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
发布时间：2021-06-26 13:01
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。
【文章来源】：山东科技大学学报(自然科学版). 2020,39(05)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
颗粒分布曲线
流域内主要出露地层为志留系、第四系。以伊家殿沟断层为界，下盘以志留系（S2+3bl1）千枚岩、炭质千枚岩、板岩为主，占总面积的65%，大部分岩石风化成5～10cm的块石、片石以至粉末，多为泥石流细颗粒组成物质。上盘为志留系（S2+3bl2）泥砂质灰岩、硅质灰岩，岩质坚硬，占总面积的25%，是泥石流粗颗粒物质的主要来源。第四系主要为冲洪积层、残坡积层、崩坡积层等。受主沟切割影响，流域内强烈冲蚀沟谷非常发育，共有大小强烈冲蚀沟达100余条，总长43.36km，平均沟壑密度3.76km/km2。由于沟内水流长期强烈侧蚀及下切侵蚀作用加上陡坡地形条件，导致沟道两岸崩滑、坍塌等不良地质灾害体极为发育。泥湾沟泥石流的松散固体补给物质由各种重力侵蚀、坡面侵蚀汇集、沟道侵蚀堆积、工程弃渣堆积作用混合而成的（图1）。根据上述泥石流补给物质成分，结合野外调查统计结合遥感解译分析，泥湾沟松散固体物质总量为4 564.72万m3，其中崩滑堆积体物源4 402.62万m3、沟道物质130.80万m3、坡面物质15.69万m3、人工弃渣15.61万m3。泥湾沟泥石流补给物质规模和地形条件均比较充足。因此，泥湾沟泥石流的形成主要取决于降雨动力条件。据收集资料显示，研究区连续1日最大降雨量90.5mm,1h最大降雨量40.0mm,10min最大降雨量16.2mm，与泥湾沟泥石流发生关系最为密切的为10min降雨的雨强。据研究，甘肃24h、1h、10min可能发生泥石流的雨量界限值分别30、15、6mm，按照此标准泥湾沟具备发生泥石流对雨量的基本要求。
为检验模拟结果的准确性，选取泥湾沟泥石流沟在50年一遇降雨条件（即1984年“8.3”泥湾沟泥石流灾害）模拟计算结果为例，采用精度系数Ia验证其合理性。Ia的区间位于0～1,Ia越接近1，表明该模拟结果越准确。通过模拟结果可得泥湾沟泥石流模拟面积Am为0.693km2，泥石流实际堆积面积Ar为0.787km2，实际与模拟的重叠面积Ao为0.563km2。根据公式（7）可得模拟精度系数Ia为76.24%，满足模拟精度要求。从图3、图4得出有无工程措施2种情景下不同频率重现周期的泥石流流体数值模拟情况，可知泥石流的堆积区范围、最大堆积厚度整体上随频率周期的变大而增加。为了验证在泥湾沟有工程治理条件下数值模拟中加入减灾工程的效果，检验本次采用FLO-2D流体模型方法在单沟尺度运用的可行性，作者以白龙江流域内降雨频率为10年一遇的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”特大暴雨型泥石流灾害特征进行验证分析（表5），对以往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：
【参考文献】：
期刊论文
[1]白龙江流域舟曲县城区地质灾害危险性评价[J]. 王高峰,叶振南,李刚,田运涛,邓兵,郭宁,陈宗良. 灾害学. 2019(03)
[2]四川汶川县佛堂坝沟“7·10”泥石流调查研究[J]. 曹晨,余斌,马二龙,刘双. 泥沙研究. 2019(01)
[3]P-Ⅲ型曲线参数估计方法研究综述[J]. 雷冠军,王文川,殷峻暹,张丽丽. 人民黄河. 2017(10)
[4]基于FLO-2D的溃决型泥石流模拟研究[J]. 杨涛,唐川,方群生,王毅. 泥沙研究. 2017(04)
[5]甘肃省南部单沟泥石流灾害风险评估[J]. 舒和平,孙爽,马金珠,刘东飞,张鹏. 山地学报. 2016(03)
[6]烧房沟滑坡型泥石流工程治理及效果分析[J]. 卜祥航,唐川,屈永平,常鸣,程霄. 工程地质学报. 2016(02)
[7]基于FLO-2D数值模拟的泥石流流动与堆积影响因素研究[J]. 梁鸿熙,尚敏,徐鑫. 工程地质学报. 2016(02)
[8]泥石流沟谷坊坝群治理效应——以地震极重灾区北川县化石板沟为例[J]. 周海波,陈宁生,卢阳,李兵. 山地学报. 2012(03)
[9]Prediction of Debris-flow Danger Area by Combining Hydrological and Inundation Simulation Methods[J]. CUI Peng1,2,HU Kaiheng1,2,ZHUANG Jianqi1,3,YANG Yu1,2,ZHANG Jianqiang1,3 1 Key Laboratory of Mountain Hazards and Earth Surface Process,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610041,China 2 Institute of Mountain Hazards and Environment,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610041,China 3 Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Journal of Mountain Science. 2011(01)
[10]甘肃舟曲2010年8月8日特大山洪泥石流灾害的基本特征及成因[J]. 刘传正,苗天宝,陈红旗,董抗甲,黎志恒,李海军. 地质通报. 2011(01)
本文编号：3251389
【文章来源】：山东科技大学学报(自然科学版). 2020,39(05)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
颗粒分布曲线
流域内主要出露地层为志留系、第四系。以伊家殿沟断层为界，下盘以志留系（S2+3bl1）千枚岩、炭质千枚岩、板岩为主，占总面积的65%，大部分岩石风化成5～10cm的块石、片石以至粉末，多为泥石流细颗粒组成物质。上盘为志留系（S2+3bl2）泥砂质灰岩、硅质灰岩，岩质坚硬，占总面积的25%，是泥石流粗颗粒物质的主要来源。第四系主要为冲洪积层、残坡积层、崩坡积层等。受主沟切割影响，流域内强烈冲蚀沟谷非常发育，共有大小强烈冲蚀沟达100余条，总长43.36km，平均沟壑密度3.76km/km2。由于沟内水流长期强烈侧蚀及下切侵蚀作用加上陡坡地形条件，导致沟道两岸崩滑、坍塌等不良地质灾害体极为发育。泥湾沟泥石流的松散固体补给物质由各种重力侵蚀、坡面侵蚀汇集、沟道侵蚀堆积、工程弃渣堆积作用混合而成的（图1）。根据上述泥石流补给物质成分，结合野外调查统计结合遥感解译分析，泥湾沟松散固体物质总量为4 564.72万m3，其中崩滑堆积体物源4 402.62万m3、沟道物质130.80万m3、坡面物质15.69万m3、人工弃渣15.61万m3。泥湾沟泥石流补给物质规模和地形条件均比较充足。因此，泥湾沟泥石流的形成主要取决于降雨动力条件。据收集资料显示，研究区连续1日最大降雨量90.5mm,1h最大降雨量40.0mm,10min最大降雨量16.2mm，与泥湾沟泥石流发生关系最为密切的为10min降雨的雨强。据研究，甘肃24h、1h、10min可能发生泥石流的雨量界限值分别30、15、6mm，按照此标准泥湾沟具备发生泥石流对雨量的基本要求。
为检验模拟结果的准确性，选取泥湾沟泥石流沟在50年一遇降雨条件（即1984年“8.3”泥湾沟泥石流灾害）模拟计算结果为例，采用精度系数Ia验证其合理性。Ia的区间位于0～1,Ia越接近1，表明该模拟结果越准确。通过模拟结果可得泥湾沟泥石流模拟面积Am为0.693km2，泥石流实际堆积面积Ar为0.787km2，实际与模拟的重叠面积Ao为0.563km2。根据公式（7）可得模拟精度系数Ia为76.24%，满足模拟精度要求。从图3、图4得出有无工程措施2种情景下不同频率重现周期的泥石流流体数值模拟情况，可知泥石流的堆积区范围、最大堆积厚度整体上随频率周期的变大而增加。为了验证在泥湾沟有工程治理条件下数值模拟中加入减灾工程的效果，检验本次采用FLO-2D流体模型方法在单沟尺度运用的可行性，作者以白龙江流域内降雨频率为10年一遇的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”特大暴雨型泥石流灾害特征进行验证分析（表5），对以往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：
【参考文献】：
期刊论文
[1]白龙江流域舟曲县城区地质灾害危险性评价[J]. 王高峰,叶振南,李刚,田运涛,邓兵,郭宁,陈宗良. 灾害学. 2019(03)
[2]四川汶川县佛堂坝沟“7·10”泥石流调查研究[J]. 曹晨,余斌,马二龙,刘双. 泥沙研究. 2019(01)
[3]P-Ⅲ型曲线参数估计方法研究综述[J]. 雷冠军,王文川,殷峻暹,张丽丽. 人民黄河. 2017(10)
[4]基于FLO-2D的溃决型泥石流模拟研究[J]. 杨涛,唐川,方群生,王毅. 泥沙研究. 2017(04)
[5]甘肃省南部单沟泥石流灾害风险评估[J]. 舒和平,孙爽,马金珠,刘东飞,张鹏. 山地学报. 2016(03)
[6]烧房沟滑坡型泥石流工程治理及效果分析[J]. 卜祥航,唐川,屈永平,常鸣,程霄. 工程地质学报. 2016(02)
[7]基于FLO-2D数值模拟的泥石流流动与堆积影响因素研究[J]. 梁鸿熙,尚敏,徐鑫. 工程地质学报. 2016(02)
[8]泥石流沟谷坊坝群治理效应——以地震极重灾区北川县化石板沟为例[J]. 周海波,陈宁生,卢阳,李兵. 山地学报. 2012(03)
[9]Prediction of Debris-flow Danger Area by Combining Hydrological and Inundation Simulation Methods[J]. CUI Peng1,2,HU Kaiheng1,2,ZHUANG Jianqi1,3,YANG Yu1,2,ZHANG Jianqiang1,3 1 Key Laboratory of Mountain Hazards and Earth Surface Process,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610041,China 2 Institute of Mountain Hazards and Environment,Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610041,China 3 Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Journal of Mountain Science. 2011(01)
[10]甘肃舟曲2010年8月8日特大山洪泥石流灾害的基本特征及成因[J]. 刘传正,苗天宝,陈红旗,董抗甲,黎志恒,李海军. 地质通报. 2011(01)
本文编号：3251389
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