山区河流水灾害问题及应对（特约稿）

全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展,如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年“5·12”汶川大地震后,“地球人都要有灾害意识,地球人都要有灾害教育”已深入人心,中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件,中国西部地区一直是水灾害频发的区域,防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学,四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧,在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索,取得了一系列重要成果。主要有：1）开发细观实验与模拟技术,揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理,建立了更加可靠的判别准则和计算方法,形成系统的细观水力学体系,并创新地提出了多级泄洪原理与技术;2）原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术,揭示了高坝工程整体结构安全响应机制,建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝-坝基-库水整体结构安全评价体系;3）揭示了山洪与泥沙共同作用下“小水大灾”机制,提出了特大山洪泥沙灾害“降阶防控”技术,将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围;4）引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从“点、线、面”拓展到三维空间整体,提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力;5）针对滑坡-堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题,提出了滑坡-堰塞湖分类应急处置与综合治理技术;6）针对西南地区地理、生态与环境特点,提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体（TDG）过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术,将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域,拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后,针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求,提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境-生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题,有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。     

山区河流若干特性研究

本文在前人研究的基础上,从水道特性、汇流特性以及泥沙输移、级配特性等方面对山区河流作一初步研究,首次提出流域相对平均高差的概念以及单位面积上单位线单位时间上涨幅度的概念,并用来作为判别不同类型河流的主要依据;针对山区河流泥沙级配宽的特点,利用双曲正切函数曲线来模拟山区河流泥沙的宽级配曲线。     

连云港市城市内涝灾害风险评估及应对措施

连云港市是我国沿海中部沟通东西、连接南北的区域性中心城市、国际性的港口工业城市和现代化的滨海旅游城市。文中重点指出连云港城市产生内涝灾害的主要原因以及风险,并提出相关的城市内涝灾害风险评估方法和改善措施;提出城市内涝综合应对技术框架,主要从基础信息整理准备、内涝风险识别与评估、风险评估及模型构建、选择最佳方案等方面进行展开,从而促进连云港城市未来的健康发展。     

不同来水来沙条件下山区河流的河床响应试验研究

山区河流受季节性水文条件及产沙过程的影响,水沙条件变化频繁。尤其是暴雨山洪频繁挟带大量泥沙进入河道,从而引起河床急剧调整。本文以龙溪河典型河段为研究对象,通过调查天然河道的地形、床沙组成及来水来沙特性,开展了系列水沙模型试验,突出分析了来水来沙条件变化的河床响应。试验包括不同流量下清水冲刷和恒定流量下改变泥沙补给条件两种对比方案。以泥沙起动条件的沙莫夫公式判定方法,分析比较了不同工况条件下的断面泥沙起动流速和水流运动平均流速的关系,揭示了不同断面间泥沙冲淤特性及河床变形特点。在此基础上,探讨了河道沿程水位变化及致灾范围,对比分析表明,龙溪河在清水来流条件下,即使通过最大流量300m3/s,洪水位也未超过龙池镇堤防高程,即清水来流条件一般不会影响龙池镇的防洪安全。若大量泥沙下泄至主河道,龙池镇段由于河床比降变缓与河道展宽等床面形态的变化,水流平均流速显著降低,携沙能力减小,引起大量泥沙淤积,致使水位陡增,甚至出现漫滩现象,存在显著的防洪安全隐患。随着泥沙补给量的不断增加,河床不同区域输沙动力的调整制约了泥沙的输移距离,从而引起局部区域河床的淤堵,并导致洪水位的增加,甚至产生漫滩洪水并诱发洪水灾害。研究表明,山区河流泥沙补给对河床响应及水沙灾害具有重大的影响,来水来沙变化下的水沙运动致灾机理急需深入研究。     

山区公路灾害识别及预警技术的研究探索

山区公路灾害频发,造成了人民生命财产的巨大损失与严重的生态破坏。文章主要介绍了基于无线智能传感器和无线传输网络的山区公路灾害识别及预警技术。     

山区河流水位流量关系曲线研究

受洪水涨落的水位流量关系呈现明显的绳套曲线,目前的研究大都基于平原河流,由于山区河流比降大、河床组成物质较粗,水流特性受到多方面因素的影响,故有些假设与实际河流情况不符,导致水位流量推求不太精确。因此本文考虑山区河流与平面河流的河床形态、泥沙粒径等方面的差异,引入了河道级别和泥沙粒径以区别山区河流与平原河流,结合简化后的圣维南方程组重新推导水位流量关系。通过山区河流和平原河流水文站的实测资料验证表明：该方法能较好地拟合相应河流横断面实测水位流量;在进行配线时,只需根据变化情况对参数做一些简单更正,具有实用性好、精度高以及适应性强等特点。     

山区河流急流河段小桥孔径设计探讨

本文以明渠水流流态概念,从桥下水流图式,急流水流的物理性质,尤其是它对边界条件的敏感性等方面,分析了急流河段小桥采用“河床人工加固铺砌处理、压缩桥孔长度”的设计方式,可能出现的种种弊端。在此基础上,提出急流河段小桥孔径设计的一般原则。     

山区河流新型生态护岸型式的探讨

文章分析了皖南山区河流护岸建设现状及存在的不足,对传统护岸进行了优化,提出了一种新型生态护岸型式。     

“山区河流变化科学”专栏征稿启事

<正>河流变化是与人类息息相关而被普遍关心的重大全球性问题,受到国际科学界的广泛关注与高度重视。受气候变化、人类活动、地表过程影响,河流水沙过程、河流形貌与生态环境发生了显著变化,严重威胁河流正常功能发挥与生态环境安全。山区河流供应了全球50%以上的淡水资源,水能资源富集,同时又普遍面临生态环境脆弱、灾害频发等突出问题,使得山区河流保护与治理面临巨大挑战。