矿渣型泥石流的侵蚀演进机制及汇流过程研究

Two-thirds of Chinese territory is mountainous regions. Its unique topography, geology and precipitation conditions are available to forming debris flow disasters, which makes our country one of the countries with the most serious debris flow in the world. The slag debris flow is one of the most prominent type of artificial debris flow disaster. For a long time, due to the lack of theoretically deep research to the erosion mechanism and the "amplification effect" during the evolution process, as well as the accurate and reliable confluence model of slag debris flow, the economic and casualties caused by the debris flow in China have been very serious in recent years. Therefore, various research methods such as field investigation, field monitoring, theoretical analysis and physical model experiments were combined together. We are aim to explore the erosion and evolution mechanism, analyze the amplification effect due to soil erosion of channel bed and cascade failure of landslide-dams, and propose a distributed hydrological model of slag debris flow based on the theory of erosion and evolution mechanism of slag debris flow finally, which will provide scientific reference for disaster prevention and mitigation of slag debris flow.

我国国土面积三分之二是山地，这些区域由于独特的地形，地质及降雨条件而具备良好的泥石流孕灾环境，使得我国成为世界上泥石流灾害最为发育的国家之一，而矿渣型泥石流则是其中最为突出的一类人为泥石流灾害。长期以来，由于对矿渣型泥石流产输沙特征及机制不清，研究过程中的“放大效应”不明，以及缺乏准确可靠的矿渣型泥石流产汇流模型，我国近年来因矿渣型泥石流而造成的经济及人员伤亡十分严重。因此，本项目拟以野外调查，野外监测，理论分析和物理模型实验等多种研究手段相结合，以探索矿渣型泥石流运动侵蚀演进机制为研究主线，系统分析沟床堆积矿渣，沟道中串珠状分布矿渣堆积体等对泥石流流量和流速沿程演进过程的影响，最终提出基于矿渣型泥石流侵蚀输沙和矿渣堵塞坝的堵溃放大效应理论的泥石流产汇流的分布式水文模型，为矿渣型泥石流灾害的防灾减灾提供科学参考。

我国国土面积三分之二是山地，这些区域由于独特的地形，地质及降雨条件而具备良好的泥石流孕灾环境，使得我国成为世界上泥石流灾害最为发育的国家之一，而矿渣型泥石流则是其中最为突出的一类人为泥石流灾害。本项目以矿渣型泥石流的侵蚀演进机制与汇流过程为研究主题，聚焦于以下三方面的研究内容：①堵塞坝的堵溃放大机制；②沟床堆积物的冲刷输移机制；③小流域矿渣型泥石流的产汇流过程分析。.项目组以野外调查，野外监测，理论分析和物理模型实验等多种研究手段相结合，通过4年的研究探索，系统分析了矿渣型泥石流的沿程演进机制和产汇流过程，取得了以下成果：（1）通过调查秦岭山系的矿渣型泥石流灾害，阐明了沟谷型泥石流沿程研究过程中的两种放大模式：①沟床物质冲刷输移导致的泥石流峰值流量放大；②沟岸失稳堵塞沟道，然后在上游来流冲刷条件下溃决形成溃决流量，在堵溃过程中伴随着物质和能量的蓄积-释放，从而形成规模巨大的峰值流量。（2）根据泥石流的输沙速率与流体本身的动能消耗成正比的关系，基于物理理论分析和模型实验，进一步修正了泥石流输沙速率的定量计算公式。（3）基于野外调查，理论分析和模型实验，较为系统的提出了堵塞体的堵溃模式、过程，以及溃决洪水计算方法；（4）开展了较为系统的流域产汇流过程监测，并基于堵溃放大效应的初步理论，开展了适用于沟谷型矿渣型泥石流的分布式水文模型。 .依托于该项目，项目组成员共发表并检索科技论文14篇，其中SCI检索论文7篇，另外录用待刊论文7篇（包括SCI论文5篇，中文CSCD论文2篇），培养博士研究生3人，硕士研究生5人。共通过本项目的顺利开展，为矿渣型泥石流的动力学过程分析，以及风险预测提供了科学参考；另一方面本项目执行过程中出现的若干问题也为今后的研究提供了新的思考。