本文選題：泥石流　切入點：雨型　出處：《成都理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：降雨型泥石流的發(fā)生是一個“天地耦合”的過程,基于雨量(強)條件的泥石流預測預報和監(jiān)測預警成為了近年來研究的熱點、難點和重要的防災減災手段之一。然而,由于降雨過程本身具有復雜和多變性,降雨對下墊面泥石流物源土體的影響過程和觸發(fā)作用則更為復雜,從而使得泥石流發(fā)生的臨界雨量(強)條件很難準確把握,降雨過程及其對泥石流起動影響和控制作用的研究成為了泥石流起動機理以及臨界降雨條件和預測預報研究的薄弱環(huán)節(jié),一定程度上影響了泥石流預測預報判據(jù)的可靠性和可信度。本文以泥石流發(fā)育分布廣泛、成災機理典型、災情險情嚴重的大渡河流域(小金-甘洛段)、安寧河-則木河斷裂帶和汶川地震強烈擾動區(qū)作為研究對象,在對研究區(qū)近年來泥石流發(fā)生所對應的詳細降雨資料(包括前期日降雨過程、泥石流發(fā)生時的小時降雨過程等)全面收集和深入分析基礎上,引入雨型的概念,通過雨型對泥石流發(fā)生所對應的降雨過程進行表征和反映,進而從區(qū)域和時間尺度對比研究不同雨型條件下降雨對泥石流起動的影響和控制作用,探尋不同雨型條件下泥石流起動的臨界降雨條件。本研究對進一步揭示不同降雨條件與泥石流起動的響應,提高降雨對泥石流觸發(fā)作用和泥石流起動過程的認識,完善泥石流的形成機理方面具有一定理論意義,而對于泥石流預測預報和防災減災方面具有一定實踐參考價值。通過國內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究掌握、資料收集與分析、泥石流起動物理模擬試驗開展、數(shù)理統(tǒng)計與對照研究,本文主要取得了以下六個方面的成果與認識:(1)雨型概念的引入與泥石流發(fā)生雨型體系框架的構建。通過原本應用于氣候學的雨型概念實現(xiàn)了對泥石流發(fā)生降雨過程的表征,并提出了泥石流發(fā)生雨型的概念和雨型體系框架。泥石流發(fā)生雨型概念即基于雨(量)強—歷時曲線劃分出的與泥石流發(fā)生降雨過程相對應的降雨類型。泥石流雨型體系框架主要基于時間尺度、空間尺度、降雨時間間隔、降雨峰值特征以及降雨趨勢構建。泥石流發(fā)生雨型概念的提出和雨型體系框架的構建為雨型與泥石流響應奠定了基礎。(2)基于24h和1h時間尺度的泥石流發(fā)生雨型體系探索與建設。通過泥石流發(fā)生前期長時間降雨量及泥石流發(fā)生當日降雨量對泥石流發(fā)生貢獻的綜合衡量,依據(jù)當日降雨占總降雨量權重的大小,對24h時間尺度泥石流發(fā)生雨型劃分為4種,分別為短臨降雨控制型、短臨降雨主導型、前期有效降雨與短臨降雨平衡型、前期降雨主導型;依據(jù)小時降雨量的時間分布與泥石流發(fā)生時刻的關系,將1h時間尺度的降雨分為無峰型、峰前型、峰中型和峰后型4種雨型。(3)基于24h泥石流發(fā)生雨型劃分與對比研究。在對研究區(qū)大渡河流域(小金-甘洛段)、安寧河-則木河斷裂帶和汶川地震強烈擾動區(qū)孕災條件、泥石流特征分析基礎上,分別統(tǒng)計計算了近年來發(fā)生的315次泥石流所對應的前7天有效降雨量、當日雨量和總降雨量,劃分了基于24h時間尺度泥石流發(fā)生雨型。從總體分類結果來看,泥石流發(fā)生對應24h時間尺度的四種雨型占比均在20%以上。其中,以前期降雨與短臨降雨均衡型所占比重最大(29.5%),表明了泥石流發(fā)生是前期降雨與短臨降雨共同作用的結果。其次為短臨降雨控制型和短臨降雨主導型,占比分別為24.76%和24.44%,表明了短臨降雨在泥石流發(fā)生中的激發(fā)作用。前期降雨主導型相對較少,但也占到21.27%的百分比,表明前期有效降雨對泥石流發(fā)生的貢獻。從區(qū)域對照來看,基于24h時間尺度泥石流發(fā)生雨型呈現(xiàn)出空間差異性。大渡河流域(小金-甘洛段)泥石流災害中短臨降雨控制型占比較大,短臨降雨主導型和前期降雨主導型相對偏少;汶川地震強烈擾動區(qū)四種雨型分布相對比較均勻,差異較小,前期降雨主導型占比相對較多;安寧河-則木河斷裂帶四種雨型分布不均,短臨降雨主導型、前期降雨主導型所占比重較大,而短臨降雨控制型觸發(fā)泥石流占比均明顯少于其他地區(qū)。根據(jù)315次泥石流24h時間尺度降雨的分布及其對泥石流發(fā)生的貢獻作用,前期降雨的貢獻權重與當日降雨的激發(fā)權重可概算為0.65。(4)基于1h時間尺度泥石流發(fā)生雨型對比研究。根據(jù)1h時間尺度泥石流發(fā)生雨型的劃分依據(jù),分別統(tǒng)計、繪制了研究區(qū)31次泥石流發(fā)生前后的小時降雨及累積降雨曲線,分析了泥石流發(fā)生與峰值降雨出現(xiàn)時刻及其對應關系,確定了基于1h時間尺度泥石流發(fā)生雨型。結果表明,研究區(qū)均勻無峰型降雨極少出現(xiàn),峰值型降雨占絕大多數(shù),其中54.8%的泥石流發(fā)生與峰值降雨同步,屬于峰中型;32.3%泥石流發(fā)生于峰值降雨降落之后,屬于峰后型。峰前型泥石流較少,占比接近10%。(5)泥石流物理啟動模擬試驗開展及其現(xiàn)象分析。下墊面以位于貢嘎山東坡的瀘定縣新興鄉(xiāng)熊家溝為模型,開展了不同降雨強度條件下泥石流啟動的模擬試驗。試驗研究表明在強降雨條件下,水體入滲速度、不同深度土體含水量變化與降雨強度呈反比例關系,降雨強度越大,越不利于水體入滲,而有利于坡面匯流、沖溝徑流和下切侵蝕;在強降雨和徑流條件下,土體破壞方式、破壞程度以及泥石流形成機理表現(xiàn)出差異性。相對較小雨強降雨條件下,土體破壞方式以滑坡為主,泥石流形成模式表現(xiàn)為滑坡液化與轉化啟動,雨強較大降雨條件下,土體破壞方式以侵蝕垮塌為主,泥石流形成模式為洪流席卷垮塌體和揭底;在強降雨條件下,雨強與泥石流的規(guī)模、粘度之間沒有正相關性。試驗結果在一定程度上揭示了泥石流發(fā)生與降雨雨型的關系。(6)基于24h、1h時間尺度泥石流發(fā)生臨界降雨條件研究。選取泥石流發(fā)生當日降雨量、前期有效雨量和總降雨量作為降雨參數(shù),采用“單線法”擬合建立了基于24h時間尺度雨型的泥石流發(fā)生臨界降雨條件(不同前期有效降雨條件下泥石流發(fā)生的臨界日降雨量);在泥石流發(fā)生降雨雨場劃分基礎上,選取泥石流事件降雨歷時、小時降雨分布、平均小時降雨量等降雨參數(shù),建立了大渡河流域(小金-甘洛段)、安寧河-則木河斷裂帶和汶川地震強烈擾動區(qū)與泥石流事件相對應的本場降雨過程中平均小時降雨量與降雨歷時的關系曲線。降雨型泥石流發(fā)生臨界降雨條件研究和預測、預(警)報問題極其復雜,受到多重因素的影響。本次關于泥石流發(fā)生雨型響應及其臨界降雨條件研究,雖具有一定探索性,但仍存在一定問題和限制,如泥石流災害事件的代表性與全面性問題(樣本問題)、降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性問題、地震影響問題等。因此,研究結果和認識是初步的,許多問題還有待于進一步的深入研究,如泥石流發(fā)生雨型體系的科學劃分與系統(tǒng)建立、不同雨型條件下泥石流起動機理、不同雨型條件下前期降雨的影響和有效降雨的確定以及不同雨型條件下泥石流災變預測模式等。
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【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P642.23

【參考文獻】

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