粘性泥石流入汇区河床堆积动力学研究的问题与展望

发布时间：2024-06-01 15:13

　　粘性泥石流入汇主河极大地改变了入汇区的河床堆积地貌,其动力学实质是非牛顿流体与牛顿流体的交互作用,合理描述粘性泥石流入汇区河床堆积动力过程对于划定粘性泥石流风险区范围和认知流域地貌演化具有重大意义。粘性泥石流入汇区河床堆积体时空演化过程有别于粘性泥石流在地表的纯堆积过程,通过回顾国内外学者在泥石流入汇区堆积动力学方面的研究成果,可以发现在粘性泥石流入汇区内堆积现象复杂,存在"阵性"输移、"元堆积"和龙头"水滑"等特殊现象。但目前的研究对泥石流和水流交互机制都进行了简化,一是将粘性泥石流视为挟沙水流,直接采用异重流方法;二是将粘性泥石流视为"半固态",只考虑水流的输沙特征,研究认为基于这样的简化不足以描述粘性泥石流入汇的物理过程和特殊现象,也低估了粘性泥石流交汇区冲击速度和堆积范围。同时,根据粘性泥石流入汇区河床堆积动力过程的研究现状,结合粘性泥石流入汇的特殊运动过程,提出未来可开展的工作:一是粘性泥石流入汇的物理过程和其交互机制的合理简化;二是普适性高的粘性泥石流-水流堆积动力学模型的建立。

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【部分图文】：

图1野外观测云南东川蒋家沟阵流铺床过程（刘晶晶和李泳，2016)

典型粘性泥石流，常以间歇性的阵流形式出现，在一次泥石流过程中可形成十几次至几十次甚至几百次阵流（刘晶晶和李泳，2016）。粘性泥石流的非均质性导致了其流动的非恒定性，使其流出呈现明显阵性输移的特征，阵流是粘性泥石流活动的基本单元，这在野外现象中可以观察到（图1）。所以Major(....

图2灯盏窝泥石流阵性堆积堰塞体（没有经过人工扰动的堰塞坝，拍摄于2009.6.7)

粘性泥石流“阵性”输移特征导致粘性泥石流入汇后抵达对岸堆积形成堆积扇的过程并非一次性的。若泥石流的流量或速度足够抵达对岸，通常表现为阵流“元堆积”层叠的过程。汇入主河后，泥石流向对岸前进的同时也向河流的上下游进行扩展，每一场次粘性泥石流动力堆积过程，也是通过一个个分离的阵流局部叠....

图3Mohrig实验中的水滑现象（Mohrigetal.,1998)

Mohrigetal.(1998）通过水下泥石流实验发现，在“硬”的河床（河床底部固定且不可侵蚀）上，具有相同流变特性的水下泥石流比陆上泥石流向下流动更远；而在“软”的河床（河床底部为先前的泥石流沉积物）上，陆上泥石流能重新带动泥石流沉积物，而水下泥石流则在沉积物上方流动，并....

图4室内实验中的“水滑”现象（刘晶晶，2013)

汶川磨子沟原型实验中也出现了典型的“水滑”现象（刘晶晶，2013）。通过进行数组次的对比实验，设定支沟泥石流的所有实验参数完全一致，唯一改变的参数条件就是主河是否有水，以观察主河道中薄水层对粘性泥石流入汇部分的加速作用。其中某一组次的对比实验如图4所示，可以清晰地看到“水滑”现象....

本文编号：3986079