甘肃积石山强震诱发同震滑坡-泥流灾害链联动耦合致灾效应

近年来黄土区强震和极端天气诱发的典型滑坡-泥流灾害链事件呈多发态势,链式地质灾害较单一灾害隐蔽性更强、波及范围更大、破坏程度更高、损失更严重,因此链式地质灾害防控研究一直是防灾减灾的热点和难点。2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级地震,震源深度10 km,已造成151人死亡。此次强震诱发青海省民和县中川乡草滩村—金田村滑坡-泥流链式灾害,共造成20人死亡,灾害链致死率占地震遇难总人数的13.5%。灾后通过遥感影像处理解译、文献资料整理甄别、无人机摄影航测、野外详细勘查访问、现场采样分析测试等手段方法,对滑坡-泥流链式灾害开展了较全面系统研究,恢复和重现滑坡-泥流灾害链的启动-滑动-流动-堆积过程,探讨提出“滑源区地表冻结阻隔滞水效应、滑源区沟谷整平回填滞水效应、滑源区台地灌溉渗流饱水效应、滑源区振动液化筛选启动效应、滑源区漏斗收口增速启动效应、流通区土体差异流动分选效应、流通区沟岸坍塌补给增流效应、流通区沟底冰封饱水加速效应、堆积区上游渗水补给增程效应”等9大联动耦合致灾效应。该研究可为链式地质灾害的形成机理与防控提供科学参考。

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。

滑坡–堵江–涌浪灾害链模拟的DEM–CFD耦合分析方法及其应用

滑坡–堵江–涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡–河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合数值方法,通过在局部平均DEM–CFD耦合方法中引入流体体积法(VOF)建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM–CFD耦合数值框架,实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪;并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型,来克服网格颗粒临界尺寸比的限制,从而实现复杂地形建模要求;进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上,开展了滑坡–堵江–涌浪灾害链演化模拟,并应用至白格滑坡坝形成过程复演,深入分析了滑坡–河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明:所提出的方法能够准确模拟滑坡–河流相互作用;滑坡–河流–河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化,滑坡体驱动了涌浪的传播,而河流则增加了滑坡体的动能耗散,且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响;模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高,成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM–CFD耦合数值方法为深入研究滑坡–堵江–涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具,对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。

强震区泥石流堵江-洪水灾害链式过程模拟研究——以汶川县下庄沟为例

汶川地震发生后,泥石流活动频率急剧增强,具有降雨阈值低、暴发频率高、影响范围广、破坏能力强的特征,危害方式主要包括淤埋、冲击、堵江及淹没等,其中泥石流堵江灾害效应尤为突出,严重威胁山区基础设施建设和居民生命财产安全,对泥石流堵江灾害链动态全过程的研究可为泥石流灾害防治和预警提供科学参考。基于对典型流域的野外调查与物理试验,并结合遥感影像与降雨数据,对下庄沟泥石流堵江灾害链的动态过程进行数值模拟研究。模拟结果表明:在t=120 step时泥石流到达流域出口;t=130 step时泥石流向前推进,堵塞部分主河;t=140、150 step时泥石流完全堵塞主河,分别形成了长、宽、厚为236.0、74.0、6.2 m和312.0、79.0、7.1 m的堰塞体,造成上游水位抬升,上游居民区淹没深度在3~5 m。通过将模拟结果与野外实测数据对比,模拟的准确度达84.9%,表明该模型对滑坡—泥石流—洪水的灾害链过程模拟具有较好的适用性。

基于光学遥感技术的高山极高山区高位地质灾害链式特征分析--以金沙江上游典型堵江滑坡为例

金沙江上游地形切割强烈、山高谷深,为典型的高山峡谷区,受金沙江断裂带的影响,斜坡完整性差、岩体支离破碎,极易发生山体滑坡。根据遥感影像上滑坡地质灾害隐患的色调、平面形态、变形标志、微地貌等特征,建立了遥感解译标志,在金沙江流域直门达—石鼓段共识别出滑坡地质灾害隐患点87处,其中大型40处、特大型47处,结合区域地理、地质环境特征,分析了其基本特征和空间分布规律。研究区堵江滑坡地质灾害隐患具有明显的链式特征,大致可划为滑坡-堵江灾害链、崩塌-滑坡-堵江灾害链、滑坡-泥石流-堵江灾害链等3种类型,分别以色拉滑坡、汪布顶滑坡、探戈滑坡为例,基于光学遥感技术对其变形特征、链式特征进行了详细分析。从地理位置上看,金沙江断裂带明显控制了金沙江干流直门达—石鼓段的平面展布,新构造运动在断裂带各段活动周期、强度存在差异性,中段和南段活动性较强、应变积累更快,地震作用可能相对频繁,为巴塘以南的金沙江两岸有利斜坡区发生堵江滑坡提供了有利的区域地质环境背景。

黄河中游地区水土灾害机理与灾害链效应研究进展

黄河中游地区水土灾害分布广、类型多、突发性强,且往往灾害链生、后果严重,威胁人居安全与社会稳定,制约区域高质量发展、生态文明建设,亟待从根本上厘清水土灾害与生态环境互馈机制,深化对黄河中游地区水土灾害群发机理及链生效应研究。为此,立足于分析黄河中游地区水土灾害问题,详细梳理了与之有关的山洪成灾规律、崩滑流灾害群发机理、水土灾害链效应、水土灾害与生态环境互馈作用等方面的国内外研究现状与发展动态,探讨了黄河中游地区水土灾害研究趋势和面临的挑战,分析了未来水土灾害研究亟须突破的关键科学问题,并基于地球系统科学思想提出了相关研究建议。在复杂地质条件、极端气候变化和强烈人类工程活动影响下,黄河中游地区水土灾害群发机理与灾害链效应研究的主要方向有:极端降雨作用下山洪成灾规律,地貌-气候耦合作用下崩滑流灾害群发机理,考虑生态影响的水土灾害链放大与消减效应,水土灾害与生态环境互馈作用机制。亟待突破的关键科学问题有:从耦合联动孕灾角度揭示地质、地表、气候过程与土水灾害群发响应机制,从致灾效应角度揭示水土灾害链动力学过程与致灾效应评价,从地质安全与生态安全角度建立水土灾害与生态环境互馈理论,进而提出基于水土灾害与生态环境互馈效应评价的生态减灾技术。研究建议:以地球系统科学理论为指导,突出学科交叉融合,从“地、域、河”空间尺度阐明黄河中游地区水土灾害的区域模式、动力学机制、灾害链生与生态环境互馈效应,从人地协调观角度建立黄河中游地区水土灾害综合风险评估模型与防控理论。

龙胜三门镇滑石矿田地质环境灾害链及其综合治理

以桂林滑石公司龙胜矿区鸡爪河为例,系统介绍了龙胜三门镇滑石矿田地质环境问题,阐明了地质环境灾害之间的链式关系。该矿区的主要地质环境问题为矿山开采形成的边坡崩塌、滑坡及矿渣堆灾害,以及由崩塌、滑坡、矿渣堆失稳相互影响形成的矿山地质灾害链。考虑灾害链效应运用以流域治理的方案代替逐个矿山治理的综合治理思想,运用预应力+抗滑桩、挡土墙(坝)、废渣清运、排水工程等措施,使桂林滑石公司龙胜矿区鸡爪河流域矿山地质环境和生态环境问题得到充分改善。

狭陡型泥石流成灾特征与防治对策研究--以阿坝州金川县刘家沟泥石流为例

刘家沟位于四川省阿坝州金川县,是一条狭陡型高频泥石流沟,每年雨季,降雨激发泥石流灾害链。本文在野外调查和实地勘测的基础上,分析认为,受汶川MS8.0地震扰动,刘家沟形成流通区单位面积上松散固体物质达98.11×10^(4)m^(3),在409.8‰的平均纵坡降下,泥石流活动频率明显增强,泥石流沿程放大效应明显,最终形成了降雨+径流侵蚀-滑坡-堰塞体-堰塞体溃决-增大的泥石流-堵河形成堰塞湖-卡撒沟中、下游损害的灾害链。提出采用格宾石笼进行固坡护床,结合拦挡坝拦粗排细的作用,根据保护对象设置防护堤,优化排导槽与主河交汇条件的综合治理措施,可为小流域高频狭陡型泥石流灾害的治理提供参考。

滑坡—堵江—溃决灾害链研究进展

受强降雨或高烈度地震作用,高山峡谷地区极易暴发大规模滑坡或产生大型潜在滑坡体,一旦滑坡体启动,将迅速入江堵断主河,引发因堵江造成的上游回水淹没、下游溃决洪水的巨大灾害链危害,严重威胁当地人民群众的生命财产和重大工程安全。因此,系统深入开展滑坡—堵江—溃决灾害链的研究,为制定科学有效的防灾减灾措施提供理论支撑具有重要意义。通过系统总结国内外关于滑坡堵江机理、滑坡坝稳定性评估、滑坡坝溃决机理以及滑坡—堵江—溃决灾害链的研究进展,指出了现有研究的不足之处及一些亟待解决的前沿性关键科学问题。

岷江河谷深层倾倒形成演化特征及堵江灾害链效应

岷江河谷地处龙门山强震区,近年来发生了大量倾倒变形引发的滑坡等链式灾害,造成了重大伤亡。为了分析岷江河谷深层倾倒演化特征和灾害链效应,以仅距茂县新磨村滑坡10 km的梯子槽高位特大型倾倒为例,采用地质测绘、钻探、物探、井探、监测、室内试验、数值模拟等多手段,探明了倾倒基本特征,分析了倾倒的成因机制,研究了灾害链效应。结果表明:①梯子槽倾倒规模达1388.2×10^(4)m^(3),倾倒结构复杂,其中倾倒上部为粉质黏土夹碎块石、下部为碎裂岩块,滑带为粉质黏土夹角砾,平均厚度4.5 m,最大可达10 m,擦痕清晰可见;②倾倒变形剧烈,坡体上裂缝随处可见,后缘贯通裂缝长约750 m,下错高度5~10 m;③倾倒经历了五个变形阶段,主要是反倾层状岩体倾倒折断,折断带风化成“土”,在后期降雨及地震作用下发生失稳破坏;④倾倒一旦失稳将堵塞岷江造成灾害链,据溃坝洪水灾害链演进预测分析:洪水将会淹没金龙潭水电站、两河口、飞虹乡以及沟口镇,淹没及影响G213国道20.2 km,总危害资产4.5亿,但对茂县县城影响较小。

滑坡堰塞湖危险性预测与铁路减灾策略

我国铁路已开始向滑坡堵江高危险区延伸,滑坡堰塞湖灾害链成为在选线设计阶段就应该防控的风险源。提出一套堵江危险性评估作业程式,以及各环节建议采用的理论公式。在此基础上以拟建的川藏铁路德沙滑坡为例,首先利用ANSYS有限元软件、FLAC3D三维有限差分软件建立三维滑坡模型,分析滑坡稳定性;然后利用经验公式计算大震情况下可能堵江的预测结论;最后预估堰塞湖影响范围,据此提出线路工程减灾对策。不仅可为研究区线位设计和重大工程布设提供参考,并希望通过范例性研究,推动山区铁路灾害链减灾技术的发展。

基于PFC数值试验的滑坡堵江临界方量计算

针对滑坡堵江的预判问题,采用PFC数值模拟方法进行不同工况下的滑坡堵江数值模拟计算。根据数值模拟结果,分析了滑坡体方量与堵江程度的相关关系,提出了发生滑坡堵江的临界滑坡体方量计算模型。以唐家山滑坡为例,开展了滑坡堵江的临界方量研究,并将计算结果与实际情况进行对比分析。结果表明,所提的堵江临界方量计算模型计算简单、快捷,能够实现对滑坡堵江与否的快速预判,具有一定的合理性,可为滑坡堵江灾害链的预判提供理论支撑。

中国西藏雅鲁藏布江色东普沟滑坡-堵江堰塞湖事件研究

2018年10月11日,中国西藏米林县雅鲁藏布江色东普沟发生滑坡碎屑流事件。经滑坡区域地质、滑坡基本地质条件及色东普沟历时遥感影像分析,认为滑源区地形地貌、地质构造、滑坡区地层岩性是形成色东普沟滑坡的基本地质条件,沟谷冰川融水和2018年10月集中降雨是诱发色东普沟滑坡的主要因素。色东普沟滑坡-堵江事件演化过程可分为4个阶段,即:冰崩、岩崩阶段;滑坡阶段;碎屑流阶段;堵江阶段。文章提出了沟谷型地形地貌的"漏斗效应",研究成果对今后青藏高原防灾减灾、滑坡及其它地质灾害连锁反应的早期预判和成因分析有着一定的参考价值和指导意义。

白龙江流域潜在泥石流堵江-溃决洪水链式灾害演进过程

受“5·12”汶川大地震影响,白龙江流域由泥石流引发的堵江-溃决洪水链式灾害出现的频率显著增加。同时,由于特殊的地质环境条件,白龙江流域很多城镇都位于峡谷阶地、泥石流堆积扇等地区,极易受到泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的威胁。为探究白龙江流域潜在泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的危险性,以甘肃省舟曲县白龙江流域的寨子沟泥石流为研究对象,旨在正确认识寨子沟泥石流堵江-溃决洪水链式灾害的孕灾特征、致灾条件及演化模式,明确泥石流引发的链式灾害威胁范围。通过遥感解译与野外调查等方法,构建寨子沟泥石流地形地貌和物源数据库,核算了该泥石流静动力学参数,并在此基础上分析了泥石流堵河和溃决洪水的灾害链效应。选用FLO-2D和HEC-RAS模型,开展了不同降雨频率下(P=1%,2%)的泥石流演进数值仿真,获取了泥石流和溃决洪水的深度、流速和威胁范围等特征参数,并基于特征参数分析了泥石流和溃决洪水危害强度并评估潜在危险。结果表明:(1)百年一遇降雨频率下的寨子沟泥石流流动最大流速可达11.96 m/s,泥石流冲出物进入河道形成的堰塞坝平均厚度约10 m,造成白龙江完全堵塞,堰塞湖库容为6.26 km^(3)。(2)溃决洪水演进过程总时长约为12 h,溃口流量达到顶峰时间约30 min,其溃决影响范围为沿白龙江主干流甘南州舟曲县峰迭镇下游至陇南市武都区桔柑乡上游段河谷及两岸区域,面积达56.36 km^(2),距离约97.4 km。结合模拟结果,初步探讨了监测与治理为一体的流域性泥石流灾害链风险防控模式。该研究强调了传统模型在洪水灾害评估中的局限性,并有助于深入了解泥石流堵江引起的洪水灾害的连锁危害。研究成果可为白龙江中下游流域此类泥石流链式灾害风险评价和防治工程设计提供参考。