基于HEC-RAS及GIS的川西叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水重建

青藏高原东南缘岷江上游地区地质环境条件十分复杂,滑坡堵江灾害及堰塞湖溃决事件频发,重建其灾害演化过程对于地区性防灾减灾和风险控制具有重要指导意义。以川西岷江上游叠溪古滑坡堰塞湖为研究对象,首先利用高精度DEM和ArcGIS软件重建了叠溪古堰塞湖的原始规模,其原始最大湖水面积为1.1×10⁷ m²,相应的湖容量为2.9×10⁹ m³;然后采用经验公式法和HEC-RAS一维水力学模型重建叠溪古堰塞湖溃决洪水的水力学特征。计算结果表明,HEC-RAS模拟的最大溃决洪水洪峰流量为73 060 m³/s,与经验公式法计算结果(74 500~76 800 m³/s,平均值76 000 m³/s)非常接近,误差小于5%。对应的最大洪水深度和流速分别为70.1 m和16.78 m/s,模拟河段的洪水淹没范围约为6.08 km²。综合误差分析推测的溃决洪峰流量误差范围为69 000~81 000 m³/s。叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水在世界范围内是十分罕见的,其最直接的影响是在下游数公里范围的河谷内形成大量带状或台阶状的溃坝堆积体和巨砾石堆积“阶地”,且这种影响仍延续至今,这与前人关于高能洪水水文特征和沉积特征的研究认识高度一致,证明本研究成果是非常可靠的。此外,本研究还表明,HEC-RAS一维水力模型可用于高山峡谷地区古滑坡堰塞湖溃决洪水重建研究,可为青藏高原东南缘岷江上游古环境重建和地貌演化提供参考。     

岷江上游近两万年前发生了什么事件?

在对岷江1933年叠溪古镇地震滑坡调查研究中,对较场大滑坡上覆盖的较古老的土黄色厚土层进行详细研究,发现并确认这是一套静水环境下的河湖相沉积物,定名为叠溪古堰塞湖相沉积。这套湖相沉积物厚度最大可达200余m,根据14C测试,形成于约两万年以前。此后在叠溪下游以及岷江支流杂谷脑河中又发现了几个古堰塞湖沉积物,测年初步判定,也都形成于距今两万年左右。这一事实揭示两万年以前岷江上游曾发生过一次重大的变动,系列堰塞湖几乎在同一时期出现,形成了特殊的生态环境,消亡过程必然对其下游乃至川西平原环境的演化发生重要影响。堰塞湖沉积物中记载了地质环境和古气候环境变化的信息,是深入系统研究青藏高原前缘地质环境近期演化规律的极为可贵的资料。文中对这些古堰塞湖作了简要介绍,并就一些主要问题进行初步讨论。     

岷江上游近两万年前发生了什么事件?

在对岷江1933年叠溪古镇地震滑坡调查研究中,对较场大滑坡上覆盖的较古老的土黄色厚土层进行详细研究,发现并确认这是一套静水环境下的河湖相沉积物,定名为叠溪古堰塞湖相沉积。这套湖相沉积物厚度最大可达200余m,根据14C测试,形成于约两万年以前。此后在叠溪下游以及岷江支流杂谷脑河中又发现了几个古堰塞湖沉积物,测年初步判定,也都形成于距今两万年左右。这一事实揭示两万年以前岷江上游曾发生过一次重大的变动,系列堰塞湖几乎在同一时期出现,形成了特殊的生态环境,消亡过程必然对其下游乃至川西平原环境的演化发生重要影响。堰塞湖沉积物中记载了地质环境和古气候环境变化的信息,是深入系统研究青藏高原前缘地质环境近期演化规律的极为可贵的资料。文中对这些古堰塞湖作了简要介绍,并就一些主要问题进行初步讨论。     

岷江上游松坪沟地震山地灾害与生态环境保护

根据对岷江上游主干支流松坪沟河谷地震诱发山地灾害的最新调研资料，在阐述1933年8月叠溪7.5级地震在松坪沟河谷诱发的山地灾害类型及其特基础上，总结分析其发育分布规律，叙述了诱发的崩塌、滑坡和碎屑流等山地灾害及对松坪沟造成的堰塞，形成一系列景观独特的堰塞湖（海子）。文章重点对公棚海子崩塌堰塞湖、下白蜡寨滑坡堰塞湖、上白蜡寨碎屑流堰塞湖等典型实例的形成演化机制进行剖析，最后，提出了恢复和保护松平沟生态环境的对策与建议。     

岷江上游叠溪混杂堆积体的沉积特征及其成因分析

青藏高原东缘岷江上游叠溪河谷段在地质历史时期发生了一次大规模滑坡堵江事件,形成一个特大型堰塞湖。堰塞湖形成后在晚更新世晚期(约27 ka B.P.)发生了溃决,并在坝体下游形成长约5 km的天然混杂堆积体,判断其为叠溪古滑坡堰塞湖溃决后形成的溃坝堆积。该套溃坝堆积体具有叠瓦构造、孔洞构造、块状构造、杂基构造、支撑—叠置构造及韵律互层构造。从上游至下游,溃坝堆积体的出露厚度逐渐变薄,砾石碎屑成分表现出由粗变细的变化趋势。溃坝堆积体是由高流态灾难性洪流及常态流和河流态两种机制形成,相应地具有两大类沉积相:巨砾层相及砾石层相和砂层相,依据溃坝堆积的地貌结构和沉积相特征可以推断叠溪古滑坡堰塞湖至少发生过一次极其罕见的灾难性溃决洪水事件。     

岷江上游叠溪古滑坡坝—堰塞湖研究进展

四川岷江上游叠溪发育有一套厚度超过200 m、保存较为完整的湖相沉积,被定名为叠溪古堰塞湖相沉积,其形成于距今30 ka前,存活了约15 ka,因此记录了青藏高原东缘晚更新世—全新世(包括末次冰期)的重大地质与环境事件。现有研究初步揭示了古堰塞的沉积特征,但对叠溪古滑坡及古堰塞湖形成与演化的系统研究还十分不足。本文通过详细的野外调查,结合现代遥感测绘技术(无人机载LiDAR),构建叠溪古滑坡的三维地质模型,研究了其地质与地貌特征。同时,采用高密度电阻率法ERT,在滑坡体上布设2条长870 m和990 m的测线,探明了滑坡体内部结构特征。通过古堰塞湖相沉积露头和钻孔的调查,结合激光粒度测试,重建了古堰塞湖的范围、规模与沉积特征。在此基础上,通过对古湖相沉积坡面上多级阶地的分析,初步探讨了古堰塞湖的消亡及其对下游史前古聚落变迁的影响。研究结果表明,叠溪古滑坡不仅完全堵塞岷江而且还堵塞了对岸支沟,堆积体方量达到(1 400~2 000)×10⁶ m³。古堰塞湖在滑坡坝后向上游延伸26 km,所形成的最大湖面覆盖面积约21.4 km²,库容蓄水量约1 670×10⁶ m³。叠溪古滑坡-堰塞湖在岷江上游形成了陡峭的河道裂点(Knickpoint),对山区河道与地貌演化具有长期影响。     

岷江上游第四纪叠溪古堰塞湖的演化

采用岩性相和沉积体系的分析方法对岷江上游流域的阶地进行了研究．发现叠溪较场到太平村以北约28km的沿江河段内断续分布有湖相沉积。对太平村一带的三级阶地沉积识别出冲积扇沉积体系、湖泊沉积体系、河流沉积体系和风成、表生沉积体系。认为古堰塞湖发育2期高湖平面,其间存在低湖面期形成的古土壤层。根据最高湖泊沉积与堵江滑坡体的顶部高度对比和堰塞湖发育的时间计算,太平村地区相对叠溪校场地区存在着平均3．18m／ka的抬升运动。     

金沙江“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用和沉积特征

古堰塞湖溃决洪水事件的重建是当前地学研究的热点问题之一,寻找足够的可参考的现代溃决洪水事件案例是顺利开展这项工作的基础。2018年11月13日发生在金沙江干流的白格堰塞湖超万年一遇的溃决洪水事件(学术界称之为"11·3"白格堰塞湖溃决洪水事件)就是一个难得的样本。这次溃决事件发生在枯水期,洪峰完全由溃决洪水产生,没有叠加其他来源,对评估流域地貌和沉积体系对堰塞溃决事件的响应有很好的参考价值。本文以溃决洪水事件受灾最为严重的奔子栏—石鼓段为研究区,通过详细的野外调查和初步的水力学估算发现"11·3"白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用主要表现为洪水淹没区的岸坡塌岸和沉积物堆积,未发现明显的基岩侵蚀。沉积物主要由分选良好的具水平纹层的砂组成。受金沙江较低的河床比降影响,洪水产生的基底剪切应力较弱在27～142 N/m~2,不能悬浮和搬运直径5 cm以上的砾石,也不能产生明显的磨蚀和冲(撞)击作用。在发生塌岸的部分段落,洪水沉积物中有砾石坠入,甚至会出现类似浊流沉积的层序。这些现象的发现对深入理解堰塞湖溃决洪水的复杂地貌过程和沉积特征有重要参考意义。     

金沙江上游雪隆囊古滑坡堰塞湖溃坝堆积体的发现及其环境与灾害意义

西藏芒康县金沙江上游雪隆囊河谷史前时期(全新世晚期)发生了一次明显的堰塞事件,形成了一个湖水体积约3.1×108 m3的大型堰塞湖。该堰塞湖形成后期发生溃决并引发异常大洪水,这一溃决事件发生在大约1 117 A.D.。地震诱发山体滑坡可能是金沙江发生堰塞的直接原因。在雪隆囊古堰塞坝体的下游一侧到其下游3.5 km的范围内,发现大量由砾石、砂和少量黏土组成的混杂堆积体,判定其为滑坡堰塞湖的溃坝堆积,是滑坡坝体及上游河床物质在坝体溃决后快速堆积形成。整套溃坝堆积体具有支撑-叠置构造、叠瓦构造和杂基构造等沉积特征,还具有一种特殊的沉积构造:即在垂向剖面上发育粗砾石层与细砂砾层的韵律互层,但剖面中缺少砾或砂的透镜体。这种沉积构造("互层构造")是溃坝堆积相区别于冲-洪积相、泥石流相等的一种重要判别标志。采用水力学模型反演确定雪隆囊古滑坡堰塞湖溃决洪水的平均流速为7.48 m/s,最大洪峰流量为10 786 m3/s。雪隆囊溃坝堆积体沉积特征及其环境的研究,不但有助于揭示古洪水事件发生的过程和机制,同时对于认识金沙江上游地区的环境演变也具有重要意义。     

岷江叠溪古堰塞湖的研究意义

近年来,在岷江上游及其支流杂谷脑河中发现了多处滑坡古堰塞湖沉积物,并受到广泛关注,但也有不少学者质疑是否是堰塞湖相沉积物.2008年5月12日四川汶川地震引发了几十个规模较大的滑坡堰塞湖,叠溪古堰塞湖展示的重大地质历史事件再次引起学术界广泛的关注.本文根据最新调查、勘查和测试资料对古堰塞湖的形成与消亡过程做了进一步查证...     

2018年雅鲁藏布江米林县加拉堰塞湖考证

加拉堰塞湖威胁其上下游的人口安全、城镇设施及生态环境。加拉堰塞体地处无人区,没有对外交通,调研困难,因此形成机制研究甚少。作者于2019年3月调研了堰塞湖现场,通过对残留堰塞体地形实测,堰塞体岩性及结构、沿途堰塞湖水毁现象调查,结合堰塞体粒度特征,查明了加拉堰塞体的物质组成、堰塞湖形成过程及湖区灾损机制。调查发现雅鲁藏布江下游左岸色东浦沟冰碛物3次活动堵塞河道形成堰塞湖,并于10月19日、31日两次溃决,溃口流量分别达到32000m3 ·s-1和19000m3 ·s-1。前两次活动入江体积达6500×104m3,堰塞体高度88m,蓄水至6.0×108m3后发生第1次溃决。第3次活动入江体积约1000×104m3,堰塞体垭口高度约67m,蓄水至3.26×108m3后发生第2次溃决,体现了源于冰碛物堆积、混杂大量冰块、含水率极高的类似泥石流堆积堰塞体的独特溃决机理和洪水特征。雅鲁藏布江大峡谷河段堰塞湖堵江事件频发,通过加拉堰塞湖形成过程、溃决机理研究,可以为本区域堰塞湖灾害应对提供参考。     

青藏高原东缘南北向河流系统及其伴生古堰塞湖研究

文章提出了青藏高原东缘南北向河流系统的概念,该系统包括岷江、青衣江、大渡河、鲜水河、雅砻江等总体呈现南北走向的河段,指出南北向河流系统的形成演化具有构造和气候双重意义.晚更新世以来,南北向河流系统发生多次堵江事件,形成数套堰塞湖沉积.选取岷江上游、青衣江上游、大渡河上游3个古堰塞湖进行沉积、构造及年代学研究.结果表明,岷江上游叠溪一带于71ka左右发生了大面积堵江事件,形成了上游长约30km的堰塞湖,堰塞坝位于叠溪以南的下游河谷,沿江分布约10km;该堰塞湖持续了60ka,于11 ka左右彻底溃坝.青衣江上游五龙乡古堰塞湖85ka前形成,35ka前溃坝,规模不详.大渡河上游开绕村古堰塞湖长于5km,堵江时间不明,20～17ka间溃坝,堰塞坝位于色玉村一带.依据这些古堰塞湖的沉积,构造,关键层位光释光测年数据,结合前人研究成果,划分出青藏高原东缘晚更新世中、晚期存在85～70ka,43～30ka和20～10ka的3个构造活跃期,可对应于青藏高原古里雅冰芯δ18O曲线体现出的C1,C3和C4的3次气候冷暖转变期.指出大规模堵江事件是快速的能量物质转化过程,地震释放强大内能,气候因素使得物质得以积累,深切河谷是堵江的有利场所.构造-气候耦合促使大型洪积扇发育、大规模堵江事件发生,进而改变河流动力、塑造河谷地貌.     

金沙江“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用和沉积特征

古堰塞湖溃决洪水事件的重建是当前地学研究的热点问题之一,寻找足够的可参考的现代溃决洪水事件案例是顺利开展这项工作的基础。2018年11月13日发生在金沙江干流的白格堰塞湖超万年一遇的溃决洪水事件(学术界称之为“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件)就是一个难得的样本。这次溃决事件发生在枯水期,洪峰完全由溃决洪水产生,没有叠加其他来源,对评估流域地貌和沉积体系对堰塞溃决事件的响应有很好的参考价值。本文以溃决洪水事件受灾最为严重的奔子栏—石鼓段为研究区,通过详细的野外调查和初步的水力学估算发现“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏—石鼓段的地貌作用主要表现为洪水淹没区的岸坡塌岸和沉积物堆积,未发现明显的基岩侵蚀。沉积物主要由分选良好的具水平纹层的砂组成。受金沙江较低的河床比降影响,洪水产生的基底剪切应力较弱在27~142 N/m²,不能悬浮和搬运直径5 cm以上的砾石,也不能产生明显的磨蚀和冲(撞)击作用。在发生塌岸的部分段落,洪水沉积物中有砾石坠入,甚至会出现类似浊流沉积的层序。这些现象的发现对深入理解堰塞湖溃决洪水的复杂地貌过程和沉积特征有重要参考意义。     

新疆天山北坡军塘湖河流域"8·29"特大洪水特征与洪峰模数分析

2000年8月29日下午,受乌拉尔山低涡分裂短波东移的影响,新疆昌吉州呼图壁县南部天山北坡山区位于86°15 '00"～86°42'32"E,43°41 '50"～44°08 '08"N的范围内形成局部强对流降水天气,在军塘湖河流域与临近石膏沟流域发生特大暴雨洪水,造成了流域内人民生命财产巨大损失.水文部门于当年8月31日开展了对军塘湖河流域的洪水调查,通过实地调查和流域降雨量分析,以及采用比降面积法计算,确定军塘湖河"8·29"特大洪水洪峰流量为781 m3·S-1,其中,石膏沟流域的东支沟洪峰模数达16.4 m3·s-1·km-2,是新疆截至目前为止出现的最大洪峰模数.调查结果和计算认定军塘湖河流域"8·29"洪水属于特大洪水.     

岷江叠溪古堰塞湖沉积物中孢粉特征

对岷江上游叠溪古堰塞湖200余米厚的堰塞湖相沉积物进行了大量采样测试分析.主要对湖相沉积物中的孢粉和沉积年代进行了测试.通过测试获得了古堰塞湖沉积物的沉积时间和气候环境特征.古堰塞湖沉积物底部形成时间约3.0万年, 靠近顶部形成时间约为1.5万年前.孢粉测试结果显示, 古堰塞湖沉积物沉积剖面可划分为9个气候环境段: (1)温凉半湿润的针阔叶混交森林草原气候环境; (2)寒冷干旱的针叶森林草原气候环境; (3)温凉半干旱的针、阔叶混交疏林草原气候环境; (4)温暖湿润的针、阔叶混交森林草原气候环境; (5)凉半干的针、阔叶混交疏林草原气候环境; (6)温湿的针叶疏林草原气候环境; (7)温凉半干旱的针阔叶混交疏林草原气候环境; (8)凉半湿润的森林草原气候环境; (9)冷干的疏林草原气候环境.研究成果揭示了青藏高原东部边缘至四川盆地过渡带3.0~1.5万年间的古气候古环境演化特征, 为区域环境研究提供了宝贵的资料.      

堰塞湖溃坝堆积物的粒度特征分析:以岷江上游叠溪古滑坡堰塞湖为例

岷江上游叠溪古滑坡堰塞湖在地质历史时期(20~30 ka BP之间)发生了多次溃决,并在其下游岷江两岸形成一套规模罕见(长约5 km)的溃坝堆积物。通过现场调查、测量取样和室内筛分试验,分析了溃坝堆积物的物质组成、粒度分布及粒度参数等特征。结果表明:(1)堆积物主要由砾石、卵石、砂及少量粉/黏土组成;(2)从上段至下段,溃坝堆积物的平均粒径和分选系数逐渐变小,偏度值逐渐变大,且包含了所有的峰态类型;(3)溃坝堆积物各段的粒度频率曲线均为双峰型,概率累积曲线均表现为上凸型,且从上段至下段逐渐变紧凑。这些特征反映了溃坝堆积物物源区以粗砾石/块石为主,且从上段至下段,粗砾石逐渐减少,细粒成分逐渐增加,沉积物的分选性逐渐变好,溃决洪水的水动力强度逐渐减弱。本研究结果对于认识堰塞湖溃坝堆积物沉积特征及沉积环境具有重要指导意义。     

一九三三年叠溪地震滑坡堵江事件及其环境效应

１９３３年８月２５日叠溪发生７．５级强震，不仅使千年古城叠溪和邻近村寨被毁，人畜大量伤亡，道路，桥梁破坏甚多，而且极震区内地表变形破坏剧烈，岷江及其支流两岸出现大量滑坡、崩塌，堵江形成十余座天然堆石坝和堰塞湖。本文主要论述这次地震引起的滑坡堵江事件所产生的各种灾害及环境效应。     

鄂尔多斯盆地七里村油田延长组长62油层沉积相特征及沉积模式

本文通过钻井、测井资料及露头地质剖面研究,对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长62油层沉积相进行了系统分析。研究表明,研究区目的层发育三角洲前缘亚相沉积,其不具备吉尔伯特式三角洲模式的顶积层、前积层、底积层三层结构。沉积结构上,三角洲单体厚度薄、分布广,具有"毯状"沉积结构、水下分流河道砂体优势发育等特征。沉积微相发育是以分流河道砂体为骨架,河口坝一般不发育,分流河道遭受不同程度的席状化改造。一方面,当河道入湖后迅速扩展,形成面状流向湖盆中央推进,后期河道扩展后对前期沉积物进行冲刷及改造;另一方面,湖水波浪改造使河口处形成的河口坝沉积物难以保存。沉积微相组合具有以水下分流河道优势发育,水下分流河道砂体与水下分流间湾微相互层发育等特征。研究区三角洲沉积受构造演化、气候、水平面变化及供给体系等因素控制。长62油层沉积时期地形平缓,沉降速率缓慢,气候温湿,当河道携带细粒沉积物进入湖盆时,河道迅速扩展,水流分散形成面状流并向湖盆中央推进,形成"毯式"结构。总体呈水下分流河道砂体与泥岩互层发育。     

高能洪水沉积研究综述

第四纪巨型堰塞湖溃决产生的高能洪水是地球及其他星球上已知规模最大的陆地淡水事件。越来越多的研究证明高能洪水事件具有普遍性,广泛发育于欧亚大陆、北美洲和南美洲等地区。研究者发现不同地区高能洪水事件的沉积特征具有一定的共性,但其典型沉积序列却依然缺失。本文首先回顾了全球已报道高能洪水案例并介绍了高能洪水的定义,总结了高能洪水沉积的特征与地层层序,归纳了其典型沉积序列及其标志性特性。同时,沉积证据是高能洪水的唯一记录,本文通过沉积层序的解读以期重建单次或多次高能洪水的流量过程、水动力条件和物质输送方式。典型高能洪水沉积物多呈块状构造,席状展布,缺乏黏土和粉砂粒级,发育层合并现象、“漂浮”碎屑、内碎屑、脱水构造和同生变形构造。高能洪水典型沉积序列由下往上包括底部粗粒平行、大型斜坡沉积、水平纹层、波纹和沙垄交错层理、粉砂层和顶部泥石流沉积。该沉积序列由高浓度悬浮质的快速沉积主导,可对应于单次的水流增强与减弱;从洪水过程曲线的时间尺度理解,其代表了洪水的涨水和消落过程,其间伴随着水流的周期性强烈脉动。最后,简单介绍了我国已发现的高能洪水事件,展望了我国的高能洪水研究。     

湘西北地区五强溪组沉积环境分析与区域对比

本文通过野外与室内详细观察,对湘西北古丈五强溪组的岩性特点、沉积相和古地理环境进行了综合分析。结果表明,通塔湾末期湘西北经历短暂快速海退后,五强溪初期海平面缓慢回升,期间形成的积间断面,由下而上发育河流、三角洲平原、三角洲前缘3种沉积相,沉积时限在800 Ma左右,向北西扬子古大陆一侧的盆缘地带可能逐渐变新,形成依次超覆的"楔状地层"特征。以此为基础,对比邻区张家湾组沉积相特点,结合同位素年龄资料,认为横向上张家湾组与五强溪组是在同一个沉积体系中的大致同期沉积物,相序配置反映古水流主体方向自NW向SE,水体自NW向SE逐步加深。