甘肃省白龙江流域降雨型潜在泥石流危险性预报模型

【研究目的】泥石流灾害是白龙江流域分布广泛并常引起群死群伤的重大地质灾害,准确评价泥石流活动规模及其危险度,是泥石流危险性预警预报的前提,合理构建危险性预报模型是泥石流防灾减灾的关键。【研究方法】本文以研究区历史泥石流案例和对应降雨资料为基础数据,采用统计分析方法,通过分析形成泥石流关键地质环境条件及其相互关系,构建了白龙江流域潜在泥石流危险度定量评价模型,提出了两类泥石流危险级别临界判别模式。【研究结果】结果表明：（1）以泥石流活动规模、沟床平均比降、流域切割密度、不稳定沟床比例为判断因子的泥石流危险度动态定量计算模型,能快速准确预测未来不同工程情景和降雨频率工况下泥石流危险度;（2）影响降雨型泥石流发生的地形条件由流域面积、10°~40°斜坡坡度面积比、沟床平均纵比降等组成,降雨条件主要由泥石流爆发前的24 h累积降雨量、触发泥石流1 h降雨量或10 min降雨量等组成;（3）依据30条典型泥石流沟危险度计算结果,获得泥石流危险性临界判别值,提出了降雨型潜在泥石流危险性1 h预报模型（Ⅰ类）和10 min预报模型（Ⅱ类）,其中Ⅰ类模型高危险度以上泥石流预测精度大于87.5%,Ⅱ类模型中等危险度以上泥石流预测精度大于80%,而两类预报模型验证准确率为83.3%。【结论】研究成果为泥石流精准预警预报提供了技术支撑,对建立中小尺度泥石流实时化预警系统具有一定参考意义。创新点：通过确定与泥石流相对应关键地质环境因子,构建了泥石流危险度动态定量评价模型,依据泥石流危险性1 h和10 min临界判别模式可准确实现潜在泥石流预警预报。     

沟床起动型泥石流的10 min降雨预报模型

针对沟床起动型泥石流的诱发因素为高强度短历时的降雨,提出10 min降雨强度是这类泥石流暴发的关键。在1 h预报模型的基础上,基于云南蒋家沟的多年泥石流观测资料,修正了1 h预报模型的降雨参数,并得到了10 min降雨预报模型。10 min降雨预报模型在中国西部的其他流域,如云南浑水沟、贵州望谟县打易区域泥石流沟、四川三滩沟、四川雅安陆王沟和干溪沟、甘肃柳湾沟、甘肃马槽沟等流域的验证中,取得了较好的结果。10 min降雨预报模型是部分建立在泥石流的形成机理上的模型,并不是完全的统计模型,因此该模型也可以用于其他地区的沟床起动类型泥石流预报。     

降雨诱发坡面型泥石流形成机理

基于野外调查和室内测试分析,依据岩土体破坏准则理论,结合典型坡面型泥石流进行剖析,从坡面型泥石流形成的影响因素、运动学特征、动力条件、形成与演化过程等方面,探讨了降雨诱发坡面型泥石流的形成机理。研究结果表明:坡面流以平移式滑动方式破坏为主,通常发生于残坡积土层厚度小(≤2.0 m)的陡坡地带(坡度≥40°),降雨是坡面型泥石流的主要触发因素,雨水入渗促使斜坡残坡积岩土体饱和软化,当土体含水率超过28%~30%,粘聚力、内摩擦角与含水率关系曲线都出现了明显的拐点,即饱和度超过75%时,其粘聚力和内摩擦角都发生急剧降低,斜坡土体由稳定状态向破坏状态演化。遇持续降雨(或暴雨)作用,此种残坡积土局部发生失稳下滑——流土,进而在动水压力作用下发生下泻造浆形成坡面泥石流。     

坡面泥石流活动与降水之间的关系初探——以重庆北碚地区为例

文章从坡面泥石流的形成条件入手,结合重庆北碚地区地质地貌和气象条件,分析了该地区从1962～2003年发生的坡面泥石流的数据及降雨资料,认为在该区域,降水是诱发坡面泥石流的决定性因素.通过对具体坡面泥石流事例的分析,认为坡面泥石流的发生与前期降雨量和短历时雨强关系密切,前期降雨量对泥石流形成的贡献比较大,短历时雨强主要起到激发作用,当短历时雨强指数＞550时,应发出泥石流危险警报.最后利用发生坡面泥石流前3日累计降雨量和当日前期降雨量,得出了该区域降水诱发坡面泥石流的临界雨量方程.     

模拟降雨条件下坡面流水动力学特性研究

为探明降雨条件下沙黄土坡面水流水动力学特性,以流体力学和泥沙运动力学理论为依据,通过5个坡度和5个雨强组合条件下室内模拟降雨试验,系统研究了坡面水流水力参数的变化规律。结果表明,降雨条件下坡面薄层水流雷诺数均小于580,处于层流失稳区;水流流型随雨强和坡度的变化而发生转捩,当坡度较缓、雨强较小时,床面形态处于低能态区和过渡区,床面出现沙纹现象,水流宏观上呈缓流,反之,坡度较陡、雨强较大时,床面由沙纹和沙垄向动平床过渡,宏观上多呈急流;并根据薄层水流阻力组成特点,推导出沙黄土坡面薄层水流阻力计算公式。验证结果表明,该式误差较小,可为坡面侵蚀预报模型的构建提供参考。     

北京山区泥石流降雨特征分析及降雨预报初探

本文通过北京山区近几十年的泥石流活动特点，阐述了泥石流的时空分布及活动强度与降雨之间的关系，认为，泥石流集中暴发区为大暴雨笼置空间所控制，发生时间多取决于一场大暴雨过程中高雨强出现之时；发生的数量与规模既决定于降雨的空间又取于降雨的强度。     

重庆地区降雨型滑坡相关性分析及预报模型

整理大量重庆地区降雨诱发滑坡资料,对降雨因子、累积降雨因子、前期降雨衰减系数与滑坡发生与否及滑坡发生数量之间进行系统的相关分析。结果表明:(1)当日降雨量对滑坡的诱发作用最显著,当日最大小时降雨与当日降雨量高度相关;(2)据滑坡发生前日期增加,降雨因子与滑坡相关及偏相关系数随之降低,在据滑坡发生前3d之后已变得很小;(3)大范围滑坡一般在暴雨当日或滞后一天产生,仅有短时强降雨很难诱发大范围滑坡,还需要一定前期降雨量为基础;(4)累积降雨因子与滑坡因子间都显著相关,且随着累积降雨日数的增加,其相关系数先上升后下降;(5)重庆地区适宜的前期降雨衰减系数在0.6左右。在此基础上拟合出了有效累积降雨量-滑坡发生概率预报模型,并使用当日最大小时降雨量-滑坡发生概率模型对其进行修正。最后使用降雨诱发滑坡实例检验该修正模型,结果可为重庆地区降雨型滑坡的预测预报提供科学依据。     

火后泥石流流域坡面侵蚀物源动储量估算方法探讨

火后泥石流具有易发、突发等特征,尤其在林火发生当年异常活跃,林火干扰会加剧土壤侵蚀,若将常规泥石流坡面侵蚀物源动储量估算方法应用于火后泥石流将使计算结果偏小,会导致拦砂坝等治理工程库容设计有效性不足.本文采用修正通用土壤流失方程(RUSLE),以四川省雅江县八角楼乡火烧迹地D4流域为例,通过野外调查、室内外试验、遥感解...     

日喀则市谢通门县尼玛弄自然村坡面泥石流发育特征及防治对策

坡面泥石流具有规模小、分布广、暴发突然、流动快、过程短、冲击力大等特征,是一种危害十分严重的自然灾害。为了查明西藏日喀则市谢通门县尼玛弄自然村坡面泥石流的发育特征,以野外精细化调查和测量为工作方法,在查明泥石流区域地质环境及分区特征、主沟支沟的沟道特征、形成条件、物源转化关系的基础上,综合研判泥石流的发展趋势并划定了危险区范围。结果表明：流域内松散固体物源总量约为22.72×10⁴m³,可能参与泥石流活动的动储量约为7.82×10⁴m³;坡面泥石流一旦遭遇大暴雨,势必引发较大规模的泥石流灾害;泥石流的综合致灾能力较强,受灾体的抗灾能力较弱,泥石流治理紧迫性等级为I级;提出“导流槽+截流槽+导流堤”和“导流防护堤”两种工程治理方案,为该区泥石流防治工作提供参考。     

浅层滑坡诱发沟谷泥石流的地形和降雨条件

2011年贵州省望谟县打易镇的大范围浅层滑坡诱发的沟谷泥石流提供了研究这类泥石流地形和降雨条件的机会。在地质条件一致和小区域内的降雨条件基本一致的情况下,地形条件就是这些泥石流暴发与否的唯一决定因素。对比一些重要的地形因素与泥石流暴发的关系,得出了由流域面积、沟床纵比降和25°~45°山坡坡度面积比组成的泥石流综合地形因子T。在地形因子T的基础上,研究获得了由前期降雨量、1 h降雨强度、年平均降雨量等组成的降雨因子R。由地形因子T和降雨因子R获得的临界条件P可以判断该区域的泥石流暴发。由于研究工作部分基于泥石流的形成机理,研究成果还可用于其他区域的泥石流形成预测,为泥石流的预测预报提供了一个较好的方法。     

北京地区暴雨泥石流预警阈值研究

泥石流是北京地区主要的地质灾害,强降雨是触发这一灾害的主控因子。因此,触发泥石流临界雨量的厘定成为实现高精度预报预警和防灾减灾的关键。但是,以前的研究多基于简单数据统计或定性分析层面,远不能满足地质灾害预警需要高精度定量数据的要求。文章对1949年以来北京地区发生的泥石流与其发生时期的降水数据进行了系统收集整理,对降雨强度-降雨持续时间和降雨量-降雨持续时间的泥石流触发临界值进行了高分辨的分析和厘定,首次建立了临界雨量的定量估算模型,分别为Ι=56.9×D^-0.746与R=59.9×D^0.253。通过与全球其他地区的临界阈值模式对比发现,在降雨持续时间较短时,北京地区的临界雨量高于全球性和一些区域性临界雨量,而随降雨时间的增加,全球范围内的临界雨量具有收敛趋势。这表明不同地区的临界雨量,特别是短时暴雨触发的泥石流,需根据区域特征来厘定。随降水时间的增加,区域地质地貌的影响会逐渐减小,而降水的控制作用会逐渐明显。北京地区泥石流发生时期降雨持续时间与降雨强度和总降雨量之间相互关系表明,泥石流的发生不仅需要较大的降雨强度,而且需要一定的降雨量。因此...     

北京市泥石流灾害临界雨量研究

降雨是泥石流灾害的主要诱发因素。文章根据北京市历史上泥石流灾害发生时的前期雨量与当日激发雨量,建立了临界雨量判别模型。通过对北京地区泥石流灾害与降雨频率的分析,计算了不同时段的临界雨量;经验证明,计算结果是可信的。基于灾害与降雨频率分析来确定北京地区泥石流发生的临界雨量是一种新的尝试。该方法可用于计算不同泥石流沟道发生泥石流的临界雨量。     

汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值

搜集了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨数据,采用詹氏法和修正法两种雨场分割法对其进行处理,研究了降雨参数（降雨强度、累积雨量和降雨历时）与泥石流发生之间的关系,建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值模型。结果表明:采用詹氏法和修正法这两种雨场分割方法所获得的降雨参数之间存在差异。两者的累积雨量差异不大,但后者的平均雨强要小于前者,其原因在于修正法改善了詹氏法估计降雨时间过短的缺点,延长了降雨历时。通过分析平均雨强~历时、累积雨量~历时、标准化平均雨强~历时和标准化累积雨量~历时之间的关系,采用单线法建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值。研究成果在四川省绵竹市清平乡的泥石流灾害事件中进行了应用与验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。     

基于信息量模型的云南东川泥石流易发性评价

以东川泥石流为研究对象,选取高程、坡度、坡向、起伏度、曲率、工程岩组、距断层距离、距水系距离、土地利用类型9个影响因子,以研究区144条泥石流为样本数据,建立了东川泥石流易发性评价体系。基于GIS平台,采用信息量模型计算各个评价指标状态分级的信息量值,以小流域为评价单元使用自然间断法将研究区泥石流易发程度分为极高、高、中和低4个易发区等级。结果表明：研究区极高易发区和高易发区发生泥石流灾害数量占比94.44%,AUC值为0.876,表明选取评价指标合理,信息量模型适用于东川泥石流易发性评价研究。     

物源条件对震后泥石流发展影响的初步分析

强震过后一定时期内,泥石流的活跃性增强,即数量增多、规模增大、频率增加。而随着松散物质储量的减少,泥石流的活跃性会随之衰减。为了具体考察物源条件对震后泥石流活动的影响,使用震后泥石流逐年平均输沙量作为刻画泥石流活跃性的指标,在云南蒋家沟和西藏古乡沟泥石流数据的基础上,定量地分析了震后泥石流活跃性的变化过程。分析表明存在降雨控制型和物源控制型两种泥石流流域。前者的泥石流在震后很长一段时间内都不衰减,其发生主要取决于降雨条件。后者最大规模的泥石流发生于地震过后的短时间内,尔后泥石流活动随时间显著减弱。泥石流规模和频率的关系与暴雨不一致。当物源控制型流域的无量纲化活跃性指标值降为0.12左右时,可以认为泥石流进入了稳定或者衰弱期,不会再有大规模的泥石流事件发生。数据拟合结果表明,整个泥石流活跃性的衰减过程可以用幂函数来描述。其衰减指数与剩余物质储量和总物质储量之比存在密切的关系。这为定量预测震后泥石流发展趋势提供了一个初步的模型。     

汶川震区暴雨泥石流激发雨量特征

利用搜集的汶川震区典型泥石流暴发前后的降雨过程资料,分析了泥石流的激发雨量过程,获得了汶川震区的泥石流激发雨量特征,以期为泥石流的预测预报提供依据。结果表明,汶川地震区的泥石流激发雨型可分为快速激发型、中速激发型和慢速激发型3类,其差异主要体现在降雨的持续时间和强度方面。不同激发雨型下的泥石流形成过程的差别主要体现在松散土体饱和过程。雨型的差异(降雨的持续时间和强度)使得土体饱和产生超渗产流的时间出现差异,进而使得泥石流暴发的时间存在差异。激发雨强跟激发雨型存在一定的关系,激发雨强最大者为中速激发雨型,其次是慢速激发雨型,最小者为快速激发雨型。与地震之前相比,地震后的泥石流暴发时的累积雨量和临界雨量都有所降低。     

泥石流堵断主河临界条件研究进展

自20世纪90年代开始,泥石流堵断主河临界条件研究取得了较大进展,开展了多动态室内模拟试验、统计学的相关性分析、动量动能的理论力学分析,取得了基于不同方法的临界条件判别式,但对泥石流堵河的力学形成机制、堵河的数值模拟、堵河原型模拟试验、多时段的遥感运用等方面的研究仍需解决和深入。前人所做的临界条件往往对具体环境下的单沟能够较好适应,而对一定数量的其它泥石流堵河事件往往对比验证较差。对泥石流堵河临界条件的研究需要运用到土力学、水力学等学科的相关理论才能解决。作者认为,在前人研究的基础上,未来研究方向应着重于泥石流堵河机理研究、RS、GIS技术的应用、原型模拟堵河试验及判别式研究,也许能有效地解决泥石流堵河临界条件的科学性和正确性,为实现防灾减灾提供科学的依据。