汶川地震区震后泥石流活动特征与防治对策

2008年5月12日的汶川Ms8.0地震对地表产生强烈扰动,使得泥石流形成条件发生剧烈变化,影响到震后泥石流的活动特征和减灾对策.作者在调查数据的基础上,从固体松散物质条件、微地貌条件和水文条件的变化3个方面,分析了汶川地震区震后泥石流形成条件的变化,认为:汶川地震灾区崩塌、滑坡等产生的松散固体物质达28×108 m3,为该区泥石流长期活动提供了丰富的物质基础;流域微地貌突变特别是严重的沟道堵塞,有利于泥石流规模的增大;强烈地表扰动和毁灭性、大面积毁坏植被,改变了地表水入渗、产流和汇流条件,利于侵蚀和洪峰形成.这些流域状态的巨变,构成了有利于泥石流形成的条件组合.从而,导敛震后泥石流活动强度急剧增大,使得泥石流成为对地震区影响最为严重的灾害.震后泥石流活动的主要特点有:泥石流沟谷数量增加,大量震前被判定为非泥石流沟的流域暴发了泥石流;激发泥右流的临界雨量明显降低泥石流暴发表现出明显的高频性与群发性;泥石流的容重约提高10%～30%,原来定性为稀性或过渡性的泥石流沟转化为过渡性或粘性泥石流沟;泥石流流量普遍增大,大致可增加约50%～100%,现有规范中泥石流流量计算方法的结果偏小,需要修正.震后泥石流演变趋势为:活动强度由急剧增强的突变转为逐步减弱,期间活跃期与平静期交替出现,第1个泥石流活跃期可能会持续约15年左右;泥石流形成将由降雨控制型逐步转为松散土体控制型;一些松散土体丰富且尚未发生泥石流的面积大于5 km2流域,将是未来暴发大规模泥石流的风险源.针对震后泥石流的活动特征、演化趋势和震区泥石流防治中存在的问题,提出:判识潜在泥石流灾害,增强减灾措施的针对性;进行泥石流灾害风险分析,加强风险管理;改进泥石流规模计算方法,适应震区超常规模泥石流防治需求;重新确定泥石流预警报的临界雨量指标,加强监测预警系统建设等灾害防治对策.     

汶川地震区泥石流灾害工程防治时机的研究

“5·12”汶川地震诱发了大量的崩塌、滑坡等地质灾害,导致大面积坡面的岩土体松动,为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源。在泥石流形成的三大主控因素中,最重要因子已经由震前的短历时降雨量变为松散固体物质量了。由此,在同样的降雨激发下,同一流域将可能爆发比灾前更大规模的泥石流灾害。通过对历史地震后泥石流发展规律的类比分析,结合2008年雨季灾区泥石流活动状况,讨论地震灾区泥石流工程防治的最佳时机。经过初步分析认为,在极重灾区不宜在震后3年内实施大量的泥石流防治工程,而应在震后3～5年实施工程防治;在重灾区和一般灾区,可以在震后立即实施泥石流工程防治。目前地震灾区规划了大批泥石流工程防治项目,覆盖了极重灾区和重灾区。在极重灾区立即实施大批的泥石流防治工程,可能得不到预期的防治效果。建议汶川地震区位于极重灾区的泥石流防治项目宜在3~5年后实施。     

汶川县震后潜在泥石流危险性评价研究

对震后潜在泥石流灾害进行危险性评价是灾害预测预报与防治规划的重要内容和技术基础,也是目前泥石流领域研究的薄弱环节。以汶川县为典型研究区,通过资料收集、野外考察和遥感调查,遴选出震后泥石流频次、流量和地貌信息熵3个关键指标,改进震后泥石流流量计算方法,建立DNWT模型动态监测并快速提取震后泥石流物源信息;基于此,构建评价指标体系,以小流域为评价单元,采用GIS技术和灰色系统理论与方法,建立评价模型,进行研究区震后潜在泥石流危险性评价与区划。结果表明:1)提出DNWT震后泥石流物源提取模型,能实现震后泥石流判识和崩塌滑坡及其松散堆积体等泥石流物源信息动态监测与自动提取;2)结合野外调查和泥石流物质量计算数据,采用配方法,修正了震后泥石流流量计算公式,与震前相比,堵塞系数增加1.72～3.46倍,流量呈指数增大;3)基于对研究进行小流域划分,引入地貌信息熵,简化震后泥石流危险性评价参数,实现了对子流域地貌发育阶段和沟谷危险程度的判断;4)研究区大部分泥石流沟处于中度及以上危险区,具有极大的潜在危险性,其中高、极高危险性泥石流沟89条,占泥石流总数的39.2%,主要沿岷江干流和渔子溪河谷两岸分布,为防灾减灾的重点区,且资源环境承载力低,不宜进行规模以上开发建设,需加强灾害监测预警与综合防治。研究结果可为震后泥石流遥感动态监测、定量风险评估和防灾减灾管理提供依据与参考。     

汶川地震后北川干溪沟山地灾害及长期发展趋势初步分析

汶川地震在干溪沟内激发了大量的崩塌、滑坡.根据航空影像数据解译,干溪沟内发育成片的崩塌滑坡91块,总面积10.42 km2,占全流域的28.95%,而暂时没有泥石流活动痕迹.干溪沟内山地灾害在坡度、坡向、高程、断裂距离、地层岩性等方面存在如下规律:1)发生崩塌滑坡的坡度主要分布在30°～50°,随着坡度的增加,发生崩塌滑坡的概率越大;2)崩塌滑坡的坡向主要分布为向南方向;3)崩塌滑坡主要分布在1 000～1 600m高程内,其中,1 000～1 400m尤其集中;4)绝大部分崩塌滑坡都分布距离北川断裂2000m或距离其他主要断裂1 000m的范围内;5)T1f+t地层是"5·12"汶川地震的易发山地灾害地层.通过初步分析,预测干溪沟泥石流长期发展趋势为:1)总体呈活动强度下降趋势,可供形成山地灾害的松散固体物质来源总量呈下降趋势,泥石流总量下降;2)活跃期-平静期交替、活跃期逐渐缩短、平静期逐渐延长;3)泥石流活动类型表现震后一段时间内为输移控制型、然后为输移控制型向松散固体物质控制型过渡,最后发展成为松散固体物质控制型;4)汶川地震后第一个活跃期为10～15 a.干溪沟的山地灾害现状及其长期发展趋势分析为下一步制定减灾方案奠定了基础.     

汶川地震区次生山地灾害监测预警体系初步构想

“5·12”汶川地震诱发了大量的崩塌、滑坡等地质灾害,崩塌滑坡堵塞主河形成堰塞湖,并为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源,在未来3～5年内泥石流灾害将成为震区的主要灾害之一,危害居民、交通、通讯和重要工程设施安全。构建系统的次生山地灾害监测预警网络和体系是震区减灾的重要措施,也是灾区恢复重建防灾体系的重要组成部分。按照规划,四川地震区将专业监测灾害点2998处以及建设6处重点城镇和区域山地灾害监测预警系统。为了保证山地灾害监测预警网络健康运行,监测预警系统须具有无线通讯、无人职守、低功耗且独立电源支持、实时性等功能,参照国内外监测内容,已由山地灾害形成背景条件、激发因素、成灾体、监测系统、综合信息处理平台、预测预报与警报发布等模块,分析了地震条件下山地灾害的形成的临界指标和适应震后环境的监测预警信息传输网络,并建立地震区山地灾害监测预警体系的初步构想。特别针对信息传输问题,提出引入无线传感器网络,绘制应用示意图。     

震后次生山地灾害对山区道路的危害及防治体系

山区地质地貌条件复杂,使得我国山区道路沿线的山地灾害广泛发育,5.12汶川地震诱发的生山地灾害使得山区道路沿线的环境进一步恶化。分析了汶川地震震后两年多时间内崩塌滑坡、泥石流的活动特征及其对山区道路的危害,其中震后崩塌滑坡主要以小型的堆积层崩滑为主,且分布范围广,而震后的泥石流则表现为规模大、频发性、群发性、持续时间长等特点。为保证山区道路的畅通,必须采取有效的措施对威胁道路的次生山地灾害进行综合防治,提出了震后山区道路灾害防治与管理体系。     

“5·12”地震后都汶公路沿线泥石流沟危险性评价

都汶公路地处“5·12”汶川大地震的极震区,地震造成大量的崩塌、滑坡、泥石流等次生山地灾害。沿线大多数沟谷都具备暴发泥石流的条件,震后10~20 a将处于泥石流活跃期,尤其前5年泥石流异常活跃。通过野外考察和高分辨率遥感影像数据,获得研究区泥石流沟的基础数据,对比分析建立了震后泥石流总量计算方程,并以泥石流总量和沟床比降作为参数,建立了单沟泥石流危险性评价模型,进行泥石流沟危险性评价。对研究区29条泥石流沟的评价表明：泥石流沟大部分处于中度危险以上,中度危险、高度危险与极高度危险的沟谷占79.31%,其中极高度危险区占20.7%。危险性最大的沟谷为郭竹铺沟、马埝坪沟、野牛沟、一碗水沟和高店子沟,其次是新桥沟、千斤沟、粉丹沟和茨里沟。灾后重建应倍加重视,做好泥石流的预测、预报及防治。     

地震背景下的川江流域泥沙与河床演变问题研究进展

川江流域历史地震是影响川江流域沙量与河床演变的主要动力因素之一。“5·12”汶川大地震将进一步增加地震区流域的水土流失,改变川江流域的河流泥沙运动和河床演变趋势。汶川地震是龙门山断裂带有历史文献记录以来发生的最大地震灾害。地震诱发了大量的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生地质灾害,在地表富集了大规模的松散堆积体。地震严重损坏了近20年来建设的水土保持设施,加剧了水土流失,较大地改变了流域坡面侵蚀条件和河流泥沙来源。综述了若干关键科学技术问题,包括地震与流域产沙,川江流域的泥沙量,地震与川江水系河床演变,地震次生灾害后的河流修复。并建议加强水利工程科学、地质科学和环境生态科学的交叉融合,开展震区河流灾后修复理论和关键技术的研究。     

汶川地震滑坡与强降雨驱动的输沙量增加研究——以岷江上游为例

为了能够详细刻画汶川地震及其震后强降雨对岷江上游输沙量增加量的影响,在对SPOT图像、航片和数字高程图的影像资料进行解译的基础上,对岷江上游滑坡、泥石流进行了标定,同时通过收集该流域1980-2010年期间输沙量、降雨量、滑坡量、泥石流量等方面的资料,分析了汶川地震前后岷江上游降水量、输沙量、滑坡量、泥石流量之间的相关关系,定量计算了汶川地震前后该流域输沙量的变化,进一步探析了汶川地震后强降雨驱动的滑坡、泥石流对岷江输沙量增加的控制作用。研究结果表明,①由汶川地震的同震构造抬升和同震滑坡、泥石流所导致的输沙量增加值为30%左右,表明在汶川地震后岷江上游输沙量的增加主要受同震滑坡、泥石流的控制;②震后强降雨导致的输沙量是震前的1.75倍,震后强降雨泥石流的产砂量对当年新增输沙量的贡献率达到37.49%;③强降雨带与地震断裂带和地震滑坡带基本重合,导致了汶川地震后输沙量的增加与强降雨量之间存在正反馈关系;④汶川地震震动所引发地表物质松动和驱动滑坡导致了河流输沙量加大,这是未来几十年所面临的灾害。     

汶川8级地震对岷江上游泥石流灾害防治的影响

汶川8级地震直接引发了大量的崩塌、滑坡等次生灾害,为泥石流提供了丰富的物质来源,在经历过2008年雨季后,激发了一定数量的泥石流,在今后5~10 a的时期内,还将激发大量的泥石流。震后岷江上游泥石流今后的发展趋势,主要取决于是否产生暴雨以及暴雨笼罩范围,地震引发的崩塌、滑坡是否堵塞沟道与泥石流发生、发展也有密切关系。地震后,岷江上游的泥石流防治也将面临着严峻的形势。通过对岷江上游典型泥石流沟防治工程现状的统计,指出了目前防治工程存在着数量少、标准低、承灾能力差、结构单一、设计不合理等问题,在此基础上,提出了岷江上游的泥石流灾害防治原则。     

Debris flow prevention pattern in national parks Taking the world natural heritage Jiuzhaigou as an example

With the development of the ecological tourism, how to control debris flow innational parks becomes an urgent problem. The characteristics of prevention of thedebris flow in the areas are systematically studied, and a scientific strategy is introducedfor dealing with debris flows. In term of the activity attribute of the debris flow and objects protected in Jiuzhaigou, some methods are proposed to arrange the projects of hazardmitigation, and finally an approach is established to carry out the technology in the controlof the debris flow scientifically, reasonably and feasibly. Integrating the aforesaid strategy with methods, the pattern of prevention and countermeasures of the debris flow has beentheorized, in this way the mitigation hazards engineering is in harmony with the naturalview and combined with the ecology. The prevention pattern of the debris flow in nationalparks is divergent from those in other areas such as towns, traffic lines, and farmland.After the successful application of the pattern in the Jiuzhaigou National Park, iteffectively controls debris flows and achieves the expected target, such as conserving the landscape resource, sustaining ecological environment, and securing the visitors andresidents.     

基于水土耦合的沟床起动型流体运动过程模拟研究

建立考虑沟床侵蚀、坡面汇流以及沟道上空降雨共同作用下沟道流体运动的水土耦合模型,可以为流域风险评估、防灾减灾以及潜在泥石流沟判识等提供理论依据。通过对沟道流体对沟床可移动固体物源的侵蚀过程进行分析,并将其与具有时空变异性的坡面汇流及沟道上空降雨进行合理耦合,建立了小流域沟道流体运动的水土耦合模型;采用有限差分法对流体运动水土耦合模型进行时空离散,得到了沟道流体运动数值离散模型;在此基础上,基于MATLAB语言编写了流体运动数值离散模型的求解程序;同时,以来流流量及沟槽坡度为控制变量开展了室内模型实验,观测不同工况条件下沟槽控制点处流体流深、流速以及流体容重的变化情况。通过对所得到的12组水槽实验的实验结果进行数据分析,发现在沟槽坡度保持不变的条件下,沟槽控制点处流体流深及流体流速与来流流量之间呈正相关关系,流体容重与来流流量之间呈负相关关系;同时,将沟槽控制点处流体流深、流速以及流体容重的数值求解结果与实验测量结果进行对比分析,发现流体流速及流体容重的模拟精度均高于90%,流体流深的模拟精度高于80%。表明所建立的小流域沟道流体运动的水土耦合模型基本合理,所采用的数值离散方法及所编写的模型求解程序较为可行。     

斜坡单元支持下区域泥石流危险性AHP-RBF评价模型

通过分析目前区域泥石流危险性评价研究中评价单元、指标体系及其提取方法、评价模型3个关键内容对评价结果的影响,将斜坡单元作为区域泥石流灾害评价的基础评价单元并提出斜坡单元的自动定量划分方法;提出区域泥石流危险性评价的指标体系（即斜坡面积、主沟长度、斜坡相对高差、平均坡度、斜坡切割密度、平均主沟坡降、植被覆盖率、地层岩性共8个指标）,并通过GIS技术提取指标体系;提出区域泥石流危险性评价的APH-RBF神经网络评价模型.以湖北省神农架林区灾害防治示范区木鱼镇为研究对象,采用已查明的泥石流灾害点的位置资料,验证本模型评价结果的合理性,为示范区的防灾减灾及村镇规划提供参考.     

雅鲁藏布江曲水-桑日段泥石流发育特征及其危害

在遥感解译、野外调查和实地勘测的基础上,系统研究了雅鲁藏布江曲水-桑日段泥石流的发育特征及其危害,提出了相应的防治对策。研究表明,研究区泥石流的分布密度大,性质单一,全部为稀性泥石流;泥石流沟面积普遍较小,沟床坡降大,汇流条件好;形成的堆积扇规模宏大,多呈混杂堆积。泥石流的危害对象主要为农田和道路等基础设施,危害方式以冲刷和淤埋为主。建议控制人类不合理的生产和工程活动,针对危害大的泥石流沟因害设防,进行综合治理。     

汶川地震区特大泥石流工程防治新技术探索

汶川地震在龙门山地区激发了大量的崩塌、滑坡,为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物源,震后4年里泥石流非常活跃,暴发了数次特大规模泥石流.初步分析了2个典型泥石流防治工程失败的原因,发现对防治工程本身而言,主要因素在于目前大量采用的浆砌石结构抗冲击破坏能力弱.为了抵御特大泥石流的冲击破坏,初步提出了钢筋混凝土框架+浆砌石坝体式泥石流拦砂坝、预制钢筋混凝土箱体组装式拦砂坝的新型泥石流拦挡结构,以及复式断面泥石流排导槽、预制钢筋混凝土箱体组装式排导槽的新型泥石流排导结构,这些新结构可望在不大幅度增加工程投资的情况下,提高泥石流防治工程抗冲击破坏能力,缩短工程建设周期,保护流域生态环境,充分利用沟内现存材料.这些方法及其组合可望对特大泥石流进行有效的调控.     

四川石棉2012年“7·14”唐家沟泥石流特征

2012年7月14日,四川石棉田湾河流域唐家沟暴发泥石流,造成2人死亡、5人失踪及巨大经济损失。泥石流由沟道中上游局地强暴雨激发,形成机制为沟床起动型,持续过程约1 h,泥石流总量约85×104 m3,为低频率特大规模泥石流。唐家沟的相对高度为3 139 m,沟道陡急而多急弯、卡口,导致泥石流在运动中反复堵塞溃决,堵塞系数为2.5-3.0-在沟道中下游,泥石流获得了原有沟床堆积物的补给,使固体物质补给区范围扩大,规模增大,危害能力增强-流体含有2%-4.4%的黏粒,黏度较大,重度达20.6 kN·m-3,搬运力极强,搬运至沟口的最大石块体积约235 m3,质量约645 t-流体的直进性强,弯道超高高度高于11 m。泥石流堵塞田湾河并形成溃决灾害,构成了泥石流堰塞湖山洪组成的山地灾害链,危害由沟道延伸至主河两岸的较大范围。当地森林植被茂密,但泥石流十分发育,表明生态环境良好的山区仍需加强对泥石流灾害的防范。     

汶川地震灾区帽壳子滑坡形成泥石流的过程和特征

实地调查了汶川地震灾区北川县帽壳子滑坡转化为坡面泥石流和沟道泥石流的基本特征和形成过程,并利用能量守恒原理和Takahashi泥石流运动模型对其运动特征进行了分析。结果表明：对于强震诱发的滑坡,其层间碎块石土体强度低,滑坡体内部裂隙发育,在强降雨作用下容易转化为泥石流;滑坡转化为坡面泥石流的过程为岩土体沿基岩面下滑→撞击→强碎屑化→流动→快速停积;滑坡转化为沟道泥石流的过程为滑坡体崩滑→弱碎屑化→水流掺混→掏蚀沟道→流动堆积;滑坡转化为坡面泥石流后,起始速度较快,但没有沟道限制和水力作用,因此运动阻力较大,冲出距离远小于沟道泥石流;利用Takahashi泥石流运动模型计算得到的沟道泥石流冲出距离与实际观察值比较吻合。     

洪水起动泥石流沟床物质形成泥石流的试验

以研究震后强震区泥石流起动的临界水力条件为目的,在实验室内模拟了洪水起动沟床物质形成泥石流的条件,对比前人研究的颗粒起动的临界水流速度条件后得出：泥石流形成时的颗粒起动条件介于少量起动和大量起动之间,临界起动概率为0.05,约为少量起动的2倍,大量起动的1/3;泥石流形成的临界流速随起动颗粒中值粒径的增加而增加,随沟床坡度的增加而减小;颗粒的不均匀系数越大,起动所需要的临界流速也越大;修正的泥沙起动和泥石流起动公式适用于较大的泥沙颗粒粒径和泥沙不均匀系数的泥沙起动条件.     

岷江野牛沟泥石流形成机制及堵河分析

通过现场调查,对野牛沟泥石流形成条件、灾害特征、启动机理进行分析,并研究未来堵河可能性以及发展趋势。结果表明:野牛沟在"五一二"汶川地震后演化为一条泥石流沟,具有持久性、阵发性、支沟群发等特点,野牛沟泥石流的启动是因为"消防水管效应",水流快速集中为沟道径流,强烈冲击沟道物源,导致泥石流的形成,形成过程分为冲击启动—流通加速、溃决—泥石流堆积三个阶段,在暴雨频率为1%(及以上)时爆发泥石流可能堵塞岷江。