汶川震区不同激发雨型条件下泥石流启动的临界雨量特征

Characteristic of critical rainfall for debris flow after earthquake is very important in debris flow researches. It is a key issue for the debris flow forecast and can provide a theoretical basis for the thresholds of debris flow monitoring and warning system. The majority of literatures focus on the non-earthquake-affected area. The rainfall intensity-duration (ID) and critical rainfall for regional debris flows have been analyzed based on statistical analysis. The discriminant models based on rainfall for debris flow occurrence are proposed. Nevertheless, the researches on critical rainfall for debris flow based on triggering patterns after earthquake are few. The thresholds of debris flow monitoring and warning system are lack of scientific basis. The rainfall of typical debris flows is analyzed and critical rainfall characteristics of Wenchuan earthquake area are obtain under different triggering patterns conditions. On the basis of the definition and classification of rainfall triggering patterns, the critical rainfall and geotechnical characteristics conditions for debris flows prior to and after earthquake are discussed, using the method of experiment and statistical analysis. Then the variation of the critical rainfall of debris flow before and after Wenchuan earthquake is revealed. The study embodies the important breakthrough of the critical rainfall for the post-earthquake debris flow and laid the foundation for understanding and mastering the application of rainfall in debris flow prediction.

震后泥石流临界雨量研究是泥石流研究中的一个重要内容，也是泥石流预测预报中的关键问题之一，它可为泥石流监测预警系统的预警阈值提供理论依据。现有的研究多集中于非地震影响区，采用统计分析的方法研究降雨ID阈值，分析区域泥石流的临界雨量，建立基于降雨条件的泥石流发生判别模型，少有从激发雨型角度研究震后泥石流启动临界雨量。目前的泥石流监测预警采用的预警阈值缺乏科学依据。本项目拟以汶川震区典型泥石流的降雨过程作为研究对象，获得不同激发雨型条件下泥石流启动的临界雨量特征。在对激发雨型进行定义和分类的基础上，结合震前的研究成果，采用统计分析和模拟实验的方法，探索地震前后不同激发雨型条件下泥石流形启动的临界雨量和岩土特征，揭示汶川震区地震前后泥石流的临界雨量变化特征。这一研究既体现在震后泥石流临界雨量研究方面的重要突破，又为更加深入理解、掌握激发雨量在泥石流预测预报方面的应用奠定了基础。

本项目以绵竹市清平乡文家沟，北川县唐家山大水沟、汶川县映秀镇红椿沟和都江堰市龙池镇八一沟作为典型泥石流沟，以其所在区域作为典型区域，在汶川震区泥石流的激发雨型、激发雨量和临界雨量、不同激发雨型条件下的岩土体特征、暴雨泥石流降雨阈值等方面进行了较为深入的研究。完成了全部的研究内容，取得了预期的研究成果。主要成果包括：（1）通过现场调查，获取了典型区域暴雨泥石流发生的降雨数据。采用统计分析的方法，分析了汶川震区暴雨泥石流的激发雨量过程与特征。结果表明，汶川地震区的暴雨泥石流的激发雨型可分为快速激发型、中速激发型和慢速激发型三类，其差异主要体现在降雨历时和降雨强度方面。激发雨强跟激发雨型存在一定的关系。（2）分析了典型区域暴雨泥石流发生所需的雨量在地震前后的差异，发现地震后的泥石流的累积雨量和临界雨量较地震前都有所降低。震后暴雨泥石流发生的次数及其雨量特征也表明，激发雨量随着时间的增加逐渐恢复到震前水平。（3）通过对震区泥石流堆积物的颗分数据进行分析，发现震后泥石流堆积物中的黏粒含量要小于地震之前的数值。（4）不同激发雨型条件下的暴雨诱发泥石流过程的差异，主要表现在松散土体的饱和过程阶段。雨型的差异（降雨历时和强度）使得土体饱和产生超渗产流的时间出现差异，进而使得泥石流暴发的时间存在差异。（5）采用新的雨场分割方法对获取的降雨数据进行处理。以降雨历时、降雨强度、累积雨量、标准化雨强和标准化累积雨量为参数，建立了汶川地震极重灾区暴雨泥石流的降雨阈值模型和标准化的降雨阈值模型。与现有的全球范围内（全球的、区域的和局部的）的降雨阈值进行对比，发现汶川震区泥石流起动的降雨阈值高于全球尺度的降雨阈值，低于中国台湾地区的阈值，其原因在于台湾地区的泥石流多为台风诱发的。