基于FLO-2D急陡沟道泥石流冲出规模预测研究

摘要

汶川县地质环境在地震后变得更加脆弱，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害活动强烈，其中泥石流也成为威胁人民生命财产安全的重大隐患之一。震后泥石流的活动特性主要有:其数量急剧增加、频率变高、规模增大、临界激发雨量降低，而且多为粘性泥石流等。在众多泥石流灾害中，有一类泥石流的活动和成灾规模较为典型和特殊，即泥石流流域面积较小，其物源区、流动区和堆积区的地形都较为陡峻，这类泥石流地形特征与沟谷型泥石流相似，有较好的沟谷汇水条件;沟道陡直使得泥石流的运动特征又与坡面型泥石流类似，具有倾泻而出、快速堆积的特点。研究团队首次定义这类泥石流为急陡沟道泥石流。本文主要选取典型的三条急陡沟道泥石流作为研究对象，对不同降雨频率下泥石流的冲出规模预测研究。为评价预测这类泥石流危险性提供依据，同时也为治理这类泥石流提供参考。
　　本文以烧房沟、福堂沟、瓦窑沟三条典型泥石流流域为研究对象，利用现有的基础数据，并结合典型研究流域的勘察资料、野外实勘、遥感影像等，对不同降雨频率下泥石流进行模拟，并基于现有的工程防止措施进一步模拟泥石流冲出的规模。得到泥石流在不同降雨频率下冲出的规模大小。同时对比分析泥石流在自然条件下和存在防止措施的条件下泥石流的冲出规模大小，得到泥石流防止措施对泥石流的冲出规模的影响，验证了工程防止措施的防治效应。经过本文的研究，主要得到研究成果如下:
　　1、在自然条件下模拟得出的结果进行分析。总结分析出:急陡沟道泥石流的地形表现出“漏斗束流”，即:上游形成区沟道宽度大，下游的流通区沟道相对较小，如漏斗一般。因此，泥石流冲出规模大，沖淤幅度较大。相比较于一般泥石流，急陡沟道泥石流表现的不同特征有:1）冲出泥石流沟口速度快、垂直方向的动能大并急速冲击沟口堆积区;2）同等流域面积情况下，急陡沟道冲出的物源量大与一般性泥石流;3）由于纵比降较大，根据能量关系泥石流势能，主要转换到泥石流沟道的侵蚀，泥石流流动的动能，因此能够运移大方量的固体物质，但是由于沟道整体呈现上宽下窄的“漏斗束流”状，因此部分会滞留在流通区，造成淤堵，随着泥石流不断冲击，最终将一部分大方量固体物质带出沟口。
　　2、对沟道在有工程措施的情况下模拟得出的结果进行分析。总结分析出:泥石流工程治理措施，对泥石流的防治主要通过拦、挡、排方式进行防治，使得泥石流冲出量、冲出距离，冲出宽度都得到有效果的控制。在有拦挡坝工程治理的沟道，主要从三个方面控制泥石流的冲出规模，1）、通过拦挡坝排水固砂石，将泥石流分段进行拦挡泥石流，从冲出量上减少固体物质的冲出，达到控制泥石流规模的治理效果。2）、流通区拦挡坝，可以减缓泥石流“滚雪球效应”、“消防管效应”，有效控制泥石流流动时对堆积物和沟道的侵蚀作用。3）、沟口堆积区的防淤坝对泥石流冲出沟口后，对泥石流的堆积起到有效的控制，保护沟口的人类建筑工程。
　　3、验证分析了泥石流沟道工程防护措施的有效性。通过分析有工程治理措施和自然条件两种情况，得到工程治理措施能够有效的控制泥石流冲出规模。工程治理措施根据急陡沟道特性，达到治理效果，如拦挡坝后面的堆积深度加大，可以降低沟道的纵坡降，达到减小泥石流冲出的动能，从而降低泥石流的冲出规模。从烧房沟、福堂沟、瓦窑沟的模拟结果可以得出，在有工程防护措施的情况下，泥石流的冲出规模得到有效控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外相关研究现状

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路和技术路线

第2章 典型急陡沟道泥石流沟冲出规模特征

2．1 本章引言

2．2 烧房沟泥石流冲出规模特征分析

2．2．1 自然环境背景

2．2．2 冲出规模特征分析

2．3 福堂沟泥石流冲出规模特征分析

2．3．1 自然环境背景

2．3．2 冲出规模特征分析

2．4 瓦窑沟泥石流冲出规模特征分析

2．4．1 自然环境背景

3．4．2 冲出规模特征分析

2．5 本章小结

第3章 基于FLO-2D模型的自然条件下泥石流数值模拟研究

3．1 本章引言

3．1 FLO-2D模型基本原理

3．2 数据获取与处理

3．2．1 地形数据处理

3．2．2 数值模拟关键参数厘定

3．2．3 集水点的选取

3．2．4 流量过程线的确定

3．3 典型急陡沟道泥石流自然条件下数值模拟

3．3．1 烧房沟自然条件下泥石流数值模拟

3．3．2 福堂沟自然条件下泥石流数值模拟

3．3．3 瓦窑沟自然条件下泥石流数值模拟

3．4 本章结论

第4章 基于FLO-2D模型有工程措施急陡沟道泥石流数值模拟研究

4．1 本章引言

4．2 烧房沟工程情况及数值模拟

4．2．2 烧房沟数值模拟

4．3 福堂沟工程情况及数值模拟

4．3．1 福堂沟工程情况

4．3．2 福堂沟数值模拟

4．4 瓦窑沟工程情况及数值模拟

4．4．1 瓦窑沟工程情况

4．4．2 瓦窑沟数值模拟

4．5 本章小结

第5章 急陡沟道泥石流两种条件下冲出规模的结果分析

5．1 急陡沟道自然条件下泥石流冲出规模特征分析

5．2 急陡沟道存在工程条件下泥石流冲出规模特征分析

5．3 急陡沟道两种条件下泥石流冲出规模特征的比较分析

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果