亚洲高山区冰湖溃决洪水事件回顾

冰湖溃决洪水是由冰湖快速大量释水所导致的自然灾害。在全球变暖背景下,亟待建立完整的冰湖溃决洪水数据库,以进一步对冰湖进行危险性评估和风险管理。整理了亚洲高山区（青藏高原及周边地区）的冰湖溃决洪水资料,得出冰湖溃决洪水主要分布在天山山脉、喀喇昆仑山、喜马拉雅山脉、念青唐古拉山、横断山等区域。20世纪以来,亚洲高山区共计发生冰湖溃决洪水277起,其中冰碛湖溃决洪水113起,冰坝湖溃决洪水164起。导致冰碛湖溃决的诱因以冰-雪崩或冰川滑塌为主导,占50.1%,埋藏冰融化或管涌、强降水或上游来水、滑坡-岩崩以及地震占比分别为23.1%、18.5%、7.4%和0.9%。1980年以来,冰碛湖溃决洪水的发生频率呈较弱的增长趋势;但由于发生溃决的冰湖趋于小型化,其溃决水量与洪峰流量在喜马拉雅山脉、天山山脉等地区呈显著下降趋势。2010—2018年间喜马拉雅山脉中段发生8起冰湖溃决洪水事件,远高于天山山脉、喜马拉雅山脉东段和念青唐古拉山等地区,成为新的高发区,是未来重点关注的地区。在未来冰湖溃决洪水频率可能增加的状况下,相关国家和地区在应对冰川灾害、实现区域防灾减灾等方面需要加强沟通交流,共同建立跨区域协调的防灾体系。     

冰湖溃决泥石流形成的临界条件

随着全球气候的变暖, 在世界上许多高山峡谷区的冰湖溃决及其溃决洪水引发的泥石流, 经常对下游居民及其他基础设施造成极为严重的危害. 使用水槽试验的方法, 从单宽流量和库容、沟道纵坡、堆积物粒径3个方面探讨了冰湖溃决泥石流形成的影响因素和临界条件. 结果显示: 冰湖溃决泥石流形成与否不仅与溃决洪水提供的能量有关, 还与参与泥石流活动的沟床物质特性紧密相关. 通过对试验数据的分析, 当泥石流形成的特征参数K>2.66时, 冰湖溃决洪水可以演化为泥石流. 该种方法可以对危险性冰湖的预测提供理论参考.     

1961—2021年叶尔羌河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水变化特征北大核心CSCD

叶尔羌河流域冰湖溃决洪水致灾严重,在全球变暖背景下建立完善冰湖溃决洪水数据库,掌握其变化规律是开展冰湖研究和洪水危险性评估、风险管理的基础。基于水文径流数据、科考资料及洪水灾情资料,建立了1961—2021年叶尔羌河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水数据库,利用线性趋势、R/S分析、累积距平、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法分析了冰湖溃决洪水的频次、洪峰流量变化特征,基于多概率分布函数估算了不同重现期情景下的洪峰流量并对其进行了危险性评估。结果表明:叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水出现频次和洪峰流量在月分布上均呈单峰型,8—9月溃决洪水风险全年最高。1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次线性变化趋势不明显,呈现高、低交替变化的年代振荡特征,洪峰流量则呈现显著线性减少趋势,其减少速率为15.5 m^(3)·s^(-1)·a^(-1),对于洪水资源化利用而言利大于弊。对于19 a准周期,短期内克亚吉尔冰湖溃决洪水发生频次处于低位,风险较低,并将持续下降到2027年左右,此后进入下一个上升阶段。虽然21世纪初受全球气候变化影响,克亚吉尔冰湖溃决洪水出现短暂的高频期,但这仍不能改变其振荡减少为主的长期变化特征。克亚吉尔冰湖溃决洪水在5 a一遇重现期情景下有一定的致灾风险,10 a及以上不同重现期情景下致灾风险极高。建议后期加强对叶尔羌河克亚吉尔冰湖的动态监测、风险评估以及冰湖溃决突发洪水机理研究,加快水利工程建设力度,趋利避害、提高流域防洪减灾能力。     

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。     

冰湖溃决洪水的二维水动力学数值模拟

为分析冰湖溃决洪水过程,建立了一个二维非恒定流数值模型,可以定量的开展冰湖溃决洪水预测.数值模型的基本控制方程采用二维浅水水流方程,数值方法采用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式,并用非界面追踪的方法处理干湿边界.通过理想情况下一维解析解的验证和二维复杂地形情况的数值试验,证明数值模型具有较好的精度和可靠性,并且可以适应复杂地形.将数值模型应用于一个典型的冰湖溃决事件,定量地预估了该冰湖溃决洪水过程,结果表明:水流流速很高,床面剪切应力很大,可能诱发活跃的泥沙运动,形成泥石流灾害.     

基于动力过程的冰湖溃决洪水侵蚀演化特征研究北大核心CSCD

冰湖溃决洪水具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流发生等特点。目前针对冰湖溃决洪水动力演化特征的定量研究相对匮乏。为此,对次仁玛错冰湖溃决洪水灾害演化特征进行研究,以实地调查及多期遥感影像为基础,并采用泥沙输移模型和水动力模型耦合方法揭示冰湖溃决洪水侵蚀演化特征。模型基于精度为12.5 m的数字高程(DEM)地形数据,模拟反演1981年次仁玛错冰湖溃决洪水动力演化过程,与实测结果进行对比,验证模型的适用性和可行性,并对冰湖再次溃决进行预测分析,定量评价冰湖溃决洪水在演进过程中流深、流速、侵蚀和沉积特征。溃决洪水在演进过程中对章藏布支沟冰碛物及下游沟岸松散坡积物进行冲刷侵蚀,高含沙洪水逐渐演化为稀性泥石流,在707滑坡处流深8~10 m,最大流速13.7 m·s^(-1),侵蚀深度8~9 m。稀性泥石流在主沟沉积形成堰塞坝,坝高9~11 m,短暂堵塞波曲河。稀性泥石流对樟木口岸下游滑坡群坡脚进行冲刷侧蚀,侵蚀深度约10~13 m,易引发大规模次生灾害,稀性泥石流到达水电站处,淤埋水电站进水口,导致水电站失效。整体来看,溃决洪水在演进过程中,洪水对上游沟床及沟岸进行强烈的侵蚀夹带,洪峰流量增强,在中游,稀性泥石流对沟岸进行侧蚀,在沟道狭窄处流速增大,下切侵蚀增强,在沟道宽阔处,流速降低,固体物质沉积,整体达到冲淤平衡,洪峰流量随距离逐渐衰减,至下游,沟道地形开阔,流速放缓,稀性泥石流逐渐沉积,同时对沟道两岸进行侧蚀,整体为沉积。模型可以良好地揭示冰湖溃决洪水灾害侵蚀演化动力特征。     

土石坝漫顶溃决及洪水演进研究进展

土石坝漫顶溃决往往在其下游产生巨大的洪水灾难,研究坝体溃决及洪水演进是防灾减灾的需要。对土石坝漫顶溃决过程现象、机理及其模拟的研究进展进行了综述。讨论了物理模型试验的尺度设计,总结了不同尺度、不同类型、不同条件溃坝试验的研究成果;按照参数模型、简化物理模型、精细物理模型,分类总结了漫顶溃坝数学模型研究进展;阐述了溃坝洪水演进方面的试验与模拟研究。在此基础上,对该研究领域今后的研究工作提出了若干展望,包括河道边界对溃坝过程及溃坝洪水传播过程的影响、非均质土石坝溃决机理、溃坝过程中挟沙水流冲蚀规律、溃坝下游河床的冲淤调整及泥沙分选、溃坝对水生态环境的冲击影响等。     

滑坡堵江坝溃决洪水及其演进的理论分析

崩滑堵江事件在世界范围内，尤其在山区广泛存在。溃坝后形成的洪水异常凶猛，洪峰高达几米至几十米，演进过程中常造成下游严重灾害。因此，崩滑堵江事件及其灾害链已严重影响人类的工程经济活动。本文对溃决洪水流量，洪峰及其演进过程进行了理论分析，建立了一套预测溃坝洪水特征的计算公式，并用实例验证，取得了较好的效果。     

科西河跨境流域水旱灾害与防治

科西河流域是恒河的一个重要支流,地跨中国、尼泊尔和印度3个国家,流域面积7.15万km2,流域具有世界上最大的高差(从海拔8 848 m的珠穆朗玛峰到海拔60 m的恒河平原),最为完整的气候、土壤和植被带谱。流域发育有罕见的多类型水旱灾害,主要有冰湖溃决、洪水、干旱、水土流失等。通过实地调查这一代表性跨界流域的水文、气象、地质、地貌、土壤植被和区域社会经济等基本特征并结合已有的研究资料,揭示流域冰湖溃决、洪水、干旱等水旱灾害的特征和时空发育规律。流域冰湖溃决灾害集中于科西河流域上级支流,灾害损失巨大,并由于溃决洪水的侵蚀,沿途链状滑坡泥石流灾害发育;洪水灾害主要集中于流域下游,在相对较高标准的防洪体系中,洪水灾害是自然因素和人为因素相结合产生的,并造成流域水土流失严重;干旱灾害范围大,年内持续时间长,并且由于人口增加和生态退化进一步严重化。最后,依据流域水旱灾害特点,提出一系列减灾策略与措施。     

土石坝漫顶溃决及洪水演进研究进展

土石坝漫顶溃决往往在其下游产生巨大的洪水灾难,研究坝体溃决及洪水演进是防灾减灾的需要。对土石坝漫顶溃决过程现象、机理及其模拟的研究进展进行了综述。讨论了物理模型试验的尺度设计,总结了不同尺度、不同类型、不同条件溃坝试验的研究成果;按照参数模型、简化物理模型、精细物理模型,分类总结了漫顶溃坝数学模型研究进展;阐述了溃坝洪水演进方面的试验与模拟研究。在此基础上,对该研究领域今后的研究工作提出了若干展望,包括河道边界对溃坝过程及溃坝洪水传播过程的影响、非均质土石坝溃决机理、溃坝过程中挟沙水流冲蚀规律、溃坝下游河床的冲淤调整及泥沙分选、溃坝对水生态环境的冲击影响等。     

广西客兰水库渗漏原因分析与大坝渗流评价

本文分析了客兰水库库区、坝体、输水涵管、坝基、溢洪道、输水隧洞等工程部位渗漏情况和原因,并对坝体进行了有限元渗流计算与分析。     

金沙江中游上江坝址河床深厚覆盖层建高坝可行性探讨

摘 要 上江坝址为金沙江中游龙头水库的比选坝址之一,坝址河床覆盖层最厚达206.2 m,在深厚覆盖层上修建最低249 m级的高土石坝,大坝规模达到甚至超过世界前沿水平,筑坝技术难度大。通过测绘、钻探、物探、物理力学测试等工作揭示:(1)河床覆盖层由漂卵石、低液限粘土、砾卵石、碎块石、砂砾石等组成;(2)河床覆盖层中各粗粒土强度相对较高,低液限粘土强度较低,为坝基一条连续完整的相对软弱带;(3)坝址位于龙蟠断陷盆地内,主要受新构造垂直差异运动的影响,河床接受金沙江上游及坡体上物质堆积,逐渐形成了现今的深厚覆盖层。初步研究本坝址在河床覆盖层上建高土石坝是可行的,但需要对坝基采取工程处理措施。探讨了不同建坝方案所引发的工程地质问题,为筑坝技术研究提供了地质依据。     

地震作用下的灰坝液化特征及其动力稳定性分析--以安阳电厂为例

根据安阳电厂灰坝岩土工程性质及其动力学特性,建立了适合灰坝工程的动力分析模型并采用有限元法进行了动力分析.在此基础上,在不同工况条件下对灰坝进行了抗液化安全评价及抗震稳定性分析.研究表明,在不设碎石桩、无排渗体条件下,粉煤灰子坝的抗液化安全系数Ks＜1.25,将发生液化;在设碎石桩、有排渗体条件下,粉煤灰子坝的抗液化安全系数明显提高,Ks≥1.25,不会发生液化.抗震稳定性分析表明,在上述两种工况条件下灰坝是稳定的.     

铁矿尾矿料力学特性及坝体变形稳定性研究

尾矿料矿物成分复杂,物理力学特性区域差异性大。本文以西南地区某铁矿拟建尾矿库为研究对象,对粗、细两种尾矿料进行了系统的物理力学特性试验,获得了粗细尾矿料物理力学指标并应用到尾矿库坝数值分析,分析了该尾矿库坝的应力变形特性,对不同堆积高程、不同工况下尾矿库坝的安全稳定性进行计算分析。此外采用拟静力法对地震荷载作用下尾矿坝的稳定性进行分析。结果表明,粗尾矿料会呈现出剪胀和软化力学特性,而细尾矿料则无明显剪胀;尾矿坝坝体内以压应力为主,坝体表面出现小范围拉应力区;高堆积高程,坝体倾向于发生深层滑动,坝体最小安全稳定性系数较大;干滩长度增大明显提高坝体稳定性;最后对该尾矿库的安全运行提出了一些针对性措施及建议。     

观音岩水电站坝址区右岸岩体溶蚀发育机理研究

观音岩水电站位于金沙江上游,坝型初拟混凝土重力坝和心墙堆石坝组合坝.坝址区分布有侏罗系中蛇店组(J2s)地层,岩性主要为钙质铁质胶结的砾岩、石英砂岩,其中砾石成分以泥晶灰岩和生物灰岩为主.在地下水作用下砾岩钙质溶蚀形成规模较大的囊状空腔或孔洞,砂岩则表现为钙质胶结物流失溶蚀呈砂土状或砂糖状,对坝基稳定性造成了一定的影响...     

青海省黑泉水库混凝土面板坝的工程地质问题与工程处理措施

黑泉混凝土面板坝高 1 2 3.5 0m ,位居中国已建成的混凝土面板坝第四。坝址地形破碎 ,构造发育 ,工程地质条件复杂 ,河床第四纪砂卵砾石层存在不利于坝体稳定和变形的夹层 ,大坝设计采取了一些独具特色的结构措施 ,较好地适应了特殊的地质条件。本文重点分析了大坝的工程地质条件及相应的工程处理措施。     

昆明海口头石山尾矿库工程地质问题及处理

头石山尾矿库存在坝址地基土稳定性差和库址渗漏等地质问题,认真研究处理,以确保尾矿库设计合理和坝体安全及投入使用后运行正常。     

喜河水电站坝址区缓倾角结构面综合分析研究

喜河水电站坝型为混凝土重力坝,重力坝对地基岩体的抗剪强度有较高的要求。前期勘查成果表明喜河水电站坝址区存在较多的缓倾角结构面,缓倾角结构面的存在是影响坝基抗滑稳定的关键,因此要对坝基作出抗滑稳定性评价。首先要研究坝址区缓倾角结构面的分布规律及连通情况,通过对坝址区缓倾角结构面的综合分析研究提出合理的坝基岩体的综合抗剪强度。     

攀钢发电厂麻地湾灰场初期坝及堆积灰体工程地质特征研究

分级分期灰渣筑坝是近年发展起来的山谷贮灰场建设的一种新型技术,是为了满足燃煤电厂贮灰年限和调节洪水的要求的一种新型设计.为满足分级分期灰渣筑坝的设计要求,分析评价初期坝的稳定性与先期粉煤灰灰体堆积特征是构筑分级子坝的重要基础.本文通过水文地质及工程地质调查与岩土工程勘察探讨了麻地湾灰场子坝加高所涉及的相关岩土体的工程地质特征与场地水文地质特征,据此对分级子坝加高的工程地质条件进行了适宜性评价,并通过对堆积灰体物理力学试验分析了粉煤灰灰体的堆积特征与压实程度,为子坝加高设计提供了可靠参数.     

陆浑水库坝基水位观测资料分析

经过对 30余年水位观测资料的整理和分析 ,在厘定水文地质模型的基础上 ,运用数理统计原理 ,获得了坝基地下水渗流特征及其变化趋势的基本认识 ,这包括库、管水位关系 ,代表断面测压管平均位势过程线 ,特定库水位时测压管管水位过程线 ,坝基渗流量变化。研究表明 ,上游铺盖与截水槽结合下游排水的防渗体系有效地控制了坝基水位 ,这为水库投入正常高水位(319.5 ,32 7.5 ,331.8m)的运行提供了详实的理论依据。