基于GIS的泥石流侵蚀特征分析——以文家沟为例

5.12汶川地震导致四川部分地区大规模泥石流爆发,其爆发规模和特征都不同于以往的泥石流,为了进一步研究震后泥石流的特征并揭示其现象,选取了位于绵远河流域的文家沟作为研究对象。主要利用ARCGIS平台对灾前灾后DEM数据进行对比,从主沟道的坡度及下切深度、沟谷形态的变化和区域侵蚀三个方面来分析文家沟泥石流的特征,解释了文家沟泥石流侵蚀过程和深切拉槽现象,为今后泥石流灾害评估、侵蚀过程分析及防治工程提供依据。     

基于环境要素编码的泥石流沟道危险度快速识别

泥石流沟道危险度识别是泥石流灾害防治的基础.关于泥石流沟道及其危险度的研究过去已有很多,但关于泥石流沟道防治对策的差异性研究尚不充分,对于类似的泥石流沟道可能导致的类似程度的泥石流危险度的研究更加缺乏.本文提出了基于环境要素编码的泥石流沟道危险度快速识别方法,将影响泥石流沟道危害程度的多个环境变量信息,通过编码形式赋予特定的泥石流沟道.选取灾害记录比较完备的沟道作为参照组,依据灾害记录将参照组中的沟道分为若干类别,其余沟道则可根据其编码与参照组沟道编码的相似性,快速确定其所属类别,预测其危险度.本文以太原市西山地区的泥石流沟道为例,初步探索了该方法的可行性,结果表明该方法具有一定的准确性,但由于参照组沟道较少且灾害的发生具有随机性,个别沟道预测结果与灾害记录存在差异,增加参照组沟道数量可以增加预测结果的可靠性.本文的研究成果对于全面快速地识别泥石流沟道特征、泥石流沟道危险度快速预测,进而采取针对性的防治措施具有参考价值.     

基于物源特征的白龙江流域泥石流易发性评价

白龙江流域是泥石流地质灾害的易发区和高发区,历史上曾发生过多次泥石流灾害。为探讨物源对泥石流的影响,对流域内泥石流物源数量、类型、分布进行了详细地调查分析,进而研究了物源转化泥石流的方式。在分析泥石流物源发育影响因素的基础上,采用确定性模型与灰色关联组合方法,筛选出物源敏感性、坡面侵蚀程度、沟床比降、沟壑密度四个因子,运用AHP模型进行区域泥石流易发性区划。得出以下认识：(1)白龙江流域泥石流物源分为重力侵蚀堆积型、坡面侵蚀汇集型、沟道侵蚀堆积型和弃渣侵蚀堆积型。其中物源量最多的为重力侵蚀堆积型,分布面积最广的是坡面侵蚀汇集型;(2)泥石流的物源多分布于坡度在15°~45°范围内的斜坡上,1 000~2 500 m的高程范围内,距离断裂500 m范围内,且物源量与植被覆盖率呈较好的负相关性;(3)流域内物源转化为泥石流的方式主要有崩落冲刷拉槽型、集中堵塞溃决型、沟道揭底铲刮型、坡面径流侵蚀溜滑型;(4)白龙江流域泥石流高易发区位于物源分布密集区,即泥石流流域中下游两岸。     

波浪对太湖梅梁湾底泥氧气侵蚀深度的影响

通过室内波浪水槽试验,利用溶解氧微电极研究了波浪对太湖梅梁湾底泥中氧气侵蚀深度的影响.结果显示:太湖梅梁湾底泥在水槽中一夜平衡后,氧气侵蚀深度约为5mm.经4 cm波高的波影响2 h后,表层底泥基本没有被侵蚀,而表层溶解氧质量浓度从原来的6.29 mg/L上升至6.90mg/L,氧气侵蚀深度约达6mm.初始值和4cm小波后两者拟合方程具有相近的斜率(-0.0777与-0.C728).经10cm波高的波影响2h后,可能受采泥管管壁形成的回旋涡流影响,底泥表层的物理侵蚀达到(1.33±0.15)cm.同时,氧气侵蚀深度降至3.2mm左右,其拟合方程的斜率减小为0.0123.由此可以表明:小波可以增加底泥表层溶解氧和氧气侵蚀深度;而大波能造成表层底泥受到严重的物理侵蚀并破坏原溶氧层而形成新的较浅的溶氧层,最终将可能影响微生物活动和营养盐释放.     

泥石流拦挡坝总坝高设定及坝后淤积计算

泥石流沟道治理中拦挡坝总坝高的设定和坝后淤积率的计算涉及治理工程的安全和经济效益,是一个无法回避的难点。以武都区已治理的23条沟道(共布设112道拦挡坝)作为研究对象进行比较分析,采用直线相关的回归方程对经验公式进行优化。结果表明:泥石流沟道运行9～11 a后,武都区43%的泥石流治理沟道总库容淤积和单坝淤积不足50%,属于过度治理;优化后的拦挡坝总高度计算公式既考虑了泥石流沟道治理的安全,又考虑了治理效益的最大化,更符合设计要求;推导的坝后回淤比降计算公式与原沟床建立了线性关系,便于设计人员应用,其计算结果约为治理前沟床比降的0.49～0.61倍,在前人研究的区间内,具有科学性和实用性。以上研究为武都区泥石流拦挡坝设计、创新及管理提供了可靠依据。     

饱水混凝土中硫酸根离子扩散-反应模型研究

针对硫酸盐环境下混凝土的劣化问题,本文从腐蚀机理出发,采用Fick第二定律,考虑硫酸根离子在混凝土中扩散的曲折度,结合水泥水化、腐蚀产物填充和材料损伤度对孔隙的影响建立了硫酸盐侵蚀下混凝土的扩散-反应模型;开展了3种水灰比的混凝土在2种浓度的硫酸盐侵蚀条件下的浸泡腐蚀试验,并与模型计算结果对比分析。结果表明：模型计算值与试验实测值基本一致;相同浓度下,水灰比越大混凝土内部同一截面硫酸根离子含量越高;水灰比一样的混凝土,侵蚀浓度越高腐蚀产物填充孔隙周期越短,相同周期内侵蚀深度越大。最后通过建立的混凝土受硫酸根离子侵蚀的最大深度预测模型,可见硫酸盐侵蚀混凝土的最大侵蚀深度随着侵蚀龄期的延长而逐渐变缓,后随着腐蚀产物对混凝土产生损伤,扩散速率加快,侵蚀深度变大。     

基岩河道水力侵蚀模型原理及其最新研究进展

基岩河道水力侵蚀模型是最近20年发展起来的一项地貌演化定量分析的研究方法.模型基于河流侵蚀基本物理过程、实验观测及经验公式,推导出可以应用的数学模型对河流侵蚀过程进行模拟与构造分析.目前,其主要应用在构造抬升速率研究与地貌演化模拟研究中,但由于模型在简化过程中存在一系列假设,应用中具有一定的不确定性,其中主要的不确定性来自于坡度指数、河道宽度、岩性与沉积物影响等方面,对这些关键参数与问题的定量获取研究也是目前与将来主要的研究热点.在应用基岩河道水力侵蚀模型对地貌分析中,一定要注意其限定因素与不确定因素,否则会不同程度地降低研究结果的可信性.     

黄土沟壑区流域重力侵蚀模拟

重力侵蚀是土壤侵蚀的主要形式之一．在黄土高原地区,重力侵蚀对土壤侵蚀总量、高含沙水流特性和水沙过程的尺度现象等都具有重要贡献但由于重力侵蚀机理复杂、发生随机性强以及缺乏直接观测资料,对重力侵蚀过程的模拟研究一直是土壤侵蚀领域的薄弱环节．笔者将一个基于土体失稳的沟坡重力侵蚀理论模型在数字流域模型框架下与坡面降雨径流和土壤侵蚀模型、沟道不平衡输沙模型耦合集成,并解决了重力侵蚀模型在流域中应用的一些具体问题,使重力侵蚀模型能够根据沟坡的几何形态、黄土的力学特性、降雨导致的土体含水量及力学性质变化、沟道水流对沟坡的淘刷等物理因素的影响,合理模拟流域中的重力侵蚀过程．将模型系统应用于岔巴沟流域和无定河流域,得到了重力侵蚀的分布及其占总侵蚀量的比例,模拟结果基本可信．     

北京地区中全新世以来特征时段环境变化对土壤水力侵蚀的影响

基于作者对北京地区中全新世以来环境演变研究和未来１０年预测结果，利用ＧＩＳ、ＳＰＳＳ软件包，通过建立水力侵蚀遥感信息模型，制作了北京地区现代土壤水力侵蚀图，依据将近论古的原理，恢复了北京地区小冰期时期和仰韶文化时期的土壤水力侵蚀深度，探讨了未来１０年水力侵蚀演化趋势，这可以为该地区土地利用和泥石流分布规律研究提供理论指导。     

亚高温环境下混凝土耐硫酸盐侵蚀试验方法研究

在总结现有混凝土硫酸盐侵蚀试验研究的基础上,提出了考虑亚高温水淬与硫酸盐侵蚀双因素影响的亚高温环境下混凝土耐硫酸盐侵蚀试验方法,确定了试件尺寸、侵蚀溶液及其浓度、宏观和微观测试指标等.采用硫酸根离子浓度测试方法得到了硫酸盐侵蚀深度和硫酸根离子浓度随时间的变化和分布规律,采用同步热分析仪对混凝土硫酸盐侵蚀产物及其随时间的变化规律进行定量分析.     

枇杷沟泥石流基本特征分析与评价

以枇杷沟地区地质环境为基础,综合多因素分析阐明：枇杷沟泥石流的发生除受地形地貌等因素的影响外,地震过程中受损岩土体为泥石流的发生提供了大量物源,但主控因素为降雨量及降雨强度。在进行大量野外地质工作的基础上,运用数学手段对枇杷沟泥石流特征值进行计算和确定并最终分析表明：地震地质作用与外动力地质作用所形成的崩滑物在粒度和分选上有所区别,对泥石流的容重和流量有所影响;震后灾区泥石流对泥石流沟道有着明显的拓宽效应和“刮铲效应”,使泥石流过水断面面积和泥石流平均流速发生显著变化,所以在确定新的参数并得到新的流量值后有必要使用行之有效的计算方法对计算结果进行验证。     

汶川地震驱动的隆升、剥蚀作用与龙门山地貌生长——以映秀红椿沟为例

汶川(Ms 8.0)地震驱动的构造抬升作用和滑坡、泥石流剥蚀作用如何影响龙门山的地貌生长是目前争论的焦点。作者以位于汶川地震震中位置的映秀红椿沟泥石流为例,利用野外实测资料、航片和数字高程资料,开展了红椿沟流域汶川地震驱动的构造抬升与滑坡、泥石流的表面侵蚀过程及其对龙门山地貌生长约束方面的定量研究,获得以下初步认识:(1)红椿沟位于汶川地震震中区的高山峡谷,发震断裂——北川断裂从该沟切过。(2)汶川地震触发的同震滑坡体积达3.800 1×106 m3,是震前滑坡量的3倍。(3)2010-08-13和2010-08-18强降雨形成的震后泥石流体积为0.705×106 m3,表明震后强降雨使同震滑坡量的20%转化为泥石流。(4)红椿沟泥石流将0.485×106 m3固体物质输入岷江河道(主河),导致河道变窄、河床升高、河床比降增大。(5)冲入河道量与同震滑坡量之间的转化率约为13%,冲入河道量与泥石流量之间的转化率为70%。(6)在红椿沟流域同震的滑坡体积(3.800 1×106 m3)小于同震的构造抬升体积(6.67×106 m3),仅有约57%的构造抬升量转化为滑坡量,表明以逆冲-走滑作用为特征的汶川地震所导致的构造抬升量大于滑坡量,将使龙门山地貌产生新的抬升和生长。     

九龙县踏卡河流域乌拉溪沟低频泥石流特征与危险性

通过计算分析四川省九龙县踏卡河流域乌拉溪沟的泥石流运动特征参数并结合实地调查,探讨其再次暴发的危险性。研究表明:乌拉溪沟泥石流属于低频稀性泥石流,二十年一遇泥石流的流速为4.35m/s,峰值流量达221.09m3/s,一次冲出固体物质总量为4.18×104m3;流域内物源丰富,总量为527.85×104 m3,多为坡面侵蚀物源,占总量的89.32%;短历时强降雨是该沟爆发泥石流的关键因素,当降雨强度大于32.76mm/h时(二十年一遇),乌拉溪沟泥石流暴发可能性较大,并且会堵塞踏卡河,属于高危险性泥石流。沟道内两处堵溃点及丰富的物源是泥石流危险性放大的主要因素,在防灾减灾中需及时疏通沟道,避免发生堵溃。     

Observation and Research on Gravitational Erosion Process of Bank Slopes in Headstream Area of Jiangjia Ravine, Yunnan, China

To reveal the gravitational erosion process in the headstream area of Jiangjia Ravine, continuous observation was conducted duing the rainy season. The observation and research show that the change of water content of the bank slope lags the precipitation process, the infiltration water con centrates mainly in the shallow layer of the bank slope, also the bank slope was unsaturated, the floods and debris flows in the gully down cut the gully bed, and scour the foot of the bank slope. These results in many collapses, which is the main type of gravitational erosion process, and it provides large amounts of loose solid materials for the eruption of debris flows.     

基于敏感性制图和数值模拟的泥石流综合评价--以九绵高速公路沙尕沟为例

泥石流等地质灾害的评估对于公路选线和安全运营有着重要的意义。随着科技的发展,越来越准确的泥石流评价和预测体系亟待研究。通过现场勘测和无人机解译,利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)和基于学习优化算法的自适应神经模糊推理系统(TLOA-ANFIS)对泥石流沟进行敏感性评价,并对沙尕沟进行区域划分,结果显示沙尕沟沟口3.5 km范围内泥石流的敏感性评价等级最高。为了更加清楚的研究该范围泥石流的运移堆积情况,对沟内泥石流冲出范围进行数值模拟,结果表明:在降雨频率P=1%的条件下,沙尕沟泥石流流深可达8.76 m,对公路安全运营和基础设施建设有着重要影响,建议相关部门对其进行治理。同时,提供的敏感性制图评价与泥石流危害范围数值模拟结合的方法可以为国内外相似案例提供相关参考。     

黑土地切沟侵蚀的成因与危害

探讨了黑土地切沟侵蚀的成因，如地形、降水、土壤、植被以及人为等因素，还从土地资源、社会资源以及治理费用高昂等角度详细分析了切沟侵蚀的危害性，提出要深入研究切沟侵蚀发生发展规律，以期更好的防治模式．     

基于树木年代学的冰川型泥石流灾害历史重建方法-以西藏天摩沟为例

藏东南帕隆藏布流域冰川型泥石流规模大、数量多。天摩沟是帕隆藏布左岸一级支流,最近20年多次爆发冰川型泥石流,重复堵江并形成长1.5 km左右的堰塞湖。冰川型泥石流事件爆发时间和规模的确定对山区泥石流防灾减灾意义重大。本文基于树木年代学方法,通过分析树木年轮损伤组织、生长抑制和释放动态,重建天摩沟60年来的泥石流事件的时空分布;从树木生长扰动强度等方面探讨泥石流的流动范围和沟道溯源侵蚀过程;并通过Wit指数进一步分析泥石流发生时间和日降雨及气温之间的关系。结果表明天摩沟在1965、1970、1976、2007、2010和2018年爆发过泥石流,与2007年以来的有记录的泥石流事件吻合,印证了通过年轮损伤组织、生长抑制和释放等参数重建泥石流事件的可行性;Wit指数的变化表明树木年轮的生长释放和抑制滞后于泥石流事件1-3年,并与泥石流规模成正相关。     

无人机摄影测量提取黄土高原切沟参数精度分析

选取陕北黄土丘陵沟壑区桥沟小流域为研究区,分别用同时相的地面三维激光扫描数据和固定翼无人机摄影测量数据提取切沟形态参数,分析无人机摄影测量提取切沟参数的误差及其原因．结果表明:1）无人机摄影测量与三维激光测量比较,提取切沟面积、周长和沟长二维形态参数的百分误差<10%;2）与三维激光扫描测得切沟横截面积、平均沟深和体积三维形态参数相比较,无人机摄影测量误差<20%,沟壁陡峭、植被覆盖度较高的大型切沟测量参数误差较大,而沟壁坡度相对较小、植被相对稀疏的小型切沟测量参数误差较小;3）固定翼无人机垂直摄影采集数据的方式会导致切沟沟壁细节数据缺失,从而降低切沟参数提取精度．基于无人机摄影测量生成的DSM无法有效过滤植被影响,在一定程度上影响切沟参数的提取精度．与三维激光测量相比,无人机摄影测量切沟地貌参数的精度略低,在切沟短期动态变化监测方面还存在一定的局限性．