汶川地震灾区河道修复重建研究综述

特大地震诱发了大量滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖和不稳定斜坡等次生地质灾害,水土流失非常严重,造成震区江河严重破坏.地震灾区河道修复是灾后恢复重建主要任务之一.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室经过对震区的现场考察、结合灾区河道修复工程开展了相关的水沙动力学物理模型、数学模型与历史模型相结合的复合模型研究,取得了阶段性成果.作者结合国内外有关河道修复问题的研究进展,综述了河流修复在汶川地震灾后重建的重要性、河道修复的一般原则与地震灾后河道修复特殊原则、地震灾区河道修复的稳定性问题、地震灾后河流修复研究方法与案例.通过总结两年来抢险救灾与灾后重建的河流修复科学研究与工程实践,提出了灾后河道修复继续完善的建议.     

泥沙补给变化下山区河流河床适应性调整与突变响应

针对泥沙运动力学经典理论体系与天然山区河流推移质运动存在显著差异的若干基本问题,开展山区流域沙量补给条件变化下,山区河流河床调整与突变响应机理研究。揭示了泥沙补给条件对非均匀卵石起动、输移的影响特征和卵石沙量补给与山区河流沙波形成、碍航机理;探索了泥沙补给变化下陡坡河道水沙运动奇异特征和宽窄相间漫滩复式航槽河床突变响应现象。采用水沙错峰、水沙分离等集结降阶技术手段调控洪峰时段成灾河段卵石沙量补给条件,是山洪泥沙灾害致灾风险降阶防控的核心。     

长江泥沙调控与干流河床演变及治理中的关键科学技术问题与预期成果展望

长江流域面积180万km2,人口和国民生产总值均超过全国的40%,是我国水资源配置的战略水源地、水电开发的主要基地、连接东中西部的“黄金水道”和珍稀水生生物的天然宝库,在我国经济社会发展中具有重要的战略地位。近些年来,在自然条件和人类活动的双重影响下,长江泥沙时空分布与产输过程发生了重大变化,给河流开发利用与保护均带来了显著影响,而沿江经济社会快速发展和生态文明建设不断对长江泥沙提出调控要求。同时,河流工程建设和泥沙资源化利用的发展也使长江泥沙调控具备了基本条件。但泥沙兼具灾害性与资源性,泥沙调控与河流功能发挥之间存在着矛盾与统一,需要深入研究。国家重点研发计划项目“长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究”以揭示长江泥沙输移分布与河流开发及保护之间的耦合作用关系,研究提出满足沿江经济社会和生态环境需求的长江泥沙调控、河道演变与治理的基本理论和关键技术为总目标。重点研究长江泥沙来源与时空分布变异规律和趋势,河道演变对水沙输移变化的响应机制,控制性水利水电工程联合运用下长江干流和洞庭湖、鄱阳湖的水沙输移规律,河床重塑过程与驱动机制及其防洪、航运和岸滩利用等多重效应,长江泥沙多维耦合与协同调控的理论和方法,并研发多尺度、多目标与多过程泥沙联合调控技术和河道治理技术。通过本项目研究,预计将揭示多因素影响下长江来水来沙时空变异特征与趋势、水沙输移与河道演变的响应机制;定量预测控制性水库联合运用下长江和洞庭湖、鄱阳湖泥沙输移与冲淤过程,揭示长江河道的重塑过程、相对平衡状态与驱动机制,阐明河流系统再造的防洪、航运及岸滩利用等多重效应;构建长江泥沙调控的理论框架,建立泥沙调控指标体系、方法和模型;研发江河湖库多尺度、多目标与多过程泥沙联合调控技术和河道综合治理技术,并予以示范。本项目的研究将推动河流动力学学科发展,促进长江水沙资源利用与保护,为流域社会经济发展和河流生态保护提供基础保障,具有显著的社会经济与环境效益。     

宽级配河床平面二维泥沙数学模型的几个问题

对平面二维泥沙数学模型的几个关键问题：挟沙力系数、恢复饱和系数、床沙级配调整、冲淤厚度和床沙“归一化”等问题及其相互影响作初步探讨。这种讨论仅'限于山区天然河流宽级配床情况。以上问题在两种底沙不同的河流上应用,结果令人满意。     

侵蚀基准面对石亭江双盛段河床演变的影响（研究生论坛稿件）

以四川典型山区河流石亭江双盛段为研究对象,针对该河段有多处涉河建筑物（包括人民渠穿江涵洞、成兰铁路石亭江大桥、成绵复线高速公路石亭江大桥等）,在经历2009-2013年间多次洪水后引起桥梁桩基出露高达10m、涵洞处河床下切20.29m等影响涉河建筑物运行安全的情况,本文利用HEC-RAS的泥沙计算模块,研究在考虑床沙细化和清水冲刷的条件下,局部侵蚀基准面的改变（包括侵蚀基准面下降、涵洞固床工程和桥位处的硬化工程的存在与否）对石亭江双盛段河床演变的影响。结果表明,下游侵蚀基准面的下降、涵洞固床工程的存在和桥位处的硬化工程均会不同程度的加剧该河段的局部河床变形幅度。其中,下游侵蚀基准面的下降会引起溯源冲刷、改变局部河段纵比降;涵洞固床工程与河床交界处易形成局部冲刷坑并加剧河床下切,由此建议将涵洞下移;桥位硬化工程会加剧冲刷和淤积,并在两桥之间产生淤积。针对清水冲刷下的研究成果可对山区河道内涉河建筑物对河床演变的影响进行预测,为河流的综合开发与管理提供科学依据。本文可进一步研究该河段人工采砂等人类因素干扰下河床粗化表层的破坏对河床演变的影响,以对涉河建筑物的设计与防护提供参考;或结合震后河流水沙变化研究河道横向与纵向演变趋势,以对震后河道治理提供依据。     

荆江微弯分汊浅滩的水沙输移及河床演变

沙市河段为长江中游典型长顺直微弯分汊河段,河床演变复杂.对该河段水流变化规律、河床冲淤模式进行了分析,探讨了来水来沙及河床形态对河道水沙输移的影响.河床冲淤由来水量、来沙量和河床形态共同决定,但河床形态与流量过程在更大程度上影响着河床冲淤特性,放宽段河床冲刷深度与单宽流量变化率之间较好的相关性便体现了这一点.考虑来流及河床形态的决定性作用,对该河段的主流摆动特性进行了分析,认为汊道兴衰交替是河床演变的主要特性.     

基于图形绘制技术的河床冲淤演变定量分析方法

针对常规河床演变分析方法的不足,对基于图形绘制技术的河床冲淤演变时空定量分析方法进行了深入研究,利用柱体叠加的思想,以及栅格网技术,对冲淤部位和冲淤量值的确定方法提出了新的见解. 工程实践表明,建立在实测数据基础上的栅格网法,具有计算精度高、冲淤演变区域确定准确、计算速度快等特点;等值线法实则也采用了栅格网法的计算思想,计算精度和演变范围的确定精度完全取决于等值线的密集、准确程度;实践表明,0.5 m间隔的等值线可以满足冲淤演变计算和分析的精度要求,在缺乏实测数据的情况下,该法是一种较好的冲淤定量分析方法.     

三峡工程变动回水区青岩子河段泥沙问题的研究

本文分析了长江三峡工程变动回水区青岩子河段边界条件、水流条件、河道冲淤基本规律和演变机理。论述了进行这类河段物理模型设计和试验所应(?)循的基本原则和技术关键。作者采用数学模型和物理模型相结合的研究方法,预报了三峡建库后青岩子河段的冲淤规律和航道条件,提出了解决航道淤积同题的有效途径。     

电站取水河段长时段的泥沙淤积特性研究（注：研究生论坛）

摘 要:为解决将数学模型运用于电站取水口长时段内的河床演变问题,从而引起计算效率与精度不足的缺陷。本文采用基于隐式与显式结合的算法,探索河道长时段的泥沙淤积特性,建立能模拟长时段河床演变的水沙数学模型,并将该模型应用于昭化电站取水河段泥沙冲淤模拟。通过物理模型与数学模型在不同频率洪水下取水口水位和流速的比较结果,表明此数学模型可以较好模拟取水口水流特性;通过预测昭化电站拉沙方案与不拉沙方案下取水河段运行多年后的河床演变,结果表明此数学模型模拟结果与实际工程结果相似,符合客观规律,能较好模拟河段的泥沙问题。     

山区河流浅水条件下漂石对河床响应与泥沙补给影响的试验研究

受暴雨洪水与滑坡、泥石流灾害的影响,山区河流床沙多为宽级配卵砾石泥沙,甚至出现较多的漂石,从而影响近底水流结构与推移质输移特性。基于野外漂石河流的调查,通过概化试验,探讨了漂石颗粒对河床冲淤的影响;对比分析了不同水沙条件下漂石对推移质输沙率过程的影响;根据床面粗化程度与漂石状态相异的两种类型对比试验,探讨了漂石对不同水沙条件下推移质输沙率的影响程度。初步表明：随着漂石颗粒相对暴露度（D/h,漂石等效粒径与平均水深之比）的减少,漂石对其尾部区域水流的混掺越加突出,从而对河床的冲刷能力变大;根据本试验采用的水沙参数,漂石对推移质输沙率的扩大效应为几倍至十几倍。     

地震堰塞湖对山区河流的影响与综合治理

2008年5月12日,中国四川汶川发生里氏8.0级地震,对四川和甘肃的13个县市造成了严重破坏.强烈的主震和余震在地震区造成了大量的滚石、崩塌、滑坡、泥石流、碎屑流等次生山地灾害,大规模滑坡崩塌堵断河道形成堰塞湖,引起山区河流强烈演变.分析了汶川"5·12"地震在四川省境内形成的众多堰塞湖(体)的不同类型、组成特征,提出堰塞体等河道堆积物对河流自然形态、生态环境和人类社会可能存在的影响.针对震后山区河流开发保护与生态环境建设的目标,对堰塞体综合治理提出了具体的指导意见和措施,以便尽可能地避害趋利,有效维护河流的健康.     

Fluvial Processes in the Meandering Reach of the Lower Wei River During the Course of Degradation

This paper presents an analysis of the changes of the longitudinal and lateral profiles in the meander- ing reach of the Lower Wei River over the period from October 1973 to October 1976 during the course of degradation.Analysis results indicated that retrogressive erosion and subsequent downstream erosion occurred in the reach due to the lowering in the Tongguan elevation and the inflowing water carrying low sediment con- centrations.At the end of the degradation,the main channel widths of the majority of sections were increased by 70 to 110 percent,and the elevation differences between the main channel and the floodplain were de- creased slightly by 2 to 45 percent,which caused a decrease in the water stage under the same discharge,the formation of a channd with relatively wide and shallow cross-sectional profiles,and an increase of 50 to 150 percent in the geomorphological coefficients.Therefore,the degradation in this reach was mainly characterized by channel widening,not by channel undercutting.     

汶川Ms8.0级地震的水系响应

2008年5月12日龙门山汶川8.0级地震导致了映秀-北川断裂、彭县-灌县断裂、小鱼洞断裂和擂鼓断裂发生了地表破裂,在平面上显示为两条近于平行的北东向逆冲-走滑型断层,在剖面上显示为叠瓦状.汶川地震的地震破裂和同震变形在瞬间就改变了地形坡度,并导敛地貌和河流体系产生相应的变化和调整,记录了整个区域的位移情况,为探索地震与水系之间的关系提供了关键信息.在整合汶川地震所导致的地表破裂、地形和水系变化相关数据的基础上,描述了汶川地震驱动的逆冲作用和右旋走滑作用引发的河道垂向位错和水平位错,标定了汶川地震导敛的河道坡折点和河道转折点,刻画了映秀-北川断裂和彭县-灌县断裂和小鱼洞断裂等活动断裂对河床剖面、河道走向、河道分段性和不规则水系样式等方面的控制作用,探讨了汶川地震驱动了隆升作用对河流剖面的影响与调整,建立了汶川地震的水系响应及其识别标志.研究结果表明:汶川地震驱动的构造作用对该区水系的河道走向、河道坡折点、河道流转折点和河床剖面具有明显的控制作用,为重塑龙门山晚新生代构造-地貌-水系演化提供一个范例和定量约束条件.     

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。     

汶川大地震砖混结构房屋震害调查

根据汶川大地震震后现场考察结果,介绍了砖混结构房屋在结构体系、墙体、构造柱和圈梁、楼梯和出屋面结构等方面的主要震害特征。为提高此类房屋防震减灾能力,建议对新建房屋结构体系选择宜形体简单、平面规则,慎重使用底框结构;要重视抗震构造设置;对学校教学楼等建筑,尽量采用钢筋混凝土结构,限制使用单跨外廊悬挑结构,并提高此类建筑的抗震设防类别。对已有建筑物,评估其抗震能力,对不符合抗震要求的房屋进行抗震加固。     

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。     

典型地区地震山地灾害分布对环境本底因素响应机制研究 ——以绵竹市为例

通过对汶川地震灾区的调查和遥感解译,详细分析了绵竹市地震山地灾害的特点,在GIS平台上对297个典型灾害点的环境本底因素进行分析,研究灾害分布对地震烈度、距断裂带距离、岩性、高程、河流、坡度和坡向的响应机制。得出以下结论：1）距中央断裂的距离是汶川大地震山地灾害分布规律的主导因素,灾害在距中央断裂0～8 km范围内响应明显,上盘发育程度明显高于下盘,下盘灾害点分布的变化规律受前山断裂破裂的影响;2）山地灾害在硬质岩层中最为发育,灾害发育密度随坡度的增加而增大;3）地形和河流共同制约着坡体卸荷和地震能量的释放,山地灾害对海拔较高、坡度陡峭、切割强烈和河网密度大的区域响应更为明显;4）当区域地势变化方向和坡向与地震断裂破裂方向一致时,有利于地震能量的传播,灾害更容易发生。     

地震堰塞湖排险技术与治理保护

“5·12”汶川特大地震形成了上百处堰塞体高度大于10 m,蓄水量大于1.0×105 m3,集雨面积大于20 km2的堰塞湖。根据各类堰塞湖因对下游威胁程度、地质、地貌、水文条件、堰塞体规模和颗粒组成制定相应的排险方案。极高危和高危堰塞湖具有潜在的溃坝风险,必须及时排险。相对稳定的堰塞湖及其所在河道则应治理保护。结合北川唐家山、都江堰枷担湾等堰塞湖排险实例,提出了地震堰塞湖排险技术,包括险情勘查、险情评估、排险方案、施工技术。同时,对灾后堰塞湖观测、治理与保护利用提出了建议。     

汶川地震中木结构建筑震害分析与思考

汶川大地震突如其来,建筑物大量倒塌或严重破坏.地震发生后,笔者奔赴四川绵竹、陕西宝鸡、宁强等灾区,进行了为期10余天的抗震救灾与调研工作.经调查发现,木结构建筑表现出优越的抗震性能,仅有少数年久失修的木结构建筑发生倒塌及部分木结构民居破坏严重,绝大部分木结构建筑只发生轻微破坏甚至完好无损.根据古建筑木结构在汶川地震中的震害,分析了木结构建筑震害轻微的原因,借鉴木结构建筑的抗震机理,提出了灾后重建的建议.