大规模沟谷型泥石流成因与减灾启示——以黑水县谷汝沟“7·14”泥石流为例

沟谷型泥石流具有谷坡陡峻、相对高差大、沟道坡度大等特点,往往形成大规模的泥石流灾害。2021年7月14日20时许,黑水县谷汝沟发生大规模泥石流灾害,造成直接经济损失3300万元。为提高和完善泥石流灾害的预测预警手段与减灾水平,以沟谷型泥石流谷汝沟“7·14”泥石流为典型研究对象,通过现场勘察、模型计算、流域地貌信息熵和气象分析等方法,揭示谷汝沟“7·14”泥石流特征,分析其成因,预测其未来发展趋势。结果表明:谷汝沟“7·14”泥石流容重为1.83g/cm3,属于黏性石流,平均流速为11.2m/s,泥石流峰值流量达到991.2 m3/s;流域处于壮年偏幼期的地貌发育阶段,为谷汝沟“7·14”泥石流暴发提供了充足的动力势能条件,49.7mm的日降雨量是泥石流的激发因素;根据灰色灾变预测模型,谷汝沟将在2027年、2034年、2042年暴发泥石流灾害。研究成果有助于完善沟谷型泥石流的预测预警,可为其他地区泥石流防灾减灾提供参考。

三工河小流域泥石流生态—岩土工程调控措施减缓土壤侵蚀的定量研究

为探讨泥石流治理措施对小流域土壤侵蚀的影响,以天池上游三工河流域为研究对象,在实地考察的基础上,通过地形图叠加、遥感解译和Google Earth Engine(GEE)云计算等手段,实测计算了该流域1971~2003年、2008~2020年两期土壤侵蚀模数,定量评估了在该流域开展的泥石流生态—岩土工程调控措施对小流域生态和土壤侵蚀的影响。研究发现:(1)三工河流域平均植被覆盖度经泥石流综合治理后增加11.34%,高植被覆盖度面积增加16.93%,泥石流沟道及河谷的植被覆盖度明显提升;(2)三工河流域1971~2003年平均侵蚀模数为0.34 mm/a,较北天山山地流域同期平均侵蚀速率高出131%,造成该现象的原因是过度放牧、滥砍滥伐等人为因素激发山洪泥石流的爆发导致流域生态环境恶化;(3)流域经生态—岩土工程调控后(2008~2020年),平均侵蚀模数降低至治理前的15%(0.051 mm/a),为北天山地区山地流域同期平均侵蚀模数的34%。

易贡藏布冰川边缘地带暴雨泥石流与冰川融雪泥石流特征差异分析

本文为探究冰川边缘地带暴雨泥石流与冰川融雪泥石流的特征差异,以易贡藏布流域中下游的64条泥石流沟为研究对象,在实地考察的基础上,通过遥感解译、建立Matrix Laboratory数学模型等方法,得到了两者在形成发育条件上和下游段威胁范围的差异。结果表明:(1)在地形地貌上,冰川融雪泥石流和暴雨泥石流在相对高差、纵向剖面形状指数等地形因子上有不同或相似的峰值数量分布。(2)在物源上,冰川融雪泥石流单沟最大、最小物源储量分别为6740×10^(4)m^(3),253×10^(4)m^(3),暴雨泥石流单沟最大、最小物源储量分别为228×10^(4)m^(3),1.5×10^(4)m^(3)。(3)在流量上,冰川融雪泥石流最大、最小流量分别为1498.2 m^(3)/s,105.4 m^(3)/s,暴雨泥石流最大、最小流量分别为126.7 m^(3)/s,2.0 m^(3)/s。两者在流量上有明显差异的原因,除了汇水面积相差大,还因冰川融雪泥石流有冰川融水与积雪融水的补给。其百年一遇重现期的冰川融水峰值流量最大、最小值分别为79.7 m^(3)/s,0.6 m^(3)/s,融雪当量为32.52 mm/d。(4)冰川融雪泥石流堆积区固体松散物质冲出距离远大于暴雨泥石流,冰川融雪泥石流单沟最大冲出距离为414.3 m,暴雨泥石流单沟最大冲出距离为43.6 m。对该区域内不同泥石流之间的发育机制差异进行研究,可为类似地区的泥石流防治提供一定的参考。

基于随机森林模型的藏东南地区滑坡易发性评价及主控因素分析

为了获取藏东南地区的滑坡易发性分区、深入探究研究区滑坡发育的主控因素。本文采用随机森林模型对藏东南地区的滑坡易发性进行研究。首先通过现场调查、遥感解译和文献查询等手段,共发现研究区滑坡306处,其次使用频率比模型(FR)对研究区易发性做快速评判,在其低易发区进行非滑坡样本的选取,使得随机森林模型得到较好的原始数据集,并通过计算权重来制作研究区易发性图,分析滑坡发生的主控因素,最后绘制ROC曲线和计算线下曲线的面积(AUC)对模型的准确性进行验证。模型预测结果显示,研究区高易发区主要集中在易贡藏布、帕隆藏布交汇处和雅鲁藏布江大拐弯的地方。在对特征重要性因素排序中,前三分别是断层密度、高程和坡度,模型的AUC=0.940,因此有较好的准确性。根据结果分析,研究区因长期受到构造作用影响,地质构造复杂,东西两侧均是巨型断层,南侧为喜马拉雅前缘断裂带,断裂带发育,尤其在高易发区断层纵横交错,多重挤压造成岩石破碎,节理发育。因此,易贡藏布、帕隆藏布交汇处和雅鲁藏布江大拐弯区域为滑坡灾害高易发区具有合理性。该模型对藏东南地区滑坡的发生和灾害的治理提供了理论依据,对该地区防灾减灾提供了理论支撑。

基于机器学习的伊犁河谷黄土区泥石流易发性评估

伊犁河谷地处中-哈边境,南北疆结合带,是丝绸之路经济带的前沿,该区域生态环境脆弱,泥石流灾害多发。本研究采用随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、逻辑回归(LR)以及决策树(DT)四种机器学习模型,模型输入为遥感判别和野外考察确定的398条泥石流沟以及14个特征参数,计算各个评价因子权重并对泥石流易发性进行评价,最后绘制ROC曲线以及计算曲线下面积(AUC)对四种机器学习的模型的准确性进行评价。研究结果表明:(1)泥石流高易发区主要位于深切河谷地区的天山山地以及山前坡地的黄土覆盖区域;(2)地形起伏度、多年平均降雨量、干旱指数是控制泥石流空间发育的前三个重要因素;(3)四种模型的验证数据集AUC值分别为0.938(RF)、0.932(SVM)、0.89(LR)、0.879(DT),随机森林模型在该区域的易发性评价中具有更好的预测能力;(4)研究区黄土的生态植被被破坏是泥石流多发的重要原因,应该重点进行生态治理和保护,减少水土流失,从源头治理泥石流灾害。

基于流体粒子分层统计算法的泥石流流速垂向非线性分布模型

泥石流断面内流速垂向分布是研究其流量、冲击力和沟床侵蚀过程的关键。然而,受限于测量装置布设条件,泥石流现场实测及水槽试验中常用的分层流速仪等设备仅能采集断面内少量样本点的流速数据,导致基于实测结果拟合回归的线性分布模型难以准确描述泥石流速度分布规律。对此,本文依托大比例尺泥石流水槽试验开展研究,利用所构建的基于HBP本构的光滑粒子流体动力学(SPH)数值模型反演泥石流三维动力过程,通过分层统计算法对大量粒子速度数据进行分析处理,获得了断面内速度垂向分布规律,并据此提出了基于对数函数的泥石流流速垂向非线性分布模型。为验证所提出模型的准确性,利用其他多组水槽试验数据进行了对比分析,结果表明,本文提出的对数分布模型比传统线性分布模型能够更准确地拟合速度剖面,并在模型参数敏感性方面具有更强鲁棒性。

青藏高原面地貌稳定态与高原隆升时间

本文基于地貌垂直地带性理论,提出计算高原隆升时间的地貌演化模型,并利用GPS现代垂直位移速率资料,计算青藏高原高原隆升时间。海拔4000~5000 m的青藏高原高原面为冰缘地貌带,以上为冰川地貌带,以下为流水地貌带。青藏高原面的构造隆升速率难以超过砂板岩等软弱岩层的冻融侵蚀剥夷速率,处于地貌稳定态,高程受冰缘气候控制,与隆升速率无关。花岗岩、石灰岩等坚硬岩层组成的冰川山地,抗寒冻风化能力强,剥蚀和隆升的竞争中,隆升战胜剥蚀,处于地貌不稳定态,山地持续上升。根据珠峰高程、剥蚀岩层厚度,高原面高程和隆升速率,利用模型求得从青藏高原隆升到现今冰缘地貌带高程以来的隆升时间为2.5 Ma~7.8 Ma。

石油钻井设备修理中工艺和设备变更管理规范探讨

钻井是利用钻机设备及破岩工具破碎地层形成井筒的工艺过程,是不同工种、不同工序交叉进行作业的系统性工程,是发现石油天然气资源勘探开发的主要环节。针对施工过程控制工艺和设备变更风险,为防止和减少事故发生提供有效性建议。

三维油气输导体系网格建模与运聚模拟技术

油气在输导体系中的运聚模拟一直是石油地质定量化研究中的难题。针对传统地质建模技术不能在三维空间中建立输导体相互联系的现状,采用混合维数网格建模思路,形成一种由体(地层)、面(断裂面和不整合面)、线和点构成的混合维数网格建模技术,为砂体、断面和不整合面几何形态的刻画、复杂构造区三维地质建模以及油气运聚模拟提供重要的研究手段,并提出了一种基于输导体系混合维数网格的三维油气运移路径追踪方法。准噶尔盆地陆西地区的应用实例显示,该技术能够有效刻画断层面、不整合面和砂体的输导作用,透视油气运移路径,模拟石油聚集、油藏调整及次生油藏的形成过程,揭示油气分布规律,指出古油藏附近和运移路径所覆盖的区域是油气分布有利区。

页岩油原地量和可动油量评价方法与应用

页岩总油含量(TOY)和可动油含量(MOY)的计算是页岩油资源潜力评价的核心技术。根据对两次热解样品总有机碳含量(TOC)非均质性的认识,提出了一种基于两次热解数据来评价样品TOC含量非均质性的方法及一种校正吸附油含量的计算方法,并运用该方法对江汉盆地29个潜江组页岩样品和渤海湾盆地32个沙河街组页岩样品进行评价,结果显示:(1)TOC含量偏差平均值分别达到0.16%和0.34%,说明两组样品都存在一定的非均质性;(2)校正前、后吸附油含量的差值分别为0.85 mg/g和0.84 mg/g,说明进行等价TOC校正可以使吸附油含量、总油含量和可动油含量的计算结果更准确。同时,提出了一种基于页岩油密度及地层体积系数计算蒸发烃损失量的方法。采用以上新方法对鄂尔多斯盆地延长组7油层组(长7油层组)页岩油进行评价,结果显示:(1)吸附油含量占总油含量的63%,可动油含量占总油含量的37%,总油含量是游离烃量(S1)的3.5倍,蒸发烃损失量约占总烃含量的9%,占S1含量的29%;(2)长7油层组页岩油原地量为111.2×10;t,可动油量为40.1×10;t,说明长7油层组页岩油勘探潜力大。

盆地模拟关键技术之油气运聚模拟技术进展

在总结盆地模拟传统的研究内容的基础上,指出新的应用领域及面临的技术难题,重点论述3种油气运聚模拟技术的现状和进展。(1)流线模拟技术。从油藏数值模拟技术演化而来,该技术是一种快速模拟技术,适用于构造油气藏的模拟,但不能有效模拟岩性地层油气藏。通过建立简化的三维地质模型,实现对三维圈闭空间和储层物性的描述,解决了岩性地层油气藏的模拟难题,实现了流线模拟技术的跨跃。(2)侵入逾渗模拟技术。该技术已经比较实用,但在复杂地质条件下对断面、不整合面等输导体系的刻画还不够细化,无法对断面、不整合面单独赋参数。三维输导体系网格建模方法和基于输导体系网格系统的三维油气追踪技术,能够有效地透视油气运移路径,模拟油气聚集、油藏调整和次生油藏的生成过程,使该技术得到较大发展。(3)三维达西流模拟技术。该技术是一种理论上最先进的技术,但地质参数很难达到其数值模型的精度要求。因此,改进地质网格模型,精确刻画地质参数,是三维达西流模型发展的重要内容之一。建立顺层柱状PEBI(Perpendicular Bisection)网格三维地质模型,构建变网格条件下的渗流方程,引入矢量渗透率,能够较好地解决复杂地质条件下的渗流问题,使模拟技术得到改进。

普格县荞窝镇8.8泥石流灾害应急调查研究

2017年8月8日凌晨4点至4点30分,普格县荞窝镇耿底村4组和5组发生泥石流灾害,导致25人死亡,71间房屋损毁,造成1.6亿元经济损失。采用现场调查、室内分析实验、参数模拟计算等方法对灾害的特征和成因进行了分析。研究结果显示8.8普格泥石流属于低频率中等规模的稀性泥石流。泥石流是由于流域内广泛发育的"凹槽土体"在旱后叠加暴雨的影响下激发的,其成灾过程是一系列致灾因素叠加的结果。首先,灾害与乡村道路堵塞行洪道关系密切;此外区域灾害伏旱后由局地强降雨引发,流域自然条件复杂;隐蔽性强低频率的老泥石流沟排查识别困难;流域上游无雨量观测站点,难以准确预警;洪流夜间发生,逃生难度大等因素的存在进一步促使灾害发生。

康定市子耳沟泥石流的物源特征与危险区划

泥石流的物源特征是重要的影响因子,对单沟的危险区划至关重要。通过对康定市子耳沟流域内的泥石流物源成因、分布及稳定性的详细测绘,计算了泥石流沟的松散物源总量;通过调查访问确定了历史泥石流的淤埋范围,泥深及运移路径。以上述资料为基础,通过对不同降雨概率下清水流量的计算,分析了在不同频率下,可能发生泥石流的规模及危害范围。结果表明:20年一遇的泥石流峰值流量为65.31m^3/s,沟口泥深2m;100年一遇的泥石流峰值流量为207.47m^3/s,沟口泥深4m;后者的淤埋范围约为前者的20倍。通过对此类山区城镇泥石流的规模频率分析,为类似区域内的城市建设和防灾减灾提供科学依据。

断裂构造对金沙江巧家至蒙姑段泥石流发育影响研究

金沙江下游巧家到蒙姑段位于青藏高原东缘,区域断裂发育,地质环境复杂,泥石流灾害严重,历史上曾多次爆发泥石流并堵断金沙江。本文利用RS与GIS技术,结合野外考察资料,提出"泥石流规模指数"和"流域断层密度"两个指标,定量分析了断裂构造对泥石流规模的影响。结果表明,活动断裂和断层穿越泥石流沟的形成区和流通区时,造成沟道两岸岩土体破碎强烈,易触发崩塌滑坡,为泥石流提供丰富的物源条件;泥石流规模指数与流域断层密度呈指数关系,且当泥石流流域面积离散程度减少时,其相关性越高。

泥石流灾害的物源控制与高性能减灾

传统的观点认为山区泥石流灾害的形成主要取决于降水,其产汇流运动的过程是可采用水文过程模拟的物理过程。基于目前泥石流灾害集中分布于地震带和干旱河谷的现象以及现有的泥石流形成与防治研究基础,我们发现在人类居住与活动的山区,其坡度和降水极易满足泥石流灾害的形成条件,因此物源控制着泥石流灾害的孕育、形成和演化,主宰了灾害性泥石流的过程。物源的动态变化改变了泥石流发育的难易程度,主导了泥石流的规模和频率变化。泥石流物源在内外动力作用下经历松散化或密实化两个不同的演化过程,不同密度的土体通过剪缩或剪胀形成不同规模、频率与性质的泥石流。此外物源也控制了泥石流的规模放大过程。实践证明基于物源控制理论的区域预测、分级多指标预警和工程调控技术是科学有效的。因此,灾害性泥石流是一个地质作用主导的地质过程,该过程的特征描述需要更多地考虑基于地质环境条件的经验模型,且高效能的灾害预测预警与调控需要基于物源控制的机理和过程而进行。

基于弃渣综合利用的矿山泥石流灾害防治新模式——以冕宁盐井沟泸沽铁矿为例

冕宁县盐井沟受泸沽铁矿的开采所影响,流域内留存有大量矿山弃渣,在历史上曾造成严重的泥石流灾害。原有的防灾方式主要依靠沟道内修建的导流堤、拦砂坝等工程措施,但需要政府每年投入大量资金进行沟道清淤,无法根治灾害。新的防灾模式则通过综合利用泸沽铁矿的弃渣,在生产建筑砂石料的同时回收其中的铁矿粉,并利用弃土回填实现复垦和生态改良。上述措施不仅能有效减少盐井沟内松散物源的堆积,降低地质灾害风险,同时也能为企业创造利润、增加政府财政收入及促进地居民的就业,还间接地减少了河道砂石的开采、减轻了对河道生态环境的破坏,起到了减灾、增收、环保的多重效果。这种循环经济理念下的防灾新模式可试推广至其他受矿渣堆积地质灾害影响的地区。

武夷山区建宁县地貌与生态农业特征的气候驱动

运用遥感解译、现场调查等方法对建宁县的地貌与生态农业特征及区域特殊气候间的关系进行综合分析。结果表明,在混合式气候的驱动下,建宁县域26.7亿年古老的变质岩和燕山期岩浆岩,在冻融作用和径流作用下形成了巨厚堆积的阶地或盆地,最终发育为建宁县的圆山丘和厚盆地组成层状地貌;区域内生态农业和植被均呈立体式分布状况;混合式气候及其作用下发育的厚土壤层驱动了建宁县生态农业产品的高品质特征,区域土壤和气候的特殊性,使得农产品质量较高。

滇西北海巴洛沟“7·28”降雨-冰川融水混合型泥石流成因研究

海巴洛沟位于滇西北横断山区,2019年7月28日凌晨2:40暴发泥石流灾害,为科学准确开展该区域泥石流监测预警和综合防治工作,保障海巴洛沟流域中下游香丽(香格里拉至丽江)高速公路建设和运营安全,本文根据实地、无人机航拍及遥感调查,结合室内试验和分析计算,对本次泥石流特征及成因进行研究。本次泥石流平均容重为16.77kN·m^-3,属稀性泥石流,洪峰流量为528.16m 3·s^-1,属特大泥石流。受地质、气候条件综合作用,海巴洛沟流域内物源包含3类:河谷区沟道侧岸滑坡体、高位冰碛物和高位寒冻风化碎屑。本次泥石流发生在27日晚至28日凌晨主体降雨过程的尾部,根据对2019年8~10月海巴洛沟流域9次降雨过程的监测,发现该区域降雨具有主体过程为6h、降雨量随海拔升高而显著增加的时空分布特征。激发本次泥石流的强降雨集中分布在哈巴雪山西侧海拔4200~4800m的峰脊区,6h降雨过程平均降雨量为60.43mm。激发水源除降雨外,还包含峰脊区内冰川融水,经计算本次6h降雨过程中冰川平均消融水当量为17.29mm。本文研究成果可为滇西北横断山区降雨-冰川融水混合型泥石流监测预警及防治提供可靠科学依据。

大流域泥石流成灾特征与形成机制——以金川县曾达沟“6.27”特大型泥石流为例

2019年6月27日20时30分许,四川省金川县曾达乡曾达沟(流域面积125.53 km^(2))暴发特大型泥石流灾害,造成房屋、基础设施、农业、公益设施损失约1.51亿元。本文通过现场勘察、室内实验、模型计算,对曾达沟泥石流的成灾机制、运动特征及过程进行分析,阐明了前期累计降雨对泥石流形成产生的影响。研究结果表明:(1)曾达沟泥石流容重为1.7 g/cm^(3),平均流速为8.55 m/s,峰值流量为1567.56 m^(3)/s;(2)前期累计降雨与短历时强降雨共同作用导致此次泥石流形成;(3)前期累计降雨诱发曾达沟内崩塌、滑坡和坡面坍塌发生,为泥石流的暴发创造了良好的物源条件。据估算,崩塌、滑坡物源总量约为528.2×10^(4)m^(3),占总物源的50%;(4)工程治理与非工程治理相结合在此次泥石流灾害中发挥良好作用,有效的避免了人员伤亡。

川藏铁路沟谷型泥石流形成运动特征与工程危害研究

拟建川藏铁路拉林铁路段山地灾害活跃,沿线分布有大量的沟谷型泥石流沟,由于其规模大、侵蚀强烈、具有重复性等特点,时常对铁路和公路造成破坏,并直接或间接的影响着拟建川藏铁路的建设,甚至对铁路后期的安全运营造成威胁。考虑到拟建川藏铁路和G318的特殊性和重要性以及其时刻面临着泥石流灾害的威胁,故采用野外考察、室内试验、遥感解译等相结合的方法,对拟建川藏铁路沿线存在泥石流暴发痕迹的4条沟谷型泥石流沟的形成运动特征进行了研究,分析了4条泥石流沟的危害特点,结合泥石流运动参数和不同的危害特点提出了相应的防治方案。研究结果表明:(1)江中浦曲、帮改娘沟、色比单嘎沟、协拉浦曲在形成条件上有利于泥石流灾害的形成和暴发。(2)4条沟道的泥石流容重为1.7 g/cm^(3)左右,均属稀性泥石流沟;色比单嘎沟泥石流在规模上属大型,其余3条沟泥石流在规模上均属特大型;泥石流一次过流总量为8.61万-1901.97万m^(3);固体冲出物质为3.91万-829.95万m^(3);泥石流流速为5.2-6.6 m/s。(3)通过过流能力分析发现,协拉浦曲沟口G318断面存在明显的过流能力不足。(4)基于泥石流特征参数及危害的分析,对泥石流沟提出了相应的防治方案,可为该段拟建铁路和公路的建设和后期安全运营等的防灾减灾提供借鉴。