泥石流突变模型

本文在崔鹏的泥石流实验工作的基础上，用柘扑变换的方法建立了一个泥石流突变模型；并分析了泥石流的突变条件和机制；从理论上指出了防治泥石流发生和减轻泥石流灾害的措施，这在设计防治泥石流工程上将具有指导意义。     

基于历史观测数据的泥石流突变起动模式研究——以陇南山区白龙江流域为例

泥石流的起动过程是泥石流发展成灾的首要和关键环节。以陇南山区白龙江流域多场泥石流原型观测历史数据为依托,基于突变理论,首次将液固比S_r、沟床坡度α和细粒含量C作为泥石流起动的控制参量,建立了细粒含量与泥石流起动之间的量化关系。研究结果表明:坡度一定时,细粒含量对泥石流的起动模式起到决定性作用。就陇南山区白龙江流域而言:小于1 mm细颗粒含量15%以下时,泥石流常以突然起动模式为主,细颗粒含量15%～30%之间时,多以渐变模式起动,而细颗粒含量30%以上时,逐渐表现为缓慢起动的特点。可通过改变其主要的运动控制参量,一定程度上预防并控制其发生发展方向。研究结果对进一步拓展突变理论应用范围、丰富泥石流起动非线性理论体系及野外泥石流预测预报与防治等具有重要的科学意义和实践指导价值。     

泥石流中大颗粒的起动与水流条件的关系

我国常年遭到泥石流灾害的侵袭,由此造成的损失不计其数。泥石流拥有巨大冲击力,其中大部分来自其中裹挟的大颗粒。文中对稀性泥石流中大颗粒的起动与水流条件的关系进行了研究。以斜坡上的球形颗粒为研究对象,分析了球体受到的上举力、推移力、有效重力;使用概率论的理念解决了颗粒在斜坡上的随机分布问题,得到了各个外力的力臂期望,并求解了颗粒临界起动时的力矩平衡方程,获得了颗粒起动的作用流速,进而将之转化为断面平均流速,由此得到了稀性泥石流中大颗粒的起动与水流条件的关系。这对泥石流防治工程,特别是排水设施的设计具有一定参考意义。     

关于山洪与泥石流灾害及其流域性质判别的讨论

山洪灾害与泥石流灾害分别属于水利、国土不同部门管理,其性质的不同决定减灾的归口管理和具体防治模式的不同。为了实现山洪泥石流灾害防治的科学化,亟需建立其性质判定统一规则。该文对比分析了山洪泥石流运动特征、灾害形式及发展趋势,建立了山洪泥石流灾害性质与沟道性质的判定规则。从灾害形成特征、运动特征、灾体特征和堆积特征分析山洪泥石流的差异,以受灾体所处位置的流体性质、山洪泥石流所造成的人员伤亡和经济损失比重来综合确定山洪泥石流灾害的性质。鉴于山洪和泥石流在不同的地质环境下存在相互转化的可能,特别引入了时间概念讨论在过去和将来山洪与泥石流沟的判别问题。以石棉县洪坝河和宁南县矮子沟为例进一步说明山洪灾害和泥石流灾害,山洪沟和泥石流沟的判别。     

基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型

泥石流是我国常见的一种地质灾害,泥石流的平均流速是泥石流灾害防治的重要参数之一,准确的预测泥石流平均流速对灾害预防具有重要意义。本文建立基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型,通过与蒋家沟泥石流平均流速的支持向量机、BP神经网络模型预测结果对比,验证该模型预测精度;同时采用平均相对误差和均方差2个指标评价各个模型的整体性能和稳定情况。结果表明,与实测值相比,相关向量机预测最大相对误差仅为2.02%,平均相对误差为0.64%,均方差为0.06,远低于BP神经网络模型和支持向量机模型的预测结果。由此可知,本文提出的基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型效果明显优于其他2种模型,且预测结果更为准确,模型整体性能和稳定情况较好,为泥石流平均流速获取提供一条新途径。     

降雨强度对泥石流起动影响的模型试验研究

利用自制小比例模型槽,采用可控降雨强度降雨模拟器,进行了人工降雨诱发泥石流的室内模型试验,研究降雨强度对泥石流起动的影响,并确定泥石流起动的临界降雨强度。基于临界降雨强度下泥石流的起动过程,对孔隙水压力和坡体内部含水率的变化规律进行了研究,并与现场试验进行了对比。运用Geodog软件对泥石流形成前坡体的位移场进行了分析,研究坡体破坏规律。研究结果表明,泥石流起动的临界降雨强度范围为43~50 mm/h。泥石流发生前存在一个孔隙水压力增加的过程,在泥石流形成后,孔隙水压力急剧下降。降雨强度影响雨水在坡体内部的渗透,是泥石流起动的主要原因。泥石流起动与坡体含水率和饱和度的变化有关,当坡体饱和度超过80%时,产生整体滑动破坏,并迅速转化为泥石流。     

泥石流灾害的动力成因初探

本文从动力学成因角度分析泥石流灾害的形成机理，提出了泥石流起动的动力学临界条件通式和用实测资料分析确定泥石流起动临界判别式的方法。     

泥石流平均流速的MLS模型预测

泥石流的流速预测是泥石流灾害防治的核心问题之一。由于泥石流流速的影响因素众多,需要寻求能够综合反映泥石流流速影响因素的预测模型。移动最小二乘法(MLS)预测模型具有自学习和自组织及捕捉到影响因素数值微小变化的能力,可以解决泥石流流速预测存在的一些问题。采用云南蒋家沟泥石流流速实测数据作为训练样本和预测样本,以泥深、比降、密度、颗粒的平均粒径作为输入因子。讨论了用MLS方法进行泥石流平均流速预测的可行性与有效性,并将预测结果与经验公式、BP神经网络以及支持向量机进行了对比。结果表明,MLS方法的最大预测误差为4.6%,平均误差为2.7%,预测精度优于经验公式、BP神经网络及支持向量机方法。MLS方法可以为泥石流防治提供更准确的科学依据。     

泥石流入汇主河的格子Boltzmann模拟

研究泥石流入汇主河的运动机理,对于预测和防治泥石流入汇主河所造成的灾害非常重要。格子Boltzmann方法是一种将Euler法和Lagrange法结合在一起的新方法。利用格子Boltzmann方法,将支沟中泥石流视为一种宾汉体,主河中清水视为一种外力,建立格子Boltzmann模型,对入汇角为90°的情况进行了模拟。通过与相应的室内实验进行了对比,可以看出,格子Boltzmann方法成功地模拟了泥石流入汇主河,说明格子Boltzmann方法在泥石流预测和防治上有相当大的应用前景,为研究泥石流入汇主河的运动机理提供了一种新手段。     

四川德昌县凉峰沟泥石流灾害特征及防治对策

论述了四川德昌县凉峰沟泥石流形成条件、触发因素和泥石流灾害特征.对泥石流危险度进行了定量评价,并提出了相应的泥石流防治对策.     

气候序列的最优分割与暴雨的灾变预测

暴雨是形成泥石流的水动力。泥石流发展趋势预测的主要内容之一是气候条件尤其是暴雨的变化趋势之预测。作者首先以气候资料序列最长的上海站为例，应用有序样品最优分割方法，综合降水与气温要素，对百年来气候序列进行划分，显示出气候变化的周期性和降水的平稳趋势，使泥石流发展具有周期性和持续性。进而，以南昆铁路宜良泥石流带为例，应用灰色灾变预测方法，预测可能引发泥石流的暴雨之频率变化趋势，为泥石流发展趋势的预测提供依据     

根据阵流估计泥石流堆积参数

泥石流堆积是泥石流产生灾害的主要方式，也是进行泥石流灾害评估的主要依据。根据泥石流堆积的形态特征提出了堆积的元过程叠加，将堆积与间歇性的阵流运动联系起来；利用近20年来蒋家沟泥石流阵流序列的观测数据，估计了堆积的相关因子，如速度、流深、流量、堆积厚度等。这些因子表现出一定的频率分布特征，它可能改变过去确定论的泥石流观念，同时也为提出新的泥石流评估模式提供了定量的依据。     

山区城镇泥石流减灾决策支持系统

山区城镇泥石流减灾决策支持系统是山区城镇泥石流减灾的重要手段之一。该系统由基础数据库、泥石流模型分析和泥石流减灾决策应用三大模块构成 ,其主要功能有降水、泥石流地声和运动监测及信息实时发送和接收、泥石流预报、泥石流危险范围预测与灾情预估、泥石流警报和临灾预案制定。其工作流程为 :降水监测仪将降水信息无线发送到控制中心主机 ,主机对降水信息处理后发送给泥石流预报模型进行泥石流预报 ,并利用泥石流危险性分区模型进行危险范围预测 ,同时进行灾情预估 ;泥石流地声监测仪将地声信号发送给主机 ,主机检测到泥石流地声后发出泥石流警报 ;泥石流运动监测仪将运动信息发送给主机 ,主机根据泥石流运动要素进行危险范围划定和灾情预估 ,最后制定临灾预案。     

泥石流体的流变和冲淤特征及其与危险度的关系

从泥石流体流变特性的分析入手,深入地探讨了蒋家沟泥石流阵性流的淤积和冲刷特征。其冲淤变化特征与泥石流体的浓度特性和规模大小的发展过程有很大的关系。根据这些分析,可以将泥石流的危害划分为侵蚀和堆积两大类,并可能进一步完善泥石流危险度的评估。     

基于雨量(强)条件的泥石流预测预报研究现状、问题与建议

在对基于雨量(强)条件泥石流预测预报现状综合分析的基础上,提出了目前降雨型泥石流预测预报中存在的问题:①前期降雨对泥石流发生的贡献问题;②前期降雨对泥石流影响的衰减问题;③前期有效降雨天数的确定问题;④前期降雨和短历时降雨的权重衡量问题;⑤基于前期有效雨量的泥石流预测预报模式的确定问题。提出了降雨型泥石流预测预报程式框架和相关建议:①基于雨量(强)条件的泥石流预测预报应同机理研究密切结合;②单沟泥石流临界雨量条件和预测预报应同泥石流类型密切结合;③区域泥石流临界雨量条件和预测预报应同环境地质背景密切结合。     

人为泥石流起动及产沙放水冲刷实验——以神府-东胜矿区为例

神府东胜矿区位于黄土高原北部干旱半旱过度地带。由于煤田的大量开采，诱发了大量的环境问题，尤以人为泥石流最为严重，本文以神府－东胜矿区人为泥石流为研究对象，采用人工放水冲刷模拟的方法，分析了坡面型和沟谷型泥石流源地松散体起动、产沙、泥石流过程的特性，所得结论为：（１）放水历时长，强度大，有利于泥石流的形成；（２）弃土石渣起动，是该区泥石流固体物质的主体；（３）沟道型泥石流放水冲刷模拟实验，便于观测石     

粘性泥石流一维运动数学模型

粘性泥石流是指自然界中最典型的一种泥石流。作者依据野外原型观测和室内实验，证实该类流体具有带流核的层流特征并可用宾汉（Ｂｉｎｇｈａｍ）模型来表达。在此基础上推导其阻力和平均流速计算方法。我们认为，粘性泥石流作为不可压缩连续介质流体，符合质量、动量守恒律，因此可采用纳维－斯托克斯方程组来表达。考虑到它为拟线性双曲型偏微分方程组和阻力参数等特点，应用Ｌａｘ－Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓ差分格式，选用云南东川蒋家沟的原型观测资料作为边、初值条件，编制计算机程序及数据库，而获得粘性泥石流水深、流速等要素的时空变化规律。该模型可以直接用于泥石流工程防治和量化的预测和警报     

泥石流的运动机理和减阻

野外调查研究发现,存在着两种具有不同动力学特征和机理的泥石流,粘滞性泥石流和两相泥石流,粘滞性泥石流由卵石、沙和粘土构成,难以区分固相和液相,为典型的非牛顿体,具有间歇性流动,“铺床现象”,高达60％的减阻和显著超高等流动特点,粘滞性泥石流的阻力远小于流变参数所代表的阻力,传统的利用本构方程研究阻力的方法不能解决问题,研究表明,其30％的减阻是由于铺床作用,另外20％－30％,是由于流动混合物充气所致,两相泥石流主要由粗颗粒物质构成,两相之间有明显的相对流动,显示较大的阻力和发生“石街”现象。粘滞性泥石流沟谷的中值坡度为0．16,两相泥石流阻力大,因而河谷的平均坡度较大（0．19－0．27）。     

高家沟泥石流和深溪沟泥石流灾害特征

汶川地震之后,泥石流成为灾区最为严重的灾害类型之一,直接影响到灾后重建和灾区人民的生命财产安全.对汶川地震灾区7月初群发性泥石流进行野外考察,重点分析了高家沟和深溪沟两条泥石流的成因和特征.高家沟为由滑坡崩塌体引起的土力类粘性泥石流,容重约为2.07g/cm3,总量超过30万m3,分三次间歇性汇入主河,并堵断1/2河道,迫使岷江持续冲刷对岸路基,损毁213国道长达400m；深溪沟为山洪冲刷河道引起的水力类稀性泥石流,容重约在1.44～1.58 g/cm3之间,流量约在160～180 m3/s之间.对不同的泥石流沟应采用不同的防灾减灾措施,可有效降低泥石流灾害对人民生命财产的威胁.     

DEVELOPING TREND ANALYSIS AND FORECAST OF DEBRIS FLOW ACTIVITIES IN THE THREE-GORGE RESERVOIR AREA

TheThree GorgeReservoirisatypicalrivervalley typereservoir,whoseplanefigureislikeafunnelandthetrunkstreamis 6 90km long.TheareaontheeastofFengjieistheworldfamousThree Gorgearea,whichismainlycomposedofmountainousregions.Thepopulationdensityisnotveryhighexceptinsomecities/towns,andthepeoplelivedispersivelyinthemountainareas.Thelandformsbelongtotheerosion,corrosionanddenudationtypesofthewestHubeiProvince.OnthewestofFengjieisahillylandlyingintheeastofSichuanBasin.Thetopographyand geologicenvi…