基于降雨垂直分异的泥石流监测网传感节点布设研究

泥石流监测网传感节点的布设是泥石流预警中重要的环节。以岷江上游作为研究区,讨论区域降雨量垂直分异特征,并在此基础上,总结归纳出传感节点布设规则,并在七盘沟流域进行实例验证应用。结果表明:岷江上游传感节点从西北部、中部、东南部布设,西北部在小于3 650 m处,传感节点布设于海拔2650 m处,大于3 650 m的区域则在同一范围内布设于高海拔处;中部区域传感节点布设于同一区域范围内高海拔处;东南部区域(典型示范区:汶川县七盘沟)在小于5 162 m,布设于海拔4 238 m处,其余区域布设于高海拔区域处。     

八一沟松散堆积体粒度特征研究

八一沟位于地震极重灾区四川省都江堰市龙池镇云华村,历史上多次发生过大规模泥石流。通过对现有的粒度分析方法进行了总结,采用矩法和标度法分析了八一沟内松散堆积体(坡积物、沟床沉积物、泥石流沉积物)的粒度特征,最后对比分析了现有粒度分析方法。结果表明,八一沟上游为泥石流的主要物源和流动区,对颗粒沉积的影响较小,而下游的堆积区则对颗粒级配的改造较大。标度法可以通过幂指函数对松散堆积体的级配进行统一描述,八一沟中上游堆积土体的特征粒径Dc主要分布在10左右,这与该颗粒级配主要形成低密度泥石流的预测和八一沟已发生的泥石流密度(1.7~1.8g/cm3)一致,说明在强降雨条件下,八一沟上游会再次诱发低密度泥石流。因此利用不同的土体粒度分析方法,可以推测松散堆积体的沉积环境及未来的活动特征。     

泥石流胁迫下建筑物易损性评价——以汶川县七盘沟为例

泥石流暴发后常常会淤埋、冲毁沟内建筑物,造成严重的人员伤亡和财产损失。开展泥石流影响区建筑物易损性评估是防灾减灾的核心工作之一。该文以汶川县七盘沟为例,在实地调研基础上,从建筑物自身特性、建筑物与泥石流沟的空间位置关系、环境因子等三类评价要素中选取了建筑物的功能类型、结构、面积、材料、楼高、建筑物与沟道的距离、建筑物主轴向与泥石流流向的夹角、泥石流流向、流深、流速和防护工程共11个易损性评价指标,综合运用GIS和元胞模型模拟得出七盘沟流域内建筑物易损性分布情况。根据评价结果得到以下四点结论:①沟内易损性最高的建筑物类型为公共服务等特殊功能性建筑物;②同类型的建筑物离沟道越远,其易损性越低;③沟内建筑物易损性分布呈现出左岸高于右岸的特点;④建筑物易损性对泥石流特征评价因子的敏感度低于建筑自身特性评价因子。研究结论和七盘沟实地考察得到的结果吻合程度较高,有一定的合理性和可信度,根据以上研究结果对七盘沟村建筑发展规划提出了对应的灾害防治建议,以尽可能减少潜在的灾害危险,最大限度地保护当地居民的生命与财产安全。     

基于无人机高分影像的七盘沟泥石流风险性评价

以四川汶川县七盘沟泥石流为研究对象,综合刘希林模型中危险性和易损性评价因子并总结因子提取方法,基于无人机高分影像进行灾区评价因子信息提取,并采用经典的风险性评价模型,设计了基于无人机高分影像的风险评价流程,开展了风险性评价与分析试验。研究结果评估出此次泥石流危险度、易损度和风险度分别为0.66、0.73和0.48,均属于高度危险范围。实验结果表明所提出的方法有效进行了七盘沟泥石流风险评估,可为泥石流灾害的应急决策、风险评估和预警治理提供重要及时的参考依据。     

四川绵竹清平乡文家沟“8·13”特大泥石流灾害

2010年8月13日四川绵竹市清平乡文家沟暴发特大规模泥石流灾害(简称"8.13"特大泥石流)。在野外调查的基础上,分析了此次泥石流灾害的特征,并从其形成条件入手,探讨了此次灾害的成因和未来发展趋势。文家沟流域在2010年8月12日16时至13日04时的降雨量达227 mm,暴雨形成强大洪水冲刷流域内在地震期间形成的滑坡-碎屑流堆积体,并形成高容重粘性泥石流。泥石流依次冲毁沟内19座谷坊和1座拦挡坝,冲出总量达429.3×104 m3,完全堵断绵远河,形成长约1 650 m、宽约420 m、高约12 m的堰塞坝,堰塞湖回水长1.5 km。泥石流共造成6人死亡或失踪,379间房屋被冲毁掩埋,汉(旺)清(平)公路中断,2座桥梁被毁。研究表明,松散物质的极大丰富和堵溃是导致"8.13"特大泥石流规模巨大的主要原因;文家沟在短期内泥石流仍会频发,但规模要比"8.13"泥石流小。     

四川汶川茶园沟泥石流灾害特征及危险度评价

2003年8月9日四川汶川县茶园沟泥石流造成了1人死亡,10人失踪和严重的财产损失.泥石流是由于短历时高强度的大雨激发而形成的.泥石流最大流速为10.8m/s,泥石流洪峰流量为999m3/s,冲出物方量约为5万m3.茶园沟流域内松散固体物质的密度为2.18 g/cm3,含水量为10.7%,空隙率为28%,塑性界限和流性界限分别为18.8%和32.5%,一遇大雨或较长时间的降雨就极易形成泥石流.茶园沟属中度危险的泥石流沟,中度危险的泥石流也造成了严重的人民生命财产的损失,这主要是由于受灾对象,即易损性的特性所决定的.茶园沟泥石流的防灾减灾措施,一是要实行封山育林,停止开矿弃渣;二是要提高公路桥梁的防洪标准,合理布局水利水电设施.     

不同密实度条件下泥石流沟侧岸堆积体破坏过程研究

沟道两侧的松散堆积体是泥石流形成的重要物源之一,其在暴雨洪水过程中的破坏和失稳过程在某种程度上决定了泥石流的形成过程,不同密实度条件下堆积体的稳定性和破坏过程将有所不同。本文通过室内理论模型实验研究沟岸两侧堆积体的破坏过程,重在探讨不同密实度下堆积体破坏过程的差异。通过设计4组水槽实验,对不同密实度的堆积体破坏过程进行了实验模拟。结果表明:侧岸堆积体的破坏总体上可分为3个阶段:坡脚侵蚀阶段、频繁崩滑阶段、逐渐稳定阶段,在实验尺度下,较松散的堆积体在水流侧蚀作用下,主要破坏模式为局部滑动失稳;较密实的堆积体,容易形成临空面后易发生大规模倾倒式破坏,表现为重力式坍塌;堆积体频繁失稳过程并不是一次性整体破坏,而是一个逐步渐进的过程,破坏在时间上具有间歇性,空间上具有离散性,规模上涨落性;较松散的堆积体,土体破坏的间隔时间短,但平均规模和总体较小;较为密实的堆积体,土体破坏间隔时间长,但平均规模和总体规模较大,反映了不同密实土体破坏过程的差异。该研究拟为山区流域泥石流的形成方式和过程研究作出贡献。     

基于GIS的模糊数学模型在泥石流敏感性评价中的应用

以四川省汶川县为典型研究区,采用GIS技术与层次分析法、模糊数学等数学模型相结合的方法,进行了泥石流敏感性评价研究。选取流域高差、沟壑密度、沟道坡度、主沟纵比降、崩滑体核密度强度、年最大日降雨量等6个指标作为评价因子,构建了泥石流敏感性评价指标体系。采用模糊综合评判法对汶川县160条泥石流的敏感性进行了评价,利用ARCGIS空间分析功能求出了每个因子对上一级的隶属度图层。最后,根据最大隶属度原则,选取每个流域上泥石流的敏感性隶属度的最大值作为该流域单元泥石流的敏感性等级。检验分析表明,评价的泥石流敏感性空间分布与实际调查结果较为吻合。     

白龙江流域武都区段新发泥石流堆积物基本特征及颗粒级配分维研究∗

白龙江流域是我国泥石流的高发地区,在强降雨的激发下沟谷内堆积的大量固体松散物质易形成泥石流。 松散固体物质的颗粒级配影响着它的力学性能,进而对泥石流的启动产生较大影响。强降雨后,松散堆积体内大范围剪切破坏而转化为泥石流。以白龙江流域近期新发泥石流的 16 条泥石流沟为研究对象,取其具有代表性的堆积样品,通过室内土工实验,测试其基本物理力学参数。并通过筛分及激光粒度仪对样品的颗粒进行分析,采用统计图解法、粒度分维法和经验公式法对泥石流堆积物的特征、性质、粒度分形结构和颗粒级配关系进行分析。结果表明：1. 区内泥石流堆积体粒度分布具有良好的分形特征,粒度分维值 D 为 2.5~2.6,且粒度分维值 D 随黏粒含量 P_c的增加而增大,二者满足关系式 D=0.115 1ln(P_c )+2.509 8。2. 通过经验公式、粒度分维计算、现场称重等方式确定了白龙江流域武都区段大部分泥石流为黏性泥石流。3. 堆积物中的黏粒含量较多,但大都缺失中间粒径,级配不良,且堆积物的抗剪强度普遍不高。各泥石流堆积物的物理力学性质有着较大的差异,但其内摩擦角却大都在 27°~30°变化。说明该区域泥石流堆积物的内摩擦角具有良好的相似性。通过研究新发泥石流堆积体的物理力学特性,依据分形理论,剖析粒度分维值与粒度组成、粘粒含量、黏粒级配等相关性,为泥石流防灾减灾提供基础数据支撑。     

泥石流堵塞坝溃决模式实验

为了研究泥石流堵塞坝溃决的模式,采用模型实验对堵塞坝溃决的过程进行模拟,实验历时2个月,共13组.实验中,通过改变主沟的水力参数和坝体参数研究泥石流堵塞坝溃决的全过程,并作了相关记录.通过对理论和实验数据的分析,泥石流堵塞坝的溃决形式有3种:冲刷溃决、有表面流的泥石流堆积体水力再启动、没有表面流的泥石流堆积体重力再启动.讨论了冲刷溃决中颗粒启动和有面流泥石流水力再启动的临界条件,并分析了启动流速u0和颗粒粒径D之间的关系;分析了泥石流重力再启动时堵塞坝坡面破坏的一般形式和特征;通过实验数据对不同溃决形式的溃决条件进行了验证,结果比较吻合.     

沟道起动类泥石流松散堆积物起动分析

沟道松散堆积体的稳定性直接影响到泥石流暴发的概率与规模,其研究对泥石流灾害的预报和防治具有重要意义。同时考虑孔隙水压力和渗透水压力作用,确定了堆积体内潜水流浸润线高度,构建了沟道松散堆积体渗透破坏模型。结合案例计算,从松散堆积物、沟道地形、水动力方面分析了沟道松散堆积体中水土作用的变化,发现渗透系数、有效黏聚力、有效内摩擦角对松散堆积体的稳定性影响相对较大,天然密度、饱和密度的影响相对较小,沟道松散堆积体起动破坏形式按降雨的强度、历时及渗透系数分为整体失稳滑动破坏模式和逐级滑动破坏模式。     

汶川县映秀镇红椿沟特大型泥石流形成机制及堵江机理研究

2010年8月14日,汶川县映秀镇红椿沟因连日强降雨,发生灾害性特大泥石流,完全中断都汶公路的交通,并冲入岷江形成堰塞体,致使河水改道,冲进映秀新区使数十幢房屋成为孤岛,严重危胁到灾后重建的胜利成果。研究红椿沟泥石流的基本特征、变形破坏机制、类型规模及防治对策,对防治高地震烈度泥石流灾害、确保灾后重建成果具有重要意义。以红椿沟特大型泥石流为例,在研究地质灾害形成的地质背景及条件、基本特征的基础上,分析了泥石流的形成机理及断路堵江的具体原因,预测了泥石流发展的趋势,对重要物源点进行了稳定性分析,提出了红椿沟泥石流的形成及堵江除丰富的震后松散物源、强降雨外,还与其独特的地形地貌密切相关。研究表明,红椿沟特大泥石流是从其上游甘溪铺支沟开始启动、汇集溃决,随后带动主沟物源冲入岷江,与岷江上游烧房沟泥石流冲入江中物质在江中汇集,形成堵江。红椿沟内物源丰富,必须加强防治,防止泥石流的再次危害。     

基于遥感解译的典型低频泥石流形成机制研究——以四川省宁南县矮子沟泥石流为例

2012年6月28日四川省宁南县矮子沟暴发泥石流,造成重大的人员伤亡和财产损失。通过对比事件前后流域的高精度遥感影像,并结合泥石流发生后野外调查情况进行综合分析。研究结果表明:矮子沟泥石流具有典型水力类泥石流的启动机制,其形成过程可分为四个阶段:①强降雨使得地表径流快速汇集,使得坡体表层土产生破坏并启动,形成坡面泥石流并汇入主沟;②具有极强侵蚀能力的坡面泥石流开始对沟床内的固体物质产生强烈的揭底侵蚀和侧蚀,使得沟床堆积体的稳定性产生破坏并启动;③沟床堆积物在受到揭底侵蚀后,从上游依次往下,形成连续性的破坏并为泥石流的形成持续提供固体物质,以维持泥石流的运动并放大其规模;④在达到海拔800 m沟口转弯处之后,由于受到地形的限制及泥石流自身的动能衰减并产生堆积,泥石流过程结束。通过对该次泥石流的物源补给过程进一步研究认为,其物源补给可分为形成泥石流流体所需的启动型物源和维持泥石流持续运动的维持型物源两类。通过对比发现,低频泥石流在启动过程中的物源补给过程具有明显的启动型物源和维持型物源两个相对微观物源补给类型及过程,可为这类泥石流防治工程的类型选择及设计提供重要的理论依据。     

“8·20”板子沟泥石流特征及防治措施∗

2019 年 8 月 20 日汶川县板子沟暴发了泥石流,“8·20”板子沟泥石流造成沟内村庄、厂房、水电站和格栅坝受损,泥石流冲毁沟口桥梁,造成都汶高速公路 S9 断道。基于现场勘查和室内试验资料,分析了“8·20”板子沟泥石流特征,泥石流平均流速达 5.6 m/s,洪峰流量 535.98 m³ /s,一次泥石流过程总量约 69.63×10⁴ m³ ,向岷江输砂约 25.97×10⁴ m³ ,表现为堵溃型沟谷泥石流。提出了基于 Tamotsu Takahashi 模型的泥石流降雨阈值预测方法,该方法可用于确定泥石流的临界雨强和暴发时间,“8·20”板子沟泥石流的临界雨强为 5.7 mm,小于历年临界雨强。基于水文计算结果,提出了针对板子沟的防治措施：按 10 年、20 年一遇的标准进行设计时,可采取设置防护堤的方式;按 50 年、100 年一遇的标准进行设计时,可采取设置防护堤+拦砂坝的方式。     

汶川县泥石流沟在汶川“5.12”地震后的活动趋势

2008年5月12日,四川省汶川县发生了8级强烈地震。震后,灾区内多处暴发了泥石流。以地震灾区汶川县泥石流为研究对象,综合考察了6条处在不同地震烈度和具有不同泥石流形成特点的泥石流沟,分析了泥石流的活动趋势,并探讨了泥石流活动受地震影响的时间规律,为地震灾区的泥石流减灾和防治工作提供参考。     

四川省汶川县簇头沟“7.10”泥石流灾害成因与特征分析

簇头沟是岷江右岸一条低频泥石流沟,受2013年7月极端暴雨的影响,暴发特大泥石流。结果显示,汶川地震造成流域内的坡面和沟道堆积的大量的松散物质是泥石流形成的物源,流域上游暴雨及其形成的山洪是此次泥石流形成的激发因子。"7.10"泥石流为过渡性泥石流,泥石流容重约为1.8~1.9 t/m3,沟口处最大流速为9.2 m/s,峰值流量为515 m3/s,冲击力达到3 657 t,输沙总量约为50×104m3。泥石流过程表现为为暴雨(山洪)—滑坡(坡面泥石流)—泥石流—堰塞湖—溃决洪水。对震后低频泥石流危险性认识不足、防治工程设计标准偏低是此次灾害造成重大损失的主要原因。在未来灾害防治工程设计中,应合理估计灾害规模和潜在风险。     

降雨条件下坡面细沟侵蚀模型及临界坡度研究

分析了坡面侵蚀影响因素,采用水力学计算公式,建立降雨条件下,坡面细沟侵蚀模型。对坡面松散颗粒启动和土块启动进行分析,得出了坡面侵蚀临界水深条件。并对侵蚀速率及其影响因素进行探讨,得出当侵蚀速率大于零时,坡面侵蚀能力随着坡度的增大而增大,当侵蚀速率小于零时,坡面抗侵蚀能力随着坡度的增大先增大后减小,存在一个临界坡度θ_m,临界坡度一般在7°~24°之间,受内摩擦角的影响显著,随着内摩擦角的增大而增大。同时,基于侵蚀速率、侵蚀方式和临界坡度,将坡面划分为强烈侵蚀区、稳定侵蚀区和弱侵蚀区三个阶段,从力学的角度,揭示了坡面演化过程中的一些现象。     

汶川地震扰动区小流域地质灾害风险概率问题

汶川地震扰动区地质灾害的特点是滑坡崩塌极为发育,泥石流物源丰富,灾害发生频率高。以都江堰白沙河小流域为例,在完成小流域风险区划的基础上,采用Logistic回归统计模型分别对震后小流域中滑坡泥石流发生的临界降雨量及时间概率,不同等级风险区(高、较高、中等、较低,共4级风险区)滑坡泥石流发生的临界雨量及空间概率进行分析统计。研究表明当日降雨量是触发滑坡泥石流的时间条件,发生概率为0.7~0.9。大暴雨是触发高、较高风险区滑坡泥石流的空间条件,发生概率可达到0.9。发生风险损失的临界雨量为大暴雨。     

汶川地震次生泥石流形成模式与机理

以汶川地震灾区的典型的代表性泥石流案例为基础,分析了汶川地震次生泥石流的形成地形地貌、降水和土源条件特征,概括分析了汶川地震泥石流形成的5种模式,即:(1)沟床启动型;(2)坡面崩滑转化型;(3)震裂表土侵蚀启动型;(4)滑坡表面土体液化型和(5)松散坡积物冲切沟启动型。分析了这些形成模式的启动机理。地震次生泥石流的形成机理包括土力类和水力类。泥石流的形成需要一定的细颗粒含量,尤其是粘土颗粒含量;此外低密度干燥度较高的土体在降雨作用下易湿陷,体积收缩,从而有利于土体孔隙水压力的升高,而有利土体强度的降低,导致泥石流的启动。所以地震灾区的泥石流集中分布于干旱河谷松散固体物质大量存在且以花岗岩风化壳和碎屑岩及其变质岩为主的地区,降雨量特征与国内外众多泥石流的降雨特征可以比较,其模式多样。     

四川青衣江上游若壁小沟泥石流及其防治对策

若壁小沟为四川青衣江上游左岸的一级支沟,该沟处于深切割高山峡谷区,地形坡度陡,构造发育,岩石破碎,加之较为丰富的降雨,使该沟具备泥石流暴发的条件。该沟如果暴发泥石流,将对某电站拟建厂房产生威胁。该沟泥石流具有成灾快、危害严重、松散固体物质以坡面崩塌补给为主、活动频率中等等特征。通过野外考察和取样分析,该沟泥石流的性质和类型为中频率—中~大规模—低~高粘度泥石质泥石流。分析预测了该沟泥石流在强烈地震条件下、近期出现不同频率暴雨情况下及人类活动影响下的发展趋势。在此基础上,提出了该沟泥石流减灾工程规划方案。