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。     

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。     

汶川震区绵虒镇“8·20”登溪沟泥石流灾害调查与分析∗

2019 年 8 月 20 日汶川县绵虒镇登溪沟暴发大型泥石流灾害,导致沟口房屋、国道和高速公路损毁,交通中断长达数月,同时大量冲出物质堵塞岷江河道,使岷江河道改道左岸,水位抬升,形成链式灾害。基于登溪沟泥石流形成条件、致灾特征以及泥石流事件前后现场调查和遥感影像解译进行了分析,采用配重法和形态调查法计算获得泥石流的容重和动力特征。结果表明,登溪沟泥石流是短历时强降雨、有利的地形条件及地震作用产生的丰富物源以及沟道强烈侵蚀多种因素共同作用的结果,其成灾模式可总结为降雨快速汇流?沟道物质启动形成泥石流?泥石流沿程铲刮裹挟?岸坡坍塌堵溃?泥石流规模放大冲出沟口的运动过程,泥石流事件前后影像解译显示坡面物源和沟道物源随着时间产生了显著演化,流域内物源仍然丰富。汶川地震虽已过去十年以上,泥石流活动性仍然较高,因此针对登溪沟泥石流活动进行了详细调查分析以期加强对强震区震后中长期泥石流特征的进一步认识。     

西安市户县教场沟泥石流发育特征及危险性分析

我国山区泥石流灾害频发,其中秦巴山区就是我国泥石流灾害的多发区之一。前后两次对秦岭北麓户县涝峪镇教场沟进行了详细的野外考察。在考察过程中,对沟道内泥石流物源的总储量及空间分布,沟道的横、纵断面参数进行了详细的调查和测量;在此数据基础上,以小流域降雨-径流计算模型对不同降雨条件下,泥石流峰值流量及单次泥石流过程总量进行了计算分析。计算结果表明,该流域在遭遇50 a及以上年数一遇的强降雨时,将形成规模可观的泥石流灾害;结合沟口的实际地形资料,通过经验模型对不同降雨条件下的泥石流堆积范围进行了分析及预测,旨在为秦巴山区泥石流防灾减灾工作提供科学参考。     

震后灾害链生机制及其对汶川地震城镇重建的影响

汶川8级大地震对地表产生强烈扰动,导致次生山地灾害极度发育,影响到震后灾害的活动特征及其相应的减灾对策。震后松散固体物质急剧增加、流域微地貌变化明显(沟道堵塞严重)、水文变化利于侵蚀和洪峰,使得灾害群发链生:崩塌、滑坡→泥石流→堰塞湖→溃决洪水(泥石流),8月中旬灾区各地因强降雨而大规模爆发泥石流堵塞河道,洪水冲毁掩埋重建城镇,给地震重灾区造成巨大损失。从以汶川县映秀镇为例,在阐述灾害链研究成果的基础上,分析震后灾害链的形成条件、成灾过程以及对城镇重建居民点的危害特点,进而提出灾害防治措施,为灾后城镇建设防灾减灾提供参考建议。     

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。     

都江堰市龙池镇煤炭坪泥石流形成条件及特征

通过对都江堰市龙池镇煤炭坪泥石流灾害的现场调查,分析了泥石流的特征及形成条件,并对沟道内的松散固体物质储量进行了计算,分析了危险区范围。结果表明:煤炭坪流域的地形特征为泥石流的形成提供了有利的地形条件,"5·12"汶川地震和"4·20"芦山地震为泥石流的形成提供了丰富的物源条件,多次强降雨为泥石流的启动提供了充足的水源条件。通过计算得出,煤炭坪沟道内可转化为泥石流的松散固体物质储量约为14.65×104m3,其中形成区为6.01×104m3,流通区为8.64×104m3,泥石流最大危险范围为0.2422 km2。     

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。     

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。     

汶川地震强震区震后10年泥石流活动特征遥感动态分析——以平武县石坎河流域为例

为研究汶川8级地震震后10年内灾区地质灾害的发育演变状况,选取极重灾区平武县石坎河流域作为研究对象,采用多期遥感解译以及地面调查相结合的方式,对汶川地震重灾区震后10年泥石流发育概况以及其发展演变规律进行研究分析。研究结果表明:①石坎河流域沿主河道分布了众多支沟,每年雨季石坎河流域泥石流暴发呈现明显的群发性。在震后10年间,石坎河流域内崩滑堆积体数量及面积总体均呈下降趋势,但残余物源方量仍较高,泥石流仍具有发生频率高、冲出量大、破坏性强的特点。②汶川震区的高密度物源发育特征导致区内部分洪水沟或常年流水沟转化为泥石流沟,以及某些处于停歇期的老泥石流沟重新复活,进入发展期。③受地形坡度以及汛期影响,地震所形成的崩塌、滑坡物源,在震后10年间大量进入沟道,转变为沟道堆积物,或以泥石流堆积物的形式沿主沟堆积。④在工程约束条件下,部分泥石流沟的启动物源分布位置以及物源类型发生较大改变,泥石流形成机制和运移过程也相应发生变化。⑤震区泥石流在主沟与主河交汇处形成大量泥石流扇形堆积,进入主河堆积体进一步抬升河床,给主河两岸或沟口人民生产生活造成不便,影响该区域地质环境。     

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。     

沟床侵蚀主导型泥石流形成机理与成灾特征——以石棉县2013-07-04群发泥石流为例

2013年7月4日18时许,石棉县后沟、熊家沟、马颈子沟3沟同时发生了泥石流。以石棉县2013-07-04群发泥石流为研究对象,通过调查测绘、遥感解译,研究了沟床侵蚀主导型泥石流的形成机理和成灾特征。调查研究表明:小时雨强36.6 mm的暴雨激发了这次群发泥石流,该短历时强降雨可视为是触发这次群发泥石流关键因素;沟床质侵蚀与起动是泥石流最重要的物源,3条沟内约97×104m3沟床堆积物被侵蚀补给泥石流,这次群发泥石流流体粘度高,搬运能力强,下游峰值流量分别达到751.0 m3/s,870.1 m3/s和758.7 m3/s。研究结果对沟床侵蚀主导型泥石流的形成机理和成灾特征的认识及防灾减灾实践具有一定的参考价值。     

极震区泥石流流量计算方法的研究

极震区形成了大量高位能型滑坡和震裂山体,震裂山体在重力和后期降雨联合作用下,震裂面延伸、扩展和贯穿,从而形成贯通性破坏面,破坏结构,这使震裂潜在型物源转变为新崩滑体物源。极震区物源与非地震区物源迥异的物理性质,使泥石流启动的临界条件降低,导致泥石流流量在物源形成、汇流和运动过程都具有放大效应,现有的泥石流峰值流量计算方法在极震区的应用具有明显的局限性。综合考虑了地震放大效应、沟道纵坡降、沟道宽度、水动力条件和泥石流物理性质等因素对泥石流流量的影响,建立了泥石流流量-冲刷模型。对比实例验算结果和实测流量,吻合较好,说明本文计算公式对于极震区的适用性和有效性。所得成果可用以估算汶川地震中极震区泥石流流量,对泥石流防治措施的选择有参考价值。     

汶川8.0级地震震区溃决型和一般型泥石流冲出量研究

汶川8.0级地震后,震区在强降雨作用下不仅诱发形成大量的一般暴雨型泥石流灾害,还诱发形成危害性更大的溃决型泥石流。通过泥石流勘查应急报告和野外实地调查,核实选取了汶川震区9条溃决型泥石流沟和34条一般型泥石流沟冲出量的相关参数作为样本数据,先对汶川震区溃决型泥石流的特征进行分析总结,其次对比分析汶川震区溃决型泥石流与一般型泥石流冲出量的特点及其是否堵江的原因,结果表明溃决型泥石流冲出量较一般型泥石流要大出几十倍,且比一般型泥石流更易造成堵江。最后建立一般型泥石流冲出量多因子统计预测模型,提高了一般型泥石流冲出量普遍预测模型的精度,验证显示该预测模型对汶川震区一般型泥石流冲出量的预测具有科学有效性。研究结果为进一步深入研究震区溃决型泥石流提供理论依据,也为震后灾区一般型泥石流的减灾防灾工程设计提供计算方法。     

汶川极震区泥石流动储量与总物源量计算方法研究

汶川地震后,震区泥石流物源类型在规模、数量与分布方式上与传统泥石流物源类型存在极大差别,传统统计泥石流动储量与总物源量的方法已不能满足目前震区泥石流工程设计的需要。因此,以研究区的48条泥石流流域内的崩滑体、沟道物源、坡面物源的体积(静储量)、面积、动储量数据为样本进行分析,利用Matlab软件对泥石流流域内崩滑体、沟道物源、坡面物源的体积与面积、静储量与动储量分别进行单因子回归分析,发现静储量与面积之间具有明显的幂函数关系,静储量与动储量之间分别具有明显的二次项、幂函数、三次项关系,从而建立泥石流动储量与总物源量的计算模型。     

泥石流沟道侵蚀初探

泥石流是广泛分布于我国山区、破坏力极强的山地自然灾害之一,对山区经济发展、人民生命财产安全都有着极大的威胁.泥石流沟道侵蚀作为一种特殊的侵蚀类型,与一般水流相比,其侵蚀作用非常强烈,在一次过程中便可刷深沟床数米甚至数十米.泥石流沟道侵蚀的危害(桥梁、堤防基础暴露等)不亚于泥石流淤积.鉴于目前国内外在泥石流沟道侵蚀研究方面仍处于主要对野外观测资料进行简单分析的现状,对泥石流沟道侵蚀的模式和影响因素进行了探讨,建议今后应着重对泥石流沟道侵蚀动力学过程和机理的研究,建立泥石流沟道侵蚀特征与泥石流运动特征(流速、容重等)参数之间的定量关系.     

绵竹清平乡玉麦棚子沟泥石流风险性评价及堵江可能性分析

2008年"5·12"汶川大地震以后,绵竹市清平乡在持续强降雨的作用下,引起了一系列大规模的群发泥石流。尤其是玉麦棚子沟,在震后先后爆发了3次较大规模的泥石流,对沟口处小木岭一级电站的厂房设备等造成了一定程度的损失,对电站的工作人员生命财产安全也构成了严重的威胁。在野外的实地调查及对泥石流基本特征和形成条件综合分析的基础上,进行了风险性评价和堵江的可能性分析。研究表明,玉麦棚子沟泥石流性质为粘性泥石流,整体规模中等,流域的地形、构造及物源等条件均有利于泥石流的的形成,特别是在强降雨的作用下,存在再次发生泥石流的可能性。对玉麦棚子沟进行风险性评价可知,该沟为中等风险度泥石流沟。经过计算和分析,在暴雨频率为10~100 a一遇的情况下,该沟爆发的泥石流会造成堵江事件,甚至完全堵塞主河道。     

汶川县城泥石流灾害风险评价研究

泥石流灾害是对我国西南山区城镇威胁最为严重的地质灾害之一。强震的作用则会诱发大量的滑坡和崩塌等不良地质体,为泥石流的发生提供了必要的物源条件。为深入认识在强震和强降雨等极端事件下震区泥石流的危害特征及潜在风险,以汶川8.0级地震强震区汶川县城后山南沟为例,基于高分辨率RS影像和GIS技术,通过开展危险性和易损性评价、指标分类及赋值、空间计算及叠加分析,对该城区泥石流风险开展了实例研究,并基于此探讨了强震区城镇泥石流灾害风险评价方法,评价结果可为该城镇乃至西南强震区城镇泥石流灾害的防灾减灾规划提供参考和依据。     

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。     

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。