急陡沟道泥石流起动-侵蚀-冲出模型研究

Steep-channel debris flows have characteristics with large amount of sediment supply, strong erosion, and huge runout volume. They typically developed and occurred in the Wenchuan earthquake area. At present, this type debris flow is difficult for understanding due to its complexity, and is one of most difficult points for early warning and engineering control. In order to study the steep-channel debris flows, we consider making intensive field survey, theoretical analysis, and model experiment. The key study content include four aspects: (1) general features and conditions for initiation, entrainment, and runout of steep-channel debris flows; (2) process mechanism and initiation model of steep-channel debris flows; (3) entrainment mechanism and model of steep-channel debris flows; and (4) runout and deposition features and model of steep-channel debris flows. The objectives of the study are to reveal dynamic process and mechanism of initiation, entrainment, and runout for steep-channel debris flows, and establish models of initiation, entrainment amount, and runout volume. Through the study, it will enhance the further understanding dynamic characteristics of steep-channel debris flows.

急陡沟道泥石流具有物源量大、侵蚀强烈，冲出规模大的特点，在汶川地震区发育最为典型，是泥石流预警和工程控制难点之一，也是目前泥石流研究中的薄弱环节。本研究力图通过原型调查、理论建模和模型实验等手段，重点开展以下研究：（1）急陡沟道泥石流起动-侵蚀-冲出的特征和条件研究；（2）急陡沟道泥石流起动的过程机理和模型研究；（3）急陡沟道泥石流沿程侵蚀机理与模型研究；（4）急陡沟道泥石流冲出-堆积特征和模型研究。目标是进一步揭示急陡沟道泥石流的起动-侵蚀-冲出动力过程和机理，并建立泥石流起动模型、侵蚀量与冲出规模模型，以提升对急陡沟道泥石流动力特性的认识。

受制于陡峻地形，急陡泥石流沟道在震前因缺乏物源而较少受到关注。一般情况下，较小的流域面积汇水条件差，陡峻沟道暴发泥石流的概率也较低。但汶川地震之后，数次沟道纵坡降大于300‰甚至达到500‰~800‰的流域暴发的泥石流都展现极大破坏力，表现出灾害过程短、瞬时流量大、侵蚀深、冲出固体物质总量大的特征，造成泥石流治理工程损坏或公路交通中断。然而，由于观测资料的匮乏及现场地形条件的制约，泥石流的起动机制及降雨阈值降低的具体原因还有待探究，尤其是粗颗粒土体内部渗透破坏机制研究较匮乏。. 本项目通过对汶川急陡沟道泥石流筛选、调查及持续观测，以典型急陡沟道泥石流流域为研究对象，开展了遥感或无人机调查、泥石流灾害调查、堆积区碎石土大型剪切实验、渗透实验，并以此为基础开展了室内物理实验、数值模拟等研究。通过现象总结、统计分析、理论推导及地表水文模拟等方法，探讨了急陡泥石流沟道流域内物源的不同起动模式以及对应的起动机理，总结了不同物源分布特征对急陡泥石流沟道活动性的影响。重点研究了急陡沟道泥石流的发育与活动特征、起动模式与判别式的建立、侵蚀机理与侵蚀模型的研究、冲出特征的研究和冲出量的计算模型。