沟谷型泥石流运动过程中的规模放大效应研究

Two-thirds of Chinese territory is mountainous regions. Its unique topography, geology and precipitation conditions are available to forming debrsi flow disasters. Due to the extreme climate condition and fierce seismic activity, frequent occurrence of debris flow in gully not only caused serious losses of lives and property, but also brought grave challenges to design prevention projects of debris flow. The most important underlying causes of this is lack of clear recognition to the scale amplification of natural debris flows caused by cascading landslide dam failures in gully. Therefore, this project based on the research data of several typical valleys type debris flow, is aim to probe the scale amplification effect caused by cascading landslide dams failures in debris flow gullies. Field investigation, numerical simulation and physical model experiment would be adopted in this research. On the basis of scale amplification effect, a quatitative calculating formula of gross blockage factor will be presented in this reasearch, which may provid scientific foundation and reference for the research of disaster mechanism and design of prevention project of debris flow.

我国国土面积的三分之二是山地，这些区域独特的地形，地质及降雨条件本身就具备良好的泥石流孕灾环境。近年来，由于极端气候以及地震影响，我国西部山区沟谷型泥石流灾害频发，并呈现出“小沟大流”的特点，不仅造成了严重的生命财产损失，并对沟谷型泥石流的防治工程设计带来了严峻的挑战，究其原因是对沟谷型泥石流在沿程运动过程中的沿程演进规律认识不清。因此，本项目拟以我国西部山区几次典型的沟谷型泥石流灾害为研究背景，以沟谷中串珠状分布的堵塞坝级联溃决对泥石流规模放大效应的影响为研究主线，采用野外调查，数值模拟以及室内物理模型实验相结合的研究手段，系统性的探索沟谷型泥石流在运动过程中的规模放大效应。并以此为理论基础，进一步提出泥石流工程防治设计中堵塞系数的定量计算表达式。从而，为沟谷型泥石流成灾机理的研究及工程防治设计提供科学参考。

我国国土面积的三分之二是山地，山区独特的地形，地质及降雨条件本身就具备良好的泥石流孕灾环境。近年来，由于极端气候及地震影响，我国西部山区沟谷型泥石流灾害频发，并呈现出“小沟大流”的特点，对沟谷型泥石流的防治工程设计带来了严峻的挑战。本项目紧密围绕以下三个方面研究内容：①单一堵塞坝的溃决模型研究；②串珠状堵塞体级联溃决与泥石流规模放大效应研究；③通过量纲分析以及参数敏感性分析，提出沟道堵塞系数的定量计算公式。. 项目组以野外调查，理论分析和模型实验等多种研究手段相结合，取得了以下成果：（1）通过调查天水大沟泥流灾害以及秦岭山系的矿渣型泥石流灾害，发现沟谷型泥石流规模放大主要包括两种模式：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，提出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，较为系统的提出了泥石流沟岸侧蚀失稳形成天然堵塞坝的形成判据；基于量纲分析法，提出了泥石流堵溃放大效应的半理论半经验计算公式。（4）通过理论分析和模型实验，提出了天然堵塞坝在大流量和小流量条件下的两种溃决模式；根据实验过程中的溃决过程特点，提出了天然堵塞坝的横向和纵向溃口发展模型以及溃决峰值流量的放大系数计算方法。（5）基于堵溃放大效应的初步理论，开展了将其嵌套至SCS分布式水文模型中的沟谷型泥石流分布式水文模型初步研究，为后续的研究工作积累了一定的基础。 . 通过本项目的顺利开展，一方面为沟谷型泥石流防治工作提供了科学理论依据；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。