水石流的性质及形成机理

1981年8月,陕南特大暴雨期间,在宝成铁路北段的秦岭至草凉驿之间,普遍发生了水石流灾害。该段线路长30公里,约有水石流10多处,其中作了调查的有9处,是我国水石流的主要分布区之一。它为我们研究和认汉水石流提供了有利条件。本文主要对水石流的运动规律及形成机理作一初步分析。     

1964-2017年秦岭山地降水时空变化特征及其南北差异

为了明确秦岭山地降水时空变化的特征,为秦岭生态环境保护提供气候依据,基于秦岭地区1964-2017年32个气象站的逐月降水数据资料并采用AUSPLIN插值法将其转为区域面上数据,结合小波分析、趋势分析等方法,研究了不同时空尺度下秦岭山地1964-2017年降水变化特征及其南北差异性。结果表明:(1)近54年秦岭全区年均降水量呈减少趋势,速率为-11.95 mm/10 a,降水变化存在明显的周期性及显著的空间差异,降水主要集中在中南部。(2)季尺度上,近54年秦岭山地的降水变化存在显著的季节差异,空间上尤以春季在高海拔区的减少趋势最为显著。(3)秦岭山地降水变化存在着明显的南北差异,近54年北坡年均降水呈减少趋势,平均速率为-7.1 mm/10 a,南坡则呈增加趋势,速率为35.1 mm/10 a;气温突变前,北坡降水变化趋势不明显而南坡以增加趋势为主;气温突变后,南北坡均以增加为主,而北坡全区均呈增加趋势。54 a来,秦岭以南地区降水强度大,夏冬两季容易导致干旱、极端降水等自然灾害,进而对生命财产安全造成威胁,应增强旱涝灾害的预防。     

秦岭山地生态系统服务功能价值初步研究

运用环境经济学的方法,借助GIS技术,根据秦岭山地自然地理特点,对秦岭山地生态系统分南、北坡对其植被有机物生产、保持土壤、涵养水源、固定二氧化碳、释放氧气及净化环境6种生态服务功能价值进行研究。结果表明:①秦岭山地6种生态服务功能总价值为1014 45亿元/a,其中,北坡为228 63亿元/a,南坡为785 82亿元/a。②南、北坡生态系统单位面积生态服务功能价值存在一定的差异,北坡生态系统单位面积生态服务功能价值高于南坡,但因南坡面积远大于北坡,故南坡生态系统对整体生态系统的服务功能价值贡献较北坡大。③南、北两坡植被在保持土壤、固定二氧化碳、涵养水源等方面都起着重要的作用。提出了生态服务功能价值空间分级方案和保护生态系统的建议。     

秦岭气候分界指标时空变化特征及指示意义

秦岭不仅是中国南北方地理—生态过渡带,也是中国重要的自然、经济和农业区划界线。在当前秦岭气候增暖背景下,再识别气候分界指标时空变化规律,对科学进行自然区划实践具有重要指导意义。为了明确这一气候特征,基于秦岭山地1970—2020年126个气象站点降水、气温观测资料,选取年降水量、1月和7月均温指标,采用薄盘样条插值、趋势分析方法,对研究区年降水量、1月和7月均温时空特征进行分析,进而选择秦岭太白山、伏牛山剖面探讨气候分界指标高度的趋势变化。结果表明:(1)薄盘样条插值可获得精度较高的年降水量和1月均温序列,相关系数为0.712～0.919; 误差分析表明,7月均温插值较观测值偏差为2～3℃,得到秦岭山地7月均温校正系数为0.893,经校正插值结果显著改善(误差缩小3～6倍);(2)时空趋势上,近51 a秦岭山地东部“暖干化”、西部“暖湿化”,秦岭北部、西部增暖显著(p<0.05);(3)年降水量800 mm高度变化呈“东西反向”,1月0℃和7月25℃高度变化呈“东西同向”,西部平均速率大于东部,如年降水量800 mm高度(西部:-166 m/10 a,东部:49 m/10 a)和1月0℃高度(西部:70 m/10 a,东部:37 m/10 a);(4)1970—2020年秦岭气候分界指标位置高度沿山地呈上升或下降变化,但在2010s(2010—2019年)时段,气候分界指标位置高度北坡为800～1 400 m、南坡为800～1 300 m均未越过秦岭主脊,秦岭山地气候分界作用仍具有稳定性。     

秦岭国家级生态功能区生态旅游开发与保护

将秦岭国家级生态功能区的生态旅游资源划分为森林、山地和水体三类,并进行了分类评价和综合评价,在此基础上采取带-区-亚区三级方法,对秦岭进行了旅游功能区划。对主要生态环境问题及其治理措施给出建议,提出了秦岭进行生态旅游开发的生物资源、景观资源和生态环境保护的举措。秦岭国家级生态功能区进行生态旅游开发韵主要问题是土壤侵蚀与生态保护之间的矛盾,通过退耕还林、建立生态预警机制、严格控制开发建设、分区管理等措施,可促进生态旅游与环境保护的协调发展。     

西藏古乡沟堆积扇泥石流输沙特征

通过室内模型试验研究 ,对不同规模的水石流、稀性泥石流、黏性泥石流在堆积扇上输沙特征进行了研究。试验结果表明 ,不同类型泥石流在堆积扇上表现出不同输移、冲淤、含沙量演变特征 ,在堆积扇不同部位泥石流输沙特征也有差异。     

基于Anusplin秦岭地区近50多年来的降水时空变化

为了更精确地评估山地生态系统,降水栅格数据的获取显得尤为重要。基于澳大利亚专业气象插值软件Anusplin,以秦岭1959—2015年31个气象站点的降雨资料为基础,获得秦岭地区降水栅格数据以揭示秦岭地区降水的时空变化规律。结果表明:(1)秦岭地区年均降水的变化范围为545.44～1 155.46 mm,平均降雨量为824.76 mm;南坡平均降雨量为847.37 mm,北坡平均降雨量为737.25 mm,南北坡平均降水差异为110.12 mm;秦岭山地四季平均降水量大小依次为:夏(403.76 mm)秋(237.26 mm)春(169.11 mm)冬(25.62 mm),且南坡降水大于北坡降水。(2) 1959—2015年秦岭地区年均降水变化率为-3.02～0.83 mm/10 a,并未通过显著性检验,降水减少区域主要在秦岭主峰太白山和秦岭南坡的安康等地,平均海拔分布在1 177 m;而降水增多发生地主要在秦岭南坡的略阳、商南和石泉等地,平均海拔分布在811 m。其中秦岭地区东部商南地区变化率最大,达到0.83 mm/10 a。     

山地土壤优先流路径的染色示踪研究

在山地林区开展土壤大孔隙及优先流的实验研究,可深化对森林土壤涵养水源机理的认识,为山区的水土流失防治和植被恢复提供依据。利用剖面染色与图像分析相结合的方法,沿长江三峡大老岭-邓村一线,对山地不同垂直带内土壤优先流特征进行了调查,分析了优先流路径对剖面水分入渗过程的影响。结果显示,中山常绿落叶针阔混交林-山地黄棕壤、低山暖性针叶林-山地黄壤中大孔隙孔径大、分布广,有利于优先流的形成和入渗。受耕作扰动的弃耕土壤中大孔隙结构遭到破坏,优先流路径与森林土壤不同,且渗流强度较弱,染色区域较浅。森林土壤各发生层内优先流特征差异显著,腐殖质层内以洞穴流为主,水分与土壤基质域交换较少,多通过大孔隙快速下渗。淋溶淀积层内洞穴流消失或减弱,侧向渗透增强。低山暖性针叶林-山地黄壤质地较粗,出现以裂隙为主的大孔隙,优先流表现为裂隙流。弃耕土壤各发生层都表现为指流,染色面积随深度减小,侧向渗透基本稳定。植被-土壤垂直地带性分布是山地土壤优先流存在差异的主要原因,山区生态环境建设中应促进土壤优先流路径的发育。     

GIS支持下的秦岭山地植被分布与环境梯度关系研究

基于植被与环境的关系这一研究热点.在GIS技术支持下运用植被分布与环境因子关系分析方法,对秦岭山地植被进行多元分析,探讨不同植被类型与降水、温度、海拔、坡度和坡向5个环境因子的关系;研究该地区植被类型分布与环境梯度之间的关系.结果表明:(1)海拔梯度是决定植被分布的主导生态梯度,随着海拔的增加,水热因子发生变化,形成水热因子复合梯度,对应的植被类型相应改变.坡度和坡向的分异作用不明显.(2)较好反映了植被的连续性变化、各植被类型的最优生长环境区间以及植被类型分布与环境梯度的关系,定量描述了区内各植被类型的降水、温度、海拔、坡度和坡向分布,清楚地反映了秦岭山地植被与环境梯度的分布规律,并结合实际给出了理论解释,证明了GIS结合生态分析方法在秦岭山地植被与环境梯度的关系研究中是十分有效的.     

泥石流运动的阻力与流速

泥石流运动的阻力和流速，是铁路勘测设计和研究工作中很重要的问题，它与泥石流灾害的调查分析、跨泥石流沟的桥跨设计、灾害活动的预报等都有着密切的关系。在泥石流运动中存在有二个特殊的阻力要素：一个是其浆体的高粘度与非牛顿体流变特性；另一个是其中粗颗粒物质受剪运动时的离散切应力。根据阻力要素组成情况的不同，泥石流运动可以划分成三种主要类型，即伪一相泥流、稀性水石流和粘性泥石流。对于伪一相泥流，一般流体力学的概念和流速计算式仍可用于它的流速计算，只是在层流时要按其非牛顿体的流变特性来计算其运动阻力。文中建议用式（3）、式（4）和式（5）来估算浆体的流变参数。对于稀性水石流可以进一步划分为饱和式和非饱和式两种。当粗颗粒离散体充满全部水流深度的为饱和式，反之为非饱和式。对于粘性泥石流，其浆体的高粘度不只是增大了粘滞阻力，而且也使颗粒的离散应力发生变化。我们通过试验在文中提出了反映阻力变化情况的半经验公式。     

中巴公路奥依塔克-布伦口段高寒山区泥石流特征

[目的]掌握高寒山区泥石流的空间发育特征,进而分析泥石流的诱发机制及危害程度。[方法]以实地调查为基础,对中巴公路"三高"(高寒、高海拔、高烈度)地区泥石流分布特征、诱发机制进行研究。[结果]该区晚近构造活跃,岩体结构破碎,节理裂隙发育,再加上地处高寒山区,受气候影响,岩体冻融剥落,从而为泥石流的爆发创造物源条件。此外,天山独特的构造特征,山顶存在数百米厚的砂卵石层,保证了物源的补给速率。同时,高陡的地形提供了足够的运动势能,从而集中降水和融雪作用成为泥石流暴发的直接诱因,散粒体因侵蚀揭底、坍塌堵塞、溃决形成泥石流。[结论]高寒山区泥石流的形成主要受气候、地形地貌、水力以及地质条件的影响。较普通降雨型泥石流有较大差异,高寒山区泥石流具有明显的高原特性,在物源、水源和地形条件上均有体现。     

陕西省秦岭西部泥石流区域规律研究

通过大量的资料分析了陕西省秦岭西部泥石流发生的环境条件,以及人类活动对泥石流的影响,并对该区泥石流的区域规律进行了研究.     

山区城镇规划与泥石流灾害

随着西部大开发战略的实施,山区城镇化进程加快,在山区城镇规划与建设中,泥石流灾害问题更加突出.在山区城镇规划中应进行泥石流危险度区划、加强泥石流防灾减灾规划、辅以土木工程及生物工程措施以减轻泥石流灾害.     

泥石流对重大水电工程的影响评估--以金沙江下游白鹤滩电站库区黑水河泥石流为例

泥石流是金沙江下游主要山地灾害之一,它对重大水电工程施工和运行期间的工程安全可能构成一定程度的威胁和危害。通过评估该区泥石流对重大水电工程的影响,指出泥石流对水电工程的影响主要表现在对施工道路、水电工程附属设施及移民安置、库区泥沙、坝区工程设施等4个方面。以金沙江下游白鹤滩电站库区黑水河泥石流为例,具体分析了泥石流对水电工程的影响。结果表明,黑水河泥石流可能堵塞主河,其堵塞回水和溃决洪水对白鹤滩电站建设的施工道路、临时设施有一定危害。此外,泥石流会将大量的泥砂带入库区,从而减少电站的有效库容。     

震裂山体滑坡一溃决型泥石流特征及防治措施研究

“5·12”大地震后形成较多震裂山体,震裂山体在暴雨、余震作用下一旦失稳,将会形成高势能滑坡,堵塞下部沟道,形成堰塞湖,在动静水压及掏蚀作用下导致堰塞湖的溃决,形成破坏力极强的溃决型泥石流。四川安县甘沟泥石流就是典型的溃决型泥石流,2009年8月24日,由于强降雨作用,甘沟支沟牛颈沟滑坡高速下滑,形成堰塞湖最终溃坝,暴发了溃决型泥石流,为震区典型的滑坡-泥石流地质灾害链。由于牛颈沟还残余大量物源,在暴雨情况下再次暴发溃决型泥石流的可能性很大,因此提出以下应对措施:护排为主,结合低坝消能;及时清淤,恢复植被;加强监测,及时警报。     

北京山区泥石流灾害现状及防治对策

通过对北京市门头沟、房山、延庆、昌平、密云、怀柔、平谷7个区（县）24条山洪泥石流重点沟道的野外调查,了解泥石流危险区的社会和经济发展的最新动态,结合1998年北京山区山洪泥石流调查资料进行对比分析,以期为北京市政府制订科学的山洪泥石流灾害防治体系、对山区进行合理开发和建设、确保2008年北京奥运会的顺利举行提供科学的决策依据。结果表明,北京山区山洪泥石流灾害的潜在危险仍然比较严重,居民对泥石流灾害防治认识不足、重视不够,过度的山区经济开发活动以及村庄建设缺乏科学规划是加大北京山区泥石流潜在威胁的主要原因。在此基础上提出了北京山区泥石流灾害防治的8项对策。     

坡面泥石流暴发的自组织临界特性及其预测预报

坡面泥石流是山区常见的一种自然灾害。以重庆市北碚区为例,分析了坡面泥石流暴发的松散堆积物自组织临界特性,以及地貌和降雨量临界特性。从自组织临界的观点来看,坡面泥石流形成区各个子系统之间存在着非线性作用,使系统自然地朝着临界状态演化,在暴雨激发下,最终导致坡面泥石流的暴发。泥石流规模和频率存在着幂律关系,这是泥石流自组织临界状态的行为标志,并可对坡面泥石流的活动规律进行预测、预报。     

基于MaxEnt模型的怒江大峡谷泥石流易发性评价和成因

为进行泥石流易发性分区及环境因子的敏感性评价，选取降水、高程、坡度、坡向、径流量、岩性、断层、归一化植被指数、土壤侵蚀模数等9个环境因子，基于最大熵(MaxEnt)模型对187个泥石流沟道进行易发性评价。结果表明：导致泥石流易发的主导因素依次是径流量、高程、降水、岩性、断层、坡度、归一化植被指数、土壤侵蚀模数、坡向。依据泥石流灾害易发概率进行易发性分区发现，贡山—福贡段泥石流易发性最强，模型AUC值为0.974,标准差为0.010,模型分析结果与实际结果一致。与研究区山洪沟道9个环境因子进行对比评价发现，泥石流对环境因子的敏感性要比山洪复杂。通过能量分析的方法证明泥石流环境因子的敏感性复杂的原因，表明流域汇水能量对灾害的形成贡献率最大。     

全新世气候波动、人类活动对泥石流发育的影响——以青藏高原东缘和华北地区为例

根据大量的野外考察资料和室内测年数据,通过对全新世不同时段泥石流沉积物的分布特征研究,总结了青藏高原东缘和华北地区泥石流活动规律。认为全新世的泥石流活动与气候波动有着密切的关系,气候温暖泥石流活动强烈,气候寒冷泥石流活动减弱。近千年来频繁的人类活动加大了泥石流活动的强度和范围。     

人类活动与泥石流灾害及山区土地砂石化

泥石流不仅是一种严重的突发性自然灾害，同时又是一种强烈的水土流失形式。泥石流以其强大的侵蚀和堆积作用导致山区土地砂石化。在分析人类活动对泥石流形成的影响，泥石流导致土地砂石化的方式的基础上，提出了泥石流及山区土地砂石化的防治对策。