泥石流流速、堆積模式與降雨量關(guān)系模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

任凱珍

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

泥石流流速、堆積模式與降雨量關(guān)系模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

任凱珍

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

本文以賈峪東溝為研究對(duì)象，介紹了泥石流流速、堆積模式與降雨量關(guān)系模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、裝置和物料。并提出最大堆積長(zhǎng)度、寬度和厚度與降雨量的關(guān)系，降雨量與泥石流扇狀地危險(xiǎn)范圍的關(guān)系，堆積形態(tài)比與降雨量的關(guān)系及流速與降雨量的關(guān)系。

泥石流；流速；堆積模式；降雨量

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

泥石流流速是單位時(shí)間泥石流體的運(yùn)動(dòng)距離（單位m/s）。泥石流在不同的流速時(shí)，其危害方式不同，泥石流流速是影響泥石流危險(xiǎn)性的重要參數(shù)之一。泥石流堆積泛濫過(guò)程是泥石流活動(dòng)全過(guò)程的最后一幕，也是泥石流成災(zāi)的焦點(diǎn)。另外，泥石流堆積區(qū)常常又是山區(qū)人類生產(chǎn)生活最頻繁、最密集的場(chǎng)所。在泥石流活動(dòng)地區(qū)，人們總希望預(yù)先知道自己所生活的場(chǎng)所是否安全，以及可能遭遇泥石流泛濫成災(zāi)的危害程度，因此對(duì)泥石流活動(dòng)區(qū)的堆積模式的研究就成為泥石流災(zāi)害地區(qū)最重要的非工程減災(zāi)措施之一[2]。降雨是誘發(fā)泥石流的關(guān)鍵因素，深入探索泥石流的流速、堆積模式分別與降雨量的關(guān)系，對(duì)于泥石流預(yù)警預(yù)報(bào)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 實(shí)驗(yàn)方法

泥石流的堆積形態(tài)和范圍是泥石流危險(xiǎn)區(qū)劃分的重要參數(shù)，通過(guò)小型水槽實(shí)驗(yàn)[2]，對(duì)降雨量與泥石流流速、堆積模式的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，獲取了泥石流流速、堆積范圍與堆積形態(tài)比等方面的數(shù)據(jù)，得出不同降雨量條件下，降雨量與流速、降雨量與堆積形態(tài)以及降雨量與堆積范圍的回歸公式。本次實(shí)驗(yàn)選擇密云縣石城鎮(zhèn)賈峪東溝為研究對(duì)象。

3 實(shí)驗(yàn)裝置

本次實(shí)驗(yàn)裝置包括人工降雨器、補(bǔ)給箱、流通槽以及堆積板四部分，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

（1）人工降雨器

利用灑水壺或水龍噴頭模擬降雨，利用雨量筒和秒表來(lái)測(cè)量降雨量和降雨強(qiáng)度，再加上小型吹風(fēng)機(jī)吹風(fēng)，可以達(dá)到狂風(fēng)暴雨的效果。

（2）補(bǔ)給箱[2]

補(bǔ)給箱底面面積為17250cm2，最大容積為345000cm3。其側(cè)面開有寬為40cm，高為20cm的長(zhǎng)方形供給口，由閘門開關(guān)控制泥石流的補(bǔ)給。補(bǔ)給箱由一固定支架支撐，可調(diào)節(jié)補(bǔ)給箱的坡度。

（3）流通槽[2]

流通槽為一內(nèi)寬40cm，內(nèi)高30cm，有效流動(dòng)長(zhǎng)度為400cm的玻璃槽。流通槽由一矩形支架支撐。可前后升降調(diào)節(jié)流通槽的坡度，坡度調(diào)節(jié)范圍為4°~17°。

（4）堆積板[2]

堆積板為一長(zhǎng)200cm，寬200cm的正方形木板，為防止木板浸水變形，板上刷上白色油漆。板上以10 cm為間隔標(biāo)有320個(gè)方格以測(cè)定泥石流堆積面積和堆積厚度。堆積板直接放置于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，坡度可任意調(diào)節(jié)。堆積板和流通槽以斜口方式平整相接。

4 實(shí)驗(yàn)物料

試驗(yàn)物料選用密云縣石城鎮(zhèn)賈峪東溝采集回來(lái)的泥石流原樣，取樣時(shí)將粒徑大于50 mm石塊剔除。賈峪東溝泥石流原樣顆粒級(jí)配曲線見圖2。

5 實(shí)驗(yàn)預(yù)期成果

圖2 賈峪東溝泥石流原樣顆粒級(jí)配曲線

實(shí)驗(yàn)所用控制參數(shù)為：每次定量供給泥石流69000cm3，流通區(qū)坡度8°，堆積區(qū)坡度4°。實(shí)驗(yàn)共9個(gè)回次，通過(guò)調(diào)節(jié)降雨量，得出泥石流對(duì)應(yīng)的流速、堆積形態(tài)和堆積范圍。降雨量以研究區(qū)汛期10分鐘降雨量為參考，控制在20mm ~50mm之間。用泥石流的最大堆積長(zhǎng)度、寬度和面積表示泥的堆積范圍，用堆積形態(tài)比Cr=Lmax/Wmax（Cr表示堆積形態(tài)，Lmax為最大堆積長(zhǎng)度，Wmax為最大堆積寬度）和扇狀地扇頂角tgβ=Lmax/Tmax（β為扇狀地扇頂角，Lmax為最大堆積長(zhǎng)度，Tmax為最大堆積厚度）表示扇狀地的堆積形態(tài)。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果為，可得出以下關(guān)系：

最大堆積長(zhǎng)度與降雨量的關(guān)系；最大堆積寬度與降雨量的關(guān)系；最大堆積厚度與降雨量的關(guān)系；降雨量與泥石流扇狀地危險(xiǎn)范圍關(guān)系；堆積形態(tài)比與降雨量的關(guān)系；流速與降雨量的關(guān)系。

[1]蘭恒星.泥石流本構(gòu)模型及動(dòng)力學(xué)模擬研究現(xiàn)狀綜述[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2007.

[2]柳金峰.泥石流流速與堆積模式之實(shí)驗(yàn)研究[J].水土保持研究,2006.

[3]張麗萍.人為泥石流起動(dòng)及產(chǎn)沙放水沖刷實(shí)驗(yàn)—以神府—東勝礦區(qū)為例[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2000.

[4]張麗萍.泥石流源地松散體起動(dòng)人工降雨模擬及放水沖刷實(shí)驗(yàn)[J].山地學(xué)報(bào)，1999.

The Design of the Simulation Experiment on the Relationship of Debris Flow Velocity, Deposition Mode and Rainfall

REN Kaizhen
(Geological Institute of Beijing, Beijing, 100120)

Taking a case of the eastern ditch of Jiayu, the paper introduced the purpose, methods, devices and materials of the simulation experiment of debris flow, which researched on the relation of flow velocity, deposition mode and rainfall. Based on the experiment, the paper further proposed six kinds of relation, which were the relation between maximum length of deposition and rainfall, the relation between maximum width of deposition and rainfall, the relation between maximum thickness of deposition and rainfall, the relation between dangerous scope of fan zones and rainfall, the relation between deposition shape and rainfall and the relation between debris flow velocity and rainfall.

Debris flow; Debris flow velocity; Deposition mode; Rainfall

X820

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