西南山区泥石流防治工程效益浅析

中国西南山区小流域地形地貌特殊、降水充沛、物源丰富,泥石流发生频率高、灾害严重,主要采取岩土工程和生物工程措施综合防治。岩土工程措施的直接效益是拦蓄泥沙,调节泥石流固体物质总量,间接效益主要为稳沟固坡、改变沟道比降、削减泥石流流速和峰值流量、减小泥石流重度和性质、提升上游侵蚀基准面等。分析西南山区15条泥石流沟拦挡工程效益可知,拦沙坝直接减少松散固体物质总量的1.5%～48%,间接稳沟效益增加0.13%～35.39%,固坡效益增加0.01%～65.01%;谷坊直接减少物源0%～5%,间接稳沟效益增加0.04%～6.08%,固坡效益增加0.06%～33.98%。可知拦沙坝在拦挡工程防治中起主要作用,直接拦挡量是谷坊的几倍至几百倍,间接减少量为谷坊的2～10倍。生物工程措施通过增加植被覆盖率、减少地表径流、降低径流侵蚀、改善土壤结构,间接实现拦沙减沙效益。西南山区12条泥石流沟流域内植被覆盖率增幅19%～60%,间接减少泥石流物源总量达4.7%～34.6%。其中西昌市黑沙河流域植被覆盖率增加60%,侵蚀模数平均变化取值最高达9kt/(km2·a),侵蚀类型由极强变为轻度,减少物源5.894×106 m3,占物源总量的31.1%。生物工程防治效果显著。     

邛海山洪泥石流淤积特征与趋势分析

通过流域最典型支流官坝河山洪泥石流堆积特征调查,分析邛海泥沙淤积变化状况,探讨邛海山洪泥石流淤积特征以及发展趋势。结果表明,1950年以来,邛海泥沙淤积达到0.52×106 m3;山洪泥石流携带的泥沙堆积特征为粗颗粒(粒径2mm)沿沟床堆积,细颗粒大多被输移到邛海;山洪泥石流形成的堆积扇促使邛海湖岸线向湖心不断推进;邛海流域山洪泥石流潜入邛海湖底,形成浊流在湖底继续运动,形成湖底水下堤及冲沟,改变邛海湖底地形。在强地震和强降雨等多因素的偶然联合作用下,邛海流域可能会发生大规模的山洪泥石流。     

官坝河泥石流含沙量变化过程数值模拟

泥石流输沙规律是科学布置泥石流防治工程的基础。基于Euler模型模拟了1998年7月6日官坝河泥石流含沙量变化过程。研究结果有两点:(1)泥石流输沙运动中含沙量大小和沟道宽度成正比关系。(2)泥石流在沟道地形较陡的地区携带泥沙能力强,在地形较缓的地区携带泥沙能力较弱。研究成果有助于科学布置官坝河泥石流防治工程,也为解决邛海泥沙淤积问题提供更多的科学依据。     

甘肃省武都区马槽沟泥石流特征及其治理工程效应

调查了马槽沟泥石流沟的地形地貌、地层岩性、松散物源、降雨等地质环境条件和人类工程活动情况,对比分析1990年竣工和"5.12"汶川地震后新修建的治理工程,研究其工程治理效应.结果表明马槽沟泥石流属中易发粘性泥石流.1988年马槽沟实施的拦挡工程使主沟道沟床比降由7.5%降为5.4%,起到了消减洪峰流量和泥沙输移量的作用;2009年新建拦挡工程库区淤满后,主沟道纵比降将变缓为3.77%,沟床平均宽从建坝前6.85 m淤宽到34.9m,百年一遇流量的泥石流在修建拦挡工程前后,经过沟口处的流速将减小54.4%,泥石流输移的最大粒径减小75.5%,说明马槽沟泥石流综合治理工程的实施能有效减少泥沙输出量,对扼制白龙江武都段河床淤积及长江中上游水土流失做出贡献,同时为北峪河流域泥石流灾害以及其他地区类似泥石流沟的治理提供理论依据和科学理念.     

山洪泥石流灾害危险度判定初探

近年来,随着全球变暖,极端天气频发,强降雨诱发的山洪泥石流灾害在甘肃省乃至全国时有发生。泥石流灾害通常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等,造成巨大损失,2010年8月8日甘肃省舟曲特大山洪泥石流造成沿河房屋被冲毁,阻断白龙江、形成堰塞湖,遇难失踪约1700余人。因此,探讨分析泥石流灾害危险度是一项值得研究的课题。从泥石流危险因子一次泥石流(可能)最大冲出量、流域面积、主沟长度、流域最大相对高差、主沟平均比降、形成区山坡平均坡度、沟长弯曲系数、松散固体物质储量、24小时最大雨量、流域内人口密度等出发,以舟曲特大山洪泥石流灾害为例,探讨分析了泥石流危险度判定。     

白龙江流域降雨型泥石流活动规模预测模型

白龙江地区泥石流沟谷内大量松散固体物质在强降雨的激发下易形成规模较大的降雨型泥石流,泥石流一次冲出量比同等条件下要放大数倍,应用以往泥石流活动规模预测模型进行计算的结果与实际值误差较大,因此,需构建适用于白龙江流域暴雨型泥石流一次最大冲出量定量预测方法。本文以区内降雨频率为10a一遇的24条沟谷型泥石流历史活动规模为典型实例,结合野外调查利用Matalb多元非线性统计方法建立了泥石流一次最大冲出量预测模型,最后结合舟曲三眼峪沟“8.8”特大泥石流等5条暴雨型泥石流灾害特征,对预测模型优化完善构建了不同规模降雨频率下的泥石流活动规模定量表达式。结果表明：影响泥石流一次最大冲出量的有泥石流灾害爆发区面积、流域内松散固体物质总量及诱发泥石流的降雨条件等3个因素,所建立的模型适用于白龙江流域降雨沟谷型泥石流活动规模的预测,该方法可为经济建设安全地段选址和未来城镇泥石流快速风险管理提供重要依据。     

不同工程情景和降雨频率工况下白龙江流域泥石流危险性评价

为深入认识不同工况下泥石流灾害的堆积特征及潜在危害,采用FLO-2D模型对白龙江流域泥湾沟在有无治理情景不同降雨频率条件下泥石流堆积特征及危险区进行模型分析。结果显示在有工程治理情景下,泥湾沟危险区面积相对无工程时减少29.71%～52.06%;无工程治理情景下1%、2%、5%等3种降雨重现期工况的冲出固体物质量是有工程治理同等条件下的1.55～2.99倍。结合构建的泥石流一次最大冲出量模型对模拟结果进行误差分析,结果显示在有无工程治理情景下泥石流最大堆积厚度及冲出固体物质总量相对误差分别在0.74%～28.48%、2.03%～14.97%范围内,模拟效果较好,可为今后白龙江流域降雨型泥石流工程防治提供技术参考。     

江西崇义县楼梯石沟泥石流特征及成因研究

楼梯石沟位于章江源头江西省崇义县聂都乡境内,为典型降雨型泥石流沟谷。该沟于2009年7月3日晨暴发泥石流灾害,堆积方量约5.14×10~4 m~3,造成直接经济损失约100万元。通过对楼梯石泥石流沟流域地形条件、物源条件及水源条件的特征分析,得出该沟形成泥石流的条件充分:1)主沟平均纵比降126‰,相对高差759.3 m,易发生浅层滑坡的山体(表面坡度25～45°)面积较大,约1.63 km~2;2)泥石流松散固体物源主要为浅层滑坡堆积体,总方量达26.15×10~4 m~3。楼梯石沟"7·3"泥石流为浅层滑坡启动类型,大量滑坡体进入沟道后被洪水启动形成泥石流。预测在50年一遇或大于50年一遇的强降雨条件下,楼梯石沟还可能发生新的泥石流。     

环县虎洞镇杨岭沟、朱砚沟泥石流特征及危害程度分区

杨岭沟泥石流流域呈“柳叶”型,面积为0.76km2。朱砚沟泥石流流域呈“火炬”型,面积为0.63km2。经计算杨岭沟泥石流流速为2.09m/s,一次过流总量Qp1%为0.49×104m3,Qp2%为0.26×104m3,朱砚沟泥石流流速为2.11m/s,一次过流总量Qp1%为0.41×104m3,Qp2%为0.22×104m3。根据杨岭沟、朱砚沟泥石流沟道发育的特征以及堆积区的地形特征结合泥石流冲淤范围等因素,可将杨岭沟、朱砚沟泥石流危害区分为严重区、较严重区、一般区。     

基于GIS的云南省海子沟流域泥石流危险性评价

在分析研究泥石流灾害特征的基础上,指出海子沟泥石流的爆发主要受到松散堆积物、坡度、降水、地质、植被等因素影响.据此,建立起泥石流爆发危险性评价数据库、知识库和危险性评价数字环境模型.在ArcGIS的支持下对所选取因子进行详细分析,得到海子沟流域泥石流危险性评价图,为海子沟流域泥石流防治工程提供了重要的依据.     

黄河下游洪水调控指标研究

依据200余场次洪水观测资料,应用统计分析、实体模型试验和数学模型计算等方法,对洪水按漫滩程度、水流含沙量高低、流量过程线形态特征和洪峰与沙峰相位差进行了分类;分析了塑造主槽的洪水关键因子;研究了黄河下游洪水过程调控关键技术指标。研究表明,黄河下游河槽高效输沙和塑造主槽作用较大的平滩流量约为4000m3/s,流量为4000m3/s条件下的洪水输送的临界含沙量为50kg/m3;对于不漫滩洪水,首选方案应按当时主槽的平滩流量控制,且平滩流量下的洪水流量过程以接近矩形波过程较好,峰前水量占洪水总水量的25%以上,洪水历时不小于7d;对于漫滩洪水,应控制洪峰流量大于平滩流量的1.5倍且大于洪水平均流量的1.2倍,同时应尽量控制洪水涨水期水量与洪水总水量之比不小于0.5,并保持洪峰与沙峰同步运行,洪水历时不小于7d;洪水调控分组含沙量大小主要取决于悬沙及床沙的级配;洪水来沙系数的调控指标视洪水类型而异,不漫滩洪水为0.012kg·s/m6,漫滩洪水为0.015kg·s/m6,同时还应控制分组泥沙的来沙系数。     

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。     

渭河下游平滩流量影响因子相关分析

渭河是黄河最大的支流,渭河下游河道主槽的严重萎缩和平滩流量的大幅度减小,严重威胁下游的防洪排涝.由于渭河下游非汛期来水来沙较少,因而对于平滩流量的计算,人们都忽略了非汛期水沙条件变化、潼关高程对汛后平滩流量的影响.近年来,随着汛期来水来沙量的减少,非汛期来水来沙条件对平滩流量的影响逐渐增大.本文运用人工神经网络方法,分别建立渭河下游华县站汛期和非汛期来水来沙条件等影响因子与平滩流量的人工神经网络模型,结果显示:当平滩流量计算中加入非汛期来水来沙、潼关高程等影响因子后,计算精度有大幅提高,且平均相对误差有所减小,平滩流量的计算更加准确.     

黄河下游高含沙洪水冲淤特性及其调控对策初探

基于黄河下游实测资料,对高含沙洪水对下游各河段河槽淤积的影响进行了分析,认为来自河口镇至龙门区间的高含沙洪水是造成下游高村以上河段河槽淤积的主要原因,高村以下河段的汛期河槽淤积物甚至全部来自高含沙洪水.降低含沙量、增大流量和提高细沙比例至70%~80%以上均可显著减轻高含沙洪水对河槽的淤积,而这可通过调控水库排沙比来实现.进一步分析了水库排沙比与出库泥沙的含沙量与细沙比例的关系,建议小浪底水库对高含沙洪水的调控要控制其排沙比在50%.在河龙间粗泥沙集中来源区,由于其来水很少、来沙很多,可利用该区"沙随水来"的特点使河龙间洪水就地利用,以减少黄河高含沙洪水产生几率和入黄泥沙量.     

黄河下游高含沙洪水冲淤特性及其调控对策初探

基于黄河下游实测资料,对高含沙洪水对下游各河段河槽淤积的影响进行了分析,认为来自河口镇至龙门区间的高含沙洪水是造成下游高村以上河段河槽淤积的主要原因,高村以下河段的汛期河槽淤积物甚至全部来自高含沙 洪水.降低含沙量、增大流量和提高细沙比例至70%～80%以上可显著减轻高含沙洪水对河槽的淤积,而这可通过调控水库排沙比来实现.进一步分析了水库排沙比与出库泥沙的含沙量与细沙比例的关系,建议小浪底水库对高含沙洪水的调控要控制其排沙比在50%.在河龙问粗泥沙集中来源区,由于其来水很少、来沙很多,可利用该区"沙随水来"的特点使河龙间洪水就地利用,以减少黄河高含沙洪水产生几率和入黄泥沙量.     

明渠非恒定流及输沙试验系统

为研究明渠非恒定流运动特性和输沙机理,建立了长20m,宽29.5cm,高40cm的水槽非恒定流实验系统。该系统包括变坡水槽、供水控制、水位和流速量测、推移质循环及测量5个部分。通过计算机控制生成设定的非恒定流过程;沿水槽架设的6个压力传感器监控沿水槽的水位变化;采用二维激光流速仪测量垂线流速分布。初步试验结果表明:该系统可以生成稳定可重复的非恒定流过程,得到包括水深、流量、流速及输沙率变化的大量非恒定流试验数据,为洪水波的运动特性及输沙特性研究奠定了基础。     

来沙条件对山区河流推移质输沙的影响

为研究山区河流推移质输沙规律,在西南山区吊嘎河进行推移质运动野外观测和人工加沙试验。观测发现,推移质输沙与水流条件并不存在一个特定的关系,山区河流推移质输沙明显受到来沙量、来沙强度、级配等条件的影响。在同样的水流条件下,推移质输沙率在汛前和第一次洪水后可能相差数百到上千倍,推移质输沙率-水流强度关系呈顺时针"绳套型"。试验表明,粒径较小的推移质颗粒(D<20mm)运动主要决定于来沙条件,而粗颗粒泥沙的运动则主要依赖于水流条件。     

论黄河调水调沙

首先从7个方面论述了黄河调水调沙的理论根据和实践基础,包括黄河下游输沙能力表达、堆积性与洪峰期间的巨大输沙能力、河道的游荡多变与平衡趋向性、“多来多排”的根据及利用、“冲河南（段）,淤山东限）”及其相反、第二造床流量与平滩流量、下游排沙比与水库排沙比关系以及拦粗排细等．接着,根据6年来调水调沙的实践,阐述了5个方面的主要效益：加大了入海沙量;降低了洪水位;扩大了主槽和加大了平滩流量;增加了山东河段冲刷比例,没有发生“冲河南（段）,淤山东（段）”;改善了小浪底水库变动回水区淤积部位,促进了异重流和浑水水库排出．尤其是加大了平滩流量,其最小值从1800m^3／s加大到3500m^3／s．利用调水调沙,大幅度改善了900km的河道,这在世界治河史上是创举．最后,分析了黄河调水调沙的巨大潜力,若能充分发挥,有可能利用75％的来水,排走全部来沙．     

神府东胜煤田开发对河流泥沙的影响研究

通过对乌兰木伦河王道恒塔水文站采矿前后河道汛期径流量、输沙量、含沙量及泥沙颗粒粒径等资料的分析发现，与采矿前相比，采矿后同雨量下河道汛期径流量有所增加，但汛期输沙量、汛期径流和输沙量的关系、汛期含沙量以及泥沙颗粒大小等都没有变化。采矿对河流泥沙的增加主要表现在汛期日洪量大于０．１×１０８ｍ３的大洪水中。１９８８和１９８９年两次大洪水的日均含沙量较采矿前同级流量洪水的日均含沙量增加了８８．７％。