北京市门头沟区泥石流灾害分布及临界雨量研究

泥石流的发生受各种因素共同影响,确定泥石流临界雨量是突发地质灾害预警预报工作的一项重要内容,探索新方法用于泥石流临界雨量计算也是目前突发地质灾害预警预报工作的需求。本文分析了门头沟区泥石流灾害分布特征和影响因素,在前期研究基础上,以灾害频率与降雨频率分析方法计算了不同时间段泥石流临界雨量阈值,结果显示:门头沟区特殊的地质条件构成了泥石流形成的物源与地形基础,降雨是泥石流的激发因素,根据泥石流发生时的历史雨量监测数据,计算得出的临界雨量值均小于历史雨量监测数据。本研究推荐的门头沟区泥石流不同时间段临界雨量阈值可用于北京市泥石流灾害预警预报工作,研究结果可为北京市泥石流灾害预警预报工作提供科技支撑。     

缺资料地区泥石流预警雨量阈值研究

合理的雨量阈值指标是保障泥石流预警报准确性的关键,对于研究泥石流形成机制、分析预测未来活动特点以及指导防治工程设计等方面均具有重要意义。由于国内山区大多数泥石流沟均无降雨和灾害资料,目前国内外通行的实证法和频率计算法不能满足其泥石流预警报的需要。通过分析泥石流预警区的降雨条件、水文特征及下垫面条件,提出了基于水力类泥石流起动机制来计算泥石流预警雨量阈值的方法。主要根据流域地形及松散固体物质等特征,计算该流域泥石流起动的临界水深,并结合流域产汇流机制、特征降雨量随海拔变化规律、暴雨雨型特征,进而计算该流域泥石流预警雨量阈值。研究成果在四川省凉山州宁南县城后山史家沟流域进行了应用和验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。该方法解决了缺资料地区泥石流预警报的难题,为山区泥石流预警报提供了一种新的思路。     

北京山区泥石流灾害临界雨量研究

目前北京山区泥石流灾害的临界雨量研究方法主要是基于统计资料的临界雨量阈值判别法,该方法没有包含泥石流形成地区的地质背景条件与形成机理的信息,因此在推广上存在难度。本文从松散物质失稳引发泥石流的机理出发,推导了松散物质失稳时的雨量计算公式,该公式可用于计算不同流域内泥石流沟道的松散物质起动的临界雨量。将该公式与常规的临界雨量阈值判别公式相结合,能够提高北京地区泥石流灾害预报预警的准确度。     

北京市泥石流灾害临界雨量研究

降雨是泥石流灾害的主要诱发因素。文章根据北京市历史上泥石流灾害发生时的前期雨量与当日激发雨量,建立了临界雨量判别模型。通过对北京地区泥石流灾害与降雨频率的分析,计算了不同时段的临界雨量;经验证明,计算结果是可信的。基于灾害与降雨频率分析来确定北京地区泥石流发生的临界雨量是一种新的尝试。该方法可用于计算不同泥石流沟道发生泥石流的临界雨量。     

震后深切拉槽型泥石流成因模式、暴发特点与防治:以四川九寨沟牙扎沟为例

以四川九寨沟地区牙扎沟泥石流为研究对象,通过数次野外调查及历史资料的统计,详细研究该泥石流的暴发特点、临界雨量及暴发成因,在成因模式分析的基础上提出相应的防治方案。研究结果表明:泥石流具有隐蔽性、突发性、破坏性和输沙能力较强的暴发特点;汶川地震后泥石流暴发的临界雨量仅为2008年“5·12”汶川地震前的一半,2014年至今流域未发生泥石流,临界雨量有逐渐恢复的趋势;短历时强降雨、深切拉槽式物源补给和高陡的地貌条件是泥石流暴发的根本原因;泥石流的成因模式为“降雨渗流、岩土饱水、山洪冲击、沟道深切拉槽、溯源侵蚀、冲刷淘蚀、岸坡侧蚀坍塌、悬移滚动”。这种震后 “拉槽”式泥石流治理应在提高设防标准和优化治理结构形式的同时,以控制集中区物源启动为主、拦挡为辅的防治思路为指导。研究结果可为该地区类似泥石流的防治及预警提供借鉴。     

基于降雨过程自动识别的泥石流实时预警技术

本文结合对雨量数据的分析, 总结了泥石流自动实时监测预警中的一些关键技术, 并提出一种基于降雨过程的泥石流实时监测预警的解决方案。在泥石流的监测预警工作中, 目前多采用雨强与累计雨量作为主要参数, 如何正确识别一场降雨过程, 对于提高监测预警的精度具有重要的意义。结合监测数据特征, 本文采用詹钱登对降雨过程的划分标准, 基于数据库技术实现对降雨过程的自动识别, 为后续预警参数的获取提供支撑。由于受雨量计工作模式的影响, 其原始数据的时间间隔是随机的, 不能直接用于预警模型的计算, 因此对雨量监测数据进行等时间间隔的处理。在预警流程方面, 如何实现预警过程无人工干预的完全自动、实时与稳定运行, 一直是预警工作中的难点, 本研究中引入“系统服务”这一技术, 将整套预警系统作为系统级别的后台服务运行于服务器上, 能够保证整个预警过程稳定地运行, 真正意义上实现了泥石流监测预警过程的自动化与实时化。本文研究成果应用于走马岭沟泥石流监测预警中, 成功对2013年7月8日的泥石流事件进行预警。     

兰州市寺儿沟泥石流物源特征及其危险性分析

寺儿沟流域位于甘肃省兰州市西固区, 历史上曾发生过大规模泥石流, 造成重大人员伤亡和财产损失。文章基于野外调查和遥感解译, 结合已有文献成果和室内测试, 研究寺儿沟泥石流物源特征及影响因素, 采用FLO-2D软件模拟分析泥石流的危险性。研究结果表明: 寺儿沟以黏性泥石流为主, 表现为低频活动, 目前处于衰退期; 寺儿沟流域内物源丰富, 可分为坡面型物源、崩滑型物源、沟道型物源和人为型物源共4种, 其中崩滑型、沟道型物源控制了泥石流的暴发规模; 而一次性冲出量的大小主要取决于泥石流起动时崩滑体的发育程度, 崩滑体越发育, 一次性冲出量越大, 泥石流规模越大; 在临界降雨条件下, 寺儿沟将会暴发泥石流, 中—高危险区集中于流通区, 严重威胁冲沟内构筑物如兰西高铁、环城高速等安全运营。当遭遇极端强降雨时, 寺儿沟将暴发更大规模泥石流。因此, 有必要进一步研究极端天气条件下泥石流的危险性, 为区内泥石流的防灾减灾提供地质依据。      

甘肃省白龙江流域降雨型潜在泥石流危险性预报模型

【研究目的】泥石流灾害是白龙江流域分布广泛并常引起群死群伤的重大地质灾害,准确评价泥石流活动规模及其危险度,是泥石流危险性预警预报的前提,合理构建危险性预报模型是泥石流防灾减灾的关键。【研究方法】本文以研究区历史泥石流案例和对应降雨资料为基础数据,采用统计分析方法,通过分析形成泥石流关键地质环境条件及其相互关系,构建了白龙江流域潜在泥石流危险度定量评价模型,提出了两类泥石流危险级别临界判别模式。【研究结果】结果表明：（1）以泥石流活动规模、沟床平均比降、流域切割密度、不稳定沟床比例为判断因子的泥石流危险度动态定量计算模型,能快速准确预测未来不同工程情景和降雨频率工况下泥石流危险度;（2）影响降雨型泥石流发生的地形条件由流域面积、10°~40°斜坡坡度面积比、沟床平均纵比降等组成,降雨条件主要由泥石流爆发前的24 h累积降雨量、触发泥石流1 h降雨量或10 min降雨量等组成;（3）依据30条典型泥石流沟危险度计算结果,获得泥石流危险性临界判别值,提出了降雨型潜在泥石流危险性1 h预报模型（Ⅰ类）和10 min预报模型（Ⅱ类）,其中Ⅰ类模型高危险度以上泥石流预测精度大于87.5%,Ⅱ类模型中等危险度以上泥石流预测精度大于80%,而两类预报模型验证准确率为83.3%。【结论】研究成果为泥石流精准预警预报提供了技术支撑,对建立中小尺度泥石流实时化预警系统具有一定参考意义。创新点：通过确定与泥石流相对应关键地质环境因子,构建了泥石流危险度动态定量评价模型,依据泥石流危险性1 h和10 min临界判别模式可准确实现潜在泥石流预警预报。     

藏东红层地区断裂对泥石流物源的控制作用——以西藏贡觉县哇曲中游流域为例CSCD

哇曲为金沙江二级支流,位于藏东昌都红层地区贡觉县,流域中游为高山峡谷区,是县域内典型的降雨型泥石流集中发育区。该区泥石流在发育密度、规模、活动性等特征上均高于全县平均水平,且泥石流的发育表现出了与断裂的强烈相关性。基于现场调查,结合无人机航空摄影对哇曲流域泥石流发育特征和主要影响因素进行了探讨分析,得到以下结论:(1)哇曲中游集中发育19条小—中型降雨型泥石流,发育密度0.84条/km,远高于全县0.009条/km^(2)的平均水平;左岸泥石流在发育密度、流域面积、主沟长度、堆积体积等特征上均高于(大于)右岸,左右岸泥石流呈明显差异分布。(2)哇曲中游右岸泥石流物源以风化碎屑类物源为主,呈全沟域分布;左岸泥石流以崩滑物源和风化碎屑为主,集中分区在沟谷中上游,总量较右岸大,其中断层破碎带内物源量占比大,成为左岸泥石流的主要物源。(3)断裂是影响哇曲中游泥石流集中发育且呈现差异分布的最主要因素,主要体现在对物源条件的控制上。(4)断裂以改变岩体结构、控制地层分布、改变微地貌和地下水条件等方式控制泥石流物源条件,导致两岸泥石流物源形成速率和物源量明显不同,成为泥石流差异分布的根本原因。     

汶川震区典型泥石流动态演变特征研究——以绵竹市走马岭泥石流为例

汶川地震后,流域内产生大量松散物源,使走马岭沟由一季节性冲沟演变为一条潜在泥石流沟,在地震后的3个汛期内发生多次泥石流,并造成灾害,其中以2008-9-24泥石流和2010-8-13泥石流最为严重。本文利用3期遥感影像并结合野外调查,对走马岭沟泥石流的形成条件进行了论述,对比分析了走马岭泥石流沟2008年、2009年、2010年3个汛期后流域的动态变化特征,主要表现为:(1)在不同降雨强度下,走马岭泥石流具有复合型物源区启动方式,并先从局部性支沟发生泥石流,进而演变为整个流域全面暴发泥石流。(2)经历了2008年、2009年、2010年3个雨季后,走马岭流域物源储量及物源供给形式发生变化,其中崩塌规模增加了1.87%; 滑坡增加了25.35%; 沟道及坡面松散堆积减少了67.47%,减少部分大部分转化为泥石流沟道堆积物。(3)不同降雨强度下,走马岭泥石流堆积区范围边界变化明显,且不同堆积扇间存在叠加关系; 结合走马岭"9·24"堆积扇范围和"8·13"堆积扇前缘堆积痕迹及影像特征,推测出走马岭"8·13"堆积扇堆积面积约8.76×104m2。最后对泥石流成因机理及发展趋势进行了初步分析。结果显示,走马岭为一高频泥石流沟,仍具备形成大规模泥石流的条件。     

Rainfall-triggering response patterns of post-seismic debris flows in the Wenchuan earthquake area

Several giant debris flows occurred in southwestern China after the Wenchuan earthquake, causing serious casualties and economic losses. Debris flows were frequently triggered after the earthquake. A relatively accurate prediction of these post-seismic debris flows can help to reduce the consequent damages. Existing debris flow prediction is almost based on the study of the relationship between post-earthquake debris flows and rainfall. The relationship between the occurrence of post-seismic debris flows and characteristic rainfall patterns was studied in this paper. Fourteen rainfall events related to debris flows that occurred in four watersheds in the Wenchuan earthquake area were collected. By analyzing the rainfall data, characteristics of rainfall events that triggered debris flows after the earthquake were obtained. Both the critical maximum rainfall intensity and average rainfall intensity increased with the time. To describe the critical conditions for debris flow initiation, intensity–duration curves were constructed, which shows how the threshold for triggering debris flows increased each year. The time that the critical rainfall intensities of debris flow occurrences return to the value prior to the earthquake could not be estimated due to the absent rainfall data before the earthquake. Rainfall-triggering response patterns could be distinguished for rainfall-induced debris flows. The critical rainfall patterns related to debris flows could be divided on the basis of antecedent rainfall duration and intensity into three categories: (1) a rapid triggering response pattern, (2) an intermediate triggering response pattern, and (3) a slow triggering response pattern. The triggering response patterns are closely related to the initiation mechanisms of post-earthquake debris flows. The main difference in initiation mechanisms and difference in triggering patterns by rainfall is regulated by the infiltration process and determined by a number of parameters, such as hydro-mechanical soil characteristics, the thickness of the soil, and the slope gradient. In case of a rapid triggering response rainfall pattern, the hydraulic conductivity and initial moisture content are the main impact factors. Runoff erosion and rapid loading of solid material is the dominant process. In case of a rainfall pattern with a slow triggering response, the thickness and strength of the soil, high hydraulic conductivity, and rainfall intensity are the impact factors. Probably slope failure is the most dominant process initiating debris flows. In case of an intermediate triggering response pattern, both debris flow initiation mechanisms (runoff erosion and slope failure) can play a role.     

Rainfall duration and debris-flow initiated studies for real-time monitoring

A rainfall-induced debris flow warning is implemented employing real-time rain gauge data. The pre-warning for the time of landslide triggering derives the threshold or critical rainfall from historical events involving regional rainfall patterns and geological conditions. In cases of debris flow, the time taken cumulative runoff, to yield abundant water for debris triggering, is an important index that needs monitoring. In gathered historical cases, rainfall time history data from the nearest rain gauge stations to debris-flow sites connected to debris flow are used to define relationships between the rainfall intensity and duration. The effects by which the regional rainfall patterns (antecedent rainfall, duration, intensity, cumulative rainfall) and geological settings combine together to trigger a debris-flow are analyzed for real-time monitoring. The analyses focused on 61 historical hazard events with the timing of debris flow initiation and rainfall duration to burst debris-flow characteristics recorded. A combination of averaged rainfall intensity and duration is a more practical index for debris-flow monitoring than critical or threshold rainfall intensity. Because, the outburst timing of debris flows correlates closely to the peak hourly rainfall and the forecasting of peak hourly rainfall reached in a meteorological event could be a valuable index for real-time debris-flow warning.     

北京怀柔7·16暴雨泥石流发育特征与形成机理

2018年7月16日北京怀柔云蒙山地区突发山洪泥石流灾害,国道G111和省道S310多处毁损,周边4个乡镇506人被迫紧急转移。本文通过灾害发生前后高清卫星影像解译和现场详细调查,研究了区域内典型泥石流沟的地形地貌特征和松散固体物质来源,分析了泥石流形成的降雨激发条件,估算了容重、流速、流量等重要参数,并基于沟床块石稳定性分析改进了泥石流启动与降雨强度之间的关系式。研究表明,怀柔7·16泥石流属极端气象条件下短历时强降雨所激发的稀性泥石流,在连续2 h降雨条件下,其临界激发雨强不低于8~15 mm·h-1,物源主要来自于沟床堆积物的揭底输移,沟床岸坡松散堆积体侧蚀增加了物源补给,强降雨条件下很可能再次发生类似规模的泥石流。该研究可对今后区域内泥石流的防灾减灾工作提供参考。     

Variation of debris flow/flood formation conditions at the watershed scale in the Wenchuan Earthquake area

A channelized debris flow/flood generally originates from initial gully erosion by superficial runoff that evolves rapidly into massive erosion of the channel bed. Knowledge of the formation conditions of such events is crucial for accurate forecasting, and determination of rainfall and runoff thresholds for such hazards is a primary concern following a strong earthquake. This work proposed a framework for debris flow/flood formation at the watershed scale in two watersheds (area: 2.4 and 32.4 km²) in the Wenchuan Earthquake area (China). The critical runoff and rainfall conditions required for debris flow/flood formation were simulated and their annual variations investigated. Ultimately, the runoff conditions required for debris flow/flood formation in the two studied watersheds were calculated on an annual basis and found to increase in time. Similarly, following consideration of three different rainfall types, critical rainfall conditions were proposed that also showed an increasing tendency. The increase of rainfall and runoff conditions for debris flow/flood formation is attributable to both the recovery of vegetation and the reduction of source materials. In comparison with actual monitored flow behaviors and previously proposed rainfall thresholds, the results showed strong consistency and high forecasting efficiency.

     

秦巴山区宁陕县城坡面型泥石流的形成机理

近年来,在异常强降雨下,秦巴地区大型滑坡、泥石流灾害频繁发生,尤其是高陡斜坡上罕见的坡面型泥石流不仅突发性强,而且成灾面积大,造成的经济损失十分惨重。本文以2003年8月29日发生于秦岭造山带腹地宁陕县城区的坡面型泥石流为例,通过野外地质调查和室内试验测试,分析了暴雨作用下宁陕城区高陡斜坡带坡面型泥石流的发育特征及其形成机理。作者认为,除了持续集中的特大暴雨和斜坡陡峻等因素外,斜坡表层残坡积物的物质组成尤其是残坡积土的粘粒含量和粘土矿物成分是坡面型泥石流大面积同时发生的重要控制性因素。通过不同含水状态下的粘性土抗剪强度试验结果统计分析,剖析了暴雨坡面型泥石流的形成过程,探讨了斜坡浅表层残坡积物快速流动变形的临界状态,从而为地质灾害预测预警提供了科学依据。     

四川大光包-黄洞子沟特大泥石流基本特征、成因及危险性评价

2013年7月8~10日四川省由于普降暴雨,发生多起泥石流、滑坡等地质灾害。在野外调查的基础上,对大光包-黄洞子沟特大泥石流形成原因进行分析,对未来发展趋势做出预测和危险性评价。调查结果表明:1大光包-黄洞子沟泥石流属于典型的沟谷型泥石流,可分为形成区-流通区-堆积区。2本次泥石流形成原因为体积高达1×108 m3以上的松散的大光包滑坡堆积体提供物源;极端的降雨气候直接启动松散堆积物形成泥石流;地形条件有利于泥石流侵蚀、搬运和堆积,为典型的滑坡-碎屑流-泥石流型,且仍处于活跃期,并在今后会有加强的趋势。3经过对大光包-黄洞子沟泥石流进行危险度评价可知:该泥石流危险度为0.482,属于中度危险泥石流。     

气候变化影响下高山区泥石流形成机制研究及展望

全球范围内高海拔或高纬度山区（以下简称高山区）,尤其高山冰川冻土急剧消退地区,广泛发育泥石流灾害。在全球气候变暖的大背景下,高山区泥石流的现实危害和潜在风险日渐凸显。与其他环境条件下泥石流过程主要由降雨激发不同,高山区泥石流的暴发多受降雨和温度条件的共同影响,其形成机制更为复杂,预测预警十分困难,因此加强高山区泥石流研究具有重要的科学价值和实践意义。通过述评近期高山区泥石流起动研究的主要进展,包括泥石流暴发与气象条件的关系,典型高山区泥石流事件成因,冰川冻土体消融破坏机制,以及冰碛土泥石流起动特征,认为未来高山区泥石流研究应加强高时空分辨率气象数据获取和物源动态变化分析研判,并从动力学机制层面进一步明晰高山区泥石流起动条件和发育过程。