拟建川藏铁路夏里2~#沟泥石流发育特征及动力学过程数值模拟

夏里2~#泥石流沟位于昌都市八宿县夏里乡,根据川藏铁路规划,其线路从夏里2~#泥石流堆积扇附近以夏里大桥形式经过。受2013年昌都"8.12"地震影响,夏里2~#泥石流沟流域沟谷两侧危岩崩塌普遍发育,存在较丰富崩塌和沟道松散物源,具备暴发较大规模泥石流的可能性,对拟建川藏铁路夏里大桥构成潜在威胁。为掌握泥石流的危害程度,在查明泥石流发育特征基础上,采用CFX软件对夏里2~#沟可能暴发泥石流运动过程进行了数值模拟,结果显示100 a一遇泥石流运动堆积至拟建线路附近,且淹没堵塞主河,对拟建大桥桥墩施工及安全运营构成淤埋和撞击威胁,并根据数值模拟结果提出相应的防治措施建议。     

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。     

川南红层地区泥石流形成过程与动力特征研究——以四川省屏山县牛儿包泥石流为例

红层地区泥石流因受典型的地层岩性及气候条件等影响,发育分布数量较少,探索这类特殊孕灾背景条件下的泥石流成因及特征具有一定的减灾意义。文章以四川省屏山县牛儿包沟泥石流为例,通过对该泥石流沟流域的地形条件、水源条件及物源条件特征分析,探索了红层地区泥石流的成因和特征,综合分析了泥石流的动力特征。研究表明:(1)流域地形高差大,沟道狭窄,沟谷较陡,沟道纵比降较大,为泥石流的形成提供了有利地形条件;(2)流域汇水面积较大,降雨集中短时间内为泥石流的形成提供了充足的水源条件;(3)流域内物源集中,短时间内能为泥石流发生提供充足的物源条件。最后通过泥痕法计算了上一次泥石流发生时的流量,并对计算了不同暴雨频率条件下泥石流的流量,提出了针对性的泥石流防治建议,为牛儿包沟泥石流灾害防治提供了可靠的数据。     

贵州望谟县田坝沟泥石流灾害特征及防治建议

田坝沟是一条低频率泥石流沟,在2011年6月6日暴雨条件下暴发泥石流。文章着重分析其物源、地形和降雨条件,通过现场取样和断面截取,获得了流速、流量等参数,预测了田坝沟泥石流的未来活动趋势,并提出了相关的防治建议。     

西部山区交通廊道泥石流发育特征及选线对策

青藏高原东部受地形地貌和地质构造影响,区域泥石流密度大,类型多样,暴发频繁。为研究交通廊道内泥石流发育特征及其对工程的影响,通过高分遥感解译、现场调查、室内颗分实验等手段,对研究区泥石流的类型和分布规律进行了系统研究,并提出相应的选线对策。结果表明：(1)研究区主要发育暴雨型泥石流和冰川型泥石流,具有泥石流分布广、种类多、规模大、灾害链长等特点,临近线路多为暴雨型泥石流;(2)研究区存在潜在泥石流沟勘察判识困难、灾害链防治设计难度大、高原施工环境恶劣等问题。(3)交通廊道选线应贯彻风险控制原则,采取减灾选线为主导,对物源估算难、潜在泥石流沟识别不清楚等地区应积极采用InSAR、LiDAR和无人机技术进行勘察,对复杂地质条件的泥石流沟应采用“空天地”一体化综合勘察技术,针对不同类型泥石流结合其特征采取不同的防治对策。     

吉隆口岸美多当千泥石流基本特征及形成条件

受尼泊尔4.25地震的影响,西藏自治区吉隆口岸地区新增了大量的泥石流物源,成为该区严重的地质灾害隐患,。美多当千泥石流即为发育于该区的一条较为典型的泥石流。对美多当千泥石流的沟域平面特征、纵坡降特征进行研究,对其形成条件进行分析,发现该泥石流的发与当地地形地貌、物源条件和水源条件关系密切。这一研究成果对该地区泥石流防治具有一定的理论指导意义和实用价值。     

阿图什市稀性泥石流成灾特性研究

新疆南部山区泥石流灾害发育程度高,灾害暴发频发,以南疆阿图什市为例,对成灾特性进行重点分析,阐明稀性泥石流灾害赋存的地质环境条件与基本特征,对致灾三大要素——地形地貌特征、泥石流物源与水源条件进行分析研究,结果表明,该市泥石流类型主要为由暴雨诱发的破面侵蚀沟谷型稀性泥石流,爆发频率及规模为中型。厘清成灾特性,为后续的防治工程设计奠定研究基础。     

吉隆口岸美多当千泥石流基本特征及形成条件

受尼泊尔4.25地震的影响,西藏自治区吉隆口岸地区新增了大量的泥石流物源,成为该区严重的地质灾害隐患,。美多当千泥石流即为发育于该区的一条较为典型的泥石流。对美多当千泥石流的沟域平面特征、纵坡降特征进行研究,对其形成条件进行分析,发现该泥石流的发与当地地形地貌、物源条件和水源条件关系密切。这一研究成果对该地区泥石流防治具有一定的理论指导意义和实用价值。     

川西红层地区泥石流特征研究——以德昌县群英村王家坡沟为例

2022年8月23日德昌县乐跃镇群英村王家坡沟暴发群发性泥石流灾害,导致群英村至太平村的乡道严重堵塞,乡道两侧的耕地及经济作物大面积受毁。为揭示此次群发性泥石流的发育规律,本文结合实地调查和遥感影像对王家坡泥石流的形成机制、动力学特征进行综合研究。研究结果表明：此次泥石流在短历时强降雨情况下,坡面入渗迅速形成地表径流聚集于沟道,水流沿程掏蚀、侧蚀沟道岸坡形成大量的沟道松散固体物质,泥石流规模呈放大趋势冲出沟口形成泥石流灾害。该泥石流沟松散堆积物动储量为1.21×104m3,主要分为沟道物源、崩滑物源、侵蚀物源3种物源类型,其中沟道物源占比最大;最后计算了不同暴雨频率条件下泥石流的流量以及冲击力,为王家坡泥石流灾害防治提供可靠的数据和相应的防治措施。     

藏东南嘎龙曲冰川泥石流的物源特征及其对扎墨公路的影响

在全球气候变暖的大背景下,冰川消融加剧,冰舌后退,冰川泥石流加剧。扎墨公路是目前通往西藏墨脱的唯一公路,公路必经的嘎龙曲发育藏东南地区典型的海洋性冰川泥石流,针对嘎龙曲冰川泥石流的物源特征,经现场调查得出,嘎龙曲冰川泥石流物源类型有冰碛物物源、崩塌型物源以及沟道堆积型物源三类,总结分析了三种物源类型的分布特征和启动模式。通过建立物源计算模型,定量计算嘎龙曲沟域内可参与泥石流活动的松散固体物源动储量为366.28×104 m3,其中冰碛物物源为主要的动储量物源,物源补给特征在藏东南海洋性冰川发育区域具有一定代表性。嘎龙曲沟域内水动力分布的不均一特性决定了物源启动参与泥石流活动的不均一性,随着全球气候变暖影响下水动力条件的增强,嘎龙曲冰川泥石流对扎墨公路的危害会愈加严重。      

藏东南察达泥石流的发育特征及对拟建车站的影响

针对藏东南地区普遍发育的泥石流灾害影响川藏铁路车站选址的情况,通过实地调查并结合遥感解译,在查明察达泥石流区域现状的基础上,从泥石流的物质来源、诱发因素、动力因素等成灾条件分析泥石流的形成机理,并计算泥石流的动力学参数。藏东南察达泥石流沟口处的流速为7.63 m/s,静储量及动储量分别为1 519.81万m ³、38.08万m ³,泥石流危险度为中度危险级别,综合确定泥石流为大型-黏性-暴雨型-沟谷型-发展期-中等易发-中度危险泥石流。鉴于察达泥石流直接影响川藏铁路洛隆车站站址安全,为选择合适的线路方案,考虑桥梁和隧道两种不同的工程设置,在穿越泥石流处比选了4种方案;比选结果表明桥梁工程的DK方案桥面不存在淤埋风险,局部或全部堵塞桥涵孔径的风险较低,并便于修建排导槽等防护工程,泥石流引发的风险可控,为最优方案。研究成果可为该地区相似条件下铁路车站站址的选择提供借鉴。     

川藏铁路孜热—波密段泥石流灾害危险性评价

泥石流灾害是青藏高原地区最为发育的灾害类型之一,因其暴发突然、运动过程剧烈和破坏性强的特点而对川藏铁路工程建设和生命财产安全构成一定的威胁。地质灾害危险性评估是防灾减灾管理和防治环节中的有效措施之一,为合理量化线路沿程泥石流灾害危险性空间分布特征,研究以林芝市波密县境内的川藏铁路孜热—波密段为试验区,应用基于贝叶斯优化算法的随机森林和梯度提升树模型对该线路段的泥石流危险性进行定量化计算和危险性区划的判定。模型的输入信息包括172个历史泥石流点和11个特征参数,输出信息为每个预测单元泥石流暴发的危险性概率。最后,利用ROC-AUC方法对两种预测模型进行评估结果的检验。计算结果显示,在TBOR与TBOG模型中,川藏铁路孜然—波密线路段总体的泥石流危险性水平较高,两种模型在较高-高危险性区间内的危险分区比例分别达56.439%和66.580%,对应的灾害点密度分别为最高的12.577处/(102 km2)和12.940处/(102km2)。相比于TBOG模型的ROC-AUC值,TBOR模型的计算结果为0.89,高于TBOR的0.83。因此,TBOR模型具有更好的预测精度。本文的研究成果可为川藏铁路沿线防灾减灾防护工程建设和其他线路段危险性评价提供必要的参考。     

西藏洛隆县巴曲冰湖溃决型泥石流演进过程模拟研究

巴曲冰湖溃决型泥石流紧邻川藏铁路某车站,可能对其建设及运营产生威胁。首先基于现场调查和遥感解译查明了巴曲泥石流的基本特征,采用规范公式计算了巴曲暴雨泥石流的动力学参数。然后采用无量纲堵塞指数（DBI）评价了巴曲沟内7个主要冰湖堰塞坝的稳定性。评价结果表明:巴曲1#冰湖堰塞坝的DBI值处于非稳定区,3#、4#和6#堰塞坝的DBI值处于非稳定区与稳定区之间,存在发生冰湖溃决的风险。最后,采用快速物质运动模拟软件（RAMMS）单相流数值方法,模拟分析了巴曲沟在4个极端场景下的冰湖溃决演进过程。模拟结果显示:巴曲冰湖溃决后的演进过程分为开始-汇流-冲出-停积四个阶段,共历时约4.5 h。在1#—4#及6#冰湖堰塞体全部溃决工况下,冰湖溃决泥石流在沟口的最大流速为5.92 m/s,最大深度为4.35 m,最大流量为1 954.42 m3/s,为暴雨型泥石流的5.1倍。除此之外,4个场景下冰湖溃决洪水的影响范围都经过拟建车站,泥石流最大深度分别为1.91,3.36,1.53,4.35 m。因此在车站设计时需采取排导槽或导流堤等工程措施进行防护治理。上述研究结果可为川藏铁路选线及青藏高原东部地区的冰湖溃决型泥石流防治提供参考。     

川藏铁路廊道泸定段地质灾害孕育过程及成灾机制

川藏铁路建设面临脆弱地质环境的约束,沿线重大地质灾害的孕灾过程及成灾机理研究能为有效防灾提供技术支撑.基于详细的现场调查,揭示川藏铁路廊道泸定段发育3处大型滑坡及4条泥石流沟.区内大型滑坡的孕灾因素主要有以下3点: (1)康滇古隆起多期强烈东西向挤压,致使近南北向长大结构面发育且与河谷岸坡大致平行; (2)河谷走向与最大主应力方向垂直,谷坡岩体强烈卸荷; (3)鲜水河断裂活动产生震动作用,在三面临空的突出地形、坡折微地貌处地震波放大效应叠加背坡效应,导致地震波被放大3至6倍,使得顺坡向陡缓结构面控制的高位岩体发生大规模失稳,从而导致大型滑坡发生.区内构造破碎,且受强震震裂作用影响,支沟沟谷物源丰富,沟域形态利于汇水及物源启动,受汛期7~9月集中降雨影响,易激发群发性泥石流.泥石流活动影响施工营地安全,边坡地震动放大效应影响桥位区仰坡岩体稳定性.      

基于虚拟现实技术的川藏铁路地质灾害易发区减灾选线优化:以洛隆车站为例

铁路沿线频发的滑坡泥石流灾害,对山区铁路建设与安全运营造成重大影响。在山区铁路选线过程中,如何科学规划铁路线位和工程方案,真正把铁路地质灾害问题解决在成灾之前,实现科学防灾减灾,已成为国内外学者关注的焦点问题。提出一种基于虚拟现实技术(VR)的铁路地质灾害易发区减灾选线场景仿真系统,利用CAD、Sketch Up等软件制作三维地形环境模型,进行铁路沿线滑坡泥石流灾变演化仿真分析;基于Unity3D平台,应用3Ds Max、Photoshop等软件完成研究区的虚拟铁路场景模型搭建,通过网页版的UI交互设计,实现虚拟铁路场景的三维可视化体验;以新建川藏铁路洛隆车站为例,采用该方法建立了多种线路方案优化。结果表明:所建立的虚拟现实场景系统具有很好的可视性和较为流畅的交互性,可充分展示研究区铁路建设及运营安全的可行性。     

川藏交通廊道林波段冰川泥石流发育动态演化分析及监测预警方案

川藏交通廊道沿线山高谷深,地层岩性多变,新构造运动活跃,气候恶劣复杂,导致滑坡、崩塌、泥石流、冰湖溃决洪水等灾害极其发育,对铁路施工及运营带来严重影响.林芝-波密段就是典型地质灾害高发区域,常年受到冰川泥石流的影响,是川藏交通廊道重大灾害防治的难点区段.虽然目前在单沟尺度上对冰川泥石流的形成条件、影响因素、物源性质取得了一定的认识,但对于川藏交通廊道沿线不同类型的冰川泥石流诱发因素、区域发展演化规律及灾变指标的研究还较为初步,尚未构建完善的监测预警体系.借助多源长时序遥感影像、气象监测数据,结合野外实地验证和历史数据分析发现:川藏交通廊道周边区域冰川泥石流沟谷共99条,主要分布于恰青冰川-易贡乡、加拉贝垒-南迦巴瓦峰和古乡沟-嘎隆寺冰川一带;过去40年冰川经历了复杂的流动速度变化,表现为较小高海拔悬冰川活动性增强,大型沟谷冰川活动性减弱;自1973年以来,研究区冰川泥石流呈现频率增高、规模增大的特征.此外,从冰川泥石流发育沟道比降来看,发生高陡地形的滑坡、冰-岩崩诱发的泥石流频率增加.未来,冰川持续退缩,促使冰川源区冰瀑消失,发育更大规模的悬冰川,会增加这类冰川泥石流的风险;冰川泥石流形成及演化过程具有明显的灾变指标,如悬冰川裂隙密度增加、冰川速度增强、冰湖面积快速增加等.因此,基于以上认识,建议针对不同类型的冰川泥石流地建立完善的监测预警指标,并提出了融合卫星、航空遥感平台,气象、水文地面监测平台,地震动监测平台的冰川泥石流“空-天-地”立体监测框架,针对不同类型冰川泥石流进行灾变信息监测与预警判识,为川藏交通廊道安全施工运营提供技术参考.      

Effect assessment of debris flow mitigation works based on numerical simulation by using Kanako 2D

Mitigation works are very essential for mitigation of debris-flow hazards in mountainous areas. Usually, it is difficult to assess the effectiveness of existing mitigation works in a catchment. This paper presented a method for quantitative assessment of debris flow mitigation measures by using Kanako system, a user-friendly GUI-equipped debris flow simulator that allows good visualization and easy interpretation. Kanako 2D (Ver. 2.04) was applied to a case study at Caijia Gully, Sichuan Province, China. Mitigation works including check dams, drainage channel, and deposition basin were constructed in the gully in 2001 and 2006. Kanako 2D can simulate debris flow from steep area to alluvial fan. 1D simulation was applied for assessing the effect of the check dams at the lower part of the gully, and 2D simulation was applied for the effect of the drainage channel and deposition basin on the alluvial fan. The simulation results indicate that debris flow will cause great damage to residential area on the alluvial fan if mitigation measures were not implemented in the gully. For old dams which have been filled up with deposits of previous debris flows, the results show that they still have the function for controlling debris flow due to the gradient reduction of the channel bed in front of the dams by the trapped debris flow deposition. After the comprehensive control of debris flow including trapping, drainage, and deposition in the gully, the simulation results indicate that the risk on the alluvial fan can be reduced to an acceptable level.     

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。      

Initiation process of debris flows on different slopes due to surface flow and trigger-specific strategies for mitigating post-earthquake in old Beichuan County, China

The 12 May 2008 Wenchuan earthquake (Ms 8.0) in China, produced an estimated volume of 28 × 10⁸ m³ loosened material, which led to debris flows after the earthquake. Debris flows are the dominant mountain hazards, and serious threat to lives, properties, buildings, traffic, and post-earthquake reconstruction in the earthquake-hit areas. It is very important to understand the debris flow initiation processes and characteristics, for designing debris flow mitigation. The main objective of this article is to examine the different debris flow initiation processes in order to identify suitable mitigation strategies. Three types of debris flow initiation processes were identified (designated as Types A, B, and C) by field survey and experiments. In “A” type initiation, the debris flow forms as a result of dam failure in the process of rill erosion, slope failure, landslide dam, or dam failure. This type of debris flow occurs at the slope of 10 ± 2°, with a high bulk density, and several surges following dam failure. “B” type initiation is the result of a gradual increase in headward down cutting, bank and lateral erosion, and then large amount of loose material interfusion into water flow, which increases the bulk density, and forms the debris flow. This type of debris flow occurs mainly on slopes of 15 ± 3° without surges. “C” type debris flow results from slope failures by surface flow, infiltration, loose material crack, slope failure, and fluidization. This type of debris flow occurs mainly on slopes of 21 ± 4°, and has several surges of debris flow following slope failure, and a high bulk density. To minimize the hazards from debris flows in areas affected by the Wenchuan earthquake, the erosion control measures, such as the construction of grid dams, slope failure control measures, the construction of storage sediment dams, and the drainage measures, such as construction of drainage ditches are proposed. Based on our results, it is recommend that the control measures should be chosen based on the debris flow initiation type, which affects the peak discharge, bulk density and the discharge process. The mitigation strategies discussed in this paper are based on experimental simulations of the debris flows in the Weijia, Huashiban, and Xijia gullies of old Beichuan city. The results are useful for post-disaster reconstruction and recovery, as well as for preventing similar geohazards in the future.     

川藏铁路卡子拉山滑坡发育特征与防灾减灾对策

为查明川藏铁路卡子拉山隧道进口规划建设区地质灾害特征,评价其在川藏铁路建设和运营期间可能遭受的地质灾害风险,采用高精度遥感、机载LiDAR、工程地质勘查等“空-天-地”一体化技术对该隧道进口规划区开展调查研究。结果表明:川藏铁路卡子拉山隧道进口规划区内发育有1#、2#滑坡和俄洛堆不稳定斜坡;1#滑坡规模约32.48×106 m3,2#滑坡规模约10.15×106 m3,均为已发生的特大型岩质滑坡;俄洛堆不稳定斜坡位于2处滑坡中部,规模约35.80×104 m3,下部为强风化岩体,上部为碎石土结构,为中型复合型结构斜坡。评价认为:川藏铁路卡子拉山隧道进口选线从2处滑坡体中部山脊穿过,2处滑坡对铁路选线未构成地质安全风险,但隧道进口穿过的俄洛堆不稳定斜坡存在潜在地质安全风险;1#、2#滑坡体在天然工况下处于稳定状态,俄洛堆不稳定斜坡在天然和地震工况下处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态。为规避工程建设扰动诱发潜在的滑坡风险,建议将卡子拉山隧道选线进口向东南侧平移,通过边坡开挖的合理设计、施工期间的实时监测及运营期间的针对性治理等措施,从源头上对潜在滑坡风险进行防控,以保证工程建设及运营安全。研究结果可为川藏铁路选线提供科学的地质依据。