半方差函数模型在滑坡、泥石流沟分布识别中的应用——以四川洪溪河流域为例

快速、精确地识别地震后滑坡、泥石流沟的空间分布与覆盖范围,对于认识滑坡、泥石流灾害机理和震后灾区治理至关重要。目前提取滑坡、泥石流沟分布的方法主要是基于光谱信息与纹理信息,人为因素影响大,训练过程繁琐。该文提出一种基于半方差函数(semi-variance)模型与高空间分辨率影像实现少光谱信息、无训练样本条件下自动提取滑坡、泥石流沟的方法。以汶川重灾区四川省平武县洪溪河流域为例进行实验研究,结果表明:在滑坡以裸土、岩石出露为主,且具有数字高程模型(DEM)地形信息的情况下,该方法可以很好地识别典型滑坡与泥石流沟,并能勾画其边界范围;研究区内48.21%的滑坡与泥石流沟覆盖面积得以正确识别,特大型滑坡与大型滑坡识别数量比例分别为100%与80%,泥石流沟识别数量比例为70%。     

地震后泥石流临界雨量变化特征——以汶川地震区小岗剑沟为例

在地震的影响下,泥石流暴发所需的临界降雨条件降低.通过现场调查分析,首先得出小岗剑沟泥石流沟床起动的形成机理及其“地震-滑坡-碎屑堆积-降雨-泥石流”的形成特征,然后在建立了泥石流发生的临界雨量模式基础上,以小岗剑沟泥石流临界雨量为研究对象,采用将其地震前后临界雨量相比较的方法,得到了临界雨量的变化特征,并探索变化的原因.小岗剑沟2010年暴发泥石流的临界雨量约为地震前的21％,2011年暴发泥石流的临界雨量约为地震前的23％,地震后临界雨量大幅度下降.但随着泥石流活动的不断发生,临界雨量有逐渐恢复的趋势.     

强震区都江堰市龙池镇泥石流物源的遥感动态演变

"5·12"汶川大地震导致大量碎屑物质在陡峭的斜坡积累,当遇到强降雨时极易成为泥石流的物源地。2010-08-13一场暴雨导致都江堰市48条沟同时暴发泥石流。选择汶川地震高烈度区的龙池镇境内12条泥石流沟为研究区,采用基于遥感的手段研究"5·12"震前、震后、"8·13"暴雨后泥石流流域内物源的变化特征。强震后研究区泥石流流域物源重要变化是大量的崩滑体被诱发。暴雨后研究区泥石流流域物源变化是震后产生的滑坡产生了不同程度的滑移扩张。通过开展遥感解译,结合野外调查,详细论述了研究区泥石流物源的变化情况。将"5·12"汶川地震前(2007-09-18)经波段融合后15 m的TM影像与地震后(2009-02-10)的2.5 m全色SPOT5影像相比较,发现泥石流流域内的滑坡体积由震前的0.86×106m3增加到地震后的42.30×106m3,即汶川高烈度区经过地震后新增滑坡体积达4 835.94%。而经过暴雨后(2011年7月)的0.5 m全色波段WorldView-2影像,泥石流流域内的滑坡体积又增加到68.85×106m3,即研究区经过暴雨后新增滑坡体积达62.76%。研究结果表明,汶川震区在地震及暴雨下物源量猛增,导致泥石流暴发的概率很高。     

泥石流的分形特征及其意义

分析了泥石流流体和堆积物粒度分布的分形结构特征，其分维值介于２￣３之间，平均值分别为２．７１和２．６５左右。研究了泥石流沟水系的分形特征及其在不同观察尺度下分维的变化特征，结果表明，分维可作为描述泥石流粒度成分和泥石流沟水系的参数，反映了泥石流活动的形成演化特征，在此基础上，论述了分维的研究意义。     

横断山区泥石流空间格局和激发雨量分异性研究

地形、降雨等环境因子决定了泥石流的时空分布特征,理解泥石流与这些因子的关系有助于区域泥石流灾害风险评估与防灾减灾工作。以横断山区为研究区域,选取降水、气候、地貌、地质、土地覆盖、土壤厚度、高差势能以及湿度指数等因子,利用地理探测器和灰度关联分析等方法,探讨了环境因子与泥石流沟空间分布的关系以及降水特征与泥石流灾害的时间关联性。结果表明,湿度指数是决定泥石流沟空间格局的最主要因子,其次是高差势能和土壤厚度,多年平均分布的降水特征对泥石流沟分布的影响较小。泥石流灾害事件与降水特征的时间关联具有较大的区域异质性。泥石流发生地的激发雨量、湿度指数、高差及土壤厚度的统计分布在不同地貌、地质和气候单元中有明显差异。这表明泥石流预警不仅需要考虑雨量等激发因子,还必须考虑其他影响因素的空间差异性。     

辽宁省东部山区泥石流形成因素的探讨

从辽宁省东部山区泥石流暴发的特点看，暴雨只是泥石流发生的一个激发因素。泥石流活动区分布于地壳快速上升，地震活动频繁的地带，泥石流活动的高潮与该区地震活动期基本一致，由此说明辽宁东部山区泥石流其孕育、发展和活动主要受内力地质作用所控制．     

汶川地震区绵竹小岗剑沟泥石流发展趋势

小岗剑沟是汶川地震区内一条典型的泥石流沟,位于绵远河的左测,流域面积1.36 km2,沟床平均纵比降412‰。该沟在2008年"5.12"汶川地震后多次暴发泥石流,掩埋从沟口通过的汉(旺)清(平)公路,给四川省绵竹市清平乡的地震灾后重建造成重大危害。通过初步分析,小岗剑沟泥石流的形成过程为:暴雨作用下沟因上游良好的汇流条件而产生山洪→山洪冲刷堆积在沟道内的松散固体物质形成小规模泥石流→泥石流沿大比降沟道向下运动,因具有强大动能而具有强大冲刷下切侵蚀能力,下切侵蚀下游沟床质以及沟口的老台地→在沟口形成大规模泥石流。地震后4 a内共暴发泥石流10次,将沟口老堆积体下切侵蚀深度达35 m,泥石流冲出固体物质50×104m3。目前,沟内仍有固体物质量334.3×104m3,可能参与泥石流活动的动储量为156.8×104m3。如此大量的松散固体物源,使小岗剑沟可能还暴发大规模泥石流。通过泥石流形成因素分析,该沟泥石流活动总体呈强度下降趋势,泥石流活动类型:震后一段时间内为输移控制型、然后为输移控制型向松散固体物质控制型过渡,最后发展成为松散固体物质控制型。通过这些分析,为泥石流治理提供科学支撑。     

强震后高烈度区泥石流危险性评价——以汶川地震区G213线映秀到彻底关段为例

强震在高烈度的山区往往诱发大量的崩塌和滑坡,一到雨季不同规模的泥石流频频暴发,造成严重的灾害.以处于汶川地震Ⅺ度烈度区的213国道映秀到彻底关段的21条沟为例,探讨强震后如何对高烈度区的沟道泥石流的规模、频率、危险性作出尽快评价.为此,针对地震泥石流的特点和形成条件,确定影响泥石流规模和频率的评价因子;并从已有的相关图件和遥感影像中获取评价因子的特征值;用简单的数学方法将因子特征值分为五级,并归一化为0.0到1.0的标准值;用层次分析法计算出评价因子的权重;然后用常用或改进的评价模型,对21条沟泥石流的规模、频率、危险性分五级作出评价;最后用强震后3 a间各沟实际发生的泥石流规模和频率对评价结果进行检验,结果表明两者吻合度比较好.这种尽快的评价方法,可供其他山区强震后高烈度区的泥石流危险性评价参考.     

我国泥石流研究

泥石流是一种突发性的自然灾害现象,多见于半干旱和半湿润山区以及处于退缩阶段的高山冰川(特别是海洋性冰川)的边缘地区。有些山区,地震活动过程中也伴生有泥石流。泥石流是产生在沟谷中或坡地上的一种饱含大量泥沙石块和巨砾的固液两相流     

泥石流直墙V型排导槽横断面优化设计

排导槽横断面的形状及尺寸是泥石流排导槽设计的重要参数,如何合理选择过流断面的形状和尺寸,使泥石流排导槽具有最佳的排泄能力,目前国内外的研究还比较少涉及.直墙V型断面排导槽是目前泥石流防治工程中广泛采用的横断面形状之一,以其为研究对象,对它的水力条件进行了分析,并对横断面的优化设计进行了探讨.泥石流排导槽的断面形态系数(M)定义为湿周(P)与水力半径(R)之比,直墙v型排导槽水力最佳时相应的断面形态参数M=[8(1 m2v)1/2-4]/mv直墙"V"型排导槽水力条件最佳时的断面形态参数M仅与槽底横坡系数有关.假定在已知泥石流直墙V型排导槽排泄流量Q、槽底纵比降I以及泥石流体颗粒级配特征的条件下,推导出了联合求解最优水力条件下直墙V型槽断面形态尺寸的组合公式,并以大渡河上游左岸的一级支沟把丫沟为例,对该沟的泥石流排导槽横断面进行了优化设计.     

都汶公路沿线泥石流危险性评价

汶川地震诱发的次生泥石流灾害,已成为灾区防灾减灾工作的突出问题和灾后恢复重建的重要制约因素之一,泥石流危险性评价是泥石流灾害风险管理的核心基础技术。以都汶公路沿线的31条泥石流沟为研究对象,通过野外考察、遥感图像的解译、查阅相关文献资料等手段获取研究区泥石流沟的基础数据,通过选取地质、地形、气象、水文指标,并利用主成分分析法对关键因子进行筛选和灰色系统模型进行权重的确定,建立泥石流危险性评价模型,计算得到每条沟的泥石流危险度值。评价结果表明:公路沿线31条泥石流沟处于不同泥石流危险等级:极高危险占23%,高危险占35%,中度危险占13%,轻度危险占29%;其中红椿沟、肖家沟、烧房沟等沟属于泥石流极高危险沟道,高家沟、牛圈沟等属于高度危险沟道,公路选线须采取避让或充分的防治对策。     

强震区泥石流启动机制

地震区的泥石流物源主要来源于滑坡、崩塌等松散体,具有结构疏松,密实度低,堆积时间短等特点,与非地震环境中的滑坡、崩塌堆积体的结构有所不同,堆积体的物理力学性质发生了改变,堆积体转换为泥石流所需的外界条件也相应的改变。以汶川地震区都江堰市龙池镇典型泥石流灾害为例,分析了地震滑坡、崩塌松散体的堆积形态和堆积体的应力环境。从静力学和动力学角度分析堆积体在强降雨条件下的起动特征,探讨了降雨作用形成的地表径流水深与堆积体失稳时的应力极限状态的关系。分析得出沟道岸坡滑坡堆积体发生侵蚀时的地表径流力为F=(τ1f-f1sinα)/cos(α-26.65),并建立径流水深与地表径流力的关系:H=F/4ρsgJ。分析在动量守恒条件下,堆积体单位时间内的侵蚀体积dV=dM/γs模型。为了进一步探讨在实际现场的应用,以汶川地震区都江堰市的水打沟泥石流为例,分析发生泥石流时的地表径流水深为0.011 m,其结论与实际调查结果基本一致。     

西北地区泥石流沟形态因素的非线性分析——以兰州市为例

以兰州市区96条主要的泥石流沟为例,利用分形理论的统计自相似性对泥石流沟数的累计分布随沟谷形态要素沟道比降、汇水面积和沟道长度的变化进行了分析;并与不同流域形态要素的分维进行了比较,探讨了分维不同的原因。兰州市区泥石流沟三个形态要素均具有统计意义上的自相似性,其中以汇水面积显示出分维最小(0.46),沟道长度次之(0.71),沟道比降最大(1.09)。分维的大小描述了作为系统的沟谷及其泥石流的形成的空间结构,即分形结构,同时也反映了不同形态要素对系统所起作用的差异,分维越小,所起作用越显著。其结果对西北干旱半干旱地区石流灾害的进一步研究与防治提供了新的思路。     

单沟泥石流危险性评价模型相关问题研究

基于云南地区、黄河积石峡水库区、四川省的北川县和都江堰龙池地区等地的泥石流数据，以具有代表性的灰色关联分析（Grey Relation Analysis, GRA）和支持向量机（Support Vector Machine, SVM）泥石流评价模型为例，探讨了单沟泥石流危险性评价模型在参数选取、样本数据的不均衡、泛化能力和泥石流系统的空间变异性等方面存在的问题。结果表明：寻优算法能够提高模型参数选取的效率和预测精度；样本扩充在一定程度上能够处理样本数据不均衡问题；泛化能力为模型固有属性，难以通过样本扩充得到提升；空间变异性通过控制指标的重要程度进而影响模型的精度。研究过程为单沟泥石流危险性评价模型相关问题的研究提供了新的思路，所得结论将为今后各类泥石流危险性评价模型运用提供指导。     

岷江上游潜在性泥石流堰塞湖危害及判识

汶川地震造成泥石流形成条件的改变,其次生灾害堰塞湖的危害已开始显现。如何对震后潜在性泥石流堰塞湖进行判识,成为迫切需要解决的问题。选取岷江上游映秀至汶川段为研究区,通过分析震后泥石流形成条件的变化、典型泥石流堰塞湖的危害及松散物质储量,选取潜在性泥石流堰塞湖的判识指标,利用模糊物元可拓模型,建立潜在性泥石流堰塞湖的综合判识模式。通过判识,研究区形成泥石流堰塞湖可能性高的一级支沟有17条,主要集中分布在映秀镇至草坡乡段,此段将是今后受堰塞湖危害的高危地段。     

汶川地震后四川安县甘沟培溃泥石流及其对策

汶川地震诱发的大量崩塌和滑坡不仅直接为泥石流活动提供松散固体物质,还可能造成沟道堵塞.沟道内的堵塞坝虽然不像主河道上的堰寒湖那样造成大范围灾害,但溃央后却会引发大规模泥石流,给人民生命财产和基础设施等造成严重危害.以四川省安县高川乡甘沟为例,说明其造成泥石流的危害特征及防治对策.通过对甘沟自然环境背景条件的分析,发现甘沟具备泥石流暴发的地形地貌和降水条件;流域内地震诱发的崩滑体不仅为泥石流的形成提供丰富的松散固体物质,还造成沟道堵塞,形成堵溃型泥石流.甘沟已建的排导槽存在过流能力不够、槽底和侧墙已基本被破坏、弯道处未考虑超高、沟内未布置拦挡工程等问题.目前沟内由于松散固体物质充足,在一定的降水条件下,仍会再次暴发泥石流.针对甘沟的具体情况,提出了修建拦挡、重建排导槽并结合预警预报措施的防治对策,并对重建排导槽的过流断面进行了优化设计.     

Dynamic process-based risk assessment of debris flow on a local scale

After the Wenchuan earthquake in China, debris flows have been more frequent. Multiple debris flows commonly occur in earthquake-affected areas during heavy rainfall, often causing losses of lives and property. We analyzed the dynamic movement of debris flows and proposed a quantitative method of debris flow hazard assessment, based on kinetic energy. Validated using field study of an actual debris flow disaster, these analyzes help determine the type, quantity, distribution, economic worth, and susceptibility of elements at risk. We established a method to determine vulnerability of elements at risk and we propose a systematic and quantitative method for local risk analysis of debris flows. We applied the proposed method to a debris flow in Qipan gully, which caused serious damages for Duwen Highway and Qipan settlements of Sichuan Province in 2013. With the support of a debris-flow movement numerical simulation, remote sensing, and GIS techniques, the proposed method analyzed disaster effects and divided the hazardous areas into three risk zones. Calculated risk zones coincided with the actual distribution and severity of damage of the event, suggesting that the risk assessment generated by the proposed method is consistent with results from the actual disaster.     

区域泥石流孕灾环境危险性评价——以北京军都山区为例

以北京军都山区实测泥石流沟谷数为基准,基于因子叠加、信息量模型和FCM-粗糙集三种方法,分别获得了泥石流灾害发生的危险性等级分布,结果表明:①各分区单位面积内泥石流沟谷数都随着危险性评价等级的提高而增多;②因子叠加法和信息量模型法可得出五级泥石流灾害危险性分级,而粗糙集法只得出三级分级;③以实际泥石流沟谷落在评价区数目为标准,信息量模型法有90%以上的泥石流沟谷在危险性高和极高区域;粗糙集法得到危险区域覆盖了63.72%的泥石流沟谷分布;④从单位面积泥石流沟谷数与泥石流沟谷分布比率可得,信息量模型法评价精度较高,因子叠加法没有形成良好的梯度,而粗糙集法计算等级结果与其他方法存在差异,故须在其他区域进行进一步研究。     

试析小流域土力类粘性泥石流的汇流过程——以滇东北大凹子沟为例

在分析土力类泥石流的产流特征和规律，尤其是土源与水源关系的基础上，将水文学上常用的等流时线法的基本原理应用于小流域土力类粘性泥石流的汇流计算。在具体的计算中，以滇东北蒋家沟的一支沟－大凹子沟1994－06－16的泥石流为例进行泥石流汇流流量过程的试算。计算的结果应用观测的一些数值及现象和弯道超高的最大流量计算值检验，结果表明此计算大体可以定量地反映该流域流量的过程。通过此汇流计算还可以了解阵性泥石流与连续泥石流的产生关系和机理，也可以了解降雨时段与产流时段及汇流过程时段的差别。该研究的结果也存在主客观的局限性，这一局限性反映了进一步探讨流域的产流量规律、流域等流时区划分的规律、大流域汇流计算和泥石流的波坦化规律的必然性。     

培龙沟泥石流及其堵江可能性探讨

培龙沟是由冰川和降水共同激发的一条大规模泥石流沟。流域内充足的冰水资源，丰富的冰碛，有利的地形条件是泥石流发生及今后发展的动因。1983-1986年培龙沟泥石流堵塞了帕隆藏布江，本文就今后不同泥石流发生频率探讨了泥石流再次堵江的可能性。这一探讨为该沟泥石流工程整治及过沟工程设计提供科学依据。