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.     

汶川灾区泥石流峰值流量的非线性雨洪修正法

由于汶川地震灾区泥石流固体物质补给方式和成因的复杂性,很多泥石流流域在产流、汇流和运动阶段都存在导致流量放大的过程,用现有的泥石流峰值流量计算方法得到的结果都偏小.具体的分析表明,震后泥石流的产汇流过程并不是线性等同于清水的产汇流过程,泥石流流量的放大系数与清水峰值流量不是线性正比的关系.通过拟合北川极重灾区苏宝河和魏家沟等流域泥石流沟的现场调查数据,得到了泥石流放大系数与流域清水峰值流量之间的幂函数经验关系.并由此建立了泥石流峰值流量的非线性雨洪修正计算方法.该方法可用于计算震后崩滑体较多的流域的泥石流峰值流量.     

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.     

基于震后堰塞湖演化的泥石流危险性分析——以汶川县茶园沟堰塞湖演化为例

四川省汶川县茶园沟是一条低频率泥石流沟,泥石流重现期为50 a。2008-05-12在汶川县发生8.0级强震,茶园沟内形成3个小型地震堰塞湖;2009年雨季3个堰塞坝部分溃决,堰塞湖消失。地震后茶园沟沟内出现大量崩塌滑坡体,水源丰富,形成泥石流仅需要5 a一遇的洪水,暴发规模和危险性比地震前增大很多。经过2008年和2009年两个雨季茶园沟堰塞湖消失,固体物源没有减少,但形成泥石流仍然只需5 a一遇的洪水,暴发规模和危险性比刚地震后小,但比地震前大。通过对堰塞湖的演变过程分析,对比其他地震后泥石流沟的堰塞湖演化过程,得到茶园沟泥石流危险性在地震前后的变化趋势。     

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。     

汶川地震触发潜在性泥石流研究—— 以岷江上游关山沟为例

汶川地震后,由于地震作用,大量的潜在泥石流沟被激活成活动性泥石流沟,这些泥石流沟将在今后较长一段时间内处于活跃期,泥石流暴发规模和频率显著增加,威胁灾区人民生命财产安全,影响灾区重建工作的顺利开展。以岷江上游关山沟为例,初步探讨地震触发潜在性泥石流的成因、起动方式、危害等问题。通过对关山沟震前遥感影像、震后航空影像的解译,结合野外考察、访问,该沟可定性为地震触发的典型潜在性泥石流沟。关山沟由潜在性泥石流而转变成活动性、高频泥石流沟,其成因主要是地震引起了流域内大量的崩塌、滑坡,为泥石流提供了丰富的物源条件。通过估算,关山沟由于地震震动导致流域内发育2处滑坡、21处崩塌,松散固体物质储量为122×104 m3。关山沟泥石流的起动方式为在一定的降水条件下,流域上游的滑坡转变成泥石流,沿途接纳两侧山坡表层径流冲刷下来的物质,同时强烈冲刷沟床中松散固体物质以增大泥石流规模,从而形成危害性泥石流。关山沟在P=1%、2%的暴雨频率下,泥石流造成堵河的可能性较大。泥石流一旦堵塞主河,其堵塞回水和溃决洪水将严重威胁到沟口上下游人民生命财产的安全,同时也威胁到“213国道”的安全通行。     

震后堵溃泥石流的特征及防治对策研究——以四川省平武县唐房沟为例

汶川地震直接诱发的大量崩塌、滑坡堵塞沟道,形成很多堵塞坝,这些堵塞坝溃决后极易形成堵溃泥石流,由于成灾快和规模大等特征,其造成的灾害损失比一般的暴雨泥石流要严重得多.以四川省平武县平通镇唐房沟为例,通过野外考察、现场测量、取样分析等方法,分析震后堵溃泥石流的形成过程、流量计算及防治对策.通过采用形态调查法和雨洪法对唐房沟的流量计算结果表明,采用配方法计算的流量结果明、显小于采用形态调查法的结果,其主要原因是因为沟道内存在严重的堵塞,加之地震诱发的大量松散固体物质和震后激发泥石流临界降雨条件的降低,造成泥石流规模的增大.唐房沟目前防治现状存在新建的排导槽过流能力不够、基底已被破坏、弯道处未考虑超高,沟内未布置拦挡工程等问题.由于唐房沟内目前松散固体物质充足,在一定的降水条件下,仍会再次暴发泥石流,泥石流将会威胁到沟口平通镇1 600余人的生命财产安全,同时也威胁到沟口灾后重建工作的顺利开展,针对这些问题,提出了修建拦挡工程、改造排导槽并结合预管预报措施的防治对策.     

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。     

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。     

汶川强震区泥石流特征研究——以银厂沟东林寺-海汇桥段为例

汶川大地震导致大量崩塌和滑坡等地质灾害,为泥石流的发生提供了丰富的物质来源,在强降雨条件下,泥石流的暴发几率较地震前大大增加。通往银厂沟景区必经之路的东林寺-海汇桥段,位于龙门山山前断裂带上,在2008、2009和2010年3个雨季的强降雨作用下,该段10.2 km长度范围内的11条沟不同程度暴发泥石流灾害,均属典型的地震泥石流。泥石流特征明显,主要表现在：（1）频率高,暴发点多,规模大小不一;（2）流体性质一般以粘性为主;（3）泥石流的活动范围与降雨、地形因素关系密切;（4）泥石流危害形式有冲毁、淤埋、堵塞主河等多种形式。继＂5.12＂地震后,连续3年的地震灾区泥石流活动显示,地震区泥石流已进入高发期,该时期可能持续5～10 a,甚至更长,对可能遭遇泥石流的区域,应做好持久性防灾减灾工作。     

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。     

两相泥石流的非恒定特性研究

按照运动机理和泥沙粒径组成的不同,泥石流可分为一相泥石流和两相泥石流。两相泥石流是水和泥沙混合液体与石块构成的固体之间有明显的相对运动的泥石流。两相泥石流在山区沟谷中分布更为广泛,本文针对两相泥石流的非恒定运动过程展开实验研究。实验发现两相泥石流的运动过程具有明显的间歇特征,龙头的运动和停滞呈现间歇式分布。泥石流在停滞过程中,水流或泥沙悬浮液携带石块在前部堆积使得龙头高度和坡度逐渐增大,当坡度达到临界值时,泥石流向下游运移,龙头高度和坡度进而减小,当龙头坡度减小到一定值时,泥石流进入下一个停滞阶段,等待上游泥沙的补给和能量的聚集。两相泥石流龙头后部水流断面平均速度>颗粒断面平均速度>龙头速度,水流速度是颗粒速度的2～3倍,水流通过颗粒不断的将能量传递给龙头用来克服龙头相对较大的阻力。本文通过两相泥石流的实验,研究了间歇流动的形成发展过程,通过分析建立了相应的的力学模型。     

泥石流危险范围预测模型及在昆明东川城区的应用

结合泥石流危险范围模型实验数据,运用多元回归分析方法探讨了泥石流危险范围预测,并进行了误 差分析。以昆明市东川城区后山3条泥石流沟为例,运用该模型对其危险范围进行了预测分析,为东川城区泥 石流防灾提供了科学依据。     

四川都江堰龙池“8.13”八一沟大型泥石流灾害研究

2010年8月13日都江堰龙池八一沟在强降雨(75 mm/h)下导致强大雨水启动沟道及两侧松散堆积物后,冲毁各支沟内的拦挡坝,最终溃决形成规模巨大的过渡性泥石流。在八一沟大型泥石流灾害现场调查的基础上,首先对形成泥石流的地形、水源、物源3个基本条件进行了论述;其次分析了八一沟泥石流的特征和成因;再次计算了泥石流的动静力学参数:容重1.88 g.cm-3左右,泥石流的洪峰流量达1 082 m3.s-1,泥石流的屈服应力在6 700 Pa以上,一次泥石流固体总量为116×104m3,堆积扇上巨石的冲击力为2 449 t;最后分析了泥石流的发展趋势:八一沟流域内还存在大量崩滑体及沟道松散堆积体,在强降雨作用下,很容易再次启动,形成泥石流,造成灾害。     

泥石流颗粒物质分选机理和效应

泥石流是一种由大量固体颗粒和液态水充分掺混所形成的多相流体,泥石流体内固体颗粒物质的相互作用所导致的泥石流颗粒物质的分选是引起泥石流流动性和冲击力大增的重要原因,是现阶段大型泥石流防治的重要关注方向.从基本的泥石流动力学理论出发,采用连续介质力学的方法构建泥石流运动的模型,初步分析颗粒分选对泥石流流动性的影响;进而采用离散元(DEM)数值模拟颗粒流的方法,对泥石流发展过程中颗粒间的作用方式和分选机理开展详尽的研究.研究结果表明:泥石流颗粒分选可以导致颗粒体内部孔隙水压力的重新分布,进而影响到龙头运动速度和颗粒体长度的激增;离散元数值模拟和分析进一步显示,区别于一般均匀颗粒所形成的颗粒流的边界层效应,颗粒分选能够显著地改变颗粒体内部的剪切速率的分布,从而弱化边界层效应.     

砾粒质量分数对泥石流启动影响的试验研究

泥石流形成过程复杂,所以泥石流启动受很多因素的影响.太行山区泥石流中砾粒质量分数较高,即以太行山区泥石流为原型,在室内进行人工模拟泥石流的试验,分析在坡度一定的情况下,土体中砾粒质量分数对泥石流启动的影响.通过筛分,配成5组不同砾粒质量分数的土体(分别为65%,70%,75%,80%,85%),对不同砾粒质量分数土体的启动流量进行分析.试验结果表明:砾粒质量分数高的土体启动流量大;砾粒质量分数不同,泥石流暴发形式也不同;砾粒质量分数为65%,70%的土体,伴随着表面出水,土体整体突然垮塌形成泥石流;砾粒质量分数为75%,80%和85%的土体,在整体垮塌前,总是伴有局部的塌陷和表面径流.研究结果可为太行山区泥石流的防治提供理论依据.     

震后北川县泥石流对恢复重建的影响及潜在泥石流发育度评价

震后北川县泥石流灾害具有暴发频率高,规模大,潜在危害严重等特点,已经成为灾后恢复重建的关键制约因素.震后潜在泥石流发育度的评价,对灾后重建具有重要意义.在野外调查和遥感解译的基础上,利用Arc-GIS技术,采用多因子叠加法对震后北川县潜在泥石流发育度进行了评价.依据评价结果,把北川县分为泥石流高发育区、中等发育区和低发育区.高发育区集中于擂鼓镇-曲山镇-陈家坝乡一带,沿发震断裂上盘分布,占县域面积的6.6%;中等发育区位于高发育区两侧,以断裂上盘为主,占县域面积的22.5%;其余属低发育区,占县域而积的70.9%.在泥石流高发育区必须规避泥石流灾害;在中等发育区,应进行泥石流危险性评估,确保没有灾害威胁,否则也必须进行规避.