本溪市下马塘镇泥石流灾害成因分析及防治建议

2001年8月辽宁省本溪市下马塘镇施家村发生泥石流灾害,冲毁房屋20多间,良田9.3hm2,死亡19人,经济损失达2 000余万元。此次泥石流灾害是在地质构造、土壤植被、地形地貌及降雨等因素的综合作用下发生的。防治此类泥石流应通过流域水土保持综合治理,恢复植被,控制水土流失,减少坡面来水来沙,减少固体物质在沟道中的堆积;采取拦挡、调节和排导措施,使泥石流发生时能顺利通过,或堆积在预定区域;建立泥石流灾害预防体系。     

日本有关绿化带防止泥沙灾害功能的研究

在泥石流泛滥区 ,合理利用绿化带可减轻或防止泥沙灾害。但仅靠绿化带不能防止所有泥石流泛滥区的泥沙灾害。日本学者水山高久、本田尚正等对泥石流发生的条件及绿化带在不同条件泥石流发生区的作用进行了深入地研究。通过对生驹山系的千冢川和野崎中川流域发生泥石流实例进行模拟数值计算 ,认为在径流源头区因崩塌而产生大量土沙、坡面较缓、缓冲带宽度足够长的情况下 ,采用绿化带可有效防止泥沙灾害。对于坡度较陡、缓冲带宽度不足、径流源头区无大量堆积土沙 ,但河床有大量沉积泥沙的河道 ,绿化带与砂防坝和固床工程相结合 ,方可有效防止泥沙灾害。     

碱坪沟地震次生泥石流形成特征与发展趋势

＂5.12＂汶川地震后,龙溪河碱坪沟流域内堆积了大量的松散固体物质,成为参与泥石流形成的主要物源。碱坪沟于2009—2010年先后3次暴发大规模泥石流灾害。通过对碱坪沟的地形、水源和物源条件的分析发现,该流域地形和水源条件满足泥石流形成的条件,且在地震前后未发生显著变化,而物源条件已经成为影响该区域泥石流形成与发展的主要因素。基于流域物源量与物源固结效应的研究结果表明,在5a内碱坪沟泥石流灾害较活跃,可能暴发大规模泥石流灾害。5～10a后,在降雨条件不发生较大变化以及不暴发大地震的情况下,流域内泥石流规模和频率会逐渐减小,只有在低频率暴雨作用下才可能暴发大规模泥石流灾害。     

关于河流源头沙砾堆积地泥石流流动特性的研究

世界上的许多国家都在研究泥石流的发生、发展规律,用以往的泥石流构成状况来解释泥石流的发生过程。日本学者今泉文寿先生将上游河床存在数米厚沙砾堆积物的易发泥石流山谷作为研究对象,研究河流源头沙砾堆积地发生泥石流的流动特性。研究结果为:孔隙流体间的水面到沙砾移动层的表面时,不会发生泥石流。在河床坡度为28°-30°的陡坡泥石流在流动时,有侵蚀和堆积现象,在其河床流动中的泥石流质量浓度比即将流动的泥沙质量浓度低。对其石砾堆积的现象,在其河床流动中的泥石流泥沙质量浓度比即将流动的泥沙质量浓度高。只用VTR图像或超音波水位计的观测,只能得到关于泥石流表面的情况,但不能了解泥石流内部的结构。     

泥石流堆积泛滥过程的数值模拟及其危险范围预测模型的研究

应用二维非恒定流理论，对泥石流堆积泛滥过程进行了数值模拟。基于绘制泥石流堆积区域流速分布图的泥深分布图的基本思想，用隐式剖开算子法求解泥石流扩散过程的二维非恒定流方程组，建立了预测泥石流堆积危险范围的数学模型，通过实例应用与检验，符合性较好，是一种值得推广应用的方法，泥石流堆积泛滥范围预测数学模型的建立，在减轻泥石流灾害中可以发挥十分重要的作用。     

依据河床比降、河宽的侵蚀模拟

评价预测泥石流泛滥区域和沟壑坝系等防御泥石流措施效果,最有效的方法是数值模拟。2009年日本学者铃木拓郎等人具体研究了伴随坡度变化、河床束窄区域及坝系工程的泥沙堆积过程。其结论:在侵蚀与堆积初期,在坡度变化点的下游发生侵蚀与堆积。在同等的水与泥沙总供给量、流量、持续时间的条件下,侵蚀与堆积过程在短时间内,由大流量供给,在下游有泥沙侵蚀与堆积现象。在固定坡度的条件下,河道宽度变化时,首先在狭窄部位上游发生堆积后,下游发生侵蚀,并慢慢上朔,最终出现全部发生侵蚀的结果。泥石流在冲击坝体的瞬间,泥沙急剧的堆积。流量变大,堆积坡度变小,坝下游的泥沙流出相应提前,更多的泥沙向下游流出。模拟结果符合现实发展的自然规律。     

基于功率谱分析的蒋家沟泥石流侵蚀输沙量准周期的探讨

泥石流侵蚀输沙量不仅反映了泥石流形成区地理环境特征和泥石流搬运能力,也反映了泥石流规模和泥石流搬运泥沙等固体物质在泥石流堆积区造成的严重程度。本文以泥石流灾害典型区长江上游蒋家沟流域1965—2007年的泥石观测资料为基础,利用功率谱方法分析了该流域泥石流侵蚀输沙量的周期变化,发现其存在5～7a的显著震荡周期,这种周期的形成主要与该流域5～6a的年降水量周期震荡以及受降水控制和影响的滑坡活动与坡面侵蚀影响相关。     

拦沙坝设置对泥石流拦截作用的数学分析

应用数学理论研究了拦沙坝对泥石流堆积过程产生的影响,探讨了泥石流的流动与堆积过程。用向量的观点分析泥沙在水坝内的运动与堆积,推出新的泥沙和泥石流运动、堆积计算公式,使计算的数值更接近实际状况。以大小2种粒径的泥沙作为讨论的对象,采用泥石流的流动堆积模拟实验模型方案,适用于不透水型拦沙坝设置地点的泥石流堆积过程。但缺乏与实地观测记录进行比较,因此,本数值模拟实验模型的妥当性要做验证,尚须用多级粒径数值模拟实验模型研究。泥石流的流量水位图对粒径变化的影响,没有采用混合沙砾模型,尚有许多不明之处。     

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。     

冰碛湖溃决型泥石流演化过程试验研究

[目的]分析冰湖溃决型泥石流演化过程中运动参数的变化特征,为冰湖溃决型泥石流的防治提供理论依据。[方法]采用水槽试验,探讨冰碛湖溃决型泥石流形成和演化过程。[结果]冰碛湖溃决泥石流属于典型的水力类泥石流;根据水沙两相流容重的变化,冰碛湖溃决型洪水演化为泥石流的过程可以概括为挟沙水流—泥石流—挟沙水流的演变,相对应的泥石流的粒径从粉砂到砾石,再到粉沙的变化过程;泥石流容重越大,一次泥石流过程中颗粒粒径越粗。从不同组次的试验结果来看,冰碛湖溃决泥石流粒径与其容重也存在正相关关系。[结论]泥石流的运动和演化过程本质上取决于冰碛湖溃决型洪水功率和沟床堆积物的粒径特征。     

泥石流流速与堆积模式之实验研究

泥石流的堆积形态和范围是泥石流危险区划分的重要参数,通过小型水槽实验,对泥石流流速与堆积模式的关系进行了实验研究,获取了泥石流堆积范围与形态比的堆积模式数据,得出了在特定控制参数下,泥石流流速与堆积形态和范围的回归公式。     

砂防坝防止泥石流效果的模拟研究

<正>1 1989年7月9日泥石流概况1.1 泥石流规模自1979年事先在滑川流域北股泽利用VTR进行泥石流观测至1989年7月9日(以下称’89泥石流)发生泥石流前,共进行3次泥石流观测,并进行泥石流流动全过程摄像。在观测中,由于VTR起动后至泥石流主阵通过前的时间过长,因磁带用竭,没能摄到最大流量通过时的情况。     

神户格栅型钢制防砂坝的功能

<正>1 减缓、阻止泥石流泥石流具有巨大的破坏力。由于钢制三维格栅型防砂坝具备钢的弹性,可缓冲泥石流的冲击能量,从而能减缓、阻止泥石流的运动。2 具有调节泥砂机能第一阶段,减缓、阻止泥石流的运动,使泥砂堆积在坝前。第二阶段,将堆积在坝前的泥砂从格栅孔徐徐排出,恢复坝前拦蓄库容,为阻止下一次的泥石流的发生作存准备。即:阻止泥石流前锋由于巨砾的集中所具有的破坏力,保障了河川的有效机能,并能防止灾害。     

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。     

北京双紧梢沟泥石流堆积物的特征及演变

北京山区具备泥石流形成与发生条件,泥石流灾害的发生较为频繁。在收集当地泥石流发生历史资料的基础上,详细调查了西白莲峪双紧梢沟的自然地理状况和泥石流堆积物的特点。采用野外量测和填图的方法调查双紧梢沟泥石流的地貌特征;现场选取一定数量的砾石进行abc长度和倾向调查,测定双紧梢沟泥石流堆积物的结构特征;选定泥石流典型区域,进行挖圆探坑,取出全部颗粒并带回实验室,进行粒度分析;同时,对双紧梢梢沟泥石流堆积扇的发育和演变过程进行分析。粒度分析结果表明双紧梢沟泥石流堆积物砾石平均粒径为0.256m,磨圆度为2～6。90%以上砾石直径为0.220～0.410m,最大砾石直径为0.409m,堆积物主要有砾石和一些粗骨性碎屑物质组成,砾石排列无明显特征,分选差。由粒度分析可知,该区泥石流堆积扇的形成受到水石流形成过程的影响,水石流形成堆积扇,之后可能发生粘性泥石流。由其频率曲线为一多峰曲线。该曲线说明泥石流发生时,其砾石的搬运方式由推移、跳跃、悬浮三大部分组成。双紧梢沟泥石流堆积扇的演变过程和特征明显受到双紧梢沟和西白莲峪主沟水流的影响。该研究结果对今后进一步探讨北京山区泥石流形成机理和运动过程以及为泥石流防治制定有效措施提供参考。     

朱庄子矿渣型泥石流成因及运动特征研究

朱庄子泥石流为典型矿渣型泥石流,其矿渣特征直接影响泥石流的发生,而泥石流运动特征则是防护设计的基础。通过走访调查、工程地质测绘及室内试验对泥石流成因进行了研究,结果表明:渣堆坡脚受流水冲刷,细颗粒矿渣被冲走,原有大颗粒块石重新排列,进而造成坡面滑塌,增加了物源,在汛期易形成水石流。采取现场配浆法、洪痕法确定了泥石流流体容重、流速、流量及危险区范围,为泥石流防治设计提供了依据。     

基于小流域松散固体物空间分布的泥石流堆积扇形态特征参数估算

以岷江流域上游地区的汶川县映秀镇附近5条泥石流小流域的SPOT遥感影像为基础,获取泥石流沟内“5·12”地震诱发的崩塌滑坡松散固体物质信息,并应用GIS技术对小流域内松散固体物分布进行空间分析,建立小流域松散固体物空间分布函数T(s)和相对空间分布函数F(x),计算其分布积分W和相对分布积分D,将积分值作为泥石流小流域松散固体物空间分布定量化参数,尝试应用于泥石流堆积扇的最大堆积长度L和最大堆积宽度B 的参数估算.结果表明:5条泥石流沟内松散固体物较多分布于流域高程中值以下区域;相对于泥石流沟沟口,其松散固体物更加集中在泥石流主沟道附近;引入小流域松散固体物空间分布定量化参数(W和D),泥石流堆积扇形态参数(L和B)的估算值在该区域逼近于实测值.     

拦沙坝的优化设计

泥石流灾害给人类带来了巨大危害,拦沙坝是减轻泥石流灾害的有效办法。其效果取决于坝体的设置、坝型种类、大小等,2010年日本学者中谷加奈等人通过模拟试验得出优化设计结论:初期河床无泥沙堆积,最大沉积泥沙量小。在陡坡地设置堤坝时,最大堆积泥沙量与无堤坝时大概没有变化。在缓坡设置堤坝时,效果明显。在坝度方面,对离开目标地点上游地点设置时,明显有效。基于地形条件、土地利用情况等对设置堤坝位置和种类存在限制时,很难得出一个最优解。作为目标区域可能设置情况时间,应先进行普遍的计算,依据设定的减轻受害指标,充分讨论再决定如何设置堤坝。     

基于物源数量的泥石流危险性评估——以都江堰白沙河为例

汶川地震通过诱发滑坡和崩塌产生大量松散固体物质促进了泥石流的暴发,且大多数地震次生泥石流为超大规模,对地震灾后重建造成严重威胁。从区域上进行泥石流灾害危险性评估是目前地震灾区恢复重建和区域经济发展所必须而又紧迫的工作。通过对地震次生泥石流形成条件的分析,提出了一种基于泥石流物源数量,并结合遥感及GIS技术的泥石流危险性快速评估方法。通过在都江堰白沙河59个小流域的应用证明,评估结果与实际灾害情况较吻合,能够为地震灾区泥石流防灾减灾提供参考。此方法适用于地震灾区在短时间内物源突然富集的流域,并且受到遥感图像精度的影响,同时也具有一定时限性,需要根据遥感图像进行周期性更新。此方法能对地震灾区大区域泥石流危险性进行快速评估分级,尤其适用于野外调查无法开展的河流上游区域的泥石流评估。     

河床泥沙堆积发生泥石流时的形态

为研究泥石流发生、流动和堆积结构机理,常规采用水文模型试验。而研究泥石流发生时河床堆积泥沙的形状与时间和空间变化关系的相对甚少。2009年日本学者池田晓彦等进行了模拟自然河流的缓慢河道坡度,发生泥石流的试验,结果表明:当坡度为30°~27,°明显在前峰形成流动层,相对流动速度大。在24°~21°流动层停止时形成沙堆。在18°~12°区流动速度慢。相对于陡坡区间形成流动层是表面流或渗透流,在河床堆积的泥沙为饱和状态流动;相对于缓坡区间形成沙堆的表面流与渗透流,河床堆积泥沙是饱和状态。表面流具有越过沙堆肩胛流动的趋势。在坡度变化点等泥沙有大量堆积的现象。有关泥石流发生条件有待于深入研究。