G314线奥布段泥石流危险性评价及预测研究

摘要

中巴公路是连接中国和巴基斯坦的唯一陆路通道，在国家战略布局上具有重要地位。G314线奥依塔克—布伦口段作为中巴公路的重要组成部分，地处塔里木盆地西缘，西昆仑山腹地之中，自然地理环境极其恶劣，自中巴公路建成通车后，多年来，该段公路一直饱受泥石流灾害的影响。在国家重点推进“一带一路”战略的影响下，对该段公路的通行提出了更高的要求，治理泥石流灾害迫在眉睫。
　　为了给G314线奥布段泥石流灾害治理和公路改扩建选线提供合理的科学依据，本课题组于2015年5月至9月及2016年9月至10月先后两次进入研究区，进行详细调查。本文根据现场调查情况，收集大量资料，重点对研究区公路泥石流灾害类型及治理现状、成灾环境及时空分布规律、危险性评价及危险范围预测、重点沟谷泥石流成因机制及动力特征参数进行研究，主要有以下结论:
　　(1)通过现场调查和公路养护资料分析，得出G314线奥布段公路遭受泥石流灾害的主要类型有淤埋、撞击、掏蚀和水毁，其中淤埋和水毁是最主要的两种类型。防治工程主要有桥梁、隧道、涵洞、挡墙、拦渣网、导流墙、排导槽和过水路面等，其中高架桥和隧道防治效果显著，其他防治措施效果不理想。
　　(2)分析了泥石流成灾环境的各个因素，并揭示了不同区段、不同类型的泥石流成灾的关键性控制因子，即K1548-K1587段受降雨控制，K1597-K1619段受冰川融水控制，K1587-K1597段受降雨和冰川融雪的综合影响。
　　(3)通过对往年泥石流灾害统计分析研究，揭示了泥石流时空分布规律。在时间上，泥石流的活动规律体现在日时段的夜发性、月时段的集中性和年时段的周期性，即泥石流集中在5-9月份16:00-24:00爆发，小规模泥石流1-2年为一个爆发周期，中型规模泥石流周期为3-5年，大规模泥石流周期5-10年。在空间上，泥石流沟谷密度、类型、危害程度在不同区段有所差异;坡向不同，泥石流分布不同，阳坡泥石流比阴坡更为发育。根据区域环境变化分析，得出未来3-5年内泥石流灾害会有所加重，之后趋于稳定。
　　(4)在现场调查的基础上，从泥石流成灾背景出发，结合前人研究成果，构建了泥石流危险性评价指标体系，并分别建立基于灰色聚类评估理论和集对联系隶属度理论的危险性评价模型，对区域内27条重点沟谷进行危险性评价，计算结果表明:灰色聚类模型评价结果与现场调查结果的符合率为88.9％，其余11.1％均比现场调查结果偏小一个危险等级;联系隶属度模型评价结果与现场调查结果的一致率为92.6％，其余7.4％均比现场调查结果偏大一个等级;对比结果说明了从准确率和风险防范的角度考虑，集对联系隶属度危险性评价模型更为合理，更适宜区域内泥石流危险性评价。在理论模型评价的基础上，结合实地调查情况，制作了G314线奥布段泥石流危险性区划图。
　　(5)基于MATLAB软件编程，建立了危险范围参数（最大堆积长度、最大堆积宽度）与预测因子（爆发规模、流域面积、流域相对高差、主沟长度）之间的多元非线性回归方程，得到区域内泥石流危险范围预测模型。应用结果表明:其预测值相对误差在15％以内，满足初步预测精度的要求，且误差具有客观性和合理性。预测模型可以对研究区或与其地质背景相似的其他地区的泥石流危险范围进行初步预测。
　　(6)重点研究了K1558+800、K1561+952、K1564+520三条泥石流沟的成因机制及动力特征参数分布，可以为防治工程的尺寸设计和承载力设计参数选取提供重要的科学依据，同时对路基路面的材料选择、强度设计以及桥墩、涵洞的强度设计具有重要的参考意义。
　　本文的研究成果对研究区内泥石流灾害治理、防治工程设计及路线改扩建方案选择具有重要的现实指导意义。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 泥石流危险性评价研究现状

1．2．2 泥石流危险范围预测研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 G314线奥布段泥石流成灾环境及其变化

2．1 研究区泥石流灾害调查及治理现状

2．1．1 研究区地理位置

2．1．2 公路沿线受灾类型及其分布

2．1．3 泥石流防治现状

2．2 成灾背景

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2 1．4 地震

2．2．5 气象水文

2．2．6 植被条件

2．2．7 人类活动

2．2．8 泥石流成灾起因

2．3 不同区段、不同类型泥石流成灾因子以及关键性控制因子

2．4 本章小结

第三章 公路沿线泥石流灾害时空分布和演化规律

3．1 时间上分布及演化规律

3．1．1 日时段分布规律

3．1．2 月时段分布规律

3．1．3 年时段分布规律

3．1．4 泥石流灾害随时间演化规律

3．2 空间上分布及演化规律

3．2．1 不同类型的泥石流分布规律

3．2．2 沟谷密度分布规律

3．2．3 坡向分布规律

3．2．4 危害程度分布规律

3．2．5 泥石流灾害在空间上的演化规律

3．3 本章小结

第四章 泥石流危险性评估的研究

4．1 引言

4．2 评价指标选取及危险等级划分

4．2．1 构建评价指标体系的原则

4．2．2 评价指标的选取

4．2．3 评价指标的危险等级划分

4．3 评价指标的权重确定

4．4 泥石流危险性评价

4．4．1 基于灰色聚类模型的泥石流危险性评价

4．4．2 基于集对联系隶属度的泥石流危险性评价

4．4．3 不同模型的对比分析及防治建议

4．5 泥石流危险性区划

4．6 本章小结

第五章 泥石流危险范围预测

5．1 泥石流扇形地的形态

5．2 泥石流的危险范围预测模型

5．2．1 预测原理

5．2．2 预测因子选取及相关性分析

5．2．3 预测模型的建立与自检

5．3 预测模型的验证与误差分析

5．4 本章小结

第六章 重点沟谷成因机制与动力参数研究

6．1 K1558+800沟

6．1．1 形成机理

6．1．2 动力特征参数

6．2 K1561+952沟

6．2．1 形成机理

6．2．2 动力特征参数

6．3．1 形成机理

6．3．2 动力特征参数

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文研究的主要结论

7．2 后续研究工作的建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文