冻错曲冰湖溃决风险及坝体稳定性研究

随着交通建设和水电开发等人类工程活动不断向西藏高海拔地区推进,高海拔冰湖溃决洪水及泥石流问题出现。笔者首先通过野外地质勘察、室内遥感解译对西藏洛隆县冻错曲冰湖的溃决风险进行研究,然后运用Geo-studio软件分析了堰塞坝的抗滑稳定性。结果表明:冻错曲冰湖堰塞坝结构稳定,渗透性好,坝体未发生明显变形,汛期和非汛期冰湖面积变化小,溃决概率为0.42,溃决可能性较小。在非汛期、汛期和汛期叠加冰雪融化三种工况下,稳定性系数分别为1.311、1.197和1.057,坝体处于基本稳定状态。研究结果可为西藏地区冰湖堰塞坝稳定性分析和工程建设提供参考。     

堰塞湖减灾对策

滑坡、泥石流堰塞湖灾害作为地震、暴雨或冰湖溃决诱发的滑坡、泥石流灾害链的链生灾害,危害非常严重．特别是在我国西部山区。由于堰塞湖的形成过程属于地表自然过程,人们目前还无法制止。但是。人们完全可以采取措施减轻或避免堰塞湖灾害可能造成的损失。     

天然坝溃块的泥石流形成机理及其数学模型

据资料统计，因滑坡、斜面崩塌及支沟泥石流堵江而形成的天然坝，其中９０％以上的都在一年之内溃决，给下游造成严重的泥石流、洪水灾害。因溃决过程的不同，其形成的泥石流、洪水规模和灾害程度各异。本文通过理论分析和水槽试验研究；探讨了天然坝的溃决过程及泥石流的形成机理。根据上游蓄水对坝体的作用方式及溃决时的形态特征将其溃坝过程分为：（ａ）溢流侵蚀型（ＴＹＰＥ １：Ｅｒｏｓｉｏｎ ｂｙ Ｏｖｅｒｔｏｐｐｉｎｇ     

天然坝溃决的泥石流形成机理及其数学模型

据资料统计,因滑坡、斜面崩塌及支沟泥石流堵江而形成的天然坝,其中90％以上的都在一年之内溃决,给下游造成严重的泥石流、洪水灾害,因溃决过程的不同,其形成的泥石流、洪水规模和灾害程度各异。本文通过理论分析和水槽试验研究;探讨了天然坝的溃决过程及泥石流的形成机理。根据上游蓄水对坝体的作用方式及溃决时的形态特征将其溃坝过程分为:(a)溢流侵蚀型(TYPE 1:Erosion by Overtopping);(b)滑动崩决型(TYPE 2:Instantaneous Slip Failure);(c)逆流渐进破坏型(TYPE 3:Progressive Failure)等三种类型,分别提出了计算各溃决过程的坝体变形及泥石流流量过程的数学模型。通过实验结果和计算结果的比较分析探讨了各数学模型的合理性。为建立泥石流规模的综合预测系统打下了基础。     

四川彭州龙门山镇8·18泥石流灾害特征与成灾模式分析

2012年8月18日,四川彭州龙门山镇白水河上游暴发大型泥石流灾害,境内发生泥石流60余处,20条沟谷型泥石流沿白水河两岸成不对称分布,右岸泥石流破坏尤为严重.泥石流细颗粒含量低于2%,容重1.74~1.91g/cm3,流速6.9~12.6m/s,流量360~1274m3/s,具有群发性、高容重、过渡性、高速、大流量和暴雨—滑坡—泥石流—堰塞湖—溃决洪水灾链过程等特点.泥石流通过冲刷破坏、淤埋破坏、淤埋与损毁路基等方式直接造成损失,溃决洪水、河床上升增大受灾范围,加重了灾害损失.对震后泥石流危险性认识不足、灾后重建工程选址不当,防治工程标准偏低、损毁严重为造成重大损失的主要原因.研究区泥石流长期处于活跃期,建议通过强化泥石流活动趋势分析与预测、加强重点沟谷泥石流风险评价、注重灾链与河床升高效应进行科学选址、依据震后特点进行泥石流防治、尽快重建滑坡断道路段、提高防灾减灾意识与技能等措施减轻泥石流灾害.     

基于数值模拟的溃决型泥石流危险性评价研究

汶川地震后,由地震引起的堰塞体溃决所导致的溃决型泥石流频繁发生,其规模和危害程度远超非溃决型泥石流。为了预测溃决型泥石流冲出特征值与威胁范围,基于FLO-2D数值模拟,以牛圈沟为例,考虑沟道内堵点溃决,对不同降雨频率下的牛圈沟泥石流进行数值模拟并得到其堆积范围及沿程流速、泥深值。采用泥深及泥深与流速乘积值之间关系的方法进行强度划分后,与暴发的重现周期相互结合进行泥石流危险性评价,以此为牛圈沟防灾减灾提供科学参考。对比牛圈沟"9.26"溃决型泥石流与"8.14"非溃决型泥石流实际情况与模拟结果,进行精度验证,结果显示模拟精度较高,与实际较为接近,同时溃决/非溃决型泥石流的冲出量比值能达2.88倍,因此在灾害防治时需要特别关注溃决型泥石流。     

以气温和降雨量为指标的冰湖溃决预警方法

冰湖溃决是冰川区突发的严重山地灾害之一。目前,全球气候变暖,冰川普遍退缩,冰湖面积和溃决风险也随之增大。因此,冰湖溃决预警方法的研究对冰川地区防灾减灾有着重要的实际意义。现提供了一种综合考虑气温与降雨条件影响的冰湖溃决预警方法,选择预测日前期正积温逐日增长速度值与预测日前期30d累积降雨量作为气温和降雨的代表性指标,通过对2010年前发生的21例溃决事件统计,结合邻近21个气象台站的日均温和日降雨量资料分析,建立了冰湖溃决的预警警戒线和冰湖溃决预警系统流程。其后,选择2013年7月5日的然则日阿错冰湖溃决案例对建立的冰湖溃决预警系统进行验证,发现预警效果良好。     

基于FLO-2D的溃决型泥石流模拟研究

2013年7月10日华溪沟引发降雨量为100年一遇的溃决型泥石流("7.10"泥石流),造成岷江堵塞并形成堰塞湖,造成巨大经济损失和人员伤亡。为了研究溃决型泥石流危险性,探讨不同降雨频率下暴发泥石流的结果,利用FLO-2D软件对华溪沟在不同降雨频率下溃决与非溃决条件进行了数值模拟,并把100年一遇的模拟结果与实际野外调查情况做出对比。结果显示溃决条件下冲出量、堆积范围面积、平均堆积深度比非溃决条件下超出1倍;溃决时冲出量比实际调查值少5.58万m3。数值模拟结果表明模型的误差在允许范围内,模拟结果与原型相比准确度为88.61%,模拟效果较好。溃决型泥石流规模比非溃决时相比甚大,因此在进行灾害防治设计和危险性评价时应特别注意。     

溃坝洪水研究进展

溃坝洪水研究的目的是计算溃决坝址的流量、水位过程线,并向下游作洪水演进得到沿程的流量、流速、水位、波前与洪峰的到达时间,评估下游洪水淹没损失情况,以便于采取措施,降低洪水风险。从溃坝水流理论研究、溃坝问题的试验研究、溃坝模拟及洪水在下游演进这3个方面对溃坝洪水研究进行了综述,回顾和总结了国内外溃坝洪水研究的发展历程、已取得的成果和近些年的进展,提出了将来要研究的重点,并对研究前景进行了展望。目前溃坝理论的数值求解发展迅速,由试验提出了溃坝机理,研究不断模型化;但高强输沙理论未建立,溃口冲刷过程未能准确表达,对梯级溃坝和冰湖溃决洪水研究较少。今后应加强溃坝水流理论研究,开展大尺度、多库溃坝模型试验研究,积极做好梯级溃坝和冰湖溃决洪水模拟,进一步建立快捷可靠的区域溃坝洪水预报系统。     

泥石流堰塞湖影响区域评估及其应急预案——以汶川县磨子沟为例

2008年汶川"5·12"地震后,汶川震区内大量新、老泥石流沟的泥石流活动频度增加,致使泥石流堰塞湖的形成几率也随之增大。通常泥石流所形成的堰塞体稳定性较差,从形成至溃决通常在几小时内发生,人工工程干预的可能性小。因此,做好堰塞湖溃决洪水影响区域评估和溃决洪水应急预案,成为必要且有效的减灾手段之一。但泥石流堰塞湖的溃决洪水既不同于一般意义的洪水,也不同于人工大坝的溃决,是过去应急预案研究中较少涉及的灾种。选择汶川磨子沟作为研究对象,在泥石流堰塞湖溃决危险性评估基础上提出溃决洪水应急预案的编制原则和方法:首先确定泥石流堰塞湖可能溃决的最大洪峰流量、淹没高度、泛滥范围和持续时间;其后,实地调查居民点,圈定洪水淹没范围和危险区人口数,并根据地形条件制定可能的撤退路线;最后,结合政府部门的行政安排,制定险情通报程序、险情发生安全保障措施和预案启动、结束的时间节点。试图为其余泥石流堰塞湖溃决洪水危害应急预案制定提供借鉴,提升应对突发泥石流堰塞湖溃决事件的效率。     

高寒小流域措普沟山洪风险分析

已有山洪泥石流灾害的风险评估主要针对暴雨或者冰川融水激发条件下的风险评估,而当高寒山区流域源头存在冰湖发育时,如何考虑冰湖对下游铁路、公路等线性工程影响的研究并不多见。以巴塘县措普沟及其支沟上游绒伊措冰湖为例,在分析冰湖孕灾环境背景的基础上,通过遥感解译和详细的野外调查,获得了绒伊措冰湖几何参数与沟道断面特征参数;结合坝体结构与物质组成特征,分析了坝体结构的稳定性;依据措普流域水文计算成果,评估了山洪对拟建铁路的影响。研究表明:绒伊措冰湖坝体由坚硬的花岗岩组成,坝体完整性好,在不考虑高烈度地震等极端条件下,绒伊措冰湖坝体稳定性较好,发生溃决的可能性较小,绒伊措冰湖对下游拟建铁路的影响小;在考虑P=1%设计频率暴雨与冰川融水情景下,措普流域山洪洪峰流量为448 m³/s,桥位所处断面的平均流速2.75 m/s,水深4.62 m,与铁路梁底的高差为53.89 m,对铁路线路安全不构成威胁。     

藏东南地区冰川泥石流形成条件初步分析——以天摩沟冰川泥石流为例

针对融雪、降雨融雪等条件诱发的冰川泥石流形成过程,为了更好的认识藏东南地区冰川泥石流形成条件,选取藏东南地区天摩沟为研究对象,根据研究区流域特征、冰川覆盖面积以及气温等条件,在热化学、土力学以及流体力学等理论基础上,分析得到藏东南地区冰川泥石流在融雪条件下的起动流深阀值。结果表明:由于藏东南地区冰川泥石流沟分布高程影响,使得冰川泥石流沟所处的大气压为41. 0×103～54. 0×103kPa,使得雪线位置的冰川熔点上升至0. 352～0. 45℃;天摩沟冰川泥石流沟道冰碛物表层有效粒径(d10=10 mm)起动的临界流深为0. 04 m;天摩沟冰川泥石流沟道冰碛物发生冲蚀剪切破坏时的临界地表流深为其侵蚀厚度的3. 17倍;当天摩沟的降雨强度大于10. 22mm/h时可诱发冰川泥石流过程。研究成果为藏东南地区冰川泥石流的防治提供一定的参考。     

金沙江白格堰塞湖处置中水库应急调度经验与启示

2018年10、11月金沙江四川、西藏交界的白格村接连发生两次山体滑波并引发堰塞湖险情。长江水利委员会按照水利部统一部署,及时启动应急响应,科学分析堰塞湖洪水风险,提前研究工程处置方案,科学调度金沙江中游水库,为成功处置这两次堰塞湖险情提供了强有力的技术支撑。详细介绍了溃坝洪水演进过程,以及在处置"11·3"堰塞湖洪水期间,提出的针对堰塞体溃决前后两阶段四步走的腾库实施方案。通过优先使用梨园、阿海、金安桥水库拦蓄洪水,金沙江中游梯级水库约腾出13亿m~3库容消纳溃坝洪水,将金沙江上游万年一遇洪水消减为一般洪水,全力保障下游水库安全,成功实现堰塞湖应急处置。     

泥石流堰塞湖影响区域评估及其应急预案 ) 以汶川县磨子沟为例

2008 年汶川/ 5 # 120地震后, 汶川震区内大量新、老泥石流沟的泥石流活动频度增加, 致使泥石流堰塞湖的形 成几率也随之增大。通常泥石流所形成的堰塞体稳定性较差, 从形成至溃决通常在几小时内发生, 人工工程干预的 可能性小。因此, 做好堰塞湖溃决洪水影响区域评估和溃决洪水应急预案, 成为必要且有效的减灾手段之一。但泥 石流堰塞湖的溃决洪水既不同于一般意义的洪水, 也不同于人工大坝的溃决, 是过去应急预案研究中较少涉及的灾 种。选择汶川磨子沟作为研究对象, 在泥石流堰塞湖溃决危险性评估基础上提出溃决洪水应急预案的编制原则和 方法: 首先确定泥石流堰塞湖可能溃决的最大洪峰流量、淹没高度、泛滥范围和持续时间; 其后, 实地调查居民点, 圈 定洪水淹没范围和危险区人口数, 并根据地形条件制定可能的撤退路线; 最后, 结合政府部门的行政安排, 制定险情 通报程序、险情发生安全保障措施和预案启动、结束的时间节点。试图为其余泥石流堰塞湖溃决洪水危害应急预案 制定提供借鉴, 提升应对突发泥石流堰塞湖溃决事件的效率。     

怒江泥石流扇地貌特征与扇体堵江机理研究

怒江流域泥石流沟众多,而且主要是两相泥石流。两相泥石流龙头集中了大量的粗大卵石和砾石,形成的扇体阻力大,是改变怒江河流地貌形态的主控因素。洪积扇的数量和规模远远小于泥石流扇,科学区分怒江两岸的泥石流扇和洪积扇对山区防灾减灾意义重大。许多泥石流扇完全堵塞主河形成了堰塞湖,怒江高黎贡山峡谷河段几乎每隔10~20 km就有一个泥石流堰塞湖,峡谷河段形成一段段顺直河谷连接堰塞湖缓流+堰塞坝激流的不断重复的河道,造成堵江的泥石流沟的流域面积多集中在40 km2左右。泥石流堰塞坝尼克点的发育造成了河道内大量泥沙淤积,利用钻孔采样的方法分析了堰塞湖内泥沙淤积规律。野外测量和计算发现组成泥石流的规模和龙头出沟口的速度是造成堵河的主控因素。     

金沙江雅鲁藏布江堰塞湖应急处置回顾与思考

2018年10月10日至11月3日,西藏自治区境内的金沙江白格和雅鲁藏布江米林,分别在同一地点先后两次发生了大规模山体滑坡和冰川泥石流,滑坡、冰川泥石流堆积物分别堵塞了金沙江和雅鲁藏布江干流而形成堰塞湖,严重威胁着堰塞体上下游人民群众的生命财产和下游已建及在建水利设施的安全。简要回顾了金沙江和雅鲁藏布江前后发生的4次堰塞湖及其应急处置工作,总结应急处置过程中的经验和启示,对提升堰塞湖应急处置技术支撑能力提出了思考建议,以期为今后处理类似事件提供借鉴。     

西藏扎木弄沟地质灾害治理初步探讨

西藏林芝地区波密县的扎木弄沟是一条高频滑坡泥石流冲沟,地质灾害频发,危害性大,治理艰难。为寻求可行的治理方案,以达到最佳治理效果,通过分析扎木弄沟地质灾害发生原因,探讨了开挖泄洪洞排泄洪水的处理方案。从湖区淹没水位、滑坡体壅高湖水位对下游的影响、泄洪洞断面的选择等方面进行了分析,科学合理地确定了泄洪洞规模。可为特大型滑坡泥石流地质灾害后治理,防止造成次生洪涝灾害提供新的思路。     

西藏近25 a湖泊变迁及其驱动力分析

作为全球气候变化敏感区,分析气候变暖与经济发展背景下西藏湖面动态变化,对揭示区域环境演变特征与规律具有重要意义。基于1990—2015年Landsat遥感影像获取湖泊水域边界信息,分析近25 a西藏湖泊的时空分布及变化特征,结合气候因素与人为因素变化特征分析湖泊变化的主要驱动力,及湖泊变迁对气候的响应。结果表明:近25 a,西藏新增湖泊261个,总面积从24 161.1 km²增加到了30 549.2 km²。时间上,流域内湖泊总面积1990—1995年严重萎缩,1996—2006年迅速扩张,2007—2013年湖泊扩张速度减缓,降雨量、气温、蒸散发的变化趋势较好地反映了湖泊由萎缩到扩张的变化原因。空间上,不同地区湖泊变迁存在明显的空间差异:西藏中部地区温度和蒸散发相对较低,降雨量较大,湖泊面积扩张迅速;西藏北部地区温度偏高,降雨量少,蒸散发大,但温度升高加速冰川冻土融化成为湖泊扩张的可能因素;喜马拉雅山脉温度较高,蒸发量远大于降雨量,导致湖泊萎缩。人类活动加剧了当地对湖泊等水资源的需求,湖泊却呈扩张趋势,说明西藏地区的湖泊变迁主要受到气候因素的驱动。     

满拉工程设计中水文新技术的开发与应用

满拉水利枢纽所在流域环境恶劣，资料严重短缺，在设计中应用遥感技术解决冰川湖普查、重点冰川湖详查、全流域土壤侵蚀综合图绘制及龙马河与涅如藏布河分沙问题，提出了一套包括危险冰湖判别、溃决模式分析、溃决洪水定量计算的思路和方法，并在实施考察和溃湖洪水率定的基础上，计算了白湖溃决洪水和桑旺湖冰崩涌出洪水，其中白湖溃决洪水已被作为工程设防的依据，冰川湖动态监测系统采用海事卫星通信技术，不但解决了通信组网难等问题，也可在工程建成后实时监测上游较大冰湖的动态，一旦冰湖溃决可及时作出溃决洪水过程预报。以上几项新技术的开发与应用，解决了满拉工程本身的几个关键水文问题，也可供其它类似工程设计时参考。