沟床起动型泥石流预报研究

贵州省望谟县2011年6月6日暴发了特大山洪泥石流,其中暴雨中心所在的打易镇多处暴发泥石流。短历时强降雨激发了沟床起动类型的泥石流。本文通过对贵州望谟河流域群发泥石流的调查,得出该流域的66条沟中,22条沟无沟床起动类型泥石流暴发,25条沟暴发沟床起动类型泥石流,还有19条沟无法确定是否有沟床起动类型泥石流暴发。在前期工作基础上,提出了地质条件和降水条件因子的改进方法;并在前期工作的3大条件（地形条件、地质条件和降水条件）之间的关系基础上,由贵州望谟群发泥石流数据得出改进沟床起动类型泥石流的临界值,提出了泥石流的预报模型。本文模型在我国西南地区的泥石流验证中非常成功,为泥石流的预报提供了一个新方法。预报模型中的地形因子和地质因子还可以判断泥石流流域的暴发频率,为正确地判断泥石流流域的特征打下了基础。预报模型也可以估算泥石流的暴发规模,为定量地预测泥石流危害范围提供了依据。     

沟床起动型泥石流的10 min降雨预报模型

针对沟床起动型泥石流的诱发因素为高强度短历时的降雨,提出10 min降雨强度是这类泥石流暴发的关键。在1 h预报模型的基础上,基于云南蒋家沟的多年泥石流观测资料,修正了1 h预报模型的降雨参数,并得到了10 min降雨预报模型。10 min降雨预报模型在中国西部的其他流域,如云南浑水沟、贵州望谟县打易区域泥石流沟、四川三滩沟、四川雅安陆王沟和干溪沟、甘肃柳湾沟、甘肃马槽沟等流域的验证中,取得了较好的结果。10 min降雨预报模型是部分建立在泥石流的形成机理上的模型,并不是完全的统计模型,因此该模型也可以用于其他地区的沟床起动类型泥石流预报。     

云南小江泥石流与泥石流滩地开发

小江泥石流位于云南省东北部 ,属暴雨型泥石流 ,是中国四大泥石流作用区之一。 2 0世纪 5 0年代以来 ,共成灾 40余次 ,直接经济损失 70 0 0余万元 ,已成为阻碍当地经济发展的大患。本流域泥石流是地质环境和气候环境变异以及人类经济活动叠加形成的地质灾害 ,其活动机理包括固体松散物源形成、河流加剧冲刷切坡、强降雨或地震诱发泥石流等 3个过程。泥石流防治的根本在于控制山地荒漠化并恢复植被与生态环境。然而 ,要退耕还林就必须开发泥石流滩地 ,以安置坡地区居民 ,开发工程不仅要先治理泥石流沟谷 ,而且还要治理河床。小江农场是小江泥石流滩地开发的成功典范 ,其成功的基本条件总结 ,为泥石流滩地开发研究提供了宝贵的经验。     

基于黏土颗粒含量的泥石流容重计算

泥石流灾害的防治通常采用“稳、拦、排”的基本模式,但对于不具备排导条件的泥石流治理方法,仍在探索之中。本文以阿勒泰布尔津县科克逊泥石流为例,对排导受限条件下的泥石流防治模式进行了探索性的分析研究,提出了“上游拦挡物源、中游稳固沟道和消能、下游综合排导”泥石流治理新模式。该模式在稳定和拦截泥石流物源的基础上,充分利用下游地形地质条件,在下游沟口地形开阔处修建拦水堤坝,坝前设置渗水区,拦截和储存水体,借助该区地层良好的渗透性,使临时储存的水体快速下渗转化为地下水进行排泄,从而有效达到治理泥石流灾害的目的。本文以新疆布尔津科克逊泥石流为例,系统分析了研究区地形地貌、水文、工程地质条件、下游堆积区地质结构等,优化了工程布局和结构设计,通过现场工程应用验证了新模式的可行性和有效性,并根据不同地质条件、气候特征、社会经济情况等提出了相应的适应性调整措施,提高泥石流防治的长期有效性,成果可为排导困难区域的泥石流防治提供借鉴。     

泥石流学科的发展和对策

泥石流研究首先要积极投身于国民经济建设主战场,并以泥石流综合防治为契机,促进山区生态经济系统的良性循环,使得根治泥石流灾害与社会、经济、生态环境协调发展。其次,要突破学科的前沿问题——泥石流起动理论和阻力规律。初步提出了实现目标的措施。     

水力类泥石流起动机理与预报研究进展与方向

水力类泥石流是泥石流的一大类型,一旦暴发可造成巨大的人员伤亡和财产损失,因而其起动机理和预报是泥石流学科的前沿课题。尽管国内外研究在该领域取得了显著进展,但是由于该类泥石流起动机理的复杂性,已有的预报模型和其实用性仍然有相当的差距。概述了水力类泥石流起动与预报的国内外研究进展,提出未来该研究方向的主要研究内容。未来研究内容应该包括从环境地质学、地貌学和水文学角度认识水力类泥石流的起动成因和过程及相应的临界条件;研究以水文学为主线的水力类泥石流的起动机理和模型,并提出水力类泥石流的起动水文参数临界条件;建立以临界流量法和分布式水文模型为理论依据的水力类泥石流的预报途径和方法。该研究对加强水力类泥石流起动机理及预测预报的创新性研究和促进学科发展具有重要的科学价值和实践意义。     

根据泥石流沉积物计算泥石流容重的方法研究

泥石流的容重是泥石流的最重要的参数之一,用简单易行的方法获得泥石流的容重因泥石流灾害的评估和泥石流的防治的需要显得日益重要。分析了泥石流的组成颗粒中3个分别代表粗颗粒,细颗粒和粘粒颗粒的颗粒粒径,即2 mm、0.05 mm和0.005 mm,及它们的百分含量与泥石流容重的关系。在对泥石流的组成颗粒的研究中发现泥石流中的粗颗粒,细颗粒和粘粒颗粒的百分含量与泥石流容重都有一定的关系,但因地区的差异这种关系不是唯一的。粘性泥石流中的粘粒含量与物源区的粘粒含量相当,稀性泥石流的粘粒含量远大于物源区的粘粒含量。用粗颗粒和细颗粒百分含量计算的泥石流的容重与泥石流观测样和沉积样对比有较好的一致性。根据泥石流沉积物计算的泥石流容重应服从根据沉积物的特征判断的泥石流类型和框定的泥石流容重范围。     

基于栅格径流汇流模拟的西藏林芝市泥石流灾害预警模型初探

西藏林芝市泥石流灾害频发,亟需建立泥石流灾害预警模型,预测林芝市泥石流灾害可能发生的区域,减少泥石流灾害导致的损失。文章提出了一种基于栅格径流汇流的林芝市泥石流灾害预警模型,从栅格像元尺度上模拟流域各位置上的水深,以提高泥石流预警的空间针对性。该模型将泥石流致灾因子分为背景因子和激发因子。通过林芝市裸岩率、河床纵比降等因子的逻辑回归,获取林芝市泥石流灾害概率,作为泥石流预警模型的背景因子;引入栅格径流汇流模型,以站点降水和雪水当量为模型的水量输入,模拟预警时段内的流域各位置上的模型水深,作为泥石流预警模型的激发因子。利用二元逻辑回归的方法计算背景因子和激发因子的权重,建立泥石流预警模型。利用2011—2020年18次历史灾害对模型进行验证,落入预警区内的灾害点占比64.4%,预警精度较高,对于林芝市泥石流灾害预警具有一定的指导意义。     

风景区泥石流防治特点与技术

中国大部分风景区位于山区,泥石流时有活动,破坏景观资源,危害生态环境,危及游人安全,而风景区泥石流往往暴发频次低,多含有漂木。分析了风景区泥石流防治的需求和特点,提出了风景区泥石流防治以保护自然景观和生态环境为主、灾害治理工程与自然景观相协调的基本目标。通过泥石流形成区源头治理、新型结构(梳齿坝、滤水坝、预制组合结构)和林内分散拦淤等措施,实现风景区的泥石流的治理目标,形成了以减灾工程与自然景观相协调和工程减灾与生态减灾功能相结合的风景区泥石流治理技术。采用这些技术对世界自然遗产九寨沟的14条灾害性泥石流进行治理,有效地控制了泥石流的发生和成灾,达到了保护景观资源、生态环境、游客与居民安全的目的。     

基于径流系数的流域产流模型建立及检验

降雨径流关系因其原理简单实用在实际洪水预报中应用广泛,但一直以来是经验推算。在阐述降雨径流关系的基础上,构建了基于径流系数的流域产流模型,并确定了径流系数的计算公式。将该模型应用在伊河流域的东湾站、沙颍河流域的官寨站以及灌河鲇鱼山站等控制流域的径流预报中,结果表明,模型在3个流域的预报合格率均达到了乙级以上作业预报要求。该模型简单实用,计算步骤可行,并易于程序化,可进一步推广应用。     

基于LAHARZ的泥石流堆积范围预测模型的建立及应用

为了探究泥石流的堆积范围,利用LAHARZ软件,对北京市密云县泥石流沟喇嘛栅子南沟进行了数值模拟。结合泥石流沟小流域1：10 000数字高程模型图,模拟了泥石流的堆积范围。首先利用中国部分地区泥石流体积和堆积范围的数据资料,获得了泥石流体体积与其堆积范围的新的统计模型B=11.42V^0.7156;然后通过模拟沟道与实际沟道的对比,确定了最佳沟道阈值为15 000;再结合现场调查统计和降雨历史资料,确定了10年、20年、50年和100年一遇暴雨条件的泥石流体积值,分别为56 500、72 900、94 200和113 100 m³;最后在此基础上对该条泥石流沟的堆积范围进行了预测。结果表明,100年一遇的暴雨条件下泥石流堆积面积为48 729 m²,到达最远距离约为490 m,已影响下游村庄。     

水沙物理模型CASC2D-SED的DEM尺度效应发生机制

DEM分辨率对分布式水沙过程模拟具有重要影响,然而,产生影响的内部机制尚不明确。改进水沙物理模型CASC2D-SED的结构,将坡度由DEM在模型内部直接提取改为由模块单独计算,并将坡度设计为模型的独立输入参数,通过单独改变坡度参数来研究坡度对水沙模拟DEM尺度效应的影响。基于改进的CASC2D-SED模型,以内蒙古准格尔旗沙圪堵镇附近的一个小流域为研究对象,以无人机航测的1m分辨率DEM数据、野外实测与室内实验获得的土壤特性数据、土地利用数据和降雨数据为基础,采用3种水沙模拟方案进行多象元尺度的水沙过程模拟,进而探索水沙过程模拟的DEM尺度效应及发生机制。研究表明:⑴在4~20m GRID分辨率区间模拟的径流量位于323.18m3和411.43m3之间,波动不大;⑵2~20m GRID分辨率区间内,模拟的侵蚀流量在3.43m3和65.61m3间变化,波动很大;(3)坡度和径流路径是水文过程模拟DEM尺度效应的两个对立影响因子,是水文过程模拟DEM尺度效应不明显的主要原因;⑷DEM尺度效应对侵蚀输沙具有重要影响,地形坡度是侵蚀输沙DEM尺度效应的主要控制因子;⑸地形坡度随DEM分辨率降低而发生的空间上的波动变化是侵蚀输沙量随DEM分辨率降低而波动变化的原因。     

崩塌堆积体启动坡面泥石流判别与防治 ——以北川县开坪乡平石板泥石流为例

强震区地震后大量的崩塌堆积体堆积于高陡斜坡中上部,堆积体远离居民点,一旦诱发为坡面泥石流,形成新的次生地质灾害,将严重威胁下方居民的生命财产安全。本文以北川县开坪乡平石板坡面泥石流为例,平石板沟“5.12”地震崩塌堆积体在2010、2013年强降雨作用下失稳转变为坡面泥石流淤积场镇。在平石板泥石流暴发特征介绍基础上,通过粒径不均匀系数、堆积体启动判别指标、后缘汇水面积等来分析崩塌堆积体启动条件及影响因素,并针对此类灾害发育特征,提出了通过上游稳拦固源方法进行治理的防治思路。以期为研究高陡斜坡堆积体的启动机制及防治提供一定的借鉴意义。     

人工神经网络方法在径流预报中的应用

采用ＢＰ神经网络模型,以西北内陆河黑河流莺峡年平均出山地表流量为研究对象,对人工神经网络研究方法在干旱区环流径流预报中的应用进行了初步尝试,结果表明该预报成功率较高,证实了人工神经网络方法应用于流量预报领域的可行性,并分析了该方法在预报过程中的优缺性。     

Effect of Model Scale and Particle Size Distribution on PFC3D Simulation Results

This paper investigates the effect of model scale and particle size distribution on the simulated macroscopic mechanical properties, unconfined compressive strength (UCS), Young’s modulus and Poisson’s ratio, using the three-dimensional particle flow code (PFC3D). Four different maximum to minimum particle size (d _max/d _min) ratios, all having a continuous uniform size distribution, were considered and seven model (specimen) diameter to median particle size ratios (L/d) were studied for each d _max/d _min ratio. The results indicate that the coefficients of variation (COVs) of the simulated macroscopic mechanical properties using PFC3D decrease significantly as L/d increases. The results also indicate that the simulated mechanical properties using PFC3D show much lower COVs than those in PFC2D at all model scales. The average simulated UCS and Young’s modulus using the default PFC3D procedure keep increasing with larger L/d, although the rate of increase decreases with larger L/d. This is mainly caused by the decrease of model porosity with larger L/d associated with the default PFC3D method and the better balanced contact force chains at larger L/d. After the effect of model porosity is eliminated, the results on the net model scale effect indicate that the average simulated UCS still increases with larger L/d but the rate is much smaller, the average simulated Young’s modulus decreases with larger L/d instead, and the average simulated Poisson’s ratio versus L/d relationship remains about the same. Particle size distribution also affects the simulated macroscopic mechanical properties, larger d _max/d _min leading to greater average simulated UCS and Young’s modulus and smaller average simulated Poisson’s ratio, and the changing rates become smaller at larger d _max/d _min. This study shows that it is important to properly consider the effect of model scale and particle size distribution in PFC3D simulations.     

An Overview of Formation Mechanism and Disaster Characteristics of Post-seismic Debris Flows Triggered by Subsequent Rainstorms in Wenchuan Earthquake Extremely Stricken Areas

The Wenchuan earthquake induced large amounts of debris flows and catastrophic incidents triggered by subsequent rainstorms occurred frequently in the past 6 rainy seasons, and thus resulted in serious casualties, huge economic loss and long-term impact. In this paper, post-seismic debris flows distributed in 10 Wenchuan earthquake extremely stricken counties were verified and debris flow database consisting of 609 debris flows was established based on detailed investigation organized by Land and Resources Department of Sichuan Province. Combined with database and related studies, the impact of Wenchuan earthquake on debris flows was analyzed. And then variation of formation conditions including rainfall threshold and landform condition was analyzed by contrasting pre-seismic and post-seismic debris flows. Followed are some typical viewpoints on initiation mechanism of post-seismic debris flows. In the end of this paper, characteristics of postseismic debris flows triggered by subsequent rainstorms were comprehensively summarized, such as regional group occurrence, high frequency, high viscosity, chain effect, huge dynamics, large scale and long duration. We hope this paper will be helpful in understanding the formation mechanism, disaster characteristics and prevention countermeasures of post-seismic debris flows in Wenchuan earthquake extremely stricken areas.     

基于栅格尺度的双层融雪径流模型研究及应用

以新疆天山北坡军塘湖河流域作为研究区,基于物理机制构建双层分布式融雪径流模型,利用研究区数字高程模型(DEM)提取流域信息,运用GIS技术与遥感技术获取积雪、植被、土壤等与融雪径流模型有关的地表信息,并结合WRF中尺度数值预报模式作为该模型气象驱动数据,对研究区融雪期进行模拟,结果显示:2009、2010年峰值模拟期间,实测与模拟径流过程线拟合度高,QR合格率分别达87%、90.85%。该模型适用性较好,对融雪洪水预警具有一定的参考价值。     

基于贝叶斯模型平均的径流模拟及不确定性分析

水文模型是模拟水循环过程重要手段,依靠单个模型进行模拟往往存在很大的不确定性,使通过多模型进行组合模拟成为必然趋势。选取3个集总式水文模型应用贝叶斯模型平均(BMA)进行流域月径流量的多模型模拟,采用期望最大化算法推求BMA分布参数以得到BMA均值模拟序列和90%不确定性区间。以武烈河实测数据为例进行分析,结果表明:BMA方法既能通过均值模拟提供更高精度的模拟效果,还可通过不确定性置信区间定量评价模型结构不确定性,为径流模拟提供丰富信息。