崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链演化特征分析及防治对策研究

某沟谷两岸坡面陡峻,沟谷狭窄,纵坡降较大,在地震、降雨等不利因素影响下,其左岸堆积体上方的崩滑堵沟隐患点可能出现失稳,并发展为崩塌滑坡-堰塞湖-溃决洪水-泥石流灾害链。针对此灾害链不同阶段的演化特征,采用相应的数值模拟模型和数值计算方法进行模拟分析和计算,评价其对沟口桥梁工程的影响,并采取相应的防治对策。经分析计算,崩塌滑坡隐患点距沟底高程落差约1 km,岩体体积约8×10^(6)m^(3),平均厚度约26 m,崩塌滑坡堵河可形成最大水深为14.4 m、面积约为7.19×10^(4)m^(2)、方量约为2.74×10^(5)m^(3)的堰塞湖;堰塞湖溃决形成洪水过程中,桥梁处最大水深为4.43 m(不含原始水位),最大流速为7.54 m/s,峰值流量为807 m^(3)/s;在溃决洪水强烈揭底冲刷和侵蚀的条件下,溃决洪水引发的泥石流在桥梁处的最大水深为7.1 m、最大流速为8 m/s、峰值流量为1685.5 m^(3)/s、最大冲刷深度为16.58 m。为减少该灾害链对桥梁工程的影响,采取河道疏通、岸坡防护和监测预警等防治措施。

“11·03”金沙江白格堰塞湖溃决洪水沉积物粒度特征

【目的】探究堰塞湖溃决洪水沉积物粒度特征和理解金沙江溃决洪水泥沙沿程变化特征。【方法】分析了“11·03”金沙江白格堰塞湖溃决洪水沉积物样品颗粒组成,计算了粒度参数,论述了泥沙特征从上到下的变化及其原因,并对比讨论了本次洪水泥沙粒度特征与其他流域洪水及古洪水沉积物泥沙粒度特征。【结果】堰塞湖溃决洪水沉积物类型为粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂;泥沙粒径中粉砂占55.18%,砂占32.86%,黏土占11.97%。泥沙中值粒径为41.34μm,平均粒径为31.73μm,两者随离白格堰塞湖距离的增加而逐渐变小;偏度值为0.27,属正偏;峰态值为0.94,属于中等尖锐;分选系数为0.57,分选性好;泥沙的粒度分布曲线双峰占52%,主峰高而窄,峰值为100μm,次峰低而宽;单峰占48%,峰态较窄,峰值为50μm。剖面泥沙粒径组成差别很小,以砂占优,粉砂含量略小于细砂,黏土含量大多在11.0%,中值粒径值大于其平均粒径值,分选系数均小于0.6,偏度为极正偏,峰态为中等。“11·03”溃决洪水与其他洪水相比,泥沙粒度组分较细,以粉砂为主,中值粒径和平均粒径较小,峰态更宽,偏度为正偏,分选性更好。【结论】研究结果对进一步认识堰塞湖溃决洪水的泥沙特征具有重要参考价值。

基于遥感智能解译技术的围堰溃决洪水淹没分析--以旭龙水电站为例

水电站围堰溃决洪水突发性强且非常规,应急调查时效性要求高。为分析水电站围堰溃决洪水风险,以旭龙水电站为例,提出了一套基于遥感智能解译技术的溃堰洪水淹没分析方法用于实物指标应急调查,并选取与居民财产安全密切相关的建筑物为典型对象,通过构建U-Net卷积神经网络模型,对旭龙水电站下游区域进行建筑物提取。结果表明:该方法可有效识别出建筑物分布情况,F-score指标精度在93%以上,在算法效率上也明显优于人工解译。

滑坡堵江坝溃决洪水及其演进的理论分析

崩滑堵江事件在世界范围内 ,尤其在山区广泛存在。溃坝后形成的洪水异常凶猛 ,洪峰高达几米至几十米 ,演进过程中常造成下游严重灾害。因此 ,崩滑堵江事件及其灾害链已严重影响人类的工程经济活动。本文对溃决洪水流量、洪峰及其演进过程进行了理论分析 ,建立了一套预测溃坝洪水特征的计算公式 ,并用实例验证 。

公元前1920年溃决洪水为中国大洪水传说和夏王朝的存在提供依据

中国传统史学讲述了一个在治理洪水成功后建立夏朝并开启文明史的故事。然而,洪水和夏朝的历史真实性一直存在争议。本文重建了约公元前1920年黄河上游地震引发的滑坡坝体的溃决洪水,为一万年以来地球上发生的最大的内陆洪水之一,可以解释中国传说的大洪水。本文将夏朝的开端确定为约公元前1900年,比传统的认识晚了2~3个世纪。测定结果表明,此年代的黄河流域状态与新石器向青铜器时代大变迁时的状态相吻合,这同时也佐证了初级国家形态——二里头文化是夏朝存在的考古证据的假说。

冰湖溃决洪水的二维水动力学数值模拟

为分析冰湖溃决洪水过程,建立了一个二维非恒定流数值模型,可以定量的开展冰湖溃决洪水预测.数值模型的基本控制方程采用二维浅水水流方程,数值方法采用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式,并用非界面追踪的方法处理干湿边界.通过理想情况下一维解析解的验证和二维复杂地形情况的数值试验,证明数值模型具有较好的精度和可靠性,并且可以适应复杂地形.将数值模型应用于一个典型的冰湖溃决事件,定量地预估了该冰湖溃决洪水过程,结果表明:水流流速很高,床面剪切应力很大,可能诱发活跃的泥沙运动,形成泥石流灾害.

金沙江白格滑坡堰塞坝溃决洪水灾害调查与致灾浅析

2018年10月10日和11月3日,西藏自治区江达县波罗乡白格村金沙江右岸同一位置先后两次发生滑坡堵江事件并形成了巨大的堰塞湖,其堰塞坝分别通过自然泄流和人工开挖泄流槽两种处置方式溃决。其中,第2次滑坡堰塞坝的溃决洪水给下游西藏、四川和云南3省(自治区)受灾范围内的道路、桥梁、耕地和房屋造成了巨大破坏。为了应对类似的极端、超常规、特大堰塞坝溃决洪水威胁以及相关的基础性研究需要,课题组于2018年12月21日至29日对这次金沙江白格堰塞湖溃决洪水的下游受灾情况进行了考察调研。考察以受灾最为严重的巴塘县巴曲河与金沙江的交汇口为起点,直至洪水威胁基本消除的梨园水库库区为终点的沿江共计488.6 km受灾河段为主。考察重点为沿岸房屋、道路、桥梁和水利基础设施等受损情况,并对溃决洪水的最大淹没水位(洪痕)、考察时的河道水位、河道两岸堆积的泥沙及其颗粒级配、桥梁致灾水位等进行分析,得到了一些有价值的灾情数据与成果,具体包括溃决洪水实测水面线、卵石及泥沙粒径级配以及估算桥梁致灾水位的经验公式,并初步分析了堰塞湖溃决洪水对桥梁的水毁影响,这些成果可为进一步的基础性研究提供一定的数据和技术支撑。

大型人工输水渠道高填方段溃决洪水情景

为防范大型人工输水渠道的高填方段在超常外力下一旦溃决无法用概率表征的潜在风险,需建立适宜的情景分析手段,以模拟与评估不同溃口规模下多种调控手段联合运用在应急处置中的有效性。利用中国水利水电科学研究院自主研发的洪涝仿真模型,通过改进立交河道计算单元的拓扑关系和退水闸模拟方式,建立了渠道一维、溃口流量及两岸二维同步耦合计算的溃堤洪水淹没模型。以某大型人工输水渠道典型高填方段为例,分类对比分析了不同溃口宽度、关闸时间和退水闸是否启用等共12种情景下的洪水淹没特征变化。结果表明:溃口宽度的增加对溃决洪水淹没范围和程度的影响较小;关闸时间越早,越可以有效减少淹没区的面积和水深,且在3h内效果更明显;当地形和构筑物条件有利于洪水扩散时,及早关闸对淹没范围的减小幅度更大;在洪水不容易扩散的区域,及早关闸对淹没水深的减小幅度更大;退水闸启用后对淹没的减轻作用与退水闸和溃口之间的相对位置和距离有关,位于溃口上游且距离越近时越有效。研究可为大型人工输水渠道制定或完善相应应急预案提供基本的手段和依据。

历史上的一次溃决洪水——1482年沁河流域大洪水

据沁河流域九女台洪水题刻水位及相关历史文献记载,沁河流域1482年洪水洪峰流量极大,历时甚长,与该流域一般洪水过程的差异迥然。通过地貌调查,并利用14C测年等方法,对沁河九女台河段进行了详细研究,发现其1482年高洪水位是梯沟口泥石流-崩塌堆积物堰塞沁河主河道的结果。当年由于降雨,使梯沟流域发生泥石流,并导致沟口右岸岩壁崩塌,形成堰塞坝,造成沁河河道阻塞,过水断面减小,九女台附近河段水位壅高,并保持了近40天的时间,堰塞坝最终溃决,导致沁河下游怀庆府发生严重的洪水灾害。

金沙江“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏-石鼓段的地貌作用和沉积特征

古堰塞湖溃决洪水事件的重建是当前地学研究的热点问题之一,寻找足够的可参考的现代溃决洪水事件案例是顺利开展这项工作的基础。2018年11月13日发生在金沙江干流的白格堰塞湖超万年一遇的溃决洪水事件(学术界称之为“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件)就是一个难得的样本。这次溃决事件发生在枯水期,洪峰完全由溃决洪水产生,没有叠加其他来源,对评估流域地貌和沉积体系对堰塞溃决事件的响应有很好的参考价值。本文以溃决洪水事件受灾最为严重的奔子栏-石鼓段为研究区,通过详细的野外调查和初步的水力学估算发现“11·3”白格堰塞湖溃决洪水事件在奔子栏-石鼓段的地貌作用主要表现为洪水淹没区的岸坡塌岸和沉积物堆积,未发现明显的基岩侵蚀。沉积物主要由分选良好的具水平纹层的砂组成。受金沙江较低的河床比降影响,洪水产生的基底剪切应力较弱在27~142 N/m^(2),不能悬浮和搬运直径5 cm以上的砾石,也不能产生明显的磨蚀和冲(撞)击作用。在发生塌岸的部分段落,洪水沉积物中有砾石坠入,甚至会出现类似浊流沉积的层序。这些现象的发现对深入理解堰塞湖溃决洪水的复杂地貌过程和沉积特征有重要参考意义。

岷江上游小海子坝溃决洪水危险性评价

天然堆石坝溃决洪水，严重威胁下游的安全。在分析和计算岷江上游小海子坝不同溃决方式下的洪水演变规律基础上。

基于经验公式的堰塞湖最大溃决洪水及演进分析

2008年四川特大地震形成的唐家山等堰塞湖由于坝高、库大,处于高危以上状态。本文利用溃坝洪水经验公式成功反演分析了唐家山堰塞湖下游控制断面的最大流量,并通过实测下游控制断面的最大流量反推出唐家山、苦竹坝下等堰塞湖溃坝最大流量。此方法简单实用,具有较高的实践意义。

人工坝溃决洪水峰顶流量计算公式应用于滑坡堵江坝的可行性探讨

滑坡堵江事件在山区广泛发育,堵江形成的天然坝的稳定性一般不高,在暴雨、地震等诱发因素的作用下可能发生溃决,溃坝洪水对下游河道及沿江两岸的各种设施及居民生命造成巨大威胁,因此溃坝洪水计算意义重大,而峰顶流量和洪水演进过程中洪峰高度的变化直接决定了溃坝洪水的灾害程度。利用谢任之教授提出的人工坝溃决洪水计算方法,根据滑坡天然坝体溃决的实际情况,合理地分析溃口形态,调整了溃口宽度的取值方法,并将其应用于滑坡堵江天然坝瞬时溃决洪水峰顶流量计算中,经历史溃坝实例验证计算结果可靠,为天然坝溃决洪水峰顶流量计算提供了新的思路和方法,也为溃坝洪水灾害评价提供了重要依据。

堰塞坝溃决洪水的三维视景模拟关键技术

我国是地震多发区,地震形成的堰塞坝一旦溃决,对下游城市和保护区将产生严重影响。由于堰塞坝溃决的复杂性和不可重复性,因此单一的数值模拟和物理模型试验均无法全面展现其变化特征。而三维视景模拟可在虚拟环境中精确地提供堰塞坝溃决及洪水演进的动态演变过程,具有显著的优势。本文重点阐述了堰塞坝溃决洪水三维视景模拟的基本原理和关键技术,基于堰塞坝溃决洪水计算模型和三维视景仿真技术之间的耦合,对堰塞坝溃决洪水进行三维分析和仿真,实现堰塞坝溃决洪水的三维视景模拟仿真与应用。相比传统的一维或者二维水动力学计算和展示,三维视景模拟更为准确和直观,它为堰塞坝溃决洪水问题的深入研究提供了一条行之有效的途径,可为提前制订应对方案和降低堰塞坝溃决所带来的损失提供参考依据。

亚洲高山区冰湖溃决洪水事件回顾

冰湖溃决洪水是由冰湖快速大量释水所导致的自然灾害。在全球变暖背景下,亟待建立完整的冰湖溃决洪水数据库,以进一步对冰湖进行危险性评估和风险管理。整理了亚洲高山区(青藏高原及周边地区)的冰湖溃决洪水资料,得出冰湖溃决洪水主要分布在天山山脉、喀喇昆仑山、喜马拉雅山脉、念青唐古拉山、横断山等区域。20世纪以来,亚洲高山区共计发生冰湖溃决洪水277起,其中冰碛湖溃决洪水113起,冰坝湖溃决洪水164起。导致冰碛湖溃决的诱因以冰-雪崩或冰川滑塌为主导,占50.1%,埋藏冰融化或管涌、强降水或上游来水、滑坡-岩崩以及地震占比分别为23.1%、18.5%、7.4%和0.9%。1980年以来,冰碛湖溃决洪水的发生频率呈较弱的增长趋势;但由于发生溃决的冰湖趋于小型化,其溃决水量与洪峰流量在喜马拉雅山脉、天山山脉等地区呈显著下降趋势。2010—2018年间喜马拉雅山脉中段发生8起冰湖溃决洪水事件,远高于天山山脉、喜马拉雅山脉东段和念青唐古拉山等地区,成为新的高发区,是未来重点关注的地区。在未来冰湖溃决洪水频率可能增加的状况下,相关国家和地区在应对冰川灾害、实现区域防灾减灾等方面需要加强沟通交流,共同建立跨区域协调的防灾体系。

基于HEC-RAS及GIS的川西叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水重建

青藏高原东南缘岷江上游地区地质环境条件十分复杂,滑坡堵江灾害及堰塞湖溃决事件频发,重建其灾害演化过程对于地区性防灾减灾和风险控制具有重要指导意义。以川西岷江上游叠溪古滑坡堰塞湖为研究对象,首先利用高精度DEM和ArcGIS软件重建了叠溪古堰塞湖的原始规模,其原始最大湖水面积为1.1×10^(7)m^(2),相应的湖容量为2.9×10^(9)m^(2);然后采用经验公式法和HEC-RAS一维水力学模型重建叠溪古堰塞湖溃决洪水的水力学特征。计算结果表明,HEC-RAS模拟的最大溃决洪水洪峰流量为73060 m^(3)/s,与经验公式法计算结果(74500~76800 m^(3)/s,平均值76000 m^(3)/s)非常接近,误差小于5%。对应的最大洪水深度和流速分别为70.1 m和16.78 m/s,模拟河段的洪水淹没范围约为6.08 km^(2)。综合误差分析推测的溃决洪峰流量误差范围为69000~81000 m^(3)/s。叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水在世界范围内是十分罕见的,其最直接的影响是在下游数公里范围的河谷内形成大量带状或台阶状的溃坝堆积体和巨砾石堆积“阶地”,且这种影响仍延续至今,这与前人关于高能洪水水文特征和沉积特征的研究认识高度一致,证明本研究成果是非常可靠的。此外,本研究还表明,HEC-RAS一维水力模型可用于高山峡谷地区古滑坡堰塞湖溃决洪水重建研究,可为青藏高原东南缘岷江上游古环境重建和地貌演化提供参考。

冰缘湖溃决洪水分析计算的初步认识

在新疆精河流域下天吉水库设计过程中,对上游冰缘湖溃决进行了全面的调查、分析、计算,采用DAMBRK模型得出该冰缘湖各断面最大溃决流量及过程,为水库设计提供了依据。

马斯京根系列方法在金沙江“11.03”白格堰塞湖溃决洪水演进中的应用

针对金沙江“11.03”白格堰塞湖溃决洪水问题,采用DB-IWHR溃坝洪水分析模型预测了金沙江“11.03”白格堰塞湖的溃决洪水过程。在此基础上,分别采用分段马斯京根法、分层马斯京根法、非线性马斯京根法演算了白格堰塞湖至巴塘、奔子栏、石鼓及梨园断面的洪水过程,并结合以上断面实测洪水过程进行了精度评价。结果表明,三种方法均可较好地模拟洪水演进过程。分层马斯京根法相比分段马斯京根方法,预测结果在峰现时差及洪峰相对误差指标上相对较优。非线性马斯京根法的预测成果在峰现时差上最为精准,但在各断面实测洪峰预测上偏大较多。研究成果可为今后时效要求较高的堰塞湖溃决洪水演进计算提供理论及技术参考。

基于动力过程的冰湖溃决洪水侵蚀演化特征研究

冰湖溃决洪水具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流发生等特点。目前针对冰湖溃决洪水动力演化特征的定量研究相对匮乏。为此,对次仁玛错冰湖溃决洪水灾害演化特征进行研究,以实地调查及多期遥感影像为基础,并采用泥沙输移模型和水动力模型耦合方法揭示冰湖溃决洪水侵蚀演化特征。模型基于精度为12.5 m的数字高程(DEM)地形数据,模拟反演1981年次仁玛错冰湖溃决洪水动力演化过程,与实测结果进行对比,验证模型的适用性和可行性,并对冰湖再次溃决进行预测分析,定量评价冰湖溃决洪水在演进过程中流深、流速、侵蚀和沉积特征。溃决洪水在演进过程中对章藏布支沟冰碛物及下游沟岸松散坡积物进行冲刷侵蚀,高含沙洪水逐渐演化为稀性泥石流,在707滑坡处流深8~10 m,最大流速13.7 m·s^(-1),侵蚀深度8~9 m。稀性泥石流在主沟沉积形成堰塞坝,坝高9~11 m,短暂堵塞波曲河。稀性泥石流对樟木口岸下游滑坡群坡脚进行冲刷侧蚀,侵蚀深度约10~13 m,易引发大规模次生灾害,稀性泥石流到达水电站处,淤埋水电站进水口,导致水电站失效。整体来看,溃决洪水在演进过程中,洪水对上游沟床及沟岸进行强烈的侵蚀夹带,洪峰流量增强,在中游,稀性泥石流对沟岸进行侧蚀,在沟道狭窄处流速增大,下切侵蚀增强,在沟道宽阔处,流速降低,固体物质沉积,整体达到冲淤平衡,洪峰流量随距离逐渐衰减,至下游,沟道地形开阔,流速放缓,稀性泥石流逐渐沉积,同时对沟道两岸进行侧蚀,整体为沉积。模型可以良好地揭示冰湖溃决洪水灾害侵蚀演化动力特征。

雅鲁藏布江中游全新世溃决洪水滞留沉积物粒度及微观结构特征分析

青藏高原东南部的河谷中广泛分布堰塞湖、溃决洪水和风成沙等不同类型的沉积物,利用粒度和形貌指标识别沉积物类型的相关研究还处于探索阶段。为了解洪水沉积物的粒度特征、空间分异规律及颗粒表面的微形貌特征,我们在雅鲁藏布江中游加查峡谷出口—派镇长约350km范围内的全新世早期溃决洪水滞留沉积物中采集了33个样品,利用Malvern 3000型激光衍射粒度仪、 Zeiss Signma扫描电子显微镜进行测试,结合数字地貌(DEM)数据提取的河道宽度、陡峭系数,对粒度特征的空间分布规律进行分析,取得以下认识:溃决洪水滞留沉积粒度的总体特征为细—粉砂(2.57~5.18Φ),分选较差,呈正偏、窄峰态;通过端元建模得出2个端元模型:EM1端元可能代表高山峡谷区溃决洪水能量较高的冲积特征,EM2端元可用来指示溃决洪水滞留沉积的堆积过程。溃决洪水滞留沉积的石英颗粒表面的微观结构特征以机械成因的擦痕、贝壳状断口、上翻解理及解理台阶为主,化学成因的溶蚀孔洞较为少见。作为半湿润季风区河谷地带爬坡沙丘的典型代表,位于下游河段的丹娘佛掌沙丘与已知溃决洪水滞留沉积的粒度特征及石英颗粒表面的微形貌特征相似,我们认为佛掌沙丘的沙源主要来自溃决洪水沉积。