雅砻江流域河道高程剖面上的堰塞坝印记

堰塞坝会对山区河流的纵剖面产生强烈扰动,在某些情况下,堰塞坝造成的河流纵剖面变陡很容易与构造作用下基准面下降的迁移裂点混淆.然而,在何种程度下堰塞坝会影响基于地貌测量的构造分析还没有系统的研究.因此本文选取青藏高原东缘的雅砻江流域为研究对象,利用遥感影像解译,结合数字高程模型(DEM),来研究堰塞坝对河流纵剖面的影响....     

不同初始含水量条件下的堰塞坝溃决机理

在影响堰塞坝溃决的众多因素中,初始含水量影响堰塞坝的溃决机理仍不清楚。通过开展不同初始含水量条件下的水槽试验,详细探究了初始含水量对溃决过程的影响规律。结果表明：不同初始含水量条件下的溃决过程均具有3个典型阶段,分别是牵引侵蚀过程、溯源侵蚀过程和水沙运动再平衡过程;峰值流量随初始含水量的增大而增大,而溃决历时和残留坝体高度随初始含水量的增大而减小;随初始含水量的增大,溯源侵蚀作用逐渐减弱,牵引侵蚀作用增强;随初始含水量的增大,溃口展宽率降低,侵蚀率增大;初始含水量小于7.8%时,平均侵蚀率增长缓慢,大于7.8%后,平均侵蚀率增长迅速,且10.3%初始含水量对应的平均侵蚀率约为7.8%初始含水量的2倍;溃口宽深比在溃决的前两阶段随初始含水量的增大而减小;溃决结束后的宽深比随含水量的增大呈先趋近于1.00、后远离1.00的演变。     

崩滑堰塞坝(湖)的地貌环境效应

崩滑堰塞坝(湖)具有显著的地貌环境效应,这种效应在时间尺度上分为短期和长期2种,主要表现在河流水文过程、地貌演变、环境生态、景观等方面.堰塞坝形成初期河流原有生境受到干扰,河流生态和景观出现退化.堰塞体溃决强烈改变下游水文过程及河流地貌,严重冲击河流生境和生态,并可能对下游基础设施和群众生命财产造成灾难性破坏.长期稳定维持的堰塞坝深刻影响河流地貌过程,并显著改善河流生境、生态,提升景观水平.堰塞坝(湖)是河床持续下切、岸坡失稳而自然反馈形成的裂点,能增加河流阻力,控制河床下切,如能长期维持是河流健康稳定的促进因素.     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小（坝体Ⅰ）和基本不含黏粒且颗粒较大（坝体Ⅱ）的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明：（1）地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。（2）地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。（3）地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小(坝体Ⅰ)和基本不含黏粒且颗粒较大(坝体Ⅱ)的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:(1)地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。(2)地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。(3)地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

堰塞坝溃坝模型实验研究综述

堰塞坝是天然形成的坝体,结构比较松散、稳定性差、渗透作用强,发生溃决危险性大、概率高、突发性强,而且破坏可能性高及产生的洪水威胁人们的生命和财产安全,因此需要系统、全面的研究。作者从单坝溃坝、级联溃坝及堰塞坝处置的溃坝试验进行详细的回顾,总结及分析了国内外学者在堰塞坝溃坝模型实验取得的成果及局限性,进一步分析了单坝溃决的颗粒级配、密实度、含水率、沟床坡度等因素,最后讨论了溃坝因素与溃决模式、溃决特征、溃决流量、溃口演化的关系。基于模型实验相似理论及模型比尺、实验测试手段、堰塞坝处置三个方面,提出了今后的研究重点。     

基于地貌特征的滑坡堰塞坝形成敏感性研究

滑坡堰塞坝是由斜坡失稳堵塞河道而形成的天然坝体,且易溃坝诱发洪水,对沿岸群众生命财产构成巨大的威胁。为提升主动减灾防灾能力,急需构建了一种快速预测与判断滑坡堵江成坝能力的方法。通过文献资料查阅,结合遥感技术,提取了70处典型滑坡的地貌特征参数,其中50处为堵江成坝滑坡。运用K-S检验和M-W U检验方法分析了滑坡地貌特征因子的敏感性,利用Boruta算法确定了因子重要度,筛选了滑坡体积、面积、高差、长度及河宽共5个地貌特征参数。基于此,利用Bayes判别法与逻辑回归方法,分别建立了滑坡堰塞坝形成的预测模型,准确率超过90%。选取高重要度且差异显著的因子,利用比值法建立了滑坡堵江成坝阈值判据,实现了滑坡堰塞坝形成的快速判定。统计不同诱因下滑坡地貌特征,对比V-W_r经验公式,确定了滑坡堰塞坝形成与诱因间的关系,为进一步构建不同诱因下滑坡堰塞坝形成预测模型提供了技术支撑。     

思茅盆地河流地貌特征及其对构造活动的响应

河流地貌对构造活动具有极高的相关性、敏感性,是研究新构造活动最切实有效的地摘貌标要志之一。本文以30 m分辨率数字高程模型（DEM）为基础,利用ArcMap与Matlab软件提取的河流地貌因子（Horton定律比值和S-A双对数曲线）,先后分析了思茅盆地内部的李仙江、藤条江、勐戛河、威远江、南班河和南腊河等的河流地貌特征,揭示新生代晚期强烈构造活动对河流发育的影响。结果表明：1）思茅盆地的河流多沿或平行于走滑断裂发育,低级别河网较好的符合Horton定律中一般河网的发育规律,而沿活动断裂带发育的高级别河网则表现出了明显的偏差;2）各集水盆地 S-A双对数曲线均呈凹凸相间排列;3）各集水盆地河道的裂点分布特征与岩性变化不一致,这表明思茅盆地内部高级别河网的发育受岩性变化的影响较小,而主要受走滑断裂活动的影响。     

考虑河床坡度和泄流槽横断面影响的堰塞坝溃决过程试验研究

针对缺乏地形条件和工程处置措施对堰塞坝溃决过程影响研究的现状,采用4种河床坡度（0°、1°、2°、3°）和3种泄流槽横断面型式（三角形、梯形、复合型）,开展了堰塞坝溃决的模型试验。通过分析堰塞坝的溃决流量、溃决历时、溃口发展和坝体纵截面演变过程,研究了不同河床坡度和泄流槽横断面对堰塞坝溃决过程的影响规律。试验结果表明：（1） 堰塞坝溃决过程可分为3个阶段。阶段I：溃口形成阶段,溃决流量较小;阶段II：溃口发展阶段,水流下蚀及侧蚀强烈,溃决流量到达峰值;阶段III：衰减-平衡阶段,粗化层形成,溃口停止发展。（2） 河床坡度增加意味着下游坝坡、坝顶及泄流槽的坡度增加,导致水流侵蚀能力增强,溃口下切迅猛,因此在0°~3°范围内河床坡度越大,峰值流量越大,峰现时间越早,溃决流量过程曲线越趋于“高瘦型”,且残留坝高越小。（3） 泄流槽横断面型式不同导致其槽深、槽宽和侧坡坡度不同,进而影响溃口发展和溃决流量。三角形槽的水土作用面积小,溃口下切及展宽速率最高,峰值流量最大,峰现时间最早;梯形槽的槽底高程最高,水土作用面积最大,溃口下切速率最低,峰现时间最晚;而复合槽介于前两者之间。试验成果将为堰塞坝应急抢险和工程措施的选取提供依据。     

河流瞬时地貌:特征、过程及其构造-气候相互作用内涵

河流系统在造山带长期演化过程中会趋于均衡状态,在纵剖面形态上表现为光滑的下凹样式。均衡地貌常常由于构造活动、气候变化等条件的改变而被打破,在达到下一个均衡状态之前,会一直处于不均衡的瞬时演化阶段,此时河流系统的地貌特征则称为瞬时地貌。通过河流瞬时地貌研究,可以理解造山带内部河流系统的演化阶段、构造活动以及气候变化的强弱、幅度等信息。本文在简要概述河流瞬时地貌概念的基础上,引出瞬时地貌在河流纵剖面的典型标志,即河流裂点;进而详细介绍河流裂点的形成过程及其机制;以河流纵剖面分析为基础,提出了河流裂点识别和提取方法;再以北美内华达山系,南美安第斯山脉以及青藏高原东南缘、东北缘等地区为例,总结了瞬时地貌研究中河流纵剖面分析的主要手段,并探讨了上述研究所揭示出的构造-气候相互作用内涵及其意义。

     

Application of River Longitudinal Profile Morphometrics to Reveal the Uplift of Lushan Mountain

The stream power model was applied to Lushan Mt. in South China in order to verify its capability of interpreting the uplift of a small block mountain. On a log-log plot, the longitudinal profiles of 9 rivers derived from a 30m DEM exhibit primary characteristics similar to those derived from a 5m DEM; however, the 5m DEM clearly reveals more minor knickpoints, and the positions of knickpoints are pinpointed more accurately. All of the studied rivers on the block mountain are in a transient state due to geological perturbations. Some of them exhibit two segments in steady state separated by a slope-break knickpoint. Such rivers generally develop in a longitudinal valley, which are less perturbed by substrate inhomogeneities. The similar heights of the slope-break knickpoints and the similar uplift rate indicated by the ksn values demonstrate an almost simultaneous headward erosion induced by the fall in base level. This modelling result is consistent with the mode of formation of this particular block mountain. Our study demonstrates that the stream power model is applicable to a small tectonically-active massif only if the channel segments are in a steady state.     

下切性河流的床沙响应与纵剖面调整机制

天然河流中一些下切性河流具有独特的河床演变规律,如不规则形式的纵剖面等。通过现场调查、资料统计和GIS分析等方式,探讨了河道自然下切过程中河床演变相关机理及其对河流纵剖面的影响,揭示了其中蕴含的定量规律。分析结果表明,下切性河流系统存在床沙的响应与补偿机制,是河流系统由下切转为平衡的重要动力因素之一。响应调整后深切河段的床沙能消耗更多侵蚀能量,从而维持高比降的陡坡河道。因此,下切深度的沿程分布与一些特殊的纵剖面形态有关。经统计发现,流量与床沙（下垫面条件）是最重要的纵剖面控制性因素,引入量纲一参数可与比降建立良好的线性关系。     

筑坝对山区河流碳动力学的影响

流域的地貌和气候特征及干流筑坝等是影响河流碳动力学的主要因素。本文对干流下游筑坝的华南山地丘陵区河流增江的碳循环过程做了系统研究。结果表明,山地丘陵为主的流域地貌特征提高了增江河流碳的输出通量;而亚热带湿润气候和较高的森林覆盖率以及缺乏碳酸盐岩的流域地质背景使得溶解有机碳（DOC）构成增江河流碳的主要成分;光化学分解可以解释在秋季较强紫外线辐射下河水较低的DOC含量。受大坝影响河段水流速度的变缓为水生生物量的增加提供了条件,使得颗粒有机碳（POC）中来源于水生生物量的贡献率上升、有机物的C/N比降低。流速变缓的河道中藻类的生长导致水体CO₂分压低于大气中的CO₂分压。增江流域DOC和POC的输出通量分别为25.08×10⁵g/km²·a和11.58×10⁵g/km²·a。本文为研究自然因素和人类活动对河流碳循环过程及通量的影响提供了一个典型案例。

     

四川九寨沟风景区的长海不是冰川堰塞湖而是崩塌型堰塞湖

从长海湖堤堆积物的结构、终碛堤缺少上游连续的冰碛层、长海地区成坝时没有冰川作用、终碛堤论无法解释如何形成湖库的机制、53.6万年古老的湖堤与仍处于幼年期的湖泊这种有悖于自然演化规律的现象等方面否定了长海冰川堰塞湖论。长海湖堤堆积物与两侧基岩的岩性相同,具有垂向堆积结构、与崩塌型堰塞湖相同的边坡特征,并有产生崩塌的地质背景和形成湖堤稳定的地质因素,从而确认长海为崩塌型堰塞湖。     

四川九寨沟风景区的长海不是冰川堰塞湖而是崩塌型堰塞湖

从长海湖堤堆积物的结构、终碛堤缺少上游连续的冰碛层、长海地区成坝时没有冰川作用、终碛堤论无法解释如何形成湖库的机制、53.6万年古老的湖堤与仍处于幼年期的湖泊这种有悖于自然演化规律的现象等方面否定了长海冰川堰塞湖论。长海湖堤堆积物与两侧基岩的岩性相同,具有垂向堆积结构、与崩塌型堰塞湖相同的边坡特征,并有产生崩塌的地质背景和形成湖堤稳定的地质因素,从而确认长海为崩塌型堰塞湖。     

藏东南部泥石流堵河试验研究

通过模型试验对泥石流入汇主河后堵塞坝形成过程以及堵塞坝体溃决后主河河床形态特征进行了研究。实验历时3个月,共13组试验。在支主沟交汇角为90°的情况下,通过改变支沟泥石流容重、支主沟的流量比和动量比,建立了泥石流堵河的判别公式,当r>1 001.16时容易发生堵河现象,并对培龙沟两次泥石流堵河事件进行了判定;定义了主河的束窄率S与主河流速变异系数Fv,并发现了主河的束窄率与支主沟动量比之间存在线性关系;主河稳定后的平均宽度与流速变异系数之间存在幂的关系。该实验能够较好地模拟泥石流堵塞坝形成的过程,结果比较合理,并为泥石流灾害的防治提供了相应的理论基础。     

河套盆地北缘色尔滕山河流地貌参数特征及其成因分析

地貌形态是构造和地表过程相互作用的复杂产物,主要通过构造活动和岩石的抗侵蚀能力等来调节。构造活动相对较弱的古老造山带往往可以忽略构造驱动的岩石抬升,使得研究岩石抗侵蚀能力对其地貌雕刻的贡献成为可能。但是目前大多数活动造山带地貌研究的结果显示地貌主要受控于活动构造,关于岩性对地貌演化影响的报道较少。色尔滕山山前断裂为河套盆地北缘的一条重要控盆断裂,全新世以来该断裂的活动性较强,曾发生过两次较大震级地震（M6. 4和M5. 9）。前人活动构造研究表明该断裂的活动性具有空间差异,中部乌加河镇活动性最强,两端逐渐减弱。但相对河套盆地北缘其他大型断裂（如狼山山前断裂、乌拉山北缘断裂和大青山山前断裂）,该断裂的地貌参数研究较少。同时其地貌演化特征及发育机理仍然不清楚,这些均制约了对该断裂的变形动力学理解。本文基于30 m分辨率的DEM数据对该断裂进行详细的河流地貌学参数研究,包括使用Arcgis和Matlab脚本提取色尔滕山山前33条河流的子流域盆地面积 高程积分（HI）和相应河道陡峭指数（Ksn）、河道纵剖面及其裂点等地貌学参数。结果表明研究区河流HI值大部分处于0. 40~0. 66之间,其中乌加河镇附近具有高值,流域盆地处于发育的壮年期。瞬态河道和稳态河道均沿着色尔滕山山前断裂走向分布,可能表明色尔滕山山前大部分河道目前处于瞬时地貌向均衡地貌演化阶段,并且通过对比发现瞬态河道裂点成因存在岩性和构造共同控制的现象。河道陡峭指数空间分布差异性较大,乌加河镇附近（S13~S20）陡峭指数较大,向两边陡峭指数逐渐减小,在S8河流以西又有增大的趋势。通过结合岩性和降雨情况分析发现,河道陡峭指数除了受岩性抗侵蚀能力影响外,其分布还与色尔滕山山前断裂垂直滑移速率分布和垂直位错分布基本一致。综合来看,地貌参数的空间分布是岩性差异和色尔滕山山前断裂活动分段差异性共同控制的结果,表明该地区岩性和构造对地貌的协同塑造作用。     

山区下切河流地貌演变机理及其与河床结构的关系

为研究河床结构在下切性河流地貌演变过程中所起到的作用与影响机制,对中国典型下切性河流区域的地貌特征与河床结构发育进行了调查与统计分析.结果表明,当河流剧烈下切使得河谷边坡超过临界坡度后,易于失稳而发生大规模的崩塌滑坡现象,河流演变从而进入下切拓宽阶段.大量边坡物质进入河道,促进了河床结构的发育,能够维持较高的河道纵坡降...     

沙质河道冲刷不平衡输沙机理及规律研究

通过动床水槽试验,观测沙波运动,揭示了湍流扫荡河床使表层床沙产生频发的群体起动冲刷现象。据此,提出了床沙交换及冲刷粗化分二个层次的物理模式;分析了冲刷时表层床沙粗化的必然性,确定了悬移质扩散过程中适于非均匀沙河床的新的近底边界条件。依据所建立的不平衡输沙立面二维数学模型,计算了大量不同情况下的含沙量扩散恢复过程,据此总结出了冲刷时含沙量恢复饱和系数α的预报公式及变化规律。