CN109472445B - 冰水泥石流的危险性判断方法及其应用 - Google Patents

冰水泥石流的危险性判断方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冰水泥石流的危险性判断方法，属于泥石流防治工程技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、确定冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；b、对不同坡度段的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分；d、以危险性等级最高的判断结果为准。本发明针对导致冰水泥石流形成的地形条件进行内在机理的深入研究，建立冰水泥石流危险性判断模型，确定冰水泥石流的危险性划分级别，能够准确的对冰水泥石流的危险性作出判断。

Description

冰水泥石流的危险性判断方法及其应用
技术领域
本发明涉及到泥石流防治工程技术领域，尤其涉及冰水泥石流的危险性判断方法及其应用。
背景技术
冰水泥石流是一种发生在高山冰雪分布区的自然现象。冰水泥石流发生后，泥石流运动到下游堆积扇上，冲毁城镇、破坏农田和森林、冲毁桥梁道路、阻断交通。
冰水泥石流的发生往往是由于当地温度升高，冰雪融化形成沟道径流，启动沟道中的固体物源，形成冰水泥石流。形成冰水泥石流需要具备两个条件：1、有利于发生冰水泥石流的地形条件；2、一定的温度条件导致冰雪融化并最终诱发冰水泥石流的发生。这些条件综合影响并决定冰水泥石流发生的可能性。其中，地形条件对冰水泥石流的影响主要由坡度控制，即泥石流形成区的坡度是影响冰水泥石流形成的关键，而冰水泥石流的危险性判断主要通过地形条件判断。
目前，国内外对冰水泥石流形成之地形条件的研究较少，也比较粗糙，主要通过少量案例统计得出大致范围，以及比较集中的影响范围的简单数据统计，没有深入研究其内在机理(西藏泥石流与环境，1999：29-40.)。其涉及到的地形条件包括：全流域面积，含堆积扇，7-90km2，其中15-32km2最有利冰水泥石流形成；现代冰川和积雪面积比，不含堆积扇，0.09-0.36，其中大于0.1最有利冰水泥石流形成；全流域相对高差：2500-3858m，其中大于3000m最有利冰水泥石流形成；冰雪水源区平均纵坡：0.197-0.815，其中大于0.5最有利冰水泥石流形成；全冰雪水源区以下主沟平均纵坡：0.08-0.361，其中0.1-0.22最有利冰水泥石流形成；其他如沟床纵剖面形状为下凹形、瓢形与栎叶的流域形状都有利冰水泥石流形成的定性描述。这些判断指标较多，范围较广，很难对冰水泥石流的危险性做出正确判断。
公开号为CN 106355275A，公开日为2017年01月25日的中国专利文献公开了一种冰川分布区泥石流灾害危险性分级评价方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定用于描述影响泥石流发育常规因子的指标，并分级；2)计算泥石流常规影响因子的加权和，得出无冰川影响下泥石流危险性值，并分级分区；3)分析冰川分布和活动对泥石流发育的影响，确定用于描述冰川影响的指标，并分级；4)确定冰川因子相对常规因子的相对重要性值；5)计算常规因子加权和和冰川影响因子乘以其相对重要性的和，并进行分级，完成冰川分布区泥石流危险性评价。
该专利文献公开的冰川分布区泥石流灾害危险性分级评价方法，仅仅是在传统的一般区域泥石流危险性评价方法的基础上叠加冰川影响因子进行泥石流危险性分级，并未对导致冰水泥石流形成的地形条件进行内在机理的深入研究，难于对冰水泥石流的危险性作出准确判断。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种冰水泥石流的危险性判断方法及其应用，本发明针对导致冰水泥石流形成的地形条件进行内在机理的深入研究，并作出综合判断，建立冰水泥石流危险性判断模型，确定冰水泥石流的危险性划分级别，能够准确的对冰水泥石流的危险性作出判断。
本发明通过下述技术方案实现：
冰水泥石流的危险性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；
b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；
c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分：
当A＞500且14°＜α＜21°时，冰水泥石流的危险性大；
当A＞500且21°≤α＜30°时，冰水泥石流的危险性中等；
当A＞500且α≥30°时，冰水泥石流的危险性小；
当A＞500且α≤14°时，冰水泥石流的危险性很小；
d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准。
所述步骤c中，当A≤500时，冰水泥石流的危险性极小。
本发明，适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度在5°＜α＜50°内的冰水泥石流危险性判断。
本发明所述冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区即流域中下游沟道。
本发明的基本原理如下：
冰水泥石流的形成机理是由于温度的升高，造成泥石流流域的上游冰雪融化，启动中下游的松散固体物源，形成泥石流。因此这类泥石流的形成机理与我国西部地区普遍的沟床启动型泥石流不同，也与我国东部地区的浅层滑坡汇集型泥石流不同。沟床启动型泥石流是由于强降雨形成的大流量山洪侵蚀沟床松散固体物源，形成泥石流。浅层滑坡汇集型泥石流是由于较长时间的降雨和较强降雨，先有较多的浅层滑坡进入沟道形成泥石流物源，再被较大流量洪水搬运，形成泥石流。这两种类型的泥石流都需要较强的降雨强度形成较大流量洪水，侵蚀搬运沟床固体物源。但是由于温度升高造成的上游冰雪融化形成的流域洪水往往持续时间较长，但流量较小，很难像西部一般的泥石流一样，直接由洪水侵蚀搬运沟道固体物源形成泥石流。
在我国冰水泥石流的发生地点以西藏、新疆为主，这些地区的泥石流流域的沟道坡度较大。冰水泥石流的形成机理为：上游冰雪融化形成的流域洪水在沟道内局部水位抬升，当水位抬升较高时，造成局部松散固体物源饱水失稳，并造成失稳区域上游侵蚀，下游冲刷，最后形成泥石流。松散固体物源饱水失稳所需要的坡度远小于松散颗粒的休止角。因此沟道坡度过小，不能达到松散固体物源饱水失稳所需要的最小坡度，冰水泥石流很难发生。如果坡度过大，上游冰雪融化形成的洪水流动过快，水位难以抬升，也很难形成泥石流。
本发明通过对比研究西藏和新疆公路沿线泥石流的发育与分布特征，研究得出以冰水泥石流流域中下游沟道坡度为依据的冰水泥石流危险性判断方法。本发明从冰水泥石流的形成机理出发，考虑了地形因素中的坡度这个重要因素的作用，体现出影响冰水泥石流形成的决定因素及其重要性。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分；d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准”，冰水泥石流流域中下游沟道坡度往往存在不同的坡度段，通过测量多个沟床坡度α和沟床宽度W，并考虑到测量沟床坡度α时需要有一最小的长度才能测量准确的坡度，同时冰水泥石流启动需要一定的沟道长度，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度，最后以危险性等级最高的判断结果为准，充分的研究了地形因子中的坡度对冰水泥石流发生程度的内部机理，建立了冰水泥石流危险性计算模型，以定量的方式精确划分冰水泥石流危险性区域，从而能够准确的对冰水泥石流的危险性作出判断。
2、本发明，冰水泥石流危险性判断方法在各地冰水泥石流危险性的判断中都可以使用，适用性更强。
3、本发明，特定的以冰水泥石流形成区沟道长度在10m及以上作为判断坡度的沟道长度标准，避免了局地长度小于10m的坡度变化的影响，进一步提高了危险性判断的准确性。
4、本发明，在复杂的冰水泥石流形成区沟道，考虑存在多个沟道长度在10m及以上的不同坡度值，提出了最终判断方式以最危险的危险性为判断标准的危险性判断方法，使得危险性判断更精确，误差更小。
5、本发明，冰水泥石流危险性判断避开了对其危险性没有影响的堆积区和积雪区，避免了不分主次的冰水泥石流坡度计算方法，使得危险性判断更合理，更准确。
6、本发明，适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度在5°＜α＜50°内的冰水泥石流危险性判断，冰水泥石流危险性划分方法简单，易于执行，比现有方法更直接可行。
具体实施方式
实施例1
冰水泥石流的危险性判断方法，包括以下步骤：
a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；
b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；
c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分：
当A＞500且14°＜α＜21°时，冰水泥石流的危险性大；
当A＞500且21°≤α＜30°时，冰水泥石流的危险性中等；
当A＞500且α≥30°时，冰水泥石流的危险性小；
当A＞500且α≤14°时，冰水泥石流的危险性很小；
d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准。
“a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分；d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准”，冰水泥石流流域中下游沟道坡度往往存在不同的坡度段，通过测量多个沟床坡度α和沟床宽度W，并考虑到测量沟床坡度α时需要有一最小的长度才能测量准确的坡度，同时冰水泥石流启动需要一定的沟道长度，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度，最后以危险性等级最高的判断结果为准，充分的研究了地形因子中的坡度对冰水泥石流发生程度的内部机理，建立了冰水泥石流危险性计算模型，以定量的方式精确划分冰水泥石流危险性区域，从而能够准确的对冰水泥石流的危险性作出判断。
实施例2
冰水泥石流的危险性判断方法，包括以下步骤：
a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；
b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；
c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分：
当A＞500且14°＜α＜21°时，冰水泥石流的危险性大；
当A＞500且21°≤α＜30°时，冰水泥石流的危险性中等；
当A＞500且α≥30°时，冰水泥石流的危险性小；
当A＞500且α≤14°时，冰水泥石流的危险性很小；
d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准。
所述步骤c中，当A≤500时，冰水泥石流的危险性极小。
冰水泥石流危险性判断方法在各地冰水泥石流危险性的判断中都可以使用，适用性更强。
特定的以冰水泥石流形成区沟道长度在10m及以上作为判断坡度的沟道长度标准，避免了局地长度小于10m的坡度变化的影响，进一步提高了危险性判断的准确性。
实施例3
冰水泥石流的危险性判断方法，包括以下步骤：
a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；
b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；
c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分：
当A＞500且14°＜α＜21°时，冰水泥石流的危险性大；
当A＞500且21°≤α＜30°时，冰水泥石流的危险性中等；
当A＞500且α≥30°时，冰水泥石流的危险性小；
当A＞500且α≤14°时，冰水泥石流的危险性很小；
d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准。
所述步骤c中，当A≤500时，冰水泥石流的危险性极小。
本发明适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度5°＜α＜50°的冰水泥石流危险性判断。
“a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分；d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准”，冰水泥石流流域中下游沟道坡度往往存在不同的坡度段，通过测量多个沟床坡度α和沟床宽度W，并考虑到测量沟床坡度α时需要有一最小的长度才能测量准确的坡度，同时冰水泥石流启动需要一定的沟道长度，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度，最后以危险性等级最高的判断结果为准，充分的研究了地形因子中的坡度对冰水泥石流发生程度的内部机理，建立了冰水泥石流危险性计算模型，以定量的方式精确划分冰水泥石流危险性区域，从而能够准确的对冰水泥石流的危险性作出判断。
在复杂的冰水泥石流形成区沟道，考虑存在多个沟道长度在10m及以上的不同坡度值，提出了最终判断方式以最危险的危险性为判断标准的危险性判断方法，使得危险性判断更精确，误差更小。
冰水泥石流危险性判断避开了对其危险性没有影响的堆积区和积雪区，避免了不分主次的冰水泥石流坡度计算方法，使得危险性判断更合理，更准确。
适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度在5°＜α＜50°内的冰水泥石流危险性判断，冰水泥石流危险性划分方法简单，易于执行，比现有方法更直接可行。
下面结合具体实例对本发明的实施方式进行详细说明：
新疆天山公路G217位于我国西北部的天山山脉和昆仑山脉：G217中的独库公路段是一条南北疆的重要交通要道。独库公路北起准格尔盆地西南边缘的石油重地——克拉玛依市独山子区，南迄于天山山脉南麓阿克苏市库车县，可以说是由北向南横跨整个天山山脉，其2/3左右的里程穿越海拔2000m以上的寒冻山区，全线穿过4次高山区，途径天山5条较大的河流。根据调查，泥石流在天山公路全线均有分布，但主要集中在北段和南段。天山公路全线各类泥石流共有231处，包括坡面泥石流和沟谷泥石流，其中北段有53处，中段有3处，南段有178处，其中，对公路威胁较严重的泥石流有89处、对公路构成毁灭性威胁重大的泥石流共有12处，其中10处位于北段，主要分布于K629-K660段之间。
以G217独库公路的K629-K660段10条泥石流沟以及附近小流域为例，判断泥石流的危险性。表1为G217独库公路的K629-K660段小流域泥石流危险性判断结果表。
Figure GDA0003545762330000071
Figure GDA0003545762330000081
表1
表1中，α为最接近14-21度的坡度，W为该坡度处的沟床平均宽度；
表1中，发生了泥石流的10条流域，危险性大的有9条，危险性中等的1条；没有发生泥石流的流域12条，危险性大的有2条，危险性中等的2条，危险性小的有2条，危险性很小的2条，危险性极小的4条。可见，采用本发明判断方法总体上对泥石流的危险性判断较为准确。

Claims (3)

1.冰水泥石流的危险性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、通过现场测量，确定冰水泥石流的基本地形数据：冰川及积雪区面积A0、冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W；
b、对不同坡度段的冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α和沟床宽度W分别进行测量，以沟道长度≥10m为标准测量沟道坡度；
c、由冰川及积雪区相对面积A＝A0/W2和冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度α对不同坡度段的冰水泥石流的危险性等级从高到低进行划分：
当A＞500且14°＜α＜21°时，冰水泥石流的危险性大；
当A＞500且21°≤α＜30°时，冰水泥石流的危险性中等；
当A＞500且α≥30°时，冰水泥石流的危险性小；
当A＞500且α≤14°时，冰水泥石流的危险性很小；
d、将不同坡度段的冰水泥石流的危险性作为基本依据，以危险性等级最高的判断结果为准；
所述冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区即流域中下游沟道。
2.根据权利要求1所述的冰水泥石流的危险性判断方法，其特征在于：所述步骤c中，当A≤500时，冰水泥石流的危险性极小。
3.根据权利要求1所述的冰水泥石流的危险性判断方法，其特征在于：适用于冰川及积雪区以下堆积区以上的形成区的沟床坡度在5°＜α＜50°内的冰水泥石流危险性判断。
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