泥石流堆积物的分形结构特征

本文依据分形理论,分析了泥石流堆积物粒度组成的分形结构特征,其分维值介于2～3之间。分维可作为描述泥石流堆积物粒度组成的参数,分维的大小表征了作为自组织系统的泥石流堆积物的本质特征。论述了分维的研究意义。     

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。     

基于熵权变异系数融合算法和FLO-2D的朱家沟流域泥石流危险性评价

岷县朱家沟是青藏高原东北缘的典型泥石流小流域,受地震与极端降雨影响泥石流灾害频发,严重威胁县城安全,亟需开展泥石流危险性评价。本文采用熵权与变异系数融合算法评价流域内各支沟泥石流易发性,并选取高易发支沟及主沟进行泥石流事件数值模拟。以“7·18”朱家沟泥石流为例验证精度高于74.12%后,将此评价体系应用于极端降雨条件下的朱家沟泥石流危险性区划。结果表明：沟口单宽清水流量峰值、沟道长度和浅表层岩组是泥石流易发性主要影响因素,流域主要支沟：哈固沟、朱林沟、松树沟和郎家沟均为高易发沟;百年一遇强降雨条件下朱家沟泥石流堆积物会堵塞洮河,威胁沟道、沟口及洮河对岸城区居民生命财产安全,其中高危险区为主沟沟道和沟口,中危险区为哈固沟、朱林沟和松树沟,低危险区为郎家沟。研究成果可为青藏高原东北缘泥石流灾害提供评价方法和防治依据。     

基于Flow-R模型的八一沟泥石流危险性评价

目前泥石流危险性评价方法通常是一条泥石流沟对应一个危险等级。Flow-R模型将泥石流源区识别与泥石流运动相结合计算泥石流的危险概率,能够评价一条泥石流沟内不同部位的危险性。为丰富泥石流评价方法的应用研究及探究单沟内泥石流危险分布特征,以八一沟为研究区,在确定八一沟泥石流源区识别阈值和运动参数的基础上,用Flow-R模型对泥石流可能的危害范围进行模拟计算,并用混淆矩阵对模拟结果进行评估,最后对八一沟流域不同部位进行了泥石流危险性评价。结果表明:(1)泥石流源区主要分布于沟道20°～50°坡度范围和1 400～1 600 m高程范围内,沟顶细小汇水沟道为泥石流提供了丰富的活动物质;(2)泥石流危险区域大致分布在沟道左右40 m范围,占整个研究区域的20.06%;极高危险区分布于沟道中心,危险性由沟道中心向两边逐渐降低;(3)Flow-R应用于研究区的正确率为84.18%,给出的泥石流危险区图合理,能够反映研究区泥石流的基本危险特征。     

潜在泥石流的界定与判识——以金沙江流域溪洛渡库区为例

选择在建的溪洛渡库区作为研究区域,通过详细的野外考察,确定金沙江流域溪洛渡库区干流共有现代活动泥石流沟57条。利用Matlab构建SOM神经网络模型,依据这57条泥石流样本,选择流域面积、主沟长度、相对高差、沟床比降、平均坡度、相对切割程度、圆状率和侵蚀程度等8个指标,对干流46条沟谷进行预测。预测结果分为：①非泥石流沟有19条,分布在雷波-永善三角台地上;②低危险潜在泥石流沟有14条,分布在库区尾端;③高危险潜在泥石流沟有13条,分布于库区中间位置。预测结果可以为库区生态修复和工程治理提供依据。     

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。     

云南东川地区单沟泥石流危险度评价研究

泥石流规模和发生频率是体现泥石流危险性的两个最本质的特征参数,是泥石流危险性评价的两个主要因子。因此,用泥石流的规模危险度与频率危险度来表达其综合危险度。通过对云南东川地区泥石流沟基础数据的相关分析,分别找出了与泥石流规模和发生频率显著相关的次要危险因子,并且发现主要因子和相关的次要因子之间具有一定的线性关系。再通过多元线性回归分析,计算得出了各参评的次要危险因子的权重,从而建立了单沟泥石流危险度评价模型。通过该模型,计算出每条泥石流沟的危险度值,对各条泥石流沟进行危险度评价,得出了与实际相符合的评价结果。     

极震区震后泥石流物源特征研究

汶川地震后,极震区产生了大量的崩滑堆积体、震裂岩体及震动松弛覆盖层,极震区震后泥石流物源的产生及汇集方式发生了极大的变化,但缺乏震后特殊条件下动储量的计算方法。在实际调查统计"5·12"极震区安县高川乡多条泥石沟物源的基础上,总结了极震区震后泥石流的形成过程及启动方式。分析得出,震后泥石流物源量与沟域面积、高程放大效应、断层运动方式、地质岩性条件及地形条件等因素有关,其中沟域面积、沟顶高程及沟道与发震断裂的距离为主控影响因子。在此基础上,提出了"地震高程指数放大经验模型";通过多元统计拟合法首次得出了震后泥石流动储量与流域面积、高差的计算关系,并通过地震距离修正得出极震区震后泥石流的动储量计算公式,为震后泥石流动储量估算及工程治理提供参考。     

泥石流灾害的分形研究

复杂性是各个学科面临的共同难题,分形理论作为解决复杂性问题的有力工具被提出以来,得到了广泛的应用.在泥石流灾害中的应用也得到不断深入研究.本文在结合前人研究的基础上,从泥石流发生机理、泥石流堆积、泥石流沟谷形态和水系的发育演化以及泥石流预测四个方面论述了分形理论在泥石流灾害研究中的应用,将分维作为表征泥石流灾害系统的有效参量,揭示了泥石流灾害中的某些规律,反映了泥石流的一些本质现象.     

强震区小流域泥石流发育特征研究——以四川省绵竹市罗家沟泥石流为例

小流域泥石流因流域面积小,常被人们忽略或未引起足够的重视,却往往造成较大灾害损失;2010年8月13日绵竹市清平乡罗家沟暴发泥石流,一次冲出量约30万m3,而该沟流域面积仅1.4 km2;此次泥石流造成主沟沟口民房被掩埋,1.5 km的道路被毁,3座涵洞、一座小桥被冲毁,并使绵远河改道约200 m左右,直接经济损失约500万.根据现场调查和航空图像解译,分析了泥石流成因,讨论了泥石流形成、运动和堆积过程,并计算了泥石流的力学参数;罗家沟泥石流的实例表明汶川震区小流域泥石流具有较强的隐蔽性和破坏力.因此,在对汶川震区泥石流开展调查和评估工作时,尤其应注意小流域泥石流调查工作,必要时应进行相应的工程治理措施.     

四川九寨沟县关庙沟泥石流及其防治对策

关庙沟为嘉陵江上游支流白水江右岸的一条支沟,位于四川九寨沟县城区,曾多次发生过严重的泥石流灾害,直接威胁县城和九寨沟旅游环线公路的安全。该沟泥石流具有容重大(2.20t/m~3)、搬运固体物质粒径粗、固体物质以沟岸滑坡和沟床堆积物补给为主等特征。本文分析了该沟泥石流的形成、流体性质、类型等基本特征,预测灾害的发展趋势,提出泥石流减灾防灾对策。     

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.     

竹林关大柴沟大型泥石流的形成机理与发展趋势

通过对陕西省丹凤县竹林关镇大柴沟泥石流进行现场勘查分析,总结了泥石流的孕灾背景,揭示了泥石流的典型特征和基本物理力学参数,在此基础上,分别从泥石流的物质来源、形成环境、诱发条件等三大条件分析了泥石流的形成机理,归纳了大柴沟泥石流具有典型的滑坡激发性、周期暴发性、强烈致灾性等特点,对泥石流的危险性进行了现状分析和预测评价。结果表明:软硬相间的岩层和强烈的构造运动是造成岩体变形破碎的主要原因,为泥石流提供了丰富的物源,垂直高差较大、沟道狭窄为泥石流提供了良好的孕灾环境,百年一遇的暴雨是大柴沟泥石流形成的诱发条件,同时受暴雨影响,沟内产生多处浅表层滑坡堵塞沟道,为泥石流聚集了能量,以至形成规模更大、破坏性更强的泥石流。研究过程采用了实测计算与经验公式估算相结合的多种方法进行对比研究,也充分验证了经验公式的适用性。     

四川德昌县凹米罗沟泥石流成灾过程与危险性评价

论述了四川德昌县凹米罗沟泥石流孕育环境、形成条件和发生过程.泥石流的暴发是由短历时、强暴雨激发的.分析了泥石流危险度和活动趋势,并提出了相应的防治建议.     

岷江上游干旱河谷区龙洞沟泥石流及其防治

龙洞沟发育于岷江上游四川茂县境内,沟口地带属干旱河谷区.该沟流域面积14.52 km2,沟长9.15 km,相对高度2 534m,沟床比降23.7%,沟内滑坡发育,形成泥石流的地形和松散固体物质条件充分;偶尔出现的高强度、短历时暴雨是泥石流形成的水源条件和激发因素.该沟主沟为低频率泥石流沟,以中-大规模和特大规模泥石流为主,中-大规模泥石流约30～50 a一次,大-特大规模泥石流约50～100a一次;支沟泥石流活动频繁,但多为小规模.泥石流流体性质,支沟的几乎均为粘性,重度可达2.0～2.3 t/m3,而主沟的则以稀性为主,重度一般为1.3～1.6 t/m3.泥石流治理采用土木和生物工程相结合的综合措施,土木工程包括谷坊17座,拦砂坝5座,主沟排导槽1 054 m,支沟排导槽198 m;生物工程按流域生态功能分区进行,在分出的5个生态区实施造林398 hm2,退耕还林还草40hm2,林地封禁、抚育779 hm2,果园改造、更新40 hm2,生物谷坊10座.     

基于泥石流风险的山区聚落适灾能力研究

泥石流堆积区是土地资源稀缺山地环境的人类聚居区,这类区域的防灾减灾是过去土地利用规划的难点和薄弱环节,也是新一轮国土空间规划的重要内容。论文以泥石流运动规律和成灾规律为基础,提出了泥石流适灾概念模型,并根据土地利用规划形成单体建筑和聚落建筑布局方案,通过风险评价建立单体建筑和建筑布局方案的适灾能力评价方法,对不同概率泥石流单体建筑和建筑布局方案的适灾能力进行量化和评价,从空间、选址和强度适灾三个层次提出了聚落适灾能力提升策略。研究结果表明：（1）距主沟线距离是影响建筑适灾能力的主控因素,当距离主沟线大于200 m时,其受泥石流影响程度可忽略不计;（2）防灾减灾建筑布局方案能较好的适应灾害,但仍不能完全避免泥石流的影响。（3）禁建区不宜规划为建设用地,慎建区尽量少建建筑,宜在沟道海拔相对高的区域布置主要的商业中心,可建区先考虑居住建筑和公共服务建筑,慎建区内的建筑结构应以框架结构为主,最低不能低于砖混结构,除宜建区外,位于沟道两侧的建筑应尽量采取建筑长轴方向与沟道平行布设。     

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.     

基于SCS水文模型的泥石流预报模型在四川宝兴冷木沟的应用

2013年4月20日四川芦山7.0级地震后,四川省宝兴县冷木沟沟道内新增大量崩塌、滑坡物源,在强降雨的诱发下,极易发生泥石流灾害,且沟口直面县城,直接威胁着整个县城的生命、财产安全。利用SCS水文模型,根据冷木沟流域的地貌特征将其划分成17个子流域,在子流域不同的土地利用数据及水文土壤条件下进行产流、汇流计算,最后通过叠加得到冷木沟流域出口断面的汇流过程;对2012年8月18日发生的泥石流汇流过程进行探讨预测,结果显示,本次泥石流的洪峰流量为278m³/s,泥石流总量为20.2×104m³,计算得到的泥石流总量与实际调查结果的相对误差为7.8%;用同一方法预测2013年5月23日冷木沟支沟黑沟的泥石流汇流过程,计算的洪峰流量为38.2 m³/s,与实际监测值的相对误差为4.2%。说明此模型对于冷木沟流域具有适用性,且效果较好,可用于宝兴县冷木沟泥石流的流量预测及泥石流灾害规模预测,将对宝兴县的泥石流防灾减灾工作提供科学指导。     

四川省石棉县“7·4”特大泥石流堆积物粒度分布及结构分维

运用图算粒度参数法和分形理论对石棉县"2013·7·4"特大泥石流堆积物的粒度参数(平均粒径、分选系数、偏度、峰态)和结构维数进行研究分析。研究表明:通过粒度参数法分析,后沟、熊家沟和马颈子沟特大泥石流堆积物分选性分别为差、很差、很差,沉积均已以粗组分为主;通过分形理论分析,后沟、熊家沟和马颈子沟特大泥石流均属于粘性泥石流,且粒度分布不均匀。粒度参数分析和结构维数计算相结合可以很好地了解"2013·7·4"特大泥石流堆积物的分选性、粒度分布情况、泥石流的类型等,为研究区泥石流的形成、运动、堆积特征和数值模拟研究提供参考依据和数据。     

黄龙景区红岩关沟的泥石流及防治

红岩关沟为四川松潘县黄龙风景名胜区内涪江上游一条支沟,曾发生过严重的泥石流灾害.该地的泥石流具有活动频繁、危害严重、容重大、固体物质粒径粗、以及主要以沟岸滑坡、崩塌、沟床堆积物补给为主等特点.本文分析了该地泥石流的形成、流体性质、类型等基本特征,预测了泥石流的发展趋势,提出了治理措施.