低频性沟谷型泥石流水动力学冲蚀启动机制及动态监控

摘要

位于浙江省西部衢北地区的杨家泥石流是典型的水体冲蚀形成的低频性沟谷型泥石流。结合杨家泥石流所处的地质环境背景，首先在分析其分区特征、类型和成因机制，评价泥石流易发性及危害程度的基础上，利用统计分析方法确立暴雨强度指标；然后采用力学计算和极限平衡分析理论，构建强降雨作用下冲沟水动力学冲蚀启动模型，确定临界径流深度；再构建降雨—泥水位—流量相结合的递进式分层次综合预警体系；最后于2012年10月在杨家泥石流冲沟开展单沟泥石流远程自动化监测网络体系建设，实施远程监测控制和预警。研究表明：杨家泥石流冲沟呈小流域封闭状，汇水区、形成—流通区和堆积区分区特征明显，杨家泥石流是由特大暴雨激发的、低频的、一次性爆发规模为小型的稀性水石流，为中易发泥石流；冲沟形成区松散物源地表径流深度超过1.0 m时，处于临失稳状态，松散物质易被冲刷侵蚀，可将此临界径流深度作为是否冲蚀启动泥石流的有效判据，并结合暴雨强度指标(R<2.8)和泥石流洪峰流量(Q_d=31.83 m~3/s)确定泥石流综合预警指标；监测期间(2012-10-26—2022-10-10)研究区最大降雨发生于2019-06-19,经计算R=2.4<2.8,冲沟区处于安全雨情，沟道泥水位未达到地表径流的警戒限值，不具备泥石流形成启动的水动力条件，沟内流量(最大值为1.70 m~3/s)正常，未达到洪峰流量，未有泥石流发生或沟道堵塞等不良现象，此期间冲沟区较为稳定，再次发生泥石流的可能性小。建立以水动力学冲蚀启动特征参数为主的综合监测网络体系，可作为低频性沟谷型泥石流系统防灾控制的技术方法。

关键词

低频性 / 沟谷型泥石流 / 水力冲蚀 / 临界径流深度 / 远程监测 / 综合预警

基金资助

国家自然科学基金项目(42277132,42230702); 浙江省基础公益研究计划项目(LGF21D020001,LTGG23D020001); 浙江省重点研发计划项目(2021C03159); 浙江省自然资源厅科技项目(2021-77); 浙江省地质矿产研究所科技创新基金(ZD2020KJ05); 2020年中央自然灾害防治体系建设资金项目(2020-04)