怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与单宽水流能量正相关。干流堰塞坝可分为崩塌滑坡(崩滑)堰塞坝与泥石流堰塞坝。崩滑堰塞坝可在特大洪水中保持稳定,泥石流堰塞坝则可在一般性洪水中稳定。两类堰塞坝的消能率接近自然阶梯-深潭结构。崩滑堰塞坝消能率随单宽水流能量增大而提高,而泥石流堰塞坝则因较大的河谷横向空间汛期单宽水流能量增长较慢。干流堰塞坝的稳定性和消能特点均与当地单宽水流能量特点匹配,从而持久高效地消耗水流能量,提升河床整体稳定性。     

消能结构防治泥石流研究——以文家沟为例

阶梯-深潭系统作为一种新的消能结构在2009年用于文家沟滑坡体上新生沟谷的泥石流治理研究。阶梯-深潭系统在阶梯和水跃段耗散了水流大量的能量,使得水流中的能量减小到不足以触发泥石流,理论分析表明阶梯-深潭系统可以耗散水流三分之二的能量,即同样状况下触发泥石流的临界流量需增加三倍。阶梯-深潭系统使得水流阻力最大化,避免河床和岸坡遭受侵蚀。2009年的几次暴雨没有在文家沟引发泥石流。然而,2010年在沟内修筑了20道拦挡坝来代替阶梯-深潭系统,经过2010年8月暴雨后,20座拦挡坝全部被破坏。沟谷再次下切了50m。沟谷下切和侧蚀导致大量松散堆积物进入沟道形成泥石流,约450万m3冲出沟口,造成大量的房屋被埋以及14人死亡。比较两种防治方法可以看出,以消能为目的的阶梯-深潭系统对防治泥石流是成功的。拦挡坝在稳定的情况下可以减少边坡的垮塌,而阶梯-深潭系统还能够通过耗散水流能量稳定沟道,因此采用拦挡坝和阶梯-深潭系统相结合的方式来稳定滑坡体上的新生沟谷,并控制泥石流可能效果会更明显。     

汶川地震引发的流域管理新课题

汶川地震引发了大量的山体滑坡和崩塌.巨型滑坡夷平了山谷,创造了平缓坡地.这些新生地非常不稳定,易引发泥石流.尽快稳定和开发新生地是一个新问题.滑坡造成的堰塞湖引起剧烈河床演变,对河流地貌和稳定产生长远和深刻的影响.大量的崩塌体形成大石块堆积体,表面没有土壤,如何修复植被是一个严峻的挑战.本文通过野外测量和试验,对上述问题进行了探索并取得了初步成果.成果表明,采用阶梯-深潭结构稳定滑坡体,可以控制或减轻泥石流;发生于崩塌和滑坡体上的泥石流含水量小且大石块多,不是黏性泥石流而是两相泥石流,运动速度仅为黏性泥石流的1/10;堰塞坝发育成尼克点会显著改变河流纵剖面,稳定岸坡减少滑坡崩塌灾害;在花岗岩崩塌体上引种紫萼藓能显著加快植被演替,绿化裸露的石块堆积体.     

人工阶梯-深潭改善下切河流水生栖息地及生态的作用

本文通过野外试验研究了人工阶梯-深潭对下切河流水生栖息地及生态的作用,试验河段位于西南山区的吊嘎河上150m侵蚀下切严重的河段,布置15级人工阶梯,对水流(水深、流速、水面宽、流量)、河床底质、河床微地貌和水生底栖动物物种及数量变化进行了5个月监测.试验结果表明,人工阶梯-深潭能有效控制河床冲刷下切,维持较为稳定的河床环境,塑造多样性的水生栖息地.采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,人工阶梯-深潭布置后,随水生栖息地多样性上升,单位面积水生生物密度、物种丰度及生物群落多样性指数均呈上升趋势,河流生态得到改善.     

怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

<正>滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与     

阶梯-深潭系统消能机理的实验研究

阶梯-深潭系统能稳定河床、控制下切以及减小山洪泥石流灾害,其原因在于能高效消耗水流能量。通过野外实验,研究了不同流量下消能率变化规律,分析了水流沿阶梯-深潭能量转化过程,探讨了阶梯-深潭中能量的消耗机理。实验工况下(单宽流量5~210 L/s)阶梯-深潭具有很高的消能率(64%~91%),按部位其消能可分为阶梯消能和深潭消能,推导得到的消能率计算公式计算值和实测数据符合较好。在不同流量下阶梯消能方式因水流形态的改变有所不同,深潭消能可分为3个区域:水跃主流区、主流区两侧的两个大尺度漩涡区和主流区与周围区域交界的区域,它们的消能方式各有不同。当流量较小时,阶梯-深潭系统消能主要由阶梯段完成。流量增加后,阶梯段消能所占比例减小,深潭消能作用增强。     

汶川地震引发的山地灾害以及堰塞湖的管理方略

汶川地震触发了大规模的崩塌与滑坡等山地灾害,形成众多堰塞湖。为分析其风险与应对措施,本文通过野外考察、卫星影像与数据分析等方法,研究了灾后堆积体与堰塞湖的稳定性,以及它们与下切性河流之间的关系。结果显示,山地灾害在不同程度上释放了潜在势能,其中滑坡释放能量最大,因此滑坡堆积体的稳定性较好,而崩塌堆积体稳定性较差。从长期治理角度看,若能控制河床下切则可避免部分灾害的产生。堰塞湖管理方略包括两种:对于风险高的堰塞湖应以拆除为主,而对于风险很小的堰塞湖则应予以保留。震区大部分河流处于不稳定的下切拓宽阶段。保留堰塞湖可以加大河床阻力,使河流提前达到平衡,降低未来地震中山地灾害发生的风险。     

泥石流消能防治工程研究

文章以跌落式和滑落式两种典型泥石流形态为主要研究对象,分析了泥石流龙头的运动特征、减阻现象、龙头的控制作用、形成条件,初步总结了和消能理论有关的泥石流形成机理、泥石流水力特征及能量传递机理。提出了建立涵盖稳定性、地质地貌、生态、景观的检测评价机制,完善并且拓展人工阶梯-深潭功能。并将阶梯-深潭系统消能功能和显著生态景观效应作为常用工程措施的重要补充加以利用,在广大的河流沟谷具有比较好的应用前景。     

人工阶梯 深潭改善下切河流水生栖息地及生态的作用

本文通过野外试验研究了人工阶梯深潭对下切河流水生栖息地及生态的作用，试验河段位于西南山区的吊嘎河上150m侵蚀下切严重的河段，布置15级人工阶梯，对水流 (水深、流速、水面宽、流量)、河床底质、河床微地貌和水生底栖动物物种及数量变化进行了5个月监测。试     

阶梯-深潭系统消能研究综述

针对山区河流中自然形成的阶梯-深潭系统消能研究相对滞后的现状,归纳总结阶梯-深潭系统及台阶式溢洪道已有消能研究成果,从总流能量守恒方程出发,分析阶梯-深潭系统消能机理及消能率影响因素。认为台阶式溢洪道与阶梯-深潭系统的消能方式具有相似性和可比性。研究表明,在不同流量情况下,阶梯-深潭系统消能方式有显著区别,消能率存在较大差异;阶梯-深潭系统消能率的影响因素有坡降、糙率、粒径、阶梯高度和上游来流量,其中阶梯高度、坡降、糙率和粒径与消能率成正比,上游来流量与消能率成反比。认为阶梯-深潭系统消能的进一步研究需要结合大量野外调查数据,研究阶梯-深潭系统的几何特征,测量阶梯-深潭系统流场,进而得到水流能量的传递和耗散规律。     

汶川地震区大型泥石流工程防治体系规划方法探索

汶川地震后4年里泥石流非常活跃,暴发了数次大规模泥石流。分析了震后泥石流形成的三类起动机理,并结合拦挡工程溃决情况,进一步分析人工干预下的大型泥石流形成机理。在此基础上,针对大型泥石流成灾的两个显著特点,即泥石流进入主河形成堰塞湖产生二次灾害与泥石流携带的巨石冲击破坏能力巨大,提出了主河输移控制型泥石流防治规划设计原理、不同开孔的拦砂坝群分级拦淤泥石流方法、谷坊群稳定形成区泥石流物源方法,以及充分利用沟床巨石形成阶梯-深潭结构等系列泥石流工程防治体系规划方法。主河输移控制型泥石流防治规划设计原理以主河输沙能力作为控制条件,将泥石流的洪峰流量优先分配给排导工程,然后分配给拦挡工程或者停淤工程,各类工程合理分担的泥石流洪峰流量。这些方法的组合可望对大型泥石流进行有效的调控。     

堰塞坝的形成机理与溃决风险

基于多座溃决堰塞坝案例的调查,对堰塞坝的形成机制、溃决风险及其影响因素进行分析总结,认为堰塞坝主要是由地震或降雨或火山喷发引起的山体滑坡、崩塌、泥石流所形成,形成方式可概括为滑坡、崩塌、泥石流以及碎屑流,其中滑坡是形成堰塞坝最主要的形式。堰塞坝的工作条件、坝体几何特征以及坝体物质组成和内部结构都与人工土石坝存在明显差别,其溃决的可能性远高于人工土石坝。指出堰塞坝的溃决风险主要取决于上游来水量、坝的拦蓄水量、坝的几何尺寸和坝的结构与物质组成,并讨论了降低堰塞坝溃决风险的应对措施。鉴于堰塞坝极高的溃决可能性与严重的致灾后果,建议今后加强堰塞坝溃决机理、溃坝过程的试验与数值模拟研究工作,提出能合理反映堰塞坝溃口发展规律、溃坝洪水流量过程的数值模型与相应计算方法,为科学预测堰塞坝溃决致灾后果,制定堰塞坝溃决应急预案提供技术支撑。     

堰塞体堵江对雅鲁藏布大峡谷地区河流地貌的影响

雅鲁藏布大峡谷地区地质灾害频繁,以易贡藏布与帕隆藏布两条支流为主,这2条河流沿岸发生滑坡、崩塌和泥石流易形成堰塞体堵塞河道并形成堰塞湖。基于易贡湖、古乡湖、然乌湖和天磨沟的多年遥感影像以及函数拟合纵剖面分析与野外调查,分析堰塞体上游河床演变过程及其河流地貌学意义。以易贡湖为例,当堰塞湖水深从4 m增至8 m时,估算其单宽输沙能力增加约3倍,但输沙率沿程快速衰减,泥沙进入堰塞湖中发生严重淤积,从而发育较多成型淤积体,同时洪水期水流将原有成型淤积体(如沙洲)冲刷分割为不规则的群体沙洲,使得湖内河床形态持续变化。本成果为研究河流地貌对堰塞体堵江的响应提供了基础。     

高坝挑射水流对岩石河床冲刷的研究综述

高拱坝大流量坝身泄洪几乎全部采用挑流消能方式,为此分析了国内外关于挑射水流对岩石河床冲刷的各种理论,并对高拱坝挑流消能冲坑深度预测、基岩冲刷的模拟方法、岩石冲刷破坏机理研究等问题进行了综述。同时提出岩石河床冲刷研究的关键课题。     

河床下切对闸坝泄洪消能的破坏及对策

河床下切导致的闸坝下游水位降低,上下游水位差增大,造成原有消能工不能满足消能要求,甚至大洪水时发生严重破坏。小埠东橡胶坝工程采用一、二级消力池联合消能工设计,由于下游河道连续多年采砂超量,河床急剧下切,导致消能工多次毁坏,严重危及闸坝安全且带来巨大损失。通过水力学模型模拟了小埠东枢纽消能工消能效果,分析了破坏原因。结合多个消能工优化方案的消能试验,提出的推荐方案一、二级消力池均能产生稳定的水跃,满足校核洪水消能要求。通过变动枢纽下游水位的消能试验,研究了消能工推荐方案下游河道允许下切极限。工程实际应用表明,推荐的消能工结构遭遇大洪水时未发生破坏,研究提出的因河床下切造成的消能破坏加固理念和对策可为类似工程借鉴参考。     

Impact of the channelization‐induced incision of the Skawa and Wisłoka Rivers,southern Poland,on the conditions of overbank deposition

The impact of river incision in response to channelization on the conditions of overbank deposition is shown by the study of two montane rivers from the upper Vistula drainage basin, southern Poland. The Wisl/oka River had insufficient energy to destroy the river‐control structures and remained laterally stable in the course of the channel downcutting. Under such conditions, the incision has raised the relative elevation of the floodplain above the river bed, thereby reducing considerably the frequency of overbank flows, and increasing concentration of suspended sediment transport within the incised channel. On the high‐energy Skawa, the long periods of incision of the channelized river alternated with the shorter periods of lateral channel migration over the twentieth century. This has led to the formation of an incised meander belt, within which flood flows are constricted, and where the high velocities of the floodplain flows inhibit overbank deposition. Field observations confirm an insignificant role played nowadays by floodplain sedimentation in the valleys of both rivers. This study shows that the potential of the floodplains of the Carpathian tributaries to the Vistula for sediment storage has been dramatically reduced over the few past decades as a result of the channelization‐induced incision of the rivers. The frequency of overbank flows has decreased considerably on the rivers draining the eastern part of the Polish Carpathians, and the majority of the suspended sediment is routed within the resultant enlarged channels. In the western part of the mountains, high velocities of the floodplain flows restrict overbank deposition on the narrow floodplains developed along incised channels. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

挑射水流对岩石河床冲刷的研究进展

高坝大流量坝身泄洪几乎全部采用挑流消能方式,分析了国内外关于挑射水流对岩石河床冲刷的各种理论,并对高拱坝挑流消能冲坑深度预测、基岩冲刷的模拟方法、岩石冲刷破坏机理研究等问题进行了综述.同时提出岩石河床冲刷研究的关键课题.