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某泥石流沟动力学特征分析

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《能源与环保》2018年第3期

摘要:本文通过野外实地调查及必要的山地工程措施,得到了四川省阿坝州九寨沟县小菜园沟泥石流的流体重度、流速、流量等基本参数,为下一步拟建防治工程的设计提供了依据。

关键词:泥石流;动力学特征;分析

1工程区域自然环境概况

研究区域在四川阿坝藏族羌族自治州东北部,地处青藏高原东北缘,岷山山脉东部、龙门山脉西北部。研究区域北部和东北部分别和甘肃省交界,南部和四川接壤,西边与四川省相邻,东边至西边总共长93公里,南部至北部总共宽89.83km,总面积5286km2。研究区域交通较发达,使九寨沟县与外地联系方便。

2工程区地质环境条件

2.1地形地貌

研究区域在青藏高原与四川盆地过渡的深切割高山峡谷地带。总体地形由区域内西北部往东南部逐渐降低,区域内最高点为尕而纳峰,海拔4764m,区域内最低点在东南部,海拔1160m。区域内地貌类型以高山深切割河谷为主要类型,高差较大,沟深水急,斜坡陡峭,植被茂盛,相对高差大约1500m左右。山原漳扎镇夏日柯河以西地带,海拔3000m以上,相对高差约800m,山顶浑园,山坡平缓,是县内主要牧区,零散平坝集中于县城一带白水江河谷两岸和黑河河谷两侧。研究区域地貌按成因类型可划分为构造侵蚀高山地貌、构造侵蚀中高山地貌和构造侵蚀(山原)地貌。

2.2地质构造

研究区域在四川省西部地槽区岷山脉北段复背斜上,其西、北、南三面均有明显断裂带,构成复杂,属新构造运动强烈区,由一系列复背斜或复向斜构成,形成一系列北东向和南北向构造体系。该区在秦岭东西向构造带南缘,松潘-甘孜褶皱系东侧,南与龙门山北东向构造带相邻,三级不同方向构造线形成向南凸出的弧形弯曲。九寨县城即处在构造线弯曲顶端,主要受南北向构造断裂控制。区内构造总体表现为一倾向北,形态较复杂的复向斜构造。区域内岩层褶曲强烈,岩层破碎,构造裂隙发育。区域内存在不同构造体系的新老构造形迹,彼此交织,相互迁就利用,致使老构造支离破碎,而新构造发育程度不等,时断时续,难成一体,同一断裂不同地段在不同历史时期,卷入不同构造体系中,总之九寨沟县构造相当复杂,总的来说九寨沟县构造为岷江南北向构造带和白马弧形构造带。

2.3地层岩性

此区域境内出露地层主要有十套地层,由第四系地层、第三系地层、特殊地层塔藏组、三叠系菠茨沟组、三叠系扎尕山组、三叠系杂谷脑、三叠系侏倭组、泥盆系雪宝顶组、石炭系西沟组、二迭系三道桥组等,地层岩性是地质灾害发育的物质基础条件,不同性质及其组合关系直接制约地质灾害发育类型与规模,对斜坡变形破坏起重要作用。斜坡变形破坏又可直接增加泥石流沟道的物源来源,纵观全境,在人口主要集中的河(沟)谷沟口、坡脚及半山斜坡地带,第四系松散堆积物十分丰富,易产生滑坡、崩塌和不稳定斜坡等地质灾害,滑坡、崩塌发生在沟谷内易产生泥石流松散固体物源,为泥石流形成提供物源来源。

2.4水文地质

区域在嘉陵江水系西支涪江水系西源白水江。境内河流发育,据统计,县内较大河流有四条,其次为十一条较大溪沟,因区内自然条件特殊,谷深坡陡,切割强烈,加之雨水月季差异大,境内径流在年均和月、季间分配不均。地表水对坡面冲刷、下渗,地下水位升高,增加山坡土体含水量,降低土体稳定性;河流对坡脚冲刷、侵蚀,易使边坡失去支撑而失稳。地表、地下水活动是诱发地质灾害主要因素之一。地表径流变化与降水一致,每年5~9月进入汛期,降水增加地表径流增大,对边坡冲刷和沟谷侧蚀作用增强,加之沟域内人类工程活动等影响,使区域内泥石流灾害活动频繁。

3泥石流

3.1泥石流流体重度

通过查表法查找泥石流勘查规范的相应附表可确定其泥石流重度和泥沙修正系数,得到泥石流重度为1.593t/m3,1+φ=1.565。

3.2泥石流流速

通过对泥石流沟进行分析可得,泥石流流体性质偏于粘性泥石流,流速可采用粘性泥石流通用公式进行计算。水力半径0.4m,沟道纵坡0.246,河床糙率0.05,由此算得堆积区泥石流流速2.17m/s。

3.3泥石流流量

3.3.1雨洪法-清水流量的计算

据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》可得区内年最大1小时暴雨量平均值及变差系数;再查读出不同频率下相应Kp值(2%、5%),可得不同设计频率下最大小时雨强(频率p=2%时,Kp=2.65,H1=37.63;频率p=5%时,Kp=2.14,H1=30.39)。据此,可知汇水面积0.14km2,径流系数0.7,可求得堆积区暴雨洪峰流量值(P=2%时,暴雨洪峰流量1.03m3/s,P=5%时,暴雨洪峰流量0.83m3/s)。另,泥沙修正系数0.565,泥石流堵塞系数1.9,由此可算得泥石流峰值流量(P=2%时,泥石流峰值流量3.06m3/s,P=5%时,泥石流峰值流量2.47m3/s)。

3.3.2形态调查法

形态调查法是据调查得到的泥石流泥位得到过流断面,再乘上此前求得的泥石流流速,可求取泥石流流量。堆积区沟道宽度2.75m,沟道平均泥深0.4m,过流断面面积1.11m2,断面平均流速2.17m/s,由此所得断面峰值流量2.39m3/s。

3.3.3综合取值

形态调查法适用于沟道顺直、断面变化不大、无阻塞无回流、上下沟槽无冲淤变化、具有清晰泥痕的沟段。参数选取主要为沟道泥痕高度调查,坡面纵坡降测算。采用形态调查法计算结果没有暴雨频率的概念,仅能代表当次泥石流特征值,不能很好预测以后泥石流爆发规模;雨洪法计算是据现有沟道堵塞条件,发生泥石流重度和泥沙修正系数情况综合确定结果,更能反应泥石流现有物源条件和沟道特征实际情况,以及不同暴雨频率下泥石流流量差异,因此,综合取值时建议采用雨洪法计算作下一步治理工程设计参数值。

4结论

本文通过野外现场调查及必要试验措施,得到九寨沟县小菜园沟泥石流流体重度、流速、流量、等基本动力学参数,对拟建防治工程设计提供依据。

作者:朱建鹏1;陈淋册2 单位:1.青海省地质调查局,2.四川省冶金地质勘查局水文工程大队

能源与环保杂志责任编辑:张雨    阅读:人次