西藏扎墨公路不同山地垂直地带的泥石流形成机理和成灾规律研究

Zhamo highway is located in the southwest Tibet, which has been suffering from frequent debris flows, landslides, avalanches, and floods in the last 50 years, because of its high relief (from 4300m alt at the Duorela Mountain pass down to 710m alt at the bank of Yaluzangbu River) and complex conditions of geomorphology and climate. As one of most frequent and serious disasters, debris flow is widely distributed and controlled by the vertical zonation. This study tries to explore the 8 vertical zones along the highway and their influences on debris flow on the basis of field investigation both on regions and individual gullies, combining with the indoor experiments and analysis. The goal is to reveal the formation mechanism of debris flow in different vertical zones and the hazardous process. Then we propose criterions for route selection and planning of engineering structures, so as to provide a scientific foundation for the construction of the highway.

扎墨公路处于西藏东南边陲，是我国最后修通的一条连接县城的公路。50年来该公路屡修不通的主要原因是线路南段从4300米寒带的多热拉山口，向南下降到高710米准热带的雅鲁藏布江畔，导致一年四季冰雪、滑坡、泥石流和洪水等灾害轮翻肆虐。其中泥石流为主要灾种，不仅分布广、频率高、规模大，同时受8个山地垂直带的影响，类型齐全、性质复杂、成灾方式多变，加之在公路老线选线和确定通过工程时经验不足，不够合理，加剧了公路受毁。本项研究通过对泥石流的全线普查、典型沟勘测、重点沟现场观测等方法，探明公路沿线8个垂直带的带谱、特点及其对泥石流形成条件的影响；揭示不同垂直带的泥石流形成机理；把握不同垂直带的泥石流成灾规律；提出减轻和防御不同垂直带泥石流危害的准则，包括选线、通过工程确定和防护工程布设的准则。为扎墨公路在泥石流活动区的安全运行提供科学依据和技术支撑；同时也为发展高山地区泥石流的理论体系作出贡献。

扎墨公路泥石流分布广，频率高、规模大、类型齐全、性质复杂，对公路危害严重。通过遥感判读，全线普查、填图、典型沟勘测和重点沟现场观测及泥石流动力学模型实验等方法，开展不同山地垂直地带的泥石流形成机理和危害规律研究。其成果为高山区在公路、铁路、水利、水电、城镇建设，如何避开或减轻泥石流的危害提供科学依据和参数。完善和深化高山区泥石流的基础理论，填补了高山区泥石流的某些空白。（1）查明了公路沿线117km路段有泥石流沟86处，其中沟谷型泥石流56处，坡面泥石流30处。对其危险性进行了评判，首次建立扎墨公路泥石流资料查询系统，编制了1:10万危险性分区图。（2）探明了扎墨公路南段、北段沿线山地垂直带的分布与主要特征；山地垂直带对泥石流形成和分布的影响；不同山地垂直带的泥石流形成机理：①起源于高山冰冻带的泥石流——冰面湖溃决泥石流；②在高山寒冻地带和亚高山寒带的泥石流（冻融泥流或冻融泥石流、寒冻碎屑流、冰川泥石流、冰湖溃决泥石流、从山地寒温带到河谷准热带的泥石流）。（3）系统探讨了雪崩、冰湖溃决开始、冰湖溃决泥石流形成、冰湖泥石流坝形成、泥石流坝溃决、溃决洪水对公路路基冲刷的6个系列过程，进行了63次室内模型实验，建立了冰湖涌浪溢流溃坝的峰值流量预测公式，涌浪溢流溃坝的临界条件判别式，进行了68次野外水槽实验，建立了泥石流防冲护墙基础埋深和不漫水丁坝洪水冲刷的局部最大冲刷深度计算公式及路基防护结构类型，在基础理论中取得了突破性进展；（4）制定了公路选线绕避或病害整治的具体对策，以及公路典型泥石流防治工程的优化方案；提出典型泥石流防治工程设计参数合理的计算方法和泥石流沟的桥梁净高的沟槽设计泥深计算公式；提出泥石流地区双层过水路面和混合式过水路面两种新型过水路面结构形式；提出公路泥石流导流堤的稳定性的力学确定计算技术和适合扎墨公路的结构型式，对扎墨公路泥石流灾害点提出防治工程建议，并对典型暴雨型泥石流沟芒给沟和典型冰川泥石流沟申达贡日沟进行依托工程研究性设计和实施，显著提升了我国对高山区特殊灾种的防治技术水平。