃飯的地區(qū)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為了提水灌溉。同時(shí)一些梯田由于排水的需要，在坎前坡腳處布設(shè)了截（排）水溝。這些溝渠在暴雨期間將地面匯流集中排往坡下。而這些溝渠絕大多數(shù)沒有進(jìn)行防滲處理，因此在集流向坡下排泄過程中，因水流速度快而產(chǎn)生較為明顯的下蝕作用，而在黃土地區(qū)這種下蝕疊加潛蝕作用后極易出現(xiàn)陷穴，從而導(dǎo)致管道工程水毀的發(fā)生。

2）黃土濕陷（陷穴）

這種情況在黃土地區(qū)道路兩側(cè)排水設(shè)施或因過流斷面設(shè)計(jì)偏小造成漫溢，或因路面集流變坡處易于積蓄，或因排水溝防滲效果不佳也出現(xiàn)多處陷穴，造成管道裸露和排水設(shè)施損毀。

根據(jù)2007年8月對西氣東輸管道山西段和寧陜段的現(xiàn)場調(diào)查，造成排水設(shè)施的損毀多數(shù)是因?yàn)榈孛婕髀鐚?dǎo)致排水設(shè)施地基發(fā)生濕陷造成的。

3.2河（溝）床下蝕及岸邊側(cè)蝕

河（溝）道的侵蝕作用按照其作用方向包括床面下蝕和岸邊側(cè)蝕。對于穿河（溝）以及河（溝）道附近的管道工程而言，河（溝）道的侵蝕作用是造成其水毀破壞的主要原因。

（1）床面下蝕

受重力作用的影響，水流在其流動(dòng)過程中，始終保持著對其流經(jīng)的水下部位向下切割的趨勢。而在暴雨引發(fā)的洪水期內(nèi)，由于河（溝）道內(nèi)的徑流不但流量驟增，而且其流速也急劇增大，特別是在洪水中挾帶的泥沙石塊而使得對床面的下蝕更加強(qiáng)烈，切穿管道覆蓋土層，導(dǎo)致穿越管道蓋層、硅管遭到破壞，管道裸露甚至懸空。

特別需要注意的是，由于河（溝）道上游發(fā)育有大量的泥石特別是石塊（漂礫級），受具有強(qiáng)大動(dòng)能的洪水挾帶，將直接高速撞擊管道，不但造成管道蓋層、防腐層的破壞，還有可能直接造成管道斷裂而發(fā)生重大的事故。

（2）岸邊側(cè)蝕

河（溝）道中的水流并不是總是直線流動(dòng)的。在河（溝）道彎曲處，水流受河（溝）道限制而產(chǎn)生凹岸超高，由此產(chǎn)生橫向環(huán)流。橫向環(huán)流的存在，導(dǎo)致河流兩岸水流作不均衡的流動(dòng)，由此產(chǎn)生向河岸兩側(cè)的侵蝕作用（側(cè)蝕）。在這種側(cè)蝕的作用下，河岸出現(xiàn)擺動(dòng)以求達(dá)到新的平衡。當(dāng)然，在實(shí)際中，河流凹岸的一側(cè)為侵蝕，作為凸岸的另一岸一般表現(xiàn)為堆積。而對于管道工程而言，危害最大的當(dāng)屬遭侵蝕作用的一岸。河水特別是洪水對河（溝）道岸邊侵蝕（掏蝕），造成坍岸，進(jìn)而河岸后退，可以直接造成岸邊埋地管道裸露甚至懸空。

山西段2007年7月30-31日的暴雨引發(fā)了洪水，由于河水流速流量驟增，河水在EHMG054+240河道彎曲（凹岸）處的沖刷與掏蝕，沖毀護(hù)岸擋墻約150m，河岸后退7～10m，造成穿河管道裸露。

在一些沒有布設(shè)護(hù)岸工程的地段，因河床擺動(dòng)造成坍岸情況也相當(dāng)嚴(yán)重，直接威脅著管道工程的安全。

在河岸發(fā)育有滑坡的地段，因河流的側(cè)蝕作用破壞坡腳，同時(shí)在持續(xù)降雨條件下破壞滑坡體的平衡條件，必然導(dǎo)致滑坡體再次出現(xiàn)蠕動(dòng)，甚至滑動(dòng)而威脅管道安全。

3.3泥石流

在西氣東輸管道途徑的山區(qū)、丘陵區(qū)時(shí)，不可避免地要遭受泥石流災(zāi)害的威脅。泥石流的爆發(fā)首先是要有充足的水源，二是河（溝）道要有足夠的坡降，三是在泥石流的形成區(qū)（即溝道上游）要有足夠的松散固體物質(zhì)。而在我國北方特別是西北、華北部分地區(qū)的山區(qū)、丘陵區(qū)，上述三個(gè)條件都容易滿足。同時(shí)，由于人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，如陡坡墾殖、建筑垃圾與筑路采礦棄渣的不合理堆放等，都可能對泥石流的形成產(chǎn)生影響。

山西境內(nèi)2007年7月30～31日普降的暴雨，管道沿線多條溪溝爆發(fā)泥石流，造成順溝布設(shè)的管道蓋層變薄，甚至裸露。在溪溝的彎道部位特別是溝道中堆積的棄渣使得溝道變窄，由于泥石流的流速、流向發(fā)生變化，極易削薄蓋層甚至使管道裸露、懸空，造成對管道的直接沖刷和撞擊。

3.4黃土濕陷

西氣東輸管道長距離穿越黃土丘陵區(qū)（寧陜段和山西段），由于黃土自身具有的特性，在暴雨條件下造成該區(qū)段的管道水毀相當(dāng)嚴(yán)重，由黃土濕陷引起的管道工程（含伴行線）水毀災(zāi)害直接表現(xiàn)為陷穴造成的管道裸露、懸空和路面塌陷。

（1）因陷穴造成的管道裸露、懸空和管道兩側(cè)的排水設(shè)施損毀

當(dāng)降雨條件和地形條件有利于產(chǎn)生細(xì)溝集流、坡面積蓄時(shí)，黃土濕陷特性的表現(xiàn)極為明顯，由黃土特性和水力條件共同形成的黃土陷穴也異常發(fā)育，由此造成埋地管道的裸露、懸空，特別是沿管線出.現(xiàn)的帶狀分布或串珠狀分布的陷穴對管道安全性和完整性的威脅更大。

（2）因陷穴造成的伴行線路面塌陷

黃土陷穴對管道伴行線路的危害在山西段和寧陜段也表現(xiàn)得十分突出。其主要形式為道路兩側(cè)排水設(shè)施損毀和路面塌陷。

3.5由暴雨、洪水引發(fā)的其他類型

在降水尤其是暴雨過程中，對于西氣東輸管道途徑的山區(qū)、丘陵區(qū)，除了要遣覺坡面沖刷、河流侵蝕、泥石流和黃土濕陷等致災(zāi)外，要可能會(huì)遭受由暴雨、洪水引發(fā)的其他地質(zhì)災(zāi)害類型的破壞，如滑坡、山體（坡）蠕動(dòng)、崩塌等。當(dāng)然還有在鹽漬土分布地區(qū)的鹽漬土的膨脹與腐蝕問題，溶巖分布地區(qū)的巖溶問題等等。

4.埋地管道水毀破壞的基本形式

（1）管溝沉降和塌陷

1）管溝沉降主要是由于鹽漬土地基遇水產(chǎn)生凍脹作用和松脹作用引起

此類破壞作用存在于土質(zhì)大量鹽堿化的地區(qū)，例如新疆、甘肅和寧夏等省。此地段的管道主要埋設(shè)于我國西北廣泛的大陸性氣候區(qū)，此地區(qū)干旱多風(fēng)，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，蒸發(fā)量為降雨量的5～10倍以上，是我國最干旱的地區(qū)。此地區(qū)上部土層主要由粉質(zhì)鹽漬土組成，土壤表層松散有鹽殼，植被稀少。由于溶陷性的鹽漬土地基一旦浸水后，因土中的可溶·鹽的溶解，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的喪失，使地基承載力下降并產(chǎn)生較大的沉降，不均勻的浸水導(dǎo)致不均勻的地基沉降，地基沉降后，又造成地勢低洼，積水，鹽堿化加強(qiáng)，形成了惡性循環(huán)。由于季節(jié)性積水，粉質(zhì)鹽漬土在飽和狀態(tài)下可成流塑態(tài)，使管道有浮管漂管的可能。

2）管溝塌陷主要是由濕陷性黃土地基和流水侵蝕共同作用下形成

西氣東輸管道工程的此類破壞主要存在于富含濕陷性黃土的黃土高原，此地段的管道主要埋設(shè)于黃土、黃土狀粉土等第四紀(jì)地層之中，由于土體結(jié)構(gòu)疏松和自重濕陷性等原因，加之管溝回填土未沉實(shí)壓密，降水、農(nóng)田灌溉水滲入管溝，造成管溝沉陷和塌陷，在地面上形成帶狀負(fù)地形，更有利于水體沿管溝聚集和入滲，沿管溝滲流潛蝕破壞，形成暗洞，進(jìn)一步發(fā)展為管溝塌陷，使管道露管或懸空。

（2）水流侵蝕、沖溝下切、溯源侵蝕導(dǎo)致管道暴露、懸空

管線橫跨陜北黃土高原中部以及晉西地區(qū)，梁峁起伏，溝壑縱橫，地形破碎，谷深坡陡，沖溝發(fā)育，降水主要集中在夏季，河流枯、洪期流量變化懸殊，且具暴漲暴落特征，特殊的水文氣象、地層巖性和地形地貌特征決定了在此地區(qū)水毀的主要表現(xiàn)形式為水流侵蝕、沖溝下切、沖溝溯源侵蝕等對管道危害較大的水毀方式。

溝蝕是對油氣管道工程危害最為嚴(yán)重的侵蝕方式之一，在陜北晉西黃土地區(qū)的沖溝十分發(fā)育，沖溝的溯源侵蝕、溝床下切、溝岸拓寬和擴(kuò)展，使得溝壁邊坡土體失穩(wěn)，易于產(chǎn)生崩塌或滑坡，將管道下部土體淘空，使管道懸空裸露，危及管道安全。

洪水對管道護(hù)壁下部進(jìn)行侵蝕淘空，也會(huì)造成極大危害。

（3）在暴雨作用下影響管道安全的邊坡滑塌

其產(chǎn)生的原因有：1帆兩側(cè)邊坡在暴雨徑流的作用下產(chǎn)生重力侵蝕和崩塌，使管道暴露、懸空；降雨沖刷，降低了侵蝕基準(zhǔn)面，誘發(fā)陡崖或高陡邊坡塌方，破壞管道。2001年7月澀寧蘭輸氣管線施工時(shí)，曾引發(fā)蘭州吊嶺溝滑塌.將城市供氣管道擠彎，變形量達(dá)1.54m。804號(hào)+702m的邊坡由碎石土組成，坡度450，高5～10m，由于沿坡腳處灌溉水渠的影響等原因，沿管線發(fā)生50m多長的滑塌，下錯(cuò)1.5m，后緣發(fā)育有裂縫，距管線僅有2.0m左右，對管道造成較大威脅。在較陡的黃土斜坡地段管線，由于上部農(nóng)田灌溉水沿斜坡管溝的滲流潛蝕，以及對斜坡土體的軟化作用，使管溝塌陷的同時(shí)，也降低了斜坡的穩(wěn)定性，發(fā)生小型滑塌。如831號(hào)+600m處的管線順坡鋪設(shè)在高于60m、坡度達(dá)450的黃土斜坡上。2004年6月因上部灌溉水沿管溝的大量滲入，在管道兩側(cè)發(fā)生大而積的滑塌，使該斜坡段管道露管近20m。同時(shí)，因失去支撐，頂部坡體有可能進(jìn)一步產(chǎn)生大規(guī)?；瑒?dòng)，沖擊下部管道，非常危險(xiǎn)。

（4）覆蓋層上部被徑流沖刷，管道暴露

管道經(jīng)過新疆地區(qū)的地勢平坦，包括戈壁、沙漠和綠洲，此地段土體的抗沖能力弱，易發(fā)生水土流失，潛蝕和沖溝現(xiàn)象發(fā)育。在此地段內(nèi)，由于管道管堤的修建，改變了地表水的環(huán)境，使片流變成洪流，水沿著管堤流動(dòng)于低洼處積水、浸泡、沖毀管堤，使管道覆土變薄，同時(shí)也沖毀伴行路路面。

黃土高原區(qū)，植被稀疏，在集中降雨（暴雨）水流的侵蝕（面蝕、沖蝕、潛蝕等）作用下，水土流失嚴(yán)重，水流強(qiáng)烈的面蝕作用導(dǎo)致管溝上覆的回填土流失，管道裸露。輸氣管線穿越甘肅境內(nèi)的黃土地區(qū)，管道上方的地表覆蓋層被洪水沖成溝槽，使得管道埋深減小，進(jìn)一步可能導(dǎo)致管道露管。

（5）管道的防護(hù)工程（例如：護(hù)坡、防洪墻、管溝頂面防護(hù)石籠）以及穿跨越支墩等被水沖毀或失去作用

管道工程中，從管道安全方面考慮，為了邊坡的穩(wěn)定，需要對邊坡進(jìn)行護(hù)坡；為了防止沖溝對管溝的沖刷、侵蝕，需要設(shè)置防洪墻以及管溝頂面防護(hù)石籠；對穿越河流和溝谷的管道需要設(shè)置穿跨越支墩及河岸護(hù)坡等等。

管道的這些防護(hù)工程在保護(hù)管道安全上起到了積極的作用，從管道運(yùn)營的情況來看，這些防護(hù)工程的作用是非常大的，但是水流的侵蝕、淘刷作用轉(zhuǎn)移到了防護(hù)工程的邊緣處，具體表現(xiàn)為對岸邊護(hù)坡后方填土淘刷，使護(hù)坡開裂、破壞；對防洪墻邊緣土體的沖刷，在防洪墻邊緣沖刷出流水的出口，使防洪墻失去作用；對管溝頂面防護(hù)石籠底部的沖刷，威脅管道安全等。

5.埋地管道水毀災(zāi)害的主要影響因素

水毀災(zāi)害是由水文現(xiàn)象引起的。在水文現(xiàn)象的產(chǎn)生與作用過程中，必然受到包含著自然和人為這兩類因素的影響。

5.1自然因素

在造成管道工程水毀的主要自然因素包括降水、地形、地質(zhì)、土壤與植被等。

（1）降水

水毀災(zāi)害發(fā)生的根本原因在于水的活動(dòng)。水自天上來，在我國大部地區(qū)和絕大多數(shù)情況下，水毀災(zāi)害是由降水尤其是暴雨大暴雨造成的。

所謂暴雨是指降雨急驟而且量大的降雨。一般說來，雖然有的降雨強(qiáng)度大（如1min10mm），但總量不大，這類降雨有時(shí)并不能造成明顯災(zāi)害；而有的降雨雖然強(qiáng)度一些，但持續(xù)時(shí)間較長，也可能造成災(zāi)害。所以定義“暴雨”時(shí)，除了考慮降水強(qiáng)，還要考慮降雨時(shí)間。一般是以24 h雨量來定。此外由于各地區(qū)的降雨強(qiáng)度、出現(xiàn)頻率頻率（重現(xiàn)期）及其對生產(chǎn)生活影響程度的不同，對暴雨的規(guī)定還有各地方自行制訂的標(biāo)準(zhǔn)。

水毀災(zāi)害的形成首先必須要有快速、強(qiáng)烈的水源供給。坡面侵蝕、暴雨山洪、黃土濕陷等的水源絕大多數(shù)是由暴雨降水直接供給的。在前面己經(jīng)談到了我國是一個(gè)多暴雨的國家，在暖熱季節(jié)，大部分地區(qū)都會(huì)有暴雨出現(xiàn)。由于強(qiáng)烈的暴雨侵襲，往往造成不同程度的水毀災(zāi)害。

（2）地形

我國的山區(qū)丘陵區(qū)面積廣大，地形條件也十分復(fù)雜。由山地、丘陵和高原構(gòu)成的山區(qū)面積超過了全國國土面積的2/3。在這些地區(qū)每年均有不同程度的暴雨大暴雨、山洪、泥石流、滑坡、崩塌等災(zāi)害發(fā)生。對于埋地管道工程而言，水毀災(zāi)害是破壞管道安全性和完整性的主要形式之一。

陡峻的山坡坡度和溝道縱坡為坡面侵蝕和山洪發(fā)生提供了充分的快速流動(dòng)條件。由降雨特別是暴雨級以上的降雨所產(chǎn)生的徑流在坡度大、高差大、切割強(qiáng)烈、溝道坡度陡峻的山區(qū)，有足夠的動(dòng)力條件使其順坡而下，不但能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的坡面侵蝕，而且有利于向溝谷的快速匯集，從而形成強(qiáng)大的洪峰流量。

濕熱空氣在運(yùn)動(dòng)中遇到山嶺障礙，氣流沿山坡上升，氣流中水汽升得越高、受冷越甚，逐漸凝結(jié)成云而降雨，在地形上雨多降落在山坡的迎風(fēng)面上，而且往往發(fā)生在固定的地方。從理論上講，暴雨主要出現(xiàn)在空氣上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈的地方。由于地形有抬升氣流、加快氣流上升速度的作用，因而山區(qū)的暴雨一般大于平原，這也為坡面侵蝕、山洪提供了更加充分的水源和水力條件。

（3）地質(zhì)

地質(zhì)條件對管道水毀災(zāi)害的影響主要通過兩個(gè)途徑表現(xiàn)：一是因水的作用改變了巖上性狀，反過來由于巖土性狀的改變更加有利于水的活動(dòng)；二是松散巖土不但為有利于坡面侵蝕作用的進(jìn)行，同時(shí)也為山洪提供了豐富的固體物質(zhì)，從而影響流域的產(chǎn)流與匯流。

坡面侵蝕多發(fā)生在由松散固體物質(zhì)組成的山坡上.，而有堅(jiān)硬、較為完整巖石組成的山坡，其坡面侵.蝕作用不明顯。山坡上的黃土比河谷中的黃土狀的濕陷性表現(xiàn)的更加強(qiáng)烈，而黃土陷穴也都分布在山坡上。

山洪多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地表巖層破碎，滑坡、崩塌、錯(cuò)落發(fā)育的地區(qū)，這些不良地質(zhì)現(xiàn)象為山洪提供了十分豐富的固體物質(zhì)來源。此外，巖石的物理、化學(xué)風(fēng)化及生物風(fēng)化作用也能形成松散的碎屑物，在暴雨的作用下參與山洪的運(yùn)動(dòng)。雨滴特別是大暴雨的雨滴對表層土壤的沖蝕及地表水流對坡面及溝道的侵蝕，也極大地增加了山洪中的固體物質(zhì)含量。而山洪中由于含有的固體物質(zhì)使其更具侵蝕能力。

巖土的透水性影響流域的產(chǎn)流與匯流速度。一般說來，透水性好的巖土（孔隙率大，裂隙發(fā)育）有利于雨水的滲透。在降雨發(fā)生時(shí)，一方面一部分雨水能夠通過透水性好的巖石很快滲入地下，表層水流也易于轉(zhuǎn)化成地下水，使地表徑流減小，對山洪的洪峰流量起到了削減的作用；另一方面由于透水性差的巖石不利于雨水下滲，若是在地表上部是透水性好.的巖土、下部是透水性差的巖土的地區(qū)，因雨水繼續(xù)下滲受阻沿著其分界面（帶）產(chǎn)生富集，則可能會(huì)導(dǎo)致坡面（體）坍滑。這對于埋地管道工程安全性威脅可能是致命的。當(dāng)坡面是由透水性差的巖土組.成時(shí)，不利于雨水的滲透，地表徑流產(chǎn)流多，速度快，有利于山洪的形成。

地質(zhì)變化的過程決定了流域的地形，影響著流域的巖土性質(zhì)；滑坡、崩塌等現(xiàn)象，為山洪、泥石流提供了豐富的物質(zhì)來源，對于山洪、泥石流破壞力的大小，起著極其重要的作用。但是決定水毀災(zāi)害以及引發(fā)的其它地質(zhì)災(zāi)害能否形成，或在什么時(shí)候形成，一般并不完全取決于地質(zhì)變化過程。因此，水毀災(zāi)害是水文現(xiàn)象引起地質(zhì)現(xiàn)象，而地質(zhì)因素在水毀災(zāi)害的形成中確實(shí)也起到了十分重要的作用。

（4）土壤與植被

山區(qū)土壤（或殘坡積層）的厚度對水.毀災(zāi)害的形成有著重要的作用。一般說來，厚度越大，越有利于雨水的滲透與蓄積，減小和減緩地表產(chǎn)流，對水毀災(zāi)害的形成有一定的抑制作用；反之則對水毀災(zāi)‘害有促進(jìn)作用，暴雨很快集中并產(chǎn)生面蝕或溝蝕土層，挾帶泥沙而形成山洪。

森林植被對水毀災(zāi)害的形成影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，森林通過林冠截留降雨，枯枝落葉層吸收降雨和雨水在林區(qū)土壤中的入滲來削減和降低雨量和雨強(qiáng)，從而影響地表徑流量。根據(jù)已有研究成果，林冠層的截持降雨作用與郁閉度、樹種、林型有密切的關(guān)系，低雨量時(shí)波動(dòng)大，高雨量時(shí)達(dá)到定值，一般截持量可以達(dá)13～17mm。其次，森林植被增大了地表糙度，減緩了地表徑流流速，增加了其下滲水量，從而延長了地表產(chǎn)流與匯流時(shí).間。此外森林植被阻擋了雨滴對地表的沖蝕，也減少了流域的產(chǎn)沙量?？偠灾?，森林植被對水毀災(zāi)害.具有的抑制作用是不言而喻的。

5.2人為因素

水毀災(zāi)害就其自然屬性來講，是山區(qū)水文氣象條件和地質(zhì)地貌因素共同作用的結(jié)果，是一種客觀存在的自然現(xiàn)象。由于人類生存的需要和隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)越來越多地向山區(qū)拓展，活動(dòng)增強(qiáng)，對自然環(huán)境影響越來越大，改變了坡面入滲與產(chǎn)流集流條件，增加了形成山洪的松散固體物質(zhì)，減弱了流域的水文效益，從而有助于山洪的形成，增大了山洪的洪峰流量，使水毀災(zāi)害的活動(dòng)性增強(qiáng)，規(guī)模增大，危害加重。主要表現(xiàn)在：

（1）對森林不合理的采伐，將導(dǎo)致山坡荒蕪，山體裸露，加劇水土流失；燒山開荒，陡坡耕種同樣能使植被遭到破壞而導(dǎo)致環(huán)境惡化。缺乏森林植被的地區(qū)在暴雨作用下，山洪極易形成。

（2）坡面墾殖和管道埋設(shè)破壞了自然坡面，加大了破壞處的降水入滲率和坡面的積蓄能力，從而提高了潛蝕能力，使得黃土發(fā)生濕陷特別是陷穴發(fā)育；而坡面排水溝渠不但使集流的下蝕能力增強(qiáng)，同時(shí)也為黃土產(chǎn)生濕陷和形成陷穴提供了豐富的水源和水力條件。

（3）山區(qū)筑路采礦棄碴以及建筑垃圾，將這些松散固體物質(zhì)堆積在坡面或溝槽中，在缺乏防護(hù)措施的情況下，遇到暴雨不僅促進(jìn)山洪的形成而且會(huì)導(dǎo)致山洪規(guī)模的增大，還可能形成泥石流。

（4）陡坡墾殖擴(kuò)大耕地面積，破壞山坡植被，改溝造田侵占溝道，壓縮過流斷面，致使排洪不暢，增大山洪規(guī)模和擴(kuò)大水毀危害范圍。

（5）山區(qū)土建設(shè)計(jì)施工中，忽視環(huán)境保護(hù)及山坡的穩(wěn)定性，造成山坡失穩(wěn)，引起滑坡與崩塌，施工棄土不當(dāng)，堵塞排洪流徑，降低排洪能力。（作者單位：西南石油大學(xué)）