泥石流沟谷坊坝群治理效应——以地震极重灾区北川县化石板沟为例

谷坊坝是泥石流治理的重要工程措施之一。化石板沟泥石流治理工程共设13座谷坊坝,组成梯级谷坊坝群;坝体主要分布在泥石流形成区和流通区,混凝土结构,轴向两端嵌入沟道两侧基岩0.5～1 m。通过对比化石板沟谷坊工程修建前后沟床纵坡比降、沟道两侧斜坡稳定性及泥石流侵蚀速率等方面的差异,证明谷坊工程能够有效拦蓄松散固体物质、稳固沟床和岸坡、降低沟道纵坡比降、降低泥石流流速和耗散流体能量、抬高沟道上游泥石流侵蚀基准面。研究发现,化石板沟谷坊坝群共拦截固体物质2.76×104 m3,仅占流域物源总量574.9×104 m3的0.5%,占近期可供给泥石流活动的物源量85×104 m3的3.3%;稳固沟床松散物质4.37×104 m3,仅占流域物源总量的0.76%,占近期可供给泥石流活动的物源量的5.2%;稳固沟道两侧坡体松散物质134.07×104 m3,占流域物源总量的23.3%,泥石流物源减少;回淤的沟道比降为原比降的60%～75%,相同频率下泥石流流速、峰值流量降低,沟道侵蚀速率下降,泥石流输沙量减少35%～57%;上游泥石流支沟侵蚀基准面抬升0.3～0.5 m。泥石流呈现从粘性到稀性,再到含沙水流的趋势发展。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

无定河流域的人工沉积汇及其 对泥沙输移比的影响

依据1956~1996年的资料,计算出了无定河流域历年的人工沉积汇、侵蚀量、泥沙输移比,进行了时间序列分析,并运用回归分析方法,建立了统计关系,揭示了无定河流域人工沉积汇对泥沙输移比的影响。研究表明,无定河流域侵蚀量和产沙量有明显的减小趋势;人工沉积汇先是增大,达到峰值后再减小;泥沙输移比先减小而后增大。这说明,无定河泥沙输移比的时间变化趋势,主要受人工沉积汇的控制。建立的多元回归方程表明,坝地面积增大对流域泥沙输移比减小的贡献最大;地表径流系数减小对流域泥沙输移比减小的贡献居第二位;在3个降水因子中,最大30日降水的贡献最大,汛期降水次之,最大1日降水再次之。在坡面措施和沟道措施中,沟道措施对流域泥沙输移比减小的影响要大于坡面措施。     

细颗粒迁移在泥石流形成过程中的作用

针对松散物质异常丰富孕灾环境条件下泥石流的形成过程和泥沙来源,设计了人工降雨条件下泥石流形成试验,主要获得以下结果:1.震后孕灾环境条件下泥石流的形成首先需要细颗粒的起动,然后夹杂大颗粒运动,径流量快速增加,并伴随着沟道堵塞-溃决现象,形成阵性泥石流;此后随着细颗粒的迁移,沟道粗化现象严重,泥石流现象逐渐消失。2.坡面首先对降雨开始响应,发生崩塌形成堰塞体,对沟道侵蚀产生较大影响,并伴随着坝体松散物质溃决向下游迁移。3.泥石流的泥沙主要来源于沟道中下游,其次是沟道中上游和源头坡面,三处的泥沙来源占到70%以上。4.土体对降雨的响应明显,孔隙水压力和含水量在不同时间段和不同部位变化曲线具有明显差异,并出现一定的波动特征,其不仅受到降雨的影响,同时对土体细颗粒含量和土体结构也有明显响应。5.细颗粒在泥石流的形成过程中扮演者非常重要的角色,其位移和汇集均对流域地形的演化和泥石流的形成产生影响。在泥石流形成预报时,应考虑土体细颗粒含量,不同的细颗粒含量其泥石流起动时临界含水量和孔隙水压力差异较大。     

基于无人机测量的泥石流固体颗粒图像识别与泥石流预警

强震导致崩塌与滑坡碎屑物在泥石流流域内广泛堆积,挤压侵占天然沟道,完全改变了沟床物源级配构成,泥石流激发降雨临界值急剧降低。震后泥石流物源粒径和沟道宽度的变化直接改变了震后泥石流启动过程及机制。泥石流预警模型并未考虑震后泥石流物源组成的动态变化作为主控因素,需要进一步改进。本文现场调查了泸定9·5地震后泥石流沟的形成区及流通堆积区松散堆积物组成,采用无人机航测采集岩土粒径,结合PCAS软件进行泥石流粒径识别,分别通过系统误差、高度误差及坡度误差三个方面进行误差分析,探讨无人机航测泥石流形成区沟道粒径方法的准确性;对泸定大渡河流域得妥乡内的洛进沟和两岔河沟进行粒径测量,结合泥石流1 h预报模型和改进的精细化泥石流1 h预报模型,得到这两条沟震前震后的综合降雨临界值,发现强震后泥石流流域颗粒粒径明显减小,两条泥石流沟的激发临界降雨量都大幅降低;通过误差分析,得到无人机近地观测结合软件测量研究区域内泥石流沟道形成区物源粒径的方法与人工现场测量之间的误差较小,可以用于泥石流物源粒径识别,且由于强震后泥石流的激发降雨临界值是一个动态变化过程,采用无人机可以高效识别泥石流沟道物源的变化。     

九寨沟县西番沟泥石流调查

针对2017年8月8日九寨沟地震可能引发更多泥石流灾害及其防治的问题,基于2018年6月25日四川九寨沟县西番沟泥石流灾害的现场调查和物源特征分析获得泥石流的性质及其发育成因,并提出防治对策。研究发现2018年6月25日西番沟泥石流为50年一遇的中等规模低频稀性泥石流,其流量为80 m~3/s,一次泥石流总量约1. 5万～2万m~3,流速约5. 5～6 m/s;其发育的成因之一是2017年8月8日四川省九寨沟县发生7. 0级地震引发高山区松散固体物质增加所致。调查显示地震引发可能参与泥石流运动的物源数量和动储量分别为78. 81×10~4m~3、23. 64×10~4m~3。由于流域内还存在大量的松散物源,泥石流还可能在进一步的降水作用下发生,今后的防灾减灾宜采用工程措施和群测群防措施。     

滇东北蒋家沟坡麓堆积量

1980年10月—1989年8月,用大比例尺制图和粒度分析法,观测研究蒋家沟内杨家坡和滑脚坡的坡麓堆积,两者堆积速度分别为5411,3046(立方米/年),侵蚀模量分别为22735,5382[立方米/(平方公里·年)]。两者平均为14058立方米/(平方公里·年)。蒋家沟流域内岩石剥落和切沟-冲沟泥石流的坡地面积13.3平方公里,泥沙流失量186978立方米/年。此值约为全流域泥沙流失量总值的1/10。     

全球视野下崩岗侵蚀地貌及其研究进展

典型的崩岗具有“圆形露天剧场”般的沟头,发育在深厚的红色花岗岩风化壳上,通常包括集水坡面、崩壁、崩积体、沟道、洪积扇5个地貌组成部分;崩壁自上而下可分为表土层、风化红粘土层(红土层)、风化砂质红粘土层(砂土层)、风化粗碎屑层(碎屑层)。中国的崩岗与马达加斯加的lavaka属于同类地貌,两者具有地貌学上的可比性。崩岗群是劣地的表现形式之一,但与欧洲的badland有不同的侵蚀过程,也不同于意大利和巴西的两种沟谷侵蚀地貌calanchi和vocoroca。崩岗主要发育在华南和东南热带和亚热带湿润季风气候区中等偏缓的丘陵坡地上,由沟谷侵蚀发展而成,是沟谷侵蚀的高级阶段。崩岗沟道侵蚀产沙量占崩岗沟谷流域侵蚀产沙量的一半以上,其中沟道沟壁崩塌侵蚀产沙量与沟床下切侵蚀产沙量又各占崩岗沟道侵蚀产沙量的一半左右。野外人工模拟降雨试验是研究崩岗流域侵蚀、产流和产沙过程的有效手段。崩岗流域侵蚀产沙量可以通过崩岗沟谷和洪积扇地形测量加以估算。     

白云岩喀斯特侵蚀坡地的~(137)Cs法研究

在黔南峰丛洼地区林间白云岩坡地应用137Cs法研究土壤侵蚀。4个坡面采样样方的137Cs面积浓度都低于137Cs本底值浓度;表土样137Cs浓度随着坡长增加而增大,全样137Cs面积浓度的顺坡变化呈逐步下降趋势;应用137Cs农耕地侵蚀模型计算获得样点土壤侵蚀量后,加以坡长加权平均计算获得的坡长权重土壤位移量为2.045 t/(km2·a)。同时在坡脚的土壤分层剖面中的137Cs浓度峰值在土壤次表层出现,随着深度增加呈指数递减变化,属于未受耕作扰动的无侵蚀非农耕地,但表层含有相对低浓度137Cs是坡面侵蚀泥沙的搬运堆积结果,估算距1963年以来侵蚀泥沙年平均堆积厚度为0.0682~0.1364 cm/a。坡地土壤侵蚀速率远小于以往贵州喀斯特地区典型喀斯特小流域和坡地的观测结果,但坡脚泥沙堆积速率远大于坡地土壤侵蚀速率。表明季节性暴雨、坡面降雨汇流和耕作侵蚀等侵蚀作用使喀斯特坡地土壤颗粒出现微距离位移,长期则在坡脚出现显著的侵蚀泥沙堆积。     

汶川地震区红椿沟泥石流形成物源量动态演化特征

2008年"5·12"汶川地震时,映秀-北川断裂通过的映秀镇红椿沟流域内产生了大量的碎屑体,约为384.3×104m3,为泥石流的发生提供丰富的固体物源条件。2010-08-14,红椿沟暴发特大型泥石流,冲断公路,堵塞岷江致使江水改道,威胁映秀新区。为研究物源区演变特征,选取3期影像,并结合野外调查资料,通过ArcGis分析发现:地震前,红椿沟植被良好,未发现大规模地质灾害,流域内沟道均属于清水沟。地震后,流域内滑坡崩塌数量为68处,滑坡面积为101.12×104m2,沟道总长度5 752 m,沟道总面积11.82×104m2。受上盘效应影响,沟右岸滑坡发育强于左岸,左岸大多为小型浅层滑坡。2010年"8.14"泥石流后,受地表径流和泥石流的冲刷、侵蚀、切割作用影响,使部分滑坡"复活"或产生新的滑坡,流域内滑坡个数77处,新增9处,变化率为13.23%,滑坡面积139.80×104m2,新增38.68×104m2,变化率38.25%。沟道总长度8 851 m,新增3 099 m,沟道总面积17.48×104m2,新增5.66×104m2。泥石流暴发后,流域内仍有固体物源量约为344.6×104m3,泥石流治理工程可控制物源量约为92.8×104m3,在极端降雨条件下,仍有暴发大规模泥石流的可能。     

四川省安县千佛山景区震后泥石流灾害及其判识

汶川地震对千佛山风景区造成严重的影响,直接诱发滑坡10处,崩塌数十处,形成大小堵塞坝4座,由此形成的松散物质总量大于1 700×104m3。2008年雨季有5条支沟暴发泥石流。在泥石流成因分析的基础上,选择流域形状、流域发育程度、沟床纵比降、山坡平均坡降、地层岩性和距发震断层距离6个指标,利用潜在泥石流判识模型,对流域内其余9条支沟进行了判断。结果显示,大部分沟道都具备形成泥石流的潜在条件。2009年雨季研究区全面暴发的大规模泥石流,验证判识的可靠性,表明该模型可以用于灾区潜在泥石流的判识。     

汶川县古溪沟“7·10”泥石流形成特征及防治工程的影响

通过对2013-07-10汶川古溪沟泥石流灾害的现场调查,从物源、地形和水源条件入手,分析了灾害成因与形成演化过程。堰塞体失稳补给、坡面泥石流入汇和沟道侵蚀是这场泥石流的三种物源形式,充沛的前期降雨和短历时强降雨是本次泥石流的诱发因素,陡峻的支沟地形促进了泥石流的加速,沿途松散物质补给,导致泥石流流量不断放大,峰值流量最大可达1 063 m3/s。主支沟泥石流呈明显的阵流特征,原因在于各支沟泥石流起动条件不同,沟道中地形条件的差异和防治工程的分布,以及各支沟汇流长度存在区别。泥石流总规模约为100×104m3,防治工程拦挡了60%的泥石流体,并拦截了泥石流中的大石块,降低了出口峰值流量和流速,同时避免了各条支沟泥石流同时到达而流量激增。沟口泥石流峰值流量约为722 m3/s,约40×104m3泥石流冲出沟口,下游泥石流破坏形式以淤埋破坏为主。本研究可为此类面积较大、修建有防治工程的流域泥石流形成和减灾提供参考。     

山区小流域坡面和沟道侵蚀的数学模式探讨

小流域土壤侵蚀预报和模拟一直是世界土壤侵蚀研究的前沿领域,其中,坡面侵蚀和沟道侵蚀的计算方法、侵蚀能力的不均匀问题以及泥沙在塘库河道的沉积问题是研究的关键.对此,重点从侵蚀机理和计算方法上进行探讨,提出考虑到坡面土壤抗侵蚀能力和塘库沉积作用的计算方法,研讨了影响流域侵蚀和泥沙输送的主要环节和关键影响因子,分析了流域土壤抗蚀能力的空间差异及其对模拟结果的影响,提出了小流域侵蚀泥沙数学模型的基本结构框架,为进一步完善现有侵蚀泥沙过程模型提供了新的计算方法.     

不同时空尺度下沟壑对流域侵蚀产沙的影响——以黄土丘陵沟壑区岔巴沟流域为例

基于DEM,分别以不同的沟壑发育所需的汇水面积为阈值,提取岔巴沟流域等6个不同空间尺度流域的沟壑.并求出不同级别沟壑的差值.结合黄河子洲观测站多年的水沙观测资料,分析不同级别的沟壑及沟壑的不同部位在不同时间尺度下对流域侵蚀产沙的影响.分析结果表明:沟壑密度并不是简单地随着流域面积的增大而减小.沟壑密度的空间尺度效应与所提取沟壑的级别有关;黄土丘陵沟壑区梁峁坡、沟坡的次暴雨产沙量占流域产沙总量的比重与降雨特性有关;重力侵蚀多发生在毛沟的中、上部及沟头处,而支沟、干沟主干道的沟坡比较稳定,且其发生的重力侵蚀对流域产沙的影响多为"无效"部分;沟壑发育汇水面积的阈值为1500、1800、2000个栅格提取的沟壑对流域侵蚀产沙的作用较大,同时沟壑对流域侵蚀产沙的影响与时间尺度有关,在多年平均尺度下,高级别沟壑只起到泥沙输送通道的作用.     

东北地区融雪期径流及产沙特征分析

严重的水土流失已威胁到东北地区的土地资源,融雪径流及其造成的侵蚀作为该地区水土流失的重要组成部分,但相关研究较少。本文利用全区93个气象站降水资料,分析了东北地区降雪与积雪的基本特征。利用27个典型流域水文站径流泥沙资料,分析了融雪期内径流与产沙特征。结果表明:东北各地雪期长度为5~8个月,自南向北逐渐延长。年降雪量占年降水总量的比例多在7~25％,由此形成的融雪期径流深占全年径流深比例达13.3~24.9％,融雪期输沙模数占全年输沙模数比例达5.8~27.7％。融雪期流域输沙模数受地貌影响十分显著:丘陵漫岗区降雪量和径流深均低于山区,但输沙模数平均为山区的2.9倍。融雪输沙模数与流域面积有十分显著的幂函数递减关系。为揭示融雪侵蚀影响因素及其作用机理,今后应加强融雪期内流域侵蚀及产沙监测。     

近期流域沙量平衡计算研究进展

沙量平衡计算是一种探讨侵蚀泥沙从坡面、沟道等处侵蚀起到流域出口输出这一复杂过 程十分有效的研究方法, 该方法将流域内泥沙的侵蚀、输移、沉积和输出等过程进行综合考虑, 既 打破了流域泥沙研究的破碎性, 也可以有效地评价泥沙输移系统的有效性。近期国外泥沙平衡计 算研究在研究方法上有了很大的改进和提高, 对其进行总结和评价将有助于我国沙量平衡研究 的开展, 从而为流域水沙管理提供一个有效的方法和手段。     

邛海北岸官坝河山洪泥石流灾害特征及发展趋势

官坝河为邛海流域最大支沟,近年来山洪泥石流频发,对邛海产生严重泥沙淤积灾害。本文在对官坝河1998年7月6日百年一遇泥石流灾害调查基础上,分析泥石流形成运动特征及其对邛海的淤积效应,揭示山洪泥石流暴发主要影响要素及发展趋势。研究表明:官坝河流域内物源丰富且形式多样,山洪泥石流暴发频率高且规模大;流域沟道长且比降大,沿途流速流量变化大且流态变换复杂;山洪泥石流对邛海泥沙淤积严重,大量泥沙不仅堆积在入湖口,还以浊流形式输移至湖心处;区域频繁地震活动、强降雨作用和不合理人类活动共同促进山洪泥石流暴发,预测山洪泥石流活动强度总体呈上升趋势。该成果可为官坝河流域规划管理和工程治理提供参考依据,有助于揭示区域山洪泥石流特征及其对邛海的泥沙淤积演化过程。     

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。     

耕作侵蚀对不同坡度下紫色土侵蚀产沙的影响

川中丘陵紫色土在长期耕作侵蚀与水蚀的交互作用下侵蚀严重,在不同地形条件下紫色土耕作侵蚀坡面在二者相互作用的内在机理,以及水力学特征随坡度的变化规律尚不明晰。本文选取四川盆地典型紫色土坡地土壤为研究对象,以10 m~2 土槽坡面坡顶裸露2 m~2母岩代表受耕作侵蚀严重的坡面(TE),以坡顶未发生母岩裸露作为对照坡面(CG),设计5种不同坡度(5°、10°、15°、20°和25°)坡面,在室内人工降雨大厅进行60 min强度为90 mm·h~(-1)的模拟降雨。试验结果表明:(1)当坡度从5°逐渐增加到25°时,TE坡面较CG坡面累计产沙量分别增加了 17.73%、49.91%、83.95%、57.70%、29.56%,在坡度为15°时增长比例最大。(2)TE和CG坡面平均流速和弗劳德数随着坡度增加而增加,阻力系数和雷诺数随着坡度增加而减小。与CG相比,TE坡面的流速、弗劳德数和雷诺数均显著增加,而阻力系数在10°～20°坡面显著减小。(3)在TE和CG坡面上,产沙速率和流速、弗劳德数均呈显著正相关关系,产沙速率和阻力系数呈显著负相关关系,产沙速率与雷诺数相关性不明显,拟合结果表明平均流速可以很好地预测坡面产沙速率和水力学变化趋势。研究显示不同坡度条件下耕作侵蚀均加剧了坡面水蚀的发生,15°可能是耕作-水复合侵蚀坡面产沙的临界坡度。本研究结果不仅丰富了耕作侵蚀对水蚀影响的理论,也为川中丘陵紫色土区土壤侵蚀防治提供了科学依据。     

泰宁县芦庵坑沟特大灾害性泥石流应急科学调查

2016年5月8日福建泰宁县开善乡金溪左岸的芦庵坑沟发生了特大规模的灾害性泥石流,导致36人死亡失踪。现场调查表明,本次灾害为稀遇低频、粘性、特大规模、灾害型沟道泥石流。泥石流容重达2.0 g/cm~3。沟口扇顶上游120 m的流通区断面泥石流流速达到12.2m/s,泥石流流量830 m~3/s,泥石流运动时间2 min,一次固体物质总量为1.9万m~3,泥石流的颗粒冲击力达900 t。泥石流成因系沟床与坡面崩滑堆积物在高频率的雷声与强暴雨联合作用下引发。