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。     

强震区沟谷型泥石流峰值流量预测研究及应用

强震区次生泥石流灾害演化规律与发展趋势受地震“后效应”影响显著,与震前相比,其峰值流量增长数倍,泥石流规模增大显著,对震区沟谷型泥石流针对性防治设计提出新挑战。基于四川汶川强震区泥石流案例,采用因子回归分析方法研究流域特征参数与峰值流量的内在关系,建立泥石流峰值流量多元预测模型。结果表明：预测模型解决了原始变量共线性导致的信息叠加问题,模型拟合优度R²=0.94,预测精度显著提升;采用预测模型对研究区32条泥石流沟的峰值流量阈值进行预测,得出强震区泥石流动力特性分布规律与泥石流规模演化特征,在此基础上定义了震区“特大型高位远程型泥石流”的特征参数。     

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.     

泥石流流域的概率分布

泥石流是典型的山区小流域活动,根据《中国泥石流数据库》的6000余个泥石流流域的基本数据,中国95%的泥石流沟发生在面积小于50 km2的流域。几个泥石流多发区和全国的泥石流流域面积分布都属于广义的Γ分布。分布参数的大小表现出明显的地域性差异;分布形式也可能在一定程度上反映了泥石流发生的物理学机制。最后,结合面积-流量关系讨论了泥石流规模的分布,提出泥石流的规模-频率关系可能具有更一般的指数分布形式,而不是通常认为的负幂形式。     

一种基于面积-时间关系的单位线分析方法

为了分析分布或半分布式水文模型计算单元的单位线，提出了一种基于面积-时间关系的单位线分析方法．首先利用数字高程模型（DEM）分析计算面积-时间关系，然后将其转换为流量-时间关系．考虑到流域对径流的调蓄作用，利用线性水库将流量-时间关系转换成单位线．将分析的单位线用于HEC—HMS并在沿渡河流域进行实例应用，结果表明，模拟过程与实测过程拟合较好．提出的方法可用于分析无资料流域的汇流单位线．     

贡嘎山东坡雅家埂河特大型泥石流动力学特征

对2005年8月11日贡嘎山东坡雅家埂河特大型泥石流运动过程进行了描述,并采用现场实地勘查等手段,定量计算泥石流流速和流量等动力学特征,还运用得到的流量反演泥石流运动过程,从而得到雅家埂河特大型泥石流的形成机理。结果表明:雅家埂河特大型泥石流的形成与降雨有直接关系;雅家埂河支沟泥石流的群发性造成主河泥石流规模巨大;经对雅家埂河流域泥石流形成、发生的历史分析,推断出该流域泥石流存在18～21年的暴发周期;雅家埂河松散物源充足,降雨与水源丰富,地形地貌陡峭,极易再次发生规模较大的泥石流。     

逆高斯分布汇流模型在龙王山梯级水库洪水预报中的应用

将逆高斯分布汇流模型应用于由梯级水库组成的复杂流域汇流系统,根据上游水库的泄洪流量和下游水库入库流量的关系,建立逆高斯分布瞬时单位线河道汇流模型,并结合流域区间非线性汇流模型建立了多输入单输出的流域汇流模型,经在龙王山梯级水库的实际应用,取得了较好的效果.     

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、防灾减灾和潜在性泥石流沟判识等提供理论依据.通过分析沟道流体对沟床可移动固体物源的侵蚀过程,并将其与具有时空变异性的坡面汇流及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...     

“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。     

基于可变模糊聚类的山丘区小流域洪峰经验公式推求

山丘区小流域暴雨洪水汇流计算是山洪精准预报预警的关键之一。针对山丘区小流域暴雨洪水历时短、成灾快和小流域普遍缺乏实测资料、产汇流非线性特征明显等特点,基于考虑雨强和流域异质性的分布式地貌单位线,开展山丘区小流域单位线峰值经验公式推求的研究。选取甘肃省山丘区26 774个小流域作为研究对象,采用可变模糊聚类方法对小流域单位线进行分类,分类别建立小流域特征因子与单位线峰值之间的经验公式,并进一步探讨所推求经验公式的合理性。结果表明：可变模糊聚类算法能较好地应用于分布式单位线分类,该算法的分类效果非常突出,分类后的单位线经验公式计算效果有显著提升;山丘区小流域汇流过程峰值主要受流域面积、最长汇流路径长度及其坡降的影响,分布式单位线峰值经验公式在山丘区小流域汇流计算具有广阔的应用前景。     

基于经验公式建立的滑坡泥石流坝溃口形式预测模型

为了预测滑坡泥石流坝溃决产生的洪峰流量和最大水深,本文的目标是建立滑坡泥石流坝在自然条件下首次溃决形式的经验公式模型,包括平均宽度bc和残留高Hd两个溃口形式的特征参数,从而为制订防灾减灾方案或应急预案提供科学依据。通过野外考察采集的数据以及溃决特征分析,选取影响滑坡泥石流坝溃口形式的主要因子,分别建立了坝高H、有效坝长B、堰塞湖库容W、坝体鞍部单宽体积V、内摩擦系数tan 以及上限粒径d90共6个因子与溃口形式（即溃口的平均宽度bc和残留高Hd）之间的经验关系公式。最后,将经验预测公式运用到实例进行检验,误差较小。     

青年水库站推流方法分析

青年水库站原来使用临时曲线法定线推算流量,由于水文测验和闸门开启控制等原因,再继续使用该方法推算日平均流量已经无法达到《水文资料整编规范》精度要求.经分析采用了实测流量过程线法推算日平均流量,推算成果满足《规范》规定的精度要求.     

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.     

洋河响水堡水文站浮标系数试验分析

洋河是典型的山区性河流,汛期时水位变幅大,洪峰流量大.浮标系数一直采用经验数值.根据《河流流量测验规范》GB50179-93和测站任务书要求,对响水堡水文站进行了浮标系数试验分析,分析了该站均匀浮标系数,进行了误差评定.为提高洪水期的浮标流量计算精度提供可靠的技术依据.     

一次洪水过程的泥石流物源体侵蚀机制试验

洪流是泥石流水动力条件的主要来源之一,洪流引起的沟道物源体形成的水力类-侵蚀型泥石流的形成机理较复杂,为研究一次洪水过程中,不同降雨类型对泥石流物源体的侵蚀-破坏过程的影响,利用自制大比例模型槽,通过降雨和洪水共同作用,以北京市南窖沟为研究对象,进行泥石流缩尺模型试验.通过对试验现象的观测和描述,实时记录了物源体表面在发生面蚀、坡脚掏蚀和切沟侵蚀过程中降雨量和洪水流量的变化.根据物源体不同位置的含水率仪及孔隙水压力计的测试结果,研究了泥石流物源体随降雨和洪水作用的侵蚀-破坏变化特征及机理.结果表明:一次洪水过程中,3种雨型作用下,物源体发生切沟侵蚀破坏的洪水流量均小于洪峰流量;前期降雨作用降低了物源体破坏的累计降雨量;直接暴雨作用下土体未饱和就已发生切沟破坏.试验结果为判断泥石流物源体发生破坏的降雨量和洪水量提供了借鉴,对泥石流启动过程中雨型的研究有重要意义.     

抗震反应谱场地放大系数的研究

通过对美国西部715条水平强震观测数据分析,按照场地条件、震级、震中距3个因素分组,以Ⅱ类场地峰值加速度PGA作为地震动强度,取有效峰值加速度EPA(阻尼比为5％时,0.1～0.5s范围内加速度反应谱平均值除以2.5)作为计算标准,统计得出场地放大系数.结果表明,在同一地震强度下,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ场地的场地放大系数依次增大;在同一场地条件下,场地放大系数随着地震动强度的增大呈减小的趋势.在统计结果基础之上,提出了适用于我国抗震规范的场地放大系数建议值及其应用方法,可供GB 50011-2010抗震规范修订时参考.     

5.12地震重灾区茂县竹包头沟泥石流特征及其防治对策

摘要：汶川5·12地震不仅造成了特大地震灾害,同时还诱发了大量的次生山地灾害。大量崩塌、滑坡直接为泥石流活动提供了丰富的松散固体物质,并且地震造成大量坡体失稳和岩体破坏,使这些泥石流沟在今后较长一段时间内处于活跃期。2008年6月18日,位于重震区的茂县东兴乡竹包头沟暴发泥石流,将主河湔江堵断随后溃决,对临近的302省道造成了较为严重的危害。本文分析该沟泥石流发育的背景条件,并估计了该次泥石流的容重,计算了其流速和流量。通过对泥石流运动和成灾特征的分析,提出了应对措施,为相关研究和灾区恢复重建提供参考和依据。     

长江中游典型测站1998年洪水位变化特性

采用最小二乘法对螺山站水位流量关系进行了多项式曲线拟合,以形成平均的水位流量关系曲线,在消除水位流量关系绳套曲线的影响后分析比较螺山站同流量下水位变化的原因:由于河道泥沙淤积、滩地开发利用,致使过水断面减小,过水能力降低,流量较小时同流量下水位抬升明显;同时在大流量时由于洪水漫滩,水流阻力增大、泄流不畅,造成比降变缓,因而同流量下水位也有所抬高.建议在确定防洪标准和堤防加高时,应充分考虑大流量时同流量下水位升高这一特点.