金盆水库溃坝洪灾损失预测研究

运用水土保持原理和系统动力学的理论和方法,以金沙江干热河谷元谋区的3个径流小区(自然坡面、人工禁闭坡面和水平台整地坡面)为研究对象,建立坡面水土流失系统动力学模型,把小区观测数据输入模型利用VENPLE软件模拟运行得到次降雨过程中的地表产流量过程和坡面土壤流失过程.模拟得出的产流量和土壤流失量与实测值比较,相对误差在6.9%～17%之间,说明所建模型基本可靠.     

土壤受泥石流侵蚀强度模型及试验研究

泥石流对坡面土壤侵蚀强度研究是泥石流动力过程研究的重要组成部分,而沿程障碍物的存在对其侵蚀强度具有重要影响。基于宾汉模型理论推导建立了有、无障碍物下泥石流侵蚀坡面土壤本构模型,以南京老山某区域为研究对象,建立室内边坡模型,人工模拟泥石流侵蚀坡面土壤过程,进行速度、坡面土壤侵蚀形态及堆积范围相关分析。研究发现:无障碍物下,泥石流一直处于加速运动状态,坡面松散颗粒受剪切力作用而发生移动,从而产生坡面侵蚀,在水平距离60 cm处侵蚀土壤最深达到25 cm,堆积体为叠式堆积扇;障碍物的存在对泥石流具有分流和拦挡作用,分流后的运动体速度和质量均减小,低于同时刻下无障碍物情况,最终在堆积区形成两个堆体;障碍物位置越靠上,分流和质量分配发生越早,新的速度和冲击力越小,沿程携带固体物质能力越弱,坡面土壤在侵蚀坑的深度变化越不明显,对下游坡面土壤的保护效果越好;对比障碍物沿轴向逆时针旋转0°和15°,两种情况下的质量分配比和堆积面积比近似相等,分别为1∶1和1∶2,虽然在15°下右侧分配质量较多,但动能不及左侧,故侵蚀能力较弱,对下游区域的保护效果较明显。     

杂谷脑河下游坡面泥石流发育特征及防治对策

以杂谷脑河下游为研究对象,对干旱河谷气候区的坡面泥石流发育条件、固体物质类型与分布进行了分析,基于物源特征,将坡面泥石流分为崩滑型、沟谷冲蚀型、坡面侵蚀型和面蚀型四种类型。通过分析坡面土体启动的力学过程、泥石流启动机理、致灾方式三者之间的耦合关系,探索了土体失稳临界状态及造成其失稳的关键外力因素,揭示泥石流启动过程中的水、土相互作用及影响机制。研究结果表明,在相似的水力条件和地形地貌下,斜坡表层土体的空间分布及受力状态控制坡面泥石流频次、规模和致灾方式,由此提出基于物源受力过程和保护对象的优化防治模式,并为具有相似下垫面条件的川西北干旱河谷区的坡面泥石流防治提供参考。     

基于力矩法的元谋干热河谷冲沟沟头土体稳定性模拟与验证

元谋干热河谷冲沟活跃沟头具有"跌坎陡立、内凹洞发育、溯源侵蚀剧烈"等特征,土体崩塌是沟头溯源侵蚀的主要过程之一。该文综合考虑沟头形态特征和裂缝发育等因素,基于力矩分析方法,模拟研究了干热河谷冲沟沟头土体稳定性。结果表明,沟头土体稳定性受土壤含水量、内凹洞发育高度、裂缝发育深度及其距沟壁的距离等多个因素影响。沟头土体稳定性系数,随土壤含水量和裂缝发育深度的增大呈显著指数函数降低,随内凹洞发育高度的增大呈显著线性函数降低,随裂缝发育距沟壁距离的增大呈二次多项式增大。以土壤含水量作为标准对模拟结果进行了检验,发现沟头土体失稳崩塌时,崩塌体和崩塌面实测的土壤含水量分别为模拟值的69.8%~87.6%和82.0%~95.5%,评价结果较为可靠。崩塌面土壤含水量与模拟值更为接近,说明裂缝发育对沟头土体稳定性非常重要。研究结果可为元谋干热河谷沟头土体崩塌预测及沟头治理措施制定提供重要的理论参考。     

黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型研究

以侵蚀动力学、地貌学、水文学、泥沙运动力学的理论为基础,以黄河多沙粗沙区岔巴沟流域为研究区域,以地理信息系统为平台,构建了黄河多沙粗沙区小流域分布式土壤流失数学模型,可用于计算小流域梁峁坡、沟坡和沟槽三部分的土壤流失量,并达到了产汇流模型与产输沙模型的紧密耦合;提出了当量糙率系数的概念,初步解决了定量表达水土保持工程对产汇流的影响,使模型具备了预测评价不同水土保持治理方案效益的功能;利用3S技术实现了土壤流失预测模拟信息系统的自动提取。通过对岔巴沟流域和杏子河流域土壤流失实测资料的验证表明,本模型能基本正确反映黄河多沙粗沙区流域土壤流失规律。     

西宁盆地黄土区坡形及植被类型对坡面土壤入渗影响

为进一步探讨青藏高原东北部黄土区草本植物护坡机理,选取西宁盆地长岭沟流域自建试验区,通过设计2种不同坡形和选取适宜当地气候条件生长的3种草本植物,采用野外试验区人工模拟降雨方法,首先分析了坡面土壤水文参数(土壤入渗、坡面土体含水量)分布变化,进而探讨了影响种植草本坡面土壤水分入渗的主要因素与特征,最后对坡面土壤水分入渗过程进行模型模拟与评价。结果表明:种植垂穗披碱草阶梯形边坡产流时间相对最晚,直形裸坡阶段产流量最大,其最大阶段累积径流量在降雨试验40~45 min时,为17 730 mL;2种坡形边坡坡面平均稳定入渗速率由大到小依次为阶梯形种植垂穗披碱草边坡(0.519 mm/min)、直形垂穗披碱草边坡(0.423 mm/min)、直形老芒麦边坡(0.422 mm/min)、直形细茎冰草边坡(0.318 mm/min)、阶梯形裸坡(0.321 mm/min)和直形裸坡(0.192 mm/min),且种植垂穗披碱草和老芒麦边坡土体含水量在地表以下0—50 cm增幅相对最高,说明种植草本有助于边坡土体内部水分入渗。在此基础上,采用Horton模型、Kostiakov模型和通用经验模型进行坡面土壤水分入渗模拟,结果表明直形边坡土壤水分入渗过程以Horton模型和通用经验模型的拟合效果相对较为理想;阶梯形边坡则以Horton模型得到的土壤水分入渗拟合效果相对最优;最后,通过Pearson相关性分析得出,区内边坡土壤水分入渗特性主要影响因素为土壤有机质与植被覆盖度,且土壤有机质与初始入渗率间呈显著正相关关系(R²为0.986),植被覆盖度与稳定入渗率间则呈极显著相关关系(R²为0.997)。研究结果对于科学有效防治高寒半干旱区水土流失以及研究不同植被类型及坡形水土保持能力具有理论研究价值和实际指导意义。     

选沙对水力侵蚀比尺模拟试验侵蚀过程相似的影响

针对坡面水力侵蚀比尺模拟试验存在的选沙困难、侵蚀过程相似验证不充分的问题,在前人研究的基础上.就降雨条件下选沙对黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验侵蚀过程相似的影响进行了研究.结果表明,无论选用何种模型沙,当雨强比尺满足λi=λ1l/2,土壤含水量比尺满足λθ=1,径流过程都满足相似;依据悬浮相似选择的模型沙,需检验其是否满足起动相似,利用经检验不满足起动相似的模型沙进行的试验,侵蚀过程也不满足相似;利用依据起动相似选择的模型沙进行的试验,侵蚀过程满足相似要求.黄土坡面水力侵蚀比尺模拟试验宜选用依据起动相似为主的选沙方法选择模型沙.     

初始含水率对冰川泥石流的起动影响分析

通过开展不同初始含水率天然冰碛土的冰川泥石流起动试验,近似模拟不同前期降雨量下融水冲刷冰碛物形成泥石流的起动过程。结果表明:(1)研究区冰川泥石流起动类型为坍塌推移型;(2)初始含水率较低时渗流作用表现明显,渗流侵蚀将大量细颗粒运移,致使粒间孔隙增大至原孔隙率的2倍,土体骨架颗粒重新排列,颗粒间接触力降低,土体产生局部失稳变形,孔隙水压力呈"突降-突增-突降"趋势;(3)初始含水率较高时渗流与冲刷共同起主导作用,泥石流呈阵流爆发且与孔隙水压力峰值相对应;(4)含水率和孔隙水压力呈周期性变化,土体初始含水率与含水率达到峰值所需时间呈负相关关系;(5)基于试验现象及含水率和孔压的变化特征,将研究区泥石流起动过程划分为4个阶段,将其起动机理分为内渗流侵蚀、前缘骨架坍塌和径流冲刷起动。     

基于GRNN的坡面径流输沙能力模型的试验研究

坡面径流输沙能力是建立土壤侵蚀过程模型的重要水力学参数,研究定量计算坡面径流输沙能力的实用模型具有重要的理论和实践意义.通过室内模拟径流冲刷试验,计算不同坡度和流量条件下的裸地坡面径流输沙能力,利用平均影响值(MIV)方法对影响坡面径流输沙能力的因子进行分析,建立以干密度、能坡、进口流量、出口流量、水力半径、流速为输入,以坡面径流输沙能力为输出的广义回归神经网络(GRNN)模型,并应用Adaboost算法对模型进行优化.验证结果表明,所建模型能够用于对坡面径流输沙能力的模拟预测.与BP神经网络模型进行对比分析的结果表明:在试验训练样本条件下,广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测结果优于BP神经网络模型;Adaboost算法能够有效减小广义回归神经网络(GRNN)模型的模拟预测误差.     

沟道二维泥石流运动和冲淤数值模型研究

以水沙混合流模型为基础,采用混合流沙量动态变化模式,提出泥石流运动控制方程组,建立适用于模拟泥石流在天然沟道中的运动和冲淤过程的二维数值模型.模型基于水动力学理论、水沙两相混合流理论和宾汉体模型理论,考虑了泥石流运动、泥沙输移、沟床变形、泥石流宾汉体流变特性等主要动力学过程.将模型应用于云南东川蒋家沟实测泥石流过程的模拟研究,结果较好地反映了泥石流运动不连续性的特征和泥石流沟道冲淤随时间演变的实际规律.     

宽级配弱固结土入渗及抗冲性对泥石流起动的影响

震后诱发的大量崩塌滑坡松散物质,为泥石流的形成提供了极为丰富的固体物源,使得震后灾区泥石流一直处于群发、频发状态。这些松散土体由于扰动强度大,属于宽级配弱固结土体。在降雨作用下产生的水土耦合作用促使土体结构破坏,从而起动形成泥石流。通过对该种土体进行的入渗和抗冲试验的结果表明:(1)震后的宽级配弱固结土体的入渗强度是蒋家沟流域类似土体的1.5～6.0倍,直接导致了在降雨入渗作用下土体内部细颗粒被侵蚀搬运,并伴随着土体结构的破坏。(2)抗冲性显示了由于其弱固结特性,土体的抗冲性系数很小,在表面径流作用下,土体易崩解而被径流冲刷流失,增强了径流侵蚀能力。(3)震后降雨与特殊土体的耦合作用促使了灾区泥石流一直处于群发、频发状态,并将持续到土体恢复至震前状态,在此期间灾区的泥石流激发雨量也会随之变化。     

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。     

云南蒋家沟泥石流滩地土壤肥力特性

蒋家沟泥石流滩地地势平坦，水源充足，热量丰富，是较好的土地资源。为促进滩地的开发利用，对滩地土壤肥力作了初步研究，结果表明：滩地剖面结构和土壤物理结构较差，沙石化现象严重；土壤微团聚体数量较少，粒级间比例不合理，水稻田表层土微团聚体主要集中在0．02～0．002mm，旱作表层土微团聚体主要集中在0．25～0．05mm；土壤养分除全钾极丰富外，其它养分都处于缺乏或极缺状态；在开发过程中，全氮增加显著，其它养分含量变化不大，有效钾呈下降趋势。     

基于流域单元的岷江上游泥石流危险性评价

泥石流的形成需要具备高陡的地形、充足的水源以及丰富而松散的固体物源三个基本条件,当山区小流域具备上述条件时,都有发生泥石流的可能。选取岷江上游区域作为研究区,以数字高程模型（DEM）作为基础数据,运用均值变点法和河网密度法结合遥感影像,实现研究区内小流域划分;针对影响泥石流形成的三个基本条件,以小流域作为评价单元,选取地层岩性、断裂密度、平均坡度、形状系数、沟道比降、24 h最大降雨量等六个评价指标,应用主成分分析法计算各因子的权重,实现岷江上游地区的泥石流危险性评价。分析结果表明,评价的结果能较好的反映出岷江上游的泥石流灾害分布情况,为该区泥石流灾害的防治提供了参考和依据。     

植被对不同类型泥石流的抑制作用初探

通过对比四川省巴塘县的118处沟谷泥石流及33处坡面泥石流的植被覆盖率,发现植被对于坡面泥石流具有较好的抑制作用,但对沟谷泥石流作用则不明显。造成这种差别的原因在于坡面泥石流的物源主要是坡体表面侵蚀,植被根系组成的网状锚固层可以减缓乃至消除这种侵蚀效应;沟谷泥石流的物源主要来自沟岸崩塌,但植被对于中厚层的崩滑体锚固能力差,当降雨超过一定阈值后即可暴发泥石流。基于这种特点,建议将生物工程作为坡面泥石流的主要治理手段;对于沟谷泥石流而言,既不能将植被覆盖率作为易发程度的判别标准,也不宜作为综合治理中的主要环节。     

单沟泥石流灾害危险性评价研究

对以往的泥石流危险性评价方法进行了总结,介绍了模糊数学、灰色理论和GIS技术在泥石流危险性评价中的应用。最后,通过对单沟泥石流危险性评价的研究,提出了改进后的评价模型,在该模型中可以充分体现降雨作为激发因子的作用。     

牟托沟流域高含沙水流与泥石流相互演化特征及其机理

震后环境下单沟高含沙水流与泥石流相互演化规律是泥石流工程防治的关键问题.以茂县牟托沟泥石流为例,探讨了牟托沟泥石流物源补给和微地貌在高含沙水流与泥石流相互演化过程中的重要性.首先分析了牟托沟地形地貌特点;其次利用容重分析了牟托沟高含沙水流与泥石流相互演化特征;最后采用一次泥石流固体物质总量的形态调查法和阶梯-深潭微地貌效应分析方法分析了高含沙水流与泥石流相互演化机理.研究表明:(1)牟托沟泥石流起动模式为冲蚀→冲沟→堵塞→溃决→泥石流的模式;(2)在弃渣和崩坡积物的影响下牟托沟易形成阶梯一深潭微地貌;(3)高含沙水流与泥石流的相互演化和一次泥石流固体物质总量关系密切.     

刍议定西地区南部泥石流防治途径

定西地区南部的泥石流,主要发育在漳县、岷县两县,该区几乎每年都发生泥石流阻塞境内甘川公路的现象,泥石流对两县生态环境造成了严重破坏。不良的地质现象,为泥石流的发育提供了充足的固体物质,大比降的沟道,为泥石流提供了良好的流通条件,加上降雨等因素的作用,致使该区泥石流暴发频繁。据分析,日降雨量大于29mm且10分降雨量大于9mm,都可能导致泥石流发生。合理配置的水土保持措施,可抑制泥石流的发生。根治泥石流,建立水土保持综合防护体系,应从恢复植被目标出发,科学配置林草措施,合理调整农林牧用地结构,修建沟道拦蓄工程。目前,首先应做好预警工作,其次要制订防治规划,并逐步付诸于实施。     

泥石流源地降雨渗透深度检测仪的研制及应用

目前的泥石流预报模型主要是利用单一降雨信息为基础的统计模型,预报模糊区间较大,而泥石流形成的本质是泥石流源地土体在饱水侵润以及地表径流作用下失稳移动,因而可通过增加泥石流源地降雨后的土壤饱和渗透深度等下界面信息,为泥石流预报增加物理要素。在介绍土体渗透深度检测仪结构及工作原理基础上,探讨了将泥石流源地土体渗透深度信息与实时降雨信息相结合预报泥石流发生的应用技术,并进行了实测试验。实测结果表明,通过监测源地土体降雨渗透深度,可以提高预报泥石流的发生的准确性,具有良好的应用前景。     

西藏林芝地区泥石流类型及形成条件分析

西藏林芝地区是我国泥石流灾害最为严重的地区之一,特别是近年来受全球气候变化的影响,冰川融化速度加快,冰川融水型泥石流灾害频频发生,危害极其严重。自2009年7月中旬开始,对该地区林芝、米林、波密、察隅4县30条泥石流沟做了系统调查。在研究该区域20条较具代表性泥石流沟的基础上,结合该区域已有研究资料,按泥石流形成的激发条件将其分为降雨型泥石流,冰川降雨型泥石流,冰崩、雪崩型泥石流,冰湖、堰塞湖溃决型泥石流共4类。进而从地形地貌、物源、水源及气温等方面分析了其形成条件。并在此基础上提出了针对性防灾建议。