基于数值模拟的小流域泥石流危险性评价研究

通过重点研究岷江小流域内6条泥石流沟，采用野外实地调查和遥感影像解译，以及在同实际降雨频率相同的条件下运用FLO 2D进行的数值模拟，重现了泥石流暴发现状，得出其堆积扇危险特征，与实际作出对比验证，计算出其堆积扇面积的误差比率在-25%~12%之间，冲出量的误差比率在-16%~-1%之间，模拟结果较好。并同时对研究区内高、中、低3种危险类型的面积及特征进行分析，得出小流域内的泥石流堆积扇危险面积所占比例。根据相同参数设计模拟5%、1%降雨频率下泥石流结果，得出3种不同频率下的堆积扇平均堆积深度、堆积扇面积和冲出量，可为研究区的泥石流风险评估、预警预报、工程治理和危险范围分区提供有效的参考依据     

大渡河上游沙耳沟泥石流震后特征及其发展趋势

沙耳沟是一条老泥石流沟，处于“5.12”地震的严重波及区。为了研究地震对严重波及区泥石流沟的影响，通过详细的野外调查和勘查，对沙耳沟泥石流震后基本特征和发展趋势进行了探讨。沙耳沟泥石流的性质可判定为“中频率 中~大规模 较高粘度泥石质泥石流”，具有暴雨激发、成灾速度快、危害严重等特点，其危害作用主要为冲毁和淤埋。泥石流物源主要以沟床质起动、沟源侵蚀和沟岸崩滑补给为主，沟内固体物源方量约1300×104 m3，其中可能参与泥石流活动的固体物源动储量约300×104 m3，已经具备暴发中 大规模泥石流的可能性。根据计算，在50 a一遇的暴雨作用下，一次泥石流总量超过9×104 m3；在100 a一遇及更低频率的暴雨作用下，一次泥石流总量超过13×104 m3。通过研究发现，“5.12”地震对地震严重波及区的泥石流沟有一定的影响，但影响不十分明显，其发展趋势仍按自身规律进行演化。     

泥石流堆积扇发育演化特征观测研究

李子凹沟和滑脚坡沟是著名高频泥石流沟蒋家沟中游流通段的两条支沟，流域条件极为相似，泥石流暴发频率高，堆积扇发育快。以这两条沟为对象，观察泥石流在堆积扇上的运动和停积过程，对不同特征的泥石流堆积体进行采样分析，并在每年雨季前后测量堆积扇地形及其纵横断面。对这两条支沟泥石流堆积扇2006~2008年的发育过程、平面形态、纵横剖面、堆积速度等进行分析，得出如下结论：（1）滑脚坡沟泥石流体颗粒较粗，容重大，泥石流整体堆积，呈垄岗状。李子凹沟泥石流粗大颗粒少，容重小，在扇体上漫流，堆积呈舌状。堆积扇的进一步发育主要靠垄岗状堆积 改道完成。（2）主沟堆积条件下，支沟泥石流堆积扇以淤高为主，且淤高幅度在扇体上下部分布均匀。（3）泥石流堆积扇发展到一定程度后，纵比降基本稳定，表现为剖面上发生持续且较为均衡的堆积。横剖面在主沟上游方向的坡度较小。〖     

安宁河上游冷渍沟泥石流特征及其发展趋势

冷渍沟是安宁河上游左岸的一级支沟，沟内发育了一大型滑坡 碎屑流，为后续泥石流活动提供充足的松散物质来源。为了研究冷渍沟泥石流的危害特征，在野外调查和实地勘测的基础上，分析了泥石流的形成背景条件及其特征，探讨了泥石流的发展趋势，提出了相应的泥石流防治对策。研究表明，冷渍沟泥石流属于过渡性（亚粘性）高频大规模泥石流，泥石流成灾速度快，危害严重；百年一遇的泥石流容重为21 t/m3，五十年一遇的泥石流容重为20 t/m3，二十年一遇害泥石流容重为19 t/m3，相应的峰值流量分别为12768、8171和3818 m3/s。在常态下，冷渍沟泥石流的发生频率和规模会逐渐减小；但如果近期遭遇强震或者暴雨，一旦滑坡失稳堵塞沟道，将会暴发大规模泥石流，很容易堵断安宁河，对上下游造成严重危害。因此，建议在该流域布设必要的泥石流防治工程；同时加强对沟道两岸和滑坡稳定性监测，做好泥石流发生的监测预警工作     

长江上游泥石流灾害的特征

长江上游地区地质条件复杂、新构造运动强烈、地震活跃、地形起伏巨大、降水丰沛而集中,对泥石流发育极为有利;而长期不合理的人类经济活动(如过度采伐森林、毁林开荒、陡坡耕作、建设和采矿不合理弃渣等)则对生态环境造成强烈破坏,加剧了泥石流灾害的发生,使长江上游成为我国泥石流活动最强烈及灾害最严重的地区。据统计,1753~2002年的200多年中,区内仅一场泥石流致死百人以上的特大灾害点就达17个,累计死亡近6 000人;致死百人以下的灾害点更多,致死十人以下的灾害点不计其数,死亡人数总和远远大于上列数字;有60余个市县政府驻地城镇受泥石流危害或威胁,乡镇则多达上百个。由泥石流造成的人员伤亡每年数十到数百人,经济损失10~15(亿元／a)。其灾害的严重性由此可见一斑。泥石流灾害已成为制约长江上游地区经济发展的重要因素之一。研究泥石流灾害,掌握其特征,是长江上游防灾减灾所必需,对促进长江上游地区社会经济发展和西部大开发具有重要意义。长江上游己查明的泥石流沟6 800余条。其特殊的地理位置和巨大的地形高差及岩性差异,使区内发育的泥石流不仅数量众多,而且类型石相当齐全,除无火山泥石流外,几乎 包含了世界上目前己发现的其他各种类型的泥石流。在青藏高原边缘等岭谷高差变化大的地貌过渡带,泥石流极为发育;沿深大断裂带和强烈地震带泥石流集中分布;泥石流主要出现在流域面积小于10 km\+2的小流域内,分布呈非地带性特征。泥石流活动频率高,每年都有成百上千处发生,导致了泥石流灾害频繁。如云南东川的蒋家沟,从1965~2001年的37年中,共发生泥石流459次,平均12．4次／a;甘肃武都柳弯沟平均每年暴发泥石流11次。此外,泥石流搬运泥沙石块的能力惊人,搬运物以粗粒物质为主,据干流和支流的69个泥石流堆积物样品分析,堆积物中粒径大于20 mm 的石块占43.%~64.8%,平均50．4％;由此,常常造成其汇入的主河被堵塞而形成淹没和溃决后水毁等次生灾害。泥石流冲刷与淤积能力极强,运动中可将基岩下切10余m,金沙江、雅砻江、大渡河、岷江及其支流被泥石流堵塞成湖,形成淹没灾害,溃决后对下游造成严重的水毁灾害,均屡见不鲜。     

城市生态系统复合下垫面碳通量特征——以上海市奉贤大学城为例

随着城市化进程的加速和城市人口规模的增加,城市已成为最大的碳源,研究城市生态系统对大气二氧化碳的贡献成为碳循环研究的焦点问题之一。基于研究区域内土地利用现状和一年的涡动观测系统观测数据,结合地理信息技术(Arc GIS)和通量计算工具(Eddypro及ART Footprint Tool)以及碳通量足迹模型分析了上海奉贤大学城碳通量足迹特征,基于此探讨不同下垫面类型,包括以草本和木本等透水层为主的下垫面(称为自然系统),以建筑物、道路等不透水层为主的下垫面(称为社会系统)碳通量的变化特征。研究结果表明:1)在不同风向上,碳通量贡献区范围随着大气稳定度的增加而扩大。大气处于稳定条件下,非主风向上的碳通量贡献区范围(最大范围1 100 m)比主风向上的碳通量贡献区范围(最大范围780m)要大;当大气处于不稳定条件下时主风向和非主风向下的碳通量贡献区范围相差不大(最大范围分别为321和351m)。2)不同下垫面其源汇特征不同,以绿色植物为主的自然系统年碳通量均值为–4.1μmol/m~2/s,表现为碳汇;社会系统的年碳通量均值为8.6μmol/m~2/s,表现为碳源。3)自然系统的碳通量日变化具有较明显的季节分异,变化特征大致呈"U"型;社会系统的碳通量日变化没有明显的季节分异,变化特征大致呈"M"型。绿色植物对城市生态系统的大气二氧化碳有降低作用,结合自然和社会系统的碳通量变化特征可以为以后合理规划城市布局,建立低碳城市提供服务。     

气候变化下雄安新区洪涝灾害的风险评估及适应措施

洪涝灾害是雄安新区规划建设重点考虑的问题。特别是在气候变化的趋势下,未来雄安新区是否会发生历史上曾多次出现的严重洪涝,为社会各界所关注。本文通过整理地方历史文献中的洪涝灾害记录,建立雄安新区1949—2018年洪涝灾害灾情数据集,分析了过去70年洪涝灾害事件及其影响等级的时空变化特征。结合1960年以来的降水观测数据,利用logit估计方法,分析了不同时期各种影响因素对于洪涝灾害发生及灾害等级的边际效应,评估了未来气候变化的极端降水增量情景下,雄安新区内涝灾害事件及高等级洪涝发生的风险。研究发现:①雄安新区最近70年有39年发生过洪涝灾害。但从时间变化特征看,自20世纪80年代以后洪涝灾害的发生频率和灾情等级显著降低。从空间分布特征看,发生频次最高的安新县平均2年发生1次,最低的容城县平均10年发生1次。②日最大降水量(或连续最大降水量)、主汛期降水量是影响洪涝灾害发生的最重要降水指标。水利设施对控制洪涝灾害发生的效果显著,地形因素的影响也十分明显。而因洪致灾是导致高等级洪涝灾害事件发生的决定性因素。③在现有水利设施条件下,安新县遭受现50年一遇(177 mm)、雄县遭受100年一遇(208 mm)日最大降水时就可能发生内涝灾害,起步区所在的容城县即使现日降水极值再增加30%,也不大可能发生。④本地极端强降水不足以导致高等级洪涝灾害的发生。只有在发生洪水致灾的同时,当日极端降水强度增加15%(300 mm)以上时,有县域会发生2级及以上洪涝灾害;当主汛期降水量达到355 mm以上时,则可能有县域会发生3级及以上洪涝灾害。本文最后讨论了雄安新区应对洪涝灾害的建设适应措施。     

1644~1949年长江三角洲地区五种洪涝致灾因子组合特征分析

为研究洪涝灾害中不同洪涝致灾因子组合特征对灾害的决定作用,基于历史文献资料,对长江三角洲地区1644~1949年五种洪涝致灾因子(简称洪涝因子)——连续降水、台风、潮灾、上游洪水以及强降水——分类辨识并逐年赋值统计,得到1644~1949年长江三角洲逐年洪涝因子总值序列。结果表明:(1)影响洪涝的因子平均为1.66个,依据洪涝因子总值序列变化趋势,研究时段可划分为三阶段:阶段一,1644~1718年,三因子与四因子洪涝年多集中于这一阶段,该阶段均值高于全段均值与其它两阶段;阶段二,1719~1864年,该段波动较大,单一因子与二因子洪涝年发生频次较高,该段均值最低,其中单一因子洪涝年以强降水因子的影响为最多;阶段三,1865~1949年,大多出现单一因子与二因子洪涝年,整体波动较小,为较平稳的时段。(2)单一因子洪涝年发生频率最大,以强降水因子出现最多,二因子洪涝年发生频率次之,以连续降水-强降水比例最高,三因子洪涝年以连续降水-台风-强降水为最多,四因子洪涝年出现最多的为连续降水—台风—上游洪水—强降水的因子组合,未出现五因子洪涝年。(3)按灾情影响范围辨识了长江三角洲地区1644~1949年6个极端洪涝灾害年和7个极端台风灾害年,发现极端洪涝灾害年主要集中于阶段一中期和阶段二后半期,包括2个四因子年、3个三因子年和1个二因子年,都与连续降水和强降水有关;而极端台风灾害年多发生于阶段二前半期,多为台风与潮灾共同致灾。     

山地城市小型季节性河流雨洪淹没的数值模拟

为预测伏牛溪中下游河段沿岸工程设施在流域暴雨期的潜在淹没危险性,利用MIKE11模型模拟了不同重现期暴雨和长江洪水发生时,伏牛溪中下游河段淹没深度及淹没范围。结果表明:50年及100年一遇暴雨发生时,伏牛溪中游河段的平均淹没深度分别为4.9 m和5.7 m,淹没面积分别为40 542 m2和41 980 m2,鳌山综合市场处居民生活用地会被淹没;50年及100年一遇长江洪水倒灌发生时,下游河段平均淹没深度分别为7.5 m和8.9 m,淹没面积分别为9 890 m2和10 931 m2;50年及100年一遇暴雨和长江洪水同时发生时,下游河段平均淹没深度分别达到9.4 m和10.1 m,淹没面积分别为14 559 m2和16 987 m2,下游污水处理装置会被淹没,部分居民建筑物地基受到威胁。模拟结果为伏牛溪流域的防洪规划和工程设施建设提供了参考。     

大渡河上游八步里沟泥石流防治中的资源综合利用研究

八步里沟位于大渡河上游,沟口堆积扇为金川县城,历史上泥石流灾害严重。20世纪80年代以来,对泥石流灾害进行了综合治理,工程防治效果明显,通过近30a的演化,防治工程与泥石流灾害共同作用形成了独特的泥沙资源并进行了初步开发。分析了八步里沟的资源特征、综合开发利用的制约因素、开发与保护的优化配置以及进一步开发的空间等问题,发现拦砂坝库区的建材开发有效延长了工程运行年限,沟内种植经济林抑制了泥石流灾害,拦砂坝抬高沟床侵蚀基准面为小水电开发和灌溉提供了水头,经济发展与灾害防治形成良性循环,达到可持续发展的目的。为提高资源利用率,最大化发挥防灾工程的经济效益和社会效益,可进一步利用现有治理工程建立泥石流防治的科普基地,沟口堆积扇泥石流排导工程两侧设立限制开发区、建立生态公园,达到优化资源开发的目的。     

长江中下游地区连阴雨变化特征分析

利用长江中下游地区86站1961~2011年逐日降水量资料,采用线性倾向估计法和M-K突变检验法,分析该地区年连阴雨日数、过程次数、总降水量及降水强度的时空变化特征。结果显示:长江中下游地区大部连阴雨日数有70~130 d/a、连阴雨过程次数有7~12次/a、连阴雨总雨量为500~1 300 mm/a、年均连阴雨强度为8~10 mm/d,连阴雨过程持续时间多在8~11 d/次左右。其中连阴雨日数和频次总体呈现出南多北少、连阴雨总雨量呈东南多西北少、雨强呈东强西弱的分布态势;近50 a来,长江中下游地区平均年连阴雨日数、连阴雨过程频次、连阴雨总雨量均呈减少趋势,减少速率分别为3.8 d/10 a、0.3次/10 a、18.5 mm/10 a,其中连阴雨日数、频次减少趋势显著;降水强度呈显著增加趋势,增加速率为0.2 mm/(d·10 a)。空间上,西部连阴雨日数、过程次数均呈显著减少趋势,东部呈微弱的减少趋势;大部地区连阴雨总量均呈显著减少趋势,其中西部尤为突出。突变分析发现,长江中下游连阴雨存在突变年份,各统计因子突变主要集中在1991~2011年,连阴雨日数减少突变发生在2003年,2006年起减少趋势超过显著性水平;连阴雨频次突变发生在2004年,2010年起减少趋势超过显著性水平;连阴雨总雨量突变发生在2006年,但这种突变不显著;连阴雨降水强度于1992~1994年发生突变,2010年起增加趋势超过显著性水平。     

长江中下游洪水灾害成因及洪水特征模拟分析

长江中下游地区洪水灾害的发生是自然地理条件及人类活动共同作用的结果。流域水系构造和地理特征决定了其洪水多发性,气候变化和土地利用/地表覆盖变化导致该地区水循环过程发生较大改变,而大量水库、堤防的建设以及城市化的发展使得洪水过程发生显著变化,因此在各种因素的综合作用下,长江中下游地区近年来洪水灾害频繁发生。综述了气候变化对长江中下游降水的影响,探讨了长江中下游水系特征与洪水灾害的关系,分析了人类活动对洪水灾害的影响规律,在此基础上,开展了气候和下垫面特征变化条件下的暴雨洪水模拟研究,以长江下游太湖东苕溪流域的南苕溪为研究区,进行了流域降雨径流过程的动态模拟验证和特征分析,并取得了较满意的成果,从而为长江中下游地区防洪减灾研究打下了基础。     

应用人工阶梯 深潭系统治理泥石流沟的尝试

泥石流的主要破坏性在于其能量巨大，输送大量物质造成生命财产损失，消耗泥石流的起动及运动能量能防止泥石流发生或使泥石流的破坏性大大降低，为泥石流治理提供了新的思路。通过在甘肃西汉水流域的泥石流支沟拦山沟进行人工阶梯 深潭系统试验，2009~2010年汛期观测发现阶梯 深潭系统能增强沟道阻力，抬高侵蚀基准面，从而控制侵蚀下切，且多级的阶梯 深潭系统通过跌水和水跃能有效消散水流能量，在一定程度上抑制了泥石流的起动和加速，使得泥石流在阶梯上游停留堆积，淤满的阶梯在河床纵剖面仍能保持阶梯形态，起到增强阻力消能的作用，减小了拦山沟泥石流对下游的破坏。消能结构对大坡度山区河流起重要作用，不论是人工消能结构还是自然消能结构，都能起到增阻消能的作用，对山区河流治理起到积极的作用     

汶川地震后四川省安县黄洞子沟泥石流特征

2008年5月12日汶川地震诱发了黄洞子沟流域规模巨大的大光包滑坡,部分滑体前冲堆积于沟道内,直接为后期泥石流的形成提供了丰富的松散固体物质,改变了黄洞子沟泥石流形成条件,使黄洞子沟从一条非泥石流沟演变成了一条高频泥石流沟。震后黄洞子沟几乎每年雨季都会暴发不同规模的泥石流,其中以2013年"7·09"泥石流灾害规模和危害最大。本文着重分析了黄洞子沟泥石流形成特征,并从地形、降水和地质三个方面将黄洞子沟和文家沟进行对比,得出了物源堆积体颗粒粒径与泥石流形成的关系。     

基于Paircopula函数和标准化径流指数的水文干旱频率分析——以南盘江流域为例

选取南盘江流域3个水文站52 a（1961~2012年）的逐月径流资料，联合两个相邻站点，分别计算标准化径流指数（SSFI），运用游程理论识别52 a来不同站点干旱特征，并用Pair copula函数计算不同站点的联合重现期。结果表明：（1）52 a来3个站点干旱特征值的最大值都出现在2011~2012年；从单个站点看，52 a来沾益站的干旱次数、最大干旱历时、最大干旱烈度均大于高谷马站和江边街站，最大干旱峰值出现在江边街站；从联合站点看，中游以上高谷马站和沾益站的干旱特征值均大于中游以下高谷马站和江边街站，3个站点联合识别的干旱特征值大于中下游站点联合识别干旱特征值，小于中上游站点联合识别干旱特征值，上游干旱更严重；（2）Frank Pair copula函数的RMSE、AIC和BIC值最小，拟合程度最高，适合运用于南盘江流域干旱频率分析中；（3）运用Frank Pair copula函数计算得到3个水文站点2009~2012年的连续干旱重现期都在100~200 a，是52 a来最严重的一次干旱