多因素耦合作用下土质库岸崩滑过程机制研究

Landslides on the soil reservoir bank and water and sediment movements driven by them are the hot topics of surface soil and water processes. The landslide mechanism of soil bank and the migration traces of sediment is an important topic of flood characteristics and disaster mitigation in the reservoir area. In this research, Xiaolangdi reservoir is selected as a representative study area. Combined with on-site investigations and model tests, the landslide development process will be dynamically observed by the Topography Meter and the sediment movement under multiple factor impact will be demonstrated with Rare earth element (REE) tracer. The influence of typical landslides on the particle size distribution of the sediment will be measured by an analysis of the water and sand samples near the landslide and far away from the landslide, which can determine the contribution of the landslide bodies at different heights to the sediment in the reservoir area. On the basis of these results, landslides on the soil reservoir bank under the associative action of rainfall infiltration, reservoir water level fluctuations and waves will be revealed. In addition, the migration traces and particle-size distribution of sediment caused by landslides will be analyzed. At last, the method for predicting landslides will be determined. The study further deepens the understanding of the group law of the landslide and enrich the disciplines of sediment movement. The results will provide prevention and reduction reference and theoretical support for the landslides on the soil bank of reservoir in the Yellow River Basin.

库岸崩滑及其驱动的水沙运动是当前地表水土过程研究的热点问题，科学客观分析土质库岸崩滑机理及库区泥沙运移规律是库区洪涝特性与减灾技术研究中一个重要议题。本项目选择小浪底库区土质库岸作为典型调查区，开展现场调查和模型试验，采用地貌仪观测技术和稀土元素（REE）示踪技术相结合的方法，全程动态观测库岸崩滑过程，追踪多因素耦合条件下库岸崩滑过程中泥沙的迁移踪迹；提取崩滑点附近及远离崩滑点的库区水沙样品，分析泥沙粒径分布特征，确定不同土层高度崩滑对库区泥沙的贡献。在上述研究的基础上，揭示降雨-库水位变动-波浪共同作用下土质库岸的崩滑过程机制，追踪库岸崩滑过程中泥沙的迁移踪迹与泥沙粒径变化规律，确定土质库岸崩滑预测方法。研究成果可深化崩滑规律研究、丰富泥沙运动学科，为黄河流域其他已建或在建的大型水库土质岸坡崩滑防治提供借鉴，为库区防灾减灾工程提供理论支撑。

科学客观地分析多因素耦合作用下的土质库岸崩滑机理，揭示库岸崩滑体泥沙的淤积机制，可丰富泥沙运动学科，并为库区防灾减灾提供依据。本项目以黄河中游典型土质库岸为原型，通过理论分析和现场调查，确定影响库岸崩滑的主导因子；通过基于REE示踪和地貌仪观测技术的库岸崩滑过程模型试验，揭示了库岸侵蚀规律，厘清了崩滑物质对水库泥沙淤积的贡献；通过数学模型对库岸崩滑趋势进行了预测，并提出了相应的防治措施。研究结果表明：（1）土质库岸的破坏类型以崩塌、滑坡和泥流三种形式出现，其中崩塌发生的次数最多，最高可占总侵蚀总数的73%。（2）不同水文因素条件下库岸裂缝发展速率不同，其中降雨因素影响最大，且降雨停止后裂缝不会立刻停止扩张。降雨结束后裂缝面积、裂缝宽度的增长速率是降雨中增长速率0.70倍。（3）悬坡和急坡水位变动区域土体是库区侵蚀泥沙的主要来源。强降雨条件下，悬坡和急坡对入库泥沙的贡献率分别为55%和18%。（4）强降雨是库岸土壤侵蚀事件发生的重要触发因素之。高强度短历时类型降雨作用下，岸坡的稳定系数最低为1.48，显著低于一般降雨。（5）库岸崩滑防治针对不同区域选择不同措施综合治理。建议把对降雨径流的拦、截、排作为库岸崩滑防治工作的重点，同时采取滑带土改良、减载反压及布设防护措施等方式保护岸坡。本项目研究结果可为其它已建或在建的大型水库土质岸坡崩滑防治提供借鉴。研究成果包括：大禹奖一等奖1项，Springer和科学出版社联合出版的英文著作1部，国际会议优秀奖论文1篇；核心期刊论文16篇，其中SCI论文10篇（第一标注6篇、第二标注4篇），所有的SCI论文均为JCR二区或以上非开源期刊论文；授权发明专利8项，其中美国发明专利2项。依托本项目培养博士生2名、硕士生6名。