漂木灾害研究现状及研究展望

漂木是山地系统中常见的物质组成,在山地系统中发挥着重要的生态功能。随着山地灾害日益加剧,漂木在被山洪、泥石流搬运过程中常造成严重的灾害效应。基于国内外研究成果,文章首先分析了漂木的运动与堆积规律;在此基础上,从漂木堆积导致的侵蚀作用、雍水作用、溃决作用和漂木冲击作用等四个方面总结了漂木的灾害效应,对漂木灾害效应的评估方法以及常见的漂木灾害减灾措施进行了详细梳理。基于山地灾害防灾减灾需求,分析评价了目前研究存在的问题,提出了应加强基于真实情境的漂木运动堆积规律研究,加强大规模山地灾害条件下漂木灾害效应的研究以及漂木灾害治理过程中去除漂木带来的灾害效应的研究。     

泥石流拦砂坝坝前沉积与坝基扬压力实验研究

泥石流在坝前堆积固结的过程发生泥石流浆体中固体颗粒沉降和孔隙水压力消散,它直接影响了坝基扬压力大小和变化,对坝体稳定性造成影响。本文通过自制实验模型装置模拟不同密度泥石流作用在坝前的沉积渗透过程,观测不同密度泥石流坝前沉积特征和浆体细颗粒沉降速率,并通过水压传感器测得坝前沉积底部孔隙水压力和坝基扬压力随沉积时间的变化过程,最后结合不同密度泥石流沉积特征分析了泥石流沉积过程对扬压力衰减过程的影响。研究结果表明:稀性泥石流沉积过程中具有明显的颗粒分选性,且浆体细颗粒沉降速率与泥石流密度表现出线性负相关性;泥石流沉积底部孔隙水压力随沉积时间呈指数衰减趋势,拟合指数函数系数与上部浆体细颗粒沉降速率满足线性正相关性;沉积过程中坝基扬压力与坝前沉积底部孔隙水压力具有相同的对数衰减趋势,两者呈线性正相关性。本研究着眼于拦砂坝扬压力产生机制,研究了泥石流坝前颗粒沉积和水力扩散过程对坝基扬压力变化过程的影响,为拦砂坝扬压力计算提供了新的视角,具有一定的工程和理论意义。     

低频率泥石流灾害及工程防治

重现期＞50 a的泥石流被定义为低频率泥石流。低频率泥石流灾害可能发生在生态环境良好的地区,并造成重大的财产损失和人员伤亡。低频率泥石流灾害具有需要大暴雨、特大暴雨、冰湖或水库(尾矿坝)溃决、火山爆发、冰雪融化、冰崩、雪崩、滑坡、地震等特殊因素激发,危害严重,难于预测预报等特点。低频率泥石流灾害应采取土木工程进行预防性治理,工程设计的要点是,在沟谷中布置坚固的大中型骨干拦挡工程,并保证有充足的拦淤库容。新型拦砂坝设计采用重力式结构,低坝群布置,浆砌石建造,在坝体上设置大孔口,具有工程投资小,就地取材,施工简单,有选择性地拦截泥沙,拦淤库容可以反复使用等优点,适合我国国情。     

泥石流拦挡坝破损分析及优化对策——以陇南市武都区为例

拦挡坝的破损研究是困扰泥石流治理工程的主要难点之一,分析总结拦挡坝破损原因,优化其设计理念十分重要。本文对陇南市武都区16条沟道的65道泥石流拦挡坝破损形式及导致坝体破损的相关条件进行详细调查和统计分析。结果表明:(1)拦挡坝破损形式主要有以下几种(按破损概率由大到小排序),依次为副坝破损、坝肩破损、溢流口破损、基础破损、冲毁(失去功能)、勾缝破损;(2)根据拦挡坝破损特征统计分析,确定其破损主要与泥石流性质、圬工材料、坝体高度、坝体选址、坝肩保护、基础保护和库容淤积等情况有关;(3)导致拦挡坝破损的主要原因总结为对沟道机理认识不足、坝体自身存在缺陷和保护措施不当。在此基础上,从理论研究、工程管理、拦挡坝体系设计、新技术新方法应用等方面着手,提出了拦挡坝防治工程优化对策。     

裂点发育及其对堰塞坝的稳定性影响

通过野外调查及试验对堰塞坝的稳定和裂点的发育进行研究,发现堰塞坝的稳定性主要取决于泄洪道内阶梯-深潭系统的发育程度SP和坝体上游洪峰的水流能量P.堰塞坝的保存与溃决情况采用保留的坝高比进行定量描述,对于洪峰流量小于30 m3/s山区河流,保留坝高比与SP呈线性相关;洪峰流量大于30 m3/s(＜ 30000m3/s)时,河道稳定所需的最小河床结构强度SP随着单宽水流能量P的增加而增大.堰塞坝泄洪道内不发育阶梯-深潭系统或发育程度较低的坝体,SP值小于稳定河床最小的阻力强度,将会发生下切、溯源冲刷并引起溃坝.保留的堰塞坝在泥沙淤积和水流的长期作用下会形成裂点,对河床下切起到控制作用,降低再次发生滑坡的风险.大型裂点能改变河床演变和河流地貌,连续堰塞坝形成的裂点能长期保存并形成优美的自然景观,创造良好的河流生态环境.     

粘性泥石流沟口回淤实验研究

泥石流在堆积区进行堆积时,常在沟口形成回淤并造成灾害.为了探讨泥石流在沟口回淤的发展过程、影响因素及其预测,开展了4组107次泥石流连续堆积和4组共21次单次堆积实验.实验结果表明,粘性泥石流在沟口回淤的发展过程中,累积回淤长度与泥石流累积总量呈线性正相关,相对累积回淤坡度与泥石流累积总量呈对数负相关,根据相对累积回淤坡度的变化将粘性泥石流沟口回淤的发展过程分为三个阶段;在泥石流总量相同的情况下,回淤长度随泥石流重度增大而呈线性增大,随堆积区坡度增大而呈线性减小,随流通区坡度增大而成对数减小.相对回淤坡度随泥石流重度的增大呈线性减小,随堆积区坡度增大而呈线性增大,随流通区坡度增大而呈线性增大;在泥石流总量不同的情况下,随泥石流总量的增大,其沟口回淤长度随之呈线性增大,而相对回淤坡度随之呈线性减小;在粘性泥石流沟口回淤发展过程及其影响因素分析的基础上,采用多元线性回归的方法,建立了粘性泥石流在连续堆积及单次堆积情况下沟口回淤的经验预测公式.     

2007年日本群马县南牧村泥石流成灾特点与启示

2007年日本群马县南牧村在"植被覆盖良好,且实施了泥石流工程防护"的情况下,依然发生泥石流灾害,究其原因,与南牧村大量培育的"浅根型杉木人工纯林"关系密切.研究表明,南牧村的高大浅根杉木纯林具有典型的抑灾、致灾双向影响作用,其中"致灾影响"使得持续强降雨过程中斜坡林地大量破坏,结果(1)出现多条新发育的泥石流沟,泥石流暴发规模超过防护设计标准;(2)产生的漂木堵塞透水型拦挡坝,实际防护效能下降;(3)有的泥石流沿公路输移并破坏沿线经济体,泥石流危害范围扩大.据此,探讨了浅根型人工乔木纯林斜坡林地的稳定性问题、漂木拦挡问题、良好植被覆盖区泥石流灾害防治对策问题,建议探索浅根型乔木林人工培育及良好植被覆盖区泥石流危险区辨识等工作的减灾途径,重视斜坡林地稳定性的动态评价、泥石流危害路径的探查及良好植被覆盖区低频泥石流灾害隐患的揭示.     

新疆哈密2018·7·31特大暴雨山洪汇水量估算与应用研究

在干旱少雨的山区开展小流域的暴雨山洪预报预警关键技术研究,对防灾减灾意义重大。2018年7月31日新疆哈密北部山区出现特大暴雨,发生罕见的山洪灾害,致使射月沟流域水库漫坝溃口,下游受灾严重。射月沟流域气象观测站点少且缺乏水文监测资料,为客观定量分析射月沟流域大暴雨面雨量、形成的洪水汇水量以及致灾水库过程。通过采用空间插值法和多源融合逐时降水资料（CMPAS）计算了射月沟水库上游面雨量并进行检验分析。根据不同面雨量驱动Floodarea模型得出射月沟水库上游累计汇水量,结果表明：多源融合降水产品估算所得最大洪峰流量和累计汇水量与水利部门事后调查数据较吻合,最大洪峰量为1 756 m³·s^-1,精确性达到调查值的95%,射月沟水库上游暴雨山洪总量为2.64×10⁷ m³,远超该水库的防洪库容和溢洪道承载能力。     

贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险与影响区划研究

为评估贺兰山银川段山洪灾害风险程度及其影响,利用高分辨率数字高程模型（DEM）、行政区划、水系和自动气象站历史降水数据,以及居民点、学校、桥梁等社会经济信息资料,采用FloodArea模型模拟与ArcGIS空间叠加统计分析相结合的方法,分析研究了贺兰山银川段不同重现期山洪灾害风险分布特征,及其对人口、土地利用和国内生产总值（GDP）的影响。结果表明：（1）贺兰山银川段10~100 a一遇山洪灾害低、中、高风险区面积分别为109.5~276.3 km²、45.0~231.0 km²、13.4~204.3 km²,同一风险等级的山洪灾害区划面积随着重现期增大呈显著增大趋势。（2）贺兰山10 a和20 a一遇山洪灾害风险区主要位于海拔1 130~1 450 m的山洪沟及其两侧区域,50 a一遇山洪灾害风险区主要集中在山洪沟下游和山前海拔1 130~1 180 m的冲击扇区,100 a一遇山洪灾害风险区覆盖整个山前海拔1 120~1 350 m的区域和冲击扇区。随着重现期增大,贺兰山山洪灾害风险区具有向上游（下游）区域扩展较慢（更快）的显著特征。（3）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a和100 a一遇山洪灾害影响总人口分别为7.30×10⁴人、9.87×10⁴人、1.65×10⁵人和2.39×10⁵人。随着山洪重现期增大,受灾害影响总人口呈显著增加趋势,低、中、高风险区受影响人口增速分别在-12.4%~20.5%、 48.6%~91.8%、163%~300%之间。（4）农田、草地受贺兰山山洪灾害影响最大,二者合计占受影响土地总面积的比例在82.1%~86.9%之间;其次是建设用地和耕地,两者占受影响土地总面积的比例在4.4%~9.1%和1.1%~4.6%之间,是银川市贺兰山山洪灾害防御的重点区域。（5）银川市受贺兰山10 a、20 a、50 a、100 a一遇山洪灾害中、高风险区影响的GDP合计分别为1.12×10⁹元、2.00×10⁹元、4.70×10⁹元、8.74×10⁹元;发生超50 a一遇山洪灾害时,沿山农业和工业产业、基础公共设施等会遭受较大经济损失。     

前期土壤湿度和降雨对小流域山洪预警指标的影响评估

山洪灾害临界雨量预警指标受多种因素影响,尤其是前期土壤湿度状况和降雨变化。基于分布式水文模型和情景分析法确定安徽省岳西流域的山洪灾害临界雨量集合,评估前期土壤湿度状况、雨型和预警时段对临界雨量变化的影响。研究表明：① 中国山洪水文模拟系统在研究区内具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.79和0.77;② 60种情景模式下,池墩组村的临界雨量集合为141~528 mm;③ 前期土湿状况和雨型均显著影响临界雨量变化,随着土壤饱和率从0.20分别增加到0.50和0.80,临界雨量分别减少13.7%~16.2%和26.8%~31.8%;短历时预警时,临界雨量由大到小的相应雨型分别为减弱雨型、中间雨型和增强雨型。研究可为山洪灾害预报和早期预警提供理论支持,也为中国山洪灾害防治提供参考和借鉴。     

福建平潭青峰老红砂物源示踪分析

本研究分别在平潭青峰、坛南湾和闽江口琅岐岛采集18个老红砂样品、19个海滩砂样品以及40个河滩砂样品,并对这些样品进行粒度和稀土元素(REE)测量。结果发现老红砂与闽江口琅岐岛河口砂的稀土元素含量特征十分接近;分别对老红砂与闽江河口砂REE数据以及坛南湾海滩砂与闽江口砂(REE)进行了判别函数分析,老红砂的∑REE平均值为84.25μg/g,琅岐岛河口砂的∑REE平均值为89.81μg/g,相似性明显;坛南湾海滩砂的∑REE平均值为16.41μg/g,与闽江河口砂含量差别较大。研究表明:青峰老红砂沉积物主要来源于闽江口河口砂,末次间冰期暖湿气候下闽江输砂量增大,河口外沿岸流增强,大量河砂进入海坛海峡,在强劲的季风搬运下,沉积于平潭岛北部,形成以青峰为代表的平潭岛北部老红砂;而坛南湾海滩砂代表海洋波浪搬运的泥沙,不是老红砂的物源。     

风沙流的输沙率沿程变化规律

将风力作用下的地表侵蚀分解为气流直接侵蚀和跃移沙粒冲击侵蚀两个部分,在冲击侵蚀率中考虑颗粒与床面之间以及颗粒之间碰撞影响的前提下,结合地表蚀积平衡方程从理论上导出了风沙流的输沙率沿程变化公式。公式的预测值与实测资料吻合较好。以该公式为基础,进一步得到了流体侵蚀率、冲击侵蚀率和总侵蚀率各自沿程的理论变化表达式以及饱和路径长度公式,并且发现流体侵蚀率沿程逐渐减小,而冲击侵蚀率和总侵蚀率沿程变化规律都是开始时增大、然后减小,存在极大值;流体侵蚀累积量在总累积侵蚀量中所占的比例并不是固定不变,而是随气流速度的增大而增大。     

粘性泥石流坝后回淤比降的实验

拦挡坝坝后回淤比降是泥石流防治工程设计中的一个重要参数.本实验选取粘性泥石流,开展了沟床纵比降为9.5％～26.2％共8组和重度17～22 kN/m3共6组的坝后回淤比降的模拟实验.实验发现:1.在沟床纵坡为9.5％、12.1％、14.4％、16.7％、18.9％、21.3％、23.8％和26.2％时,其回淤比降分另为8.08％、9.8％、11.38％、12.69％、14.55％、16.61％、18.56％和20.96％;2.回淤比降比值在0.76至0.85间,平均0.80;3.回淤比降随沟槽纵比降的增大而增大,二者呈线性正相关,相关系数在0.95以上;回淤比降随重度的增大,总体呈缓慢增大的趋势,关系为二次函数关系.由此建立了回淤比降与重度和沟床纵比降的关系式:i=0.6014 ×γ0.0526 ×i00.9470,据此可以初步确定回淤比降的设计值.     

新亚欧大陆桥新疆段环境地质灾害研究

新亚欧大陆桥新疆段是我国西部重要生命线工程 ,横跨四大不同地貌单元 ,孕育了由暴雨山洪形成的水害、大风、沙害等为主要类型的环境地质灾害。重大水害事件形成于 2 5mm/h或≥ 30mm/d雨强过程中 ,集中出现在 7月份 ;大风刮翻列车的临界风速为 35m/s～ 6 7m/s之间 ,发生在山体豁口及呈“箱”型谷地的风口区 ;风沙流含沙量随高度遵循指数函数关系分布 ,在风向与线路夹角 >45°时 ,线路积沙厚度迅速增加。对各工务段辖属区段易损性分析表明 ,区段灾害活动强度依次为 :乌鲁木齐 >石河子 >奎屯 >柳园 >鄯善 >哈密。未来水害频次和强度将日趋增大 ,沙害范围及影响程度将日益加重。     

刚毛柽柳种子萌发对盐分与干旱胁迫的响应

通过对不同温度、盐分和干旱胁迫对刚毛柽柳种子萌发实验研究影响,结果表明:刚毛柽柳种子的适宜萌发温度范围为10~35℃,萌发率高达80%以上,且萌发迅速。不同浓度NaCl溶液对刚毛柽柳种子萌发有明显抑制作用,种子萌发率随NaCl溶液浓度的增大而下降,到0.7 mol/L时,萌发率仅为1.67%,种子发芽受到抑制。相同渗透势PEG-6 000溶液中的萌发率低于NaCl溶液,渗透势为-0.5 MPa是二者影响作用的分界点。渗透势为-1.8 MPa时,萌发率已急剧下降到0,其对种子萌发的抑制作用大于NaCl溶液。将在两溶液中处理10天的种子转移至蒸馏水后,随着NaCl溶液浓度的增大,萌发恢复率逐渐升高,0.7 mol/L时,萌发恢复率为60%;随着PEG-6 000溶液浓度增大,萌发恢复率先升高后降低,渗透势为-1.4 MPa时,种子萌发恢复率达到最大为67.5%,但两种处理下种子的最终萌发率(总萌发率)都低于在蒸馏水中的。     

青藏铁路沿线不同类型挡沙墙阻沙率

基于风洞试验对青藏铁路沿线不同类型防沙措施防沙效果进行模拟研究，探讨了不同类型挡沙墙的防沙效果。结果表明：挂板式、轨枕式和箱式挡沙墙输沙率随高度基本呈递增缓变型趋势，最大输沙率低于20%；铃铛式和高立式聚乙烯（PE）网挡沙墙随高度呈递减陡降型趋势，距地表6~8 cm处为转折点，转折点以上输沙率随高度增大急剧减小，转折点以下输沙率随高度变化较为平缓，最大输沙率低于50%。随着风速的增大，各挡沙墙的阻沙率呈递减趋势：挂板式和轨枕式挡沙墙对风速的敏感性最弱，整体阻沙效果较优，可大范围推广；箱式挡沙墙对风速的敏感性较弱，建议在风速18 m·s^-1以下的地区使用；PE网挡沙墙防沙效果对风速的敏感性最强，建议在风速10 m·s^-1以下的地区使用。     

川西北高原山地灾害垂直地带性

由于形成山地灾害的多种自然因素具有垂直地带性,尤其作为主要动力因素的水,超过一定高度后由液态成为固态,从而也造成了山地灾害的垂直地带性,从高到低可分为冰雪型、冻融型和流水(含地下水)型等三个山地灾害垂直带,高低两带之间主体界线在川西北高原地区为4900m和3500m。各带均有其特有的山地灾害,其中冰雪型山地灾害主要有冰崩、雪崩、冰面湖崩决等;冻融型山地灾害有冻融土流、冻融滑塌、冻融坍塌、融冻泥流、寒冻岩屑流和冰湖溃决等;流水型山地灾害有滑坡、崩塌、泥石流、山洪、泥石流坝和滑坡坝溃决等。认清这些灾害分布的垂直地带性,对于在相应地带进行资源开发和经济建设时,避免、减轻或妥善处治其危害具有重要的现实意义。     

寒旱环境盐胁迫条件下两种草本植物的根系力学特性研究

本项研究选取适宜于西宁盆地及其周边地区生长的2种优势草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb)和细茎冰草(Agropyron trachycaulum (Linn.) Gaertn.)作为供试种,通过室内种植培育方式,采用浓度梯度分别为50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L、200mmol/L的Na₂SO₄溶液对2种植物进行盐胁迫处理。在盐胁迫试验处理后的第15d、30d和45d时,分别测定2种植物单根抗拉力和单根抗拉强度。试验结果表明：相同盐胁迫浓度时,2种植物单根抗拉力随生长期增长呈逐渐增大,单根抗拉强度随生长期增加表现为逐渐降低的变化规律;相同生长期时,2种植物单根抗拉力随着胁迫液浓度由0mmol/L增加至200mmol/L时表现为逐渐减小趋势,单根抗拉强度则随着胁迫液浓度增加呈逐渐增大的变化规律;进一步研究表明,在相同胁迫浓度和相同生长期条件下,细茎冰草单根抗拉力和单根抗拉强度分别较垂穗披碱草高0.008N~0.025N和9.646MPa~72.807MPa;2种草本植物单根抗拉力与根径之间呈指数函数关系;2种草本单根抗拉强度分别随根径的增加而逐渐减小,且均与根径呈幂函数关系。本该研究成果对于进一步探讨寒旱环境盐胁迫条件下,草本植物根系力学强度特征及其变化规律具有重要理论研究价值,同时对于有效防治研究区水土流失、浅层滑坡等地质灾害的发生具有实际指导意义。     

经三氯化铁改性的沸石除磷效果

为提高沸石填料的除磷效果,用Fe Cl3沉积法,改性粒径为10~20目的天然沸石,研究沸石的最佳改性条件,以及反应时间、进水磷浓度和沸石投加量等对除磷效果的影响。研究结果表明,经Fe Cl3改性的沸石的除磷率是天然沸石的6.2~12.8倍,最佳改性摩尔质量浓度为3.5 mol/L;当进水磷质量浓度为10 mg/L时,改性沸石最佳投加浓度为0.1 g/m L,其除磷率随着时间增加而增大,在8 h后趋于稳定;随着进水磷浓度的增大,改性后的沸石的吸附速率和吸附容量增大,其吸附速率符合班厄姆公式;改性沸石等温吸附过程符合Freundlich方程(R20.988)和Langmuir方程(Qm=0.275 6 mg/g,R20.988)。     

基于数值模拟的突发型黄土滑坡运动过程研究——以黑方台陈家8#滑坡为例

甘肃省黑方台地区农业灌溉诱发大量的静态液化型滑坡,此类滑坡失稳前变形迹象小、启动速度快、运移距离远,具有显著的突发特征并严重威胁到当地居民的生命财产安全。目前对突发型滑坡的运动过程,主要集中在定性和半定量研究方面,缺乏合理的定量研究。本文选取黑方台地区典型的陈家8#突发型滑坡,采用Massflow数值模拟软件对该滑坡进行反演,依据滑距及堆积范围吻合率定量判断反演结果的准确度,利用最优的吻合结果来分析滑坡启动后不同时刻的堆积厚度和运动速度,得出如下结论:(1)对于陈家8#滑坡,当内聚力为1000 Pa、内摩擦角为31°、基底液化系数为0. 63时,滑距与堆积范围吻合率分别为0. 94和0. 89,反演获得的滑坡堆积范围与真实堆积非常接近。(2)数值模拟结果显示,滑坡主滑方向的平均厚度约1. 20 m,最大堆积厚度约4. 10 m,反演结果与真实堆积厚度较为吻合,后缘高差与滑距之比为0. 05,体现此类滑坡较强的流态特征。(3)滑坡的运动过程可分为启动加速、稳定加速、减速堆积三个阶段,陈家8#滑坡从启动到最终静止整个过程仅用42 s,最大运动速度介于15 m/s至20. 30 m/s之间,启动加速阶段时间仅占滑坡运动总时间的12. 85%,而减速堆积阶段占滑坡运动总时间的77. 38%,进一步表明其流态特性,体现该类滑坡较强的破坏性。