長(zhǎng)白山火山次生泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)范圍預(yù)測(cè)

徐佩華，袁中凡，李廣杰，李 光，杜文浩 ，王月華

1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2.浙江省水利河口研究院，杭州 310020

?

長(zhǎng)白山火山次生泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)范圍預(yù)測(cè)

徐佩華1，袁中凡1，李廣杰1，李 光1，杜文浩1，王月華2

1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2.浙江省水利河口研究院，杭州 310020

長(zhǎng)白山火山次生泥石流是由長(zhǎng)白山火山噴發(fā)引起的火口湖中的水沿長(zhǎng)白山北坡缺口，以類似水庫(kù)潰壩的形式突然溢出而形成的短時(shí)間、大體積的水流，是攜帶著地表的松散堆積物，沿著溝谷和山坡向下快速流動(dòng)的一種類似洪流的特殊泥石流。筆者在野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，采用FLOW-3D數(shù)值模擬軟件，對(duì)長(zhǎng)白山火山噴發(fā)引起的次生泥石流災(zāi)害進(jìn)行大范圍的數(shù)值模擬，并著重研究其對(duì)二道白河鎮(zhèn)地區(qū)的影響程度，旨在為政府決策和防災(zāi)提供依據(jù)。結(jié)果表明：泥石流總體積為30.27億m3時(shí)，二道白河鎮(zhèn)將完全被泥石流淹沒(méi)；不論哪種泥石流體積假設(shè)情況，泥石流都將到達(dá)二道白河鎮(zhèn)，并對(duì)其造成危害；一旦火山爆發(fā)，二道白河鎮(zhèn)居民可逃生時(shí)間只有30～42 min。

火山災(zāi)害；次生泥石流；二道白河鎮(zhèn)；FLOW-3D

0 引言

長(zhǎng)白山天池火山是世界上著名的具有潛在災(zāi)害性噴發(fā)危險(xiǎn)的火山。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，自2000年以后，天池火山的活動(dòng)性有所增強(qiáng)[1]，再一次噴發(fā)的可能性也隨之增大。由于長(zhǎng)白山地區(qū)地理位置特殊，以及存在位于長(zhǎng)白山火山口總蓄水量達(dá)20.4 億m3的天池[2]，因此火山一旦噴發(fā)，不但巖漿和空落堆積物會(huì)危害長(zhǎng)白山周圍地區(qū)，火口湖中的湖水也會(huì)像決堤的洪水一樣順坡而下，裹挾大量的松散堆積物形成泥石流。天池北坡有一個(gè)天然缺口，形成著名的天池瀑布，如果火山噴發(fā)，此處將會(huì)是最主要的湖水溢出口?；鹂诤幸绯龅乃鼟队蓺v史上多次噴發(fā)所產(chǎn)生的大量松散堆積物，形成泥石流[3]。如此大規(guī)模的泥石流一旦爆發(fā)，將會(huì)直接威脅到長(zhǎng)白山地區(qū)27.2萬(wàn)居民、10余座水電站和近2 000 km2國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的安全[4];而且二道白河鎮(zhèn)作為長(zhǎng)白山北坡山腳下主要的人口聚居區(qū)將會(huì)成為主要的受災(zāi)地區(qū)。為此本文將主要研究長(zhǎng)白山火山次生泥石流對(duì)二道白河鎮(zhèn)地區(qū)的影響。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)白山地區(qū)火山泥石流災(zāi)害的研究重點(diǎn)主要是放在對(duì)長(zhǎng)白山地區(qū)歷史上爆發(fā)過(guò)的火山泥石流進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查方面，包括對(duì)泥石流的分布范圍、成分、粒度、空間分布等因素的調(diào)查，以及天池火山災(zāi)害區(qū)劃圖制定方面的部分工作[5-10]。如萬(wàn)園等[11]采用半經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型軟件LAHARZ[12-15]，基于長(zhǎng)白山天池火山1∶25萬(wàn)數(shù)字地形圖，對(duì)二道白河、松花江、鴨綠江以及圖們江4條泥石流易發(fā)河道進(jìn)行了火山泥石流的數(shù)值模擬。

長(zhǎng)白山次生泥石流是一種由于長(zhǎng)白山火山噴發(fā)而引起的，火口湖中的水沿長(zhǎng)白山北坡缺口以類似水庫(kù)潰壩的形式突然溢出而形成短時(shí)間、大體積的水流，是攜帶地表的松散堆積物，沿著溝谷和山坡向下快速流動(dòng)的一種類似洪流的特殊泥石流。因此筆者在野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，采用FLOW-3D數(shù)值模擬軟件，對(duì)長(zhǎng)白山火山噴發(fā)引起的次生泥石流災(zāi)害進(jìn)行區(qū)域性的數(shù)值模擬研究，并著重研究其對(duì)二道白河鎮(zhèn)地區(qū)的影響程度，旨在為政府決策和防災(zāi)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境

1.1 地形地貌條件

研究區(qū)地理坐標(biāo)127°48′E--128°42′E，42°01′N--42°40′N，位于長(zhǎng)白山脈北麓，地勢(shì)總的特點(diǎn)是西南高、北東低，南部最高點(diǎn)是天池西側(cè)的白云峰，海拔高度為2 691 m，最低點(diǎn)位于北西部?jī)山?zhèn)及小沙河鄉(xiāng)附近，地面高程6 00 m左右，相對(duì)高差超過(guò)2 000 m。區(qū)內(nèi)主要山脊、溝谷走向?yàn)镹NE、NWW向，山坡坡度總體為15°～20°。

研究區(qū)的地貌類型主要為火山熔巖地貌和流水地貌。以二道白河源頭的天池火山錐為中心，向四周逐漸低緩，火山熔巖地貌類型主要分為3種：中心火山錐體、熔巖臺(tái)原、熔巖臺(tái)地，如圖1所示。中心火山錐體以天池為中心，呈環(huán)形分布，海拔2 000～2 700 m，錐體坡度30°左右，錐體底部平面上呈卵形，長(zhǎng)軸北西--南東方向延伸，長(zhǎng)軸27 km，短軸15 km。熔巖臺(tái)原分布于頭道白河、二道白河、三道白河、四道白河上游至天池地帶，臺(tái)原面主要由軍艦山組玄武巖組成，由南向北緩降(2 000～700 m)，臺(tái)面上有大小火山錐體及火山口多個(gè)，并有殘丘、季節(jié)性沼澤分布。熔巖臺(tái)地分布于頭道--四道白河下游，二道白河鎮(zhèn)以北至二道江地段；臺(tái)面開闊平坦，地形向北緩降，標(biāo)高600～700 m，主要由軍艦山組玄武巖組成；邊緣水系發(fā)育，溝谷深切，高差達(dá)50～100 m，可見季節(jié)性沼澤及殘山。

圖1 研究區(qū)地貌圖Fig.1 Geomorphological map of the study area

1.2 松散堆積物范圍

研究區(qū)位于長(zhǎng)白山天池火山1 000 a前大噴發(fā)的火山碎屑堆積物范圍內(nèi)，地表覆蓋厚度不等的火山碎屑堆積物，主要包括火山空落堆積物、火山碎屑流狀堆積物以及火山泥石流堆積物，如圖2所示。

1.赤峰空落浮巖巖層線；2.長(zhǎng)白火山碎屑流層；3.二道白河火山泥流層；4.園池空落浮巖火山灰層界線；5.冰場(chǎng)火山碎屑流層；6.國(guó)界。據(jù)文獻(xiàn)[16]。圖2 長(zhǎng)白山1 000 a前噴發(fā)碎屑物分布圖Fig.2 Volcanic eruption debris distribution graph one thousand years ago in Changbaishan Moutains

野外調(diào)查研究顯示，圍繞長(zhǎng)白山火山錐體外圍成席狀展布有厚度普遍超過(guò)1 m的火山碎屑流堆積物，這些碎屑物在海拔1 500 m以下的河岸兩側(cè)、低洼地帶或者平緩地區(qū)分布較厚，局部可達(dá)數(shù)十米。火山泥石流堆積物主要沿二道白河至二道江沿岸兩側(cè)呈條帶狀展布，河流近岸的松散碎屑堆積物堆積總量超過(guò)0.15 km3，整個(gè)研究區(qū)內(nèi)火山松散碎屑物堆積總量估算超過(guò)3.00 km3。

2 FLOW-3D數(shù)值模型的建立

2.1 數(shù)值模擬區(qū)域的地理位置

圖3為長(zhǎng)白山天池地區(qū)地形圖，圖中藍(lán)色線框部分為本文建立幾何模型的區(qū)域，即為本文最終確定的模擬計(jì)算區(qū)域。模擬區(qū)域內(nèi)主要的人口聚居區(qū)為延邊朝鮮族自治州安圖縣二道白河鎮(zhèn)。

圖3 長(zhǎng)白山天池地區(qū)地形圖Fig.3 Topographic map of Changbai Moutains

2.2 數(shù)值模型的建立

計(jì)算模型取長(zhǎng)白山天池瀑布口以北長(zhǎng)約65 000 m、寬約27 500 m的范圍。為了最大程度地節(jié)省計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)的內(nèi)存，將模擬區(qū)域劃分為14個(gè)小區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化。計(jì)算模型中1--8區(qū)域的單元長(zhǎng)、寬、高分別取60、60、10 m；9--14區(qū)域的單元長(zhǎng)、寬、高分別取60、60、15 m。共劃分單元14 759 669個(gè)，其中活動(dòng)單元7 851 828個(gè)，具體的網(wǎng)格劃分情況如圖4所示。經(jīng)過(guò)FLOW-3D軟件的FAVOR和VOF數(shù)值方法計(jì)算得到的三維模型如圖5所示，圖中x軸指向正東方向，y軸指向正北方向，z軸的正向?yàn)樨Q直向上。

圖4 計(jì)算模型網(wǎng)格劃分圖Fig.4 Mesh subdivision of the calculation model

圖5 基于FAVOR和VOF數(shù)值方法計(jì)算得到的三維模型Fig.5 Three-dimensional model based on FAVOR and VOF

2.3 模型邊界條件

FLOW-3D軟件中一共提供了8種邊界條件，此次模擬對(duì)圖4中14個(gè)小區(qū)域邊界條件賦值情況如表1所示。

3 模型計(jì)算及結(jié)果分析

3.1 參數(shù)取值

3.1.1 坡表的粗糙系數(shù)

本次模擬的水流具有敞開液面，液面上各點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為0，可以看成是明渠水流，需賦值長(zhǎng)白山山坡坡表的粗糙系數(shù)。天然河道的粗糙系數(shù)受多種因素的影響，例如河床泥沙、礫石等顆粒的大小及光滑度，河道斷面形狀，河道的彎曲情況，河漫灘上的植被種類及數(shù)量等，因而很難確定。實(shí)際工程中，在缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，粗糙系數(shù)n值的確定一般可近似按文獻(xiàn)[17]中給出天然河道的粗糙系數(shù)參考值，本文結(jié)合長(zhǎng)白山天池地區(qū)的實(shí)際情況，取n=0.16。

3.1.2 泥石流的泥沙體積分?jǐn)?shù)

根據(jù)課題組所做的室內(nèi)泥石流物理模擬實(shí)驗(yàn)[18]，以長(zhǎng)白山火山泥流為松散物源，獲得泥石流的泥沙體積分?jǐn)?shù)與水源流量、水源總水量以及物源爆發(fā)量的關(guān)系如表2所示。

從表2可以看出，隨著水源流量和總水量的變化，泥沙體積分?jǐn)?shù)變化不明顯，均在 0.36～0.41范圍內(nèi)。不同水源流量條件下，泥沙體積分?jǐn)?shù)平均值為0.386；不同總水量條件下，泥沙體積分?jǐn)?shù)平均值為0.387。由此可以看出，在該物源條件下產(chǎn)生的泥石流，其泥沙體積分?jǐn)?shù)與水源流量變化和總水量變化的關(guān)系不大。考慮到實(shí)際地形的復(fù)雜性及長(zhǎng)白山地區(qū)發(fā)育的植被導(dǎo)致顆粒物質(zhì)的沉積效應(yīng)，本文將體積分?jǐn)?shù)做了適當(dāng)?shù)恼蹨p，取值為0.34。

表1 各區(qū)域的邊界條件賦值表

注：C為連續(xù)邊界；O為出流邊界；P為壓力邊界；S為對(duì)稱邊界；W為剛性墻邊界。Xmin，Ymin，Zmin分別為x，y，z方向上的最小值邊界；Xmax，Ymax，Zmax分別為x，y，z方向上的最大值邊界。

表2 泥沙體積分?jǐn)?shù)與水源流量、總水量、物源爆發(fā)量的關(guān)系

Table 2 Relationship of sediment density, flow, water amount with debris amount

水源流量/(m3/h)泥沙體積分?jǐn)?shù)物源爆發(fā)量/kg水源總水量/L泥沙體積分?jǐn)?shù)物源爆發(fā)量/kg2.65320.4038.388.1320.3627.453.07440.4132.9211.1820.3929.723.65940.3929.2714.2310.4132.924.06080.3627.4515.8780.4038.386.10240.3925.1217.2810.4043.856.77880.3623.2820.3300.3948.549.11520.3948.5423.4650.3855.63

3.1.3 泥石流相對(duì)黏滯系數(shù)

根據(jù)文獻(xiàn)[19]，當(dāng)泥石流中固體顆粒所占的比例很小時(shí)，泥石流混合體的黏性增加并不大。假設(shè)泥石流中的固相顆粒是無(wú)黏性的球形顆粒，顆粒之間的距離足夠大，顆粒之間沒(méi)有相互影響，則相對(duì)黏滯系數(shù)為

(1)

式中：μr為同溫下流體的黏滯系數(shù)與純液體的黏滯系數(shù)之比；Sv為固體顆粒的體積分?jǐn)?shù)。在顆粒之間有相互作用的情況下，則需要對(duì)式(1)進(jìn)行修正。Thomas提出了修正公式：

(2)

式中：系數(shù)A、B依據(jù)文獻(xiàn)[16]，取A=0.002 37，B=16.6。據(jù)此，設(shè)定泥石流的相對(duì)黏滯系數(shù)為0.002 74。

3.1.4 已有火山泥流體積及分布情況

通過(guò)總結(jié)前人對(duì)長(zhǎng)白山火山泥石流的分布范圍、地層層序、粒度成分等的研究成果[5-10]，結(jié)合課題組在長(zhǎng)白山地區(qū)的實(shí)際調(diào)查結(jié)果可知：長(zhǎng)白山地區(qū)火山泥流大致分布在火山錐的北部及東北部地區(qū)，最南端距離天池約8 km，總量為25億～30億 m3；北部的火山泥流主要沿二道白河兩岸、三道白河和松花江的上游分布，是主要的泥石流物源。

3.1.5 泥石流總體積

根據(jù)余斌[19]提出的泥石流泥沙體積分?jǐn)?shù)與密度的關(guān)系式

(3)

以及課題組在野外所取5個(gè)典型樣本的顆粒平均密度2.65 g/cm3，可以反算出泥石流的密度約為1.56 g/cm3，進(jìn)而可以得出不同體積水源所能產(chǎn)生泥石流的總體積。式(3)中：φ為泥沙體積分?jǐn)?shù)；ρ為泥石流密度(g/cm3)；ρs為泥石流的泥沙密度，本文取2.65 g/cm3；ρw為水的密度，取1.00 g/cm3。

由于沒(méi)有歷史記錄作為參考，不能確定火山爆發(fā)時(shí)天池中的水將有多少溢出，因而分別假設(shè)流出水的體積為20億、15億和10億m3。根據(jù)上述方法可以得到所產(chǎn)生的泥石流的總體積分別為30.27億、22.7億和15.14億m3。

3.2 模擬過(guò)程中的幾點(diǎn)假設(shè)

由于缺乏歷史上對(duì)長(zhǎng)白山火山噴發(fā)所引起的火口湖湖水外溢的溢出位置、水頭高度、持續(xù)時(shí)間等的數(shù)據(jù)記錄，筆者結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的相關(guān)研究和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行如下假設(shè)：

1)假設(shè)火口湖湖水全部自長(zhǎng)白山天池北部的瀑布口處溢出。

2)考慮到此次模擬的是由于火山噴發(fā)而導(dǎo)致的湖水外流，因而水頭高度的變化也應(yīng)具有突變性；結(jié)合長(zhǎng)白山天池北坡岸坡的高度，將流體自由液面高程設(shè)置為2 450 m。(瀑布口的高程為2 200 m，水面相對(duì)高度250 m)。

3)不考慮大的松散巖石塊體隨泥石流的運(yùn)動(dòng)情況，即假設(shè)產(chǎn)生的泥石流為相對(duì)均勻的流體。

4)在上述假定流體自由液面高程的基礎(chǔ)之上，通過(guò)比較計(jì)算結(jié)果中所溢出流體的總體積與所要得到的流體總體積設(shè)計(jì)值二者之間的差值，對(duì)外溢持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，不斷試算，直到達(dá)到設(shè)計(jì)值為止。

圖6為模擬中流體自由液面高程隨時(shí)間的變化曲線(即圖4中區(qū)域1的Ymin的邊界條件的賦值)。圖7為在圖6所示的自由液面變化條件下，模擬區(qū)域內(nèi)流體的總體積變化曲線。

圖6 流體水位高度變化曲線Fig.6 Alternation curve of flow surface

圖7 模擬區(qū)域內(nèi)流體的總體積變化曲線Fig.7 Alternation curve of total flow volume

3.3 計(jì)算結(jié)果及分析

a.30.27 億m3;b.22.70 億m3;c.15.14 億m3。圖8 不同體積泥石流到達(dá)二道白河鎮(zhèn)時(shí)的斷面厚度與流速分布Fig.8 Thickness and flow speed distribution graph of different volume debris flow arrived at Erdaobaihe Town

將上述參數(shù)輸入到FLOW-3D軟件中按圖6中所示的初始條件進(jìn)行模擬計(jì)算，流體斷面厚度和流速計(jì)算結(jié)果如圖8所示[20]。分析圖8a，b可知：泥石流總體積為30.27億 m3時(shí)，泥石流到達(dá)二道白河鎮(zhèn)時(shí)的流體厚度可達(dá)13 m左右，流速接近15 m/s，二道白河鎮(zhèn)將完全被泥石流淹沒(méi)，如果不能及時(shí)疏散和撤離將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和人口損失；泥石流總量為22.70億 m3的情況下，泥石流前緣到達(dá)二道白河鎮(zhèn)時(shí),其斷面厚度約8 m，而流速可達(dá)12 m/s，二道白河鎮(zhèn)仍然會(huì)被全部淹沒(méi)。泥石流總體積為15.14億 m3的情況下，由于泥石流的總體積較前兩種情況已經(jīng)大幅度減小，為了節(jié)省存儲(chǔ)空間并提高計(jì)算效率，將圖4中編號(hào)為14的小區(qū)域刪除，從而減小了模型的大小，如圖8c所示。由于軟件顯示功能的精度限制，導(dǎo)致二道白河鎮(zhèn)地區(qū)沒(méi)有流體單元的云圖，無(wú)法讀出泥石流前緣的流體深度和流體速度，但通過(guò)顯示流體范圍邊框(圖8中淺綠色矩形邊框)可以看出泥石流的前緣已經(jīng)到達(dá)二道白河鎮(zhèn)，此時(shí)為泥石流爆發(fā)后2 500 s。

由不同體積泥石流到達(dá)二道白河鎮(zhèn)所需時(shí)間可知：極端情況下(即泥石流體積30.27億 m3)時(shí)，30 min泥石流即可到達(dá)二道白河鎮(zhèn)；一般情況(泥石流體積為22.70億 m3)下，約33 min到達(dá)二道白河鎮(zhèn)；最樂(lè)觀的情況(即泥石流體積15.14億 m3)，42 min泥石流到達(dá)二道白河鎮(zhèn)。即一旦火山爆發(fā)，二道白河鎮(zhèn)居民可逃生時(shí)間只有30～42 min。因此政府部門必須做好迅速反應(yīng)的撤離預(yù)案，規(guī)劃居民逃生方案和逃生路線，一旦火山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出火山爆發(fā)預(yù)警，立即組織居民撤離。

3.4 對(duì)比分析

據(jù)課題組的野外調(diào)查以及劉祥等[21]的研究，長(zhǎng)白山火山近代一次猛烈的活動(dòng)，即1 000 a前爆發(fā)時(shí)，赤峰期二道白河火山泥流層主要沿松花江中上游二道白河、三道白河及鴨綠江上游分布。其中主要沿二道白河成帶狀，特別是二道白河?xùn)|岸平緩地帶分布，最寬處達(dá)5 km，分布厚度3.0～24.4 m。

從圖8的計(jì)算結(jié)果可看出，流體單元在模型東側(cè)低洼部位集中，顯示厚度超過(guò)20 m(圖8a所示)，二道白河鎮(zhèn)的流體深度為13 m，其他不同位置流體深度不一?？梢姡瑯O端假定條件下的計(jì)算結(jié)果，與野外調(diào)查的長(zhǎng)白山火山千年大爆發(fā)時(shí)的泥石流分布情況基本相符合，計(jì)算結(jié)果基本合理、可信。

4 結(jié)論

1)極端假定條件下的計(jì)算結(jié)果，與野外調(diào)查的長(zhǎng)白山火山千年大爆發(fā)時(shí)的泥石流分布情況基本相符。

2)泥石流總體積為30.27億 m3時(shí)，泥石流在到達(dá)二道白河鎮(zhèn)時(shí)的流體厚度可達(dá)13 m左右，流速接近15 m/s ，在這種情況下，二道白河鎮(zhèn)將完全被泥石流淹沒(méi)，如果不能及時(shí)的疏散和撤離將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和人口損失。

3)不論哪種泥石流體積假設(shè)情況，泥石流都將到達(dá)二道白河鎮(zhèn)，并對(duì)其造成危害。

4)一旦火山爆發(fā)，二道白河鎮(zhèn)居民可逃生時(shí)間只有30～42 min。政府部門必須做好迅速反應(yīng)的撤離預(yù)案，規(guī)劃居民逃生方案和逃生路線，一旦火山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出火山爆發(fā)預(yù)警，立即組織居民撤離。

[1] 劉國(guó)明，楊景奎，王麗娟,等.長(zhǎng)白山火山活動(dòng)狀態(tài)分析[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2011，30(4)：393-399. Liu Guoming,YangJingkui,WangLijuan, et al.Active Level Analysis of the Tianchi Volcano in Changbaishan, China[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry,2011，30(4)：393-399.

[2] 武成智,劉俊清.長(zhǎng)白山天池火山災(zāi)害防御對(duì)策[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài),2012(6):256-258. Wu Chengzhi, Liu Junqing. Volcano Monitoring and Disaster Prevention of ChangbaishanTianchi[J]. Recent Developments in World Seismology, 2012(6):256-258.

[3] 劉嘉麒，郭正府，劉強(qiáng).火山災(zāi)害與監(jiān)測(cè)[J].第四紀(jì)研究，1999(5)：414-421. Liu Jiaqi, Guo Zhengfu, Liu Qiang. Volcanic Hazards and Monitoring[J].Quaternary Sciences, 1999(5):414-421.

[4] 劉祥，隋維國(guó)，王錫魁.長(zhǎng)白山火山1000年前火山泥流堆積及其災(zāi)害[J].長(zhǎng)春科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，30(1)：14-17. Liu Xiang, Sui Weiguo, Wang Xikui.Lahar Deposits of 1000 a B.P Eruption at Changbai Volcano and Their Hazards[J].Journal of Chang Chun University of Science and Technology， 2000,30(1):14-17.

[5] 劉祥.長(zhǎng)白山火山歷史上最大火山爆發(fā)火山碎屑物層序與分布[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版，2006,36(3):313-318. Liu Xiang, Sequence and Distribution of the Pyroclastic Deposits of the GreatestEruption of Changbaishan Volcano During the Period of History[J].Journal of Jilin University：Earth Science Edition, 2006,36(3):313-318.

[6] 魏海泉，金伯祿，劉永順. 長(zhǎng)白山天池火山地質(zhì)學(xué)研究的若干進(jìn)展與災(zāi)害分析[J].巖石礦物學(xué)雜志，2004,23(4):306-312. Wei Haiquan, Jin Bolu，Liu Yongshun. Some Advances in the Study of Volcanic Geology and a Hazards Analysis of Tianchi Volcano[J].Acta Petrologica ET Mineralogica, 2004,23(4):306-312.

[7] Cao B L, Zheng X Y, Wang H.Formation Conditions and Risk Evaluation of Debris Flow in Tianchi Lake Area of Changbai Mountains Natural Protection Area[C]. LandSlides: Risk Analysis and Sustainable Disaster Management,2005:91-97.

[8] 聶保鋒，劉永順，彭年. 長(zhǎng)白山天池火山泥石流分布特征及其形成模式研究[J]. 首都師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，30(1):70-75. Nie Baofeng, Liu Yongshun, Peng Nian. The Characteristics of Lahar Deposits at Tianchi Volcano[J].Journal of Capital Normal University：Natural Science Edition, 2009，30(1):70-75.

[9] 王慧. 長(zhǎng)白山天池地區(qū)泥石流形成條件及危險(xiǎn)度研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2004. Wang Hui. Research on Formation Conditions and Danger Degree of Debris Flow in the Tianchi Lake Area of Changbai Mountains[D].Changchun: Jilin University, 2004.

[10] 張學(xué)霞，薄立群，張樹文. 基于RS和GIS的長(zhǎng)白山火山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2003，12(1):47-55. Zhang Xuexia, Bo Liqun, Zhang Shuwen. Risk Assessment of Volcanic Hazards in Changbai Mountain Region Based on RS and GIS[J].Journal of Natural Disasters, 2003,12(1):47-55.

[11] 萬(wàn)園，許建東，林旭東.等. 基于數(shù)值模擬的長(zhǎng)白山天池火山泥石流災(zāi)害展布范圍分析及預(yù)測(cè)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2011，41(5):1638-1645. Wan Yuan, Xu Jiandong, Lin Xudong, et al. Analysis to the Lahars Extent in Changbai Mountains by Numerical Simulation[J]. Journal of Jilin University：Earth Science Edition, 2011,41(5):1638-1645.

[12] Lavigen F, Thouret J C, Voight B. Lahars at Merapi Volcano, Central Java: An Overview[J]. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2000, 100 (1/2/3/4):423-456.

[13] Jonathan L, Carrivick V M, Shane J C. A Fluid Dynamics Approach Modeling the 18th March 2007 Lahar at Mt. Ruapehu, New Zealand[J]. Bull Volcanol, 2009, 71(2): 153-169.

[14] Emmanuel J M, Carranza, Ofelia T C. Predicting Lahar-inundation Zones: Case Study in West Mount Pinatubo, Philipines[J]. Natural Hazards, 2006, 37(3):331-372.

[15] Saucedo R, Macia J L, Sheridan M F, et al. Modelling of Pyroclastic Flow of Colima Volcano, Mexico: Implications for Hazard Assessment[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2005, 139(1/2):103-115.

[16] 連惠邦. 泥石流泥沙體積濃度之研究[J].泥沙研究，2010(5):6-15. Lian Huibang. Sediment Concentration in Debris Flow[J]. Journal of Sediment Research, 2010(5): 6-15.

[17] 成都科技大學(xué)水力學(xué)教研室. 水力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1982. Hydraulicsteaching and Research Section of Chengdu University of Science and Technology.Hydraulics[M].Beijing: Higher Education Publishing House,1982.

[18] 王雪冬，李廣杰，彭帥英，等.泥石流輸沙體積濃度實(shí)驗(yàn)及預(yù)測(cè)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2012，42(增刊3): 355-360. Wang Xuedong，Li Guangjie，Peng Shuaiying, et al. Experiment and Prediction of Sediment Concentration in Debris Flow[J]. Journal of Jilin University：Earth Science Edition, 2012，42(Sup.3):355-360.

[19] 余斌. 不同容重的泥石流淤積厚度計(jì)算方法研究[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2010，30(2):207-211. Yu Bin. Study on the Method for Deposition Depth Calculation of Debris Flow with Different Densities[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering.2010,30(2):207-211.

[20] 袁中凡. 長(zhǎng)白山火山災(zāi)害次生泥石流運(yùn)行速度與斷面高度及影響范圍預(yù)測(cè)研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013. Yuan Zhongfan.The Prediction on Velocity, Section Height and Coverage of the Secondary Debris Flow Induced by Volcanic Disaster of Changbai Moutain[D]. Changchun: Jilin University, 2013.

[21] 劉祥，向天元. 中國(guó)東北地區(qū)新生代火山和火山碎屑堆積物資源與災(zāi)害[M].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)出版社，1997. Liu Xiang, Xiang Tianyuan.Cenozoic Volcanoes and Pyroclastic Deposits in Northeastern China Resources and Hazards[M]. Changchun: Jilin University Press,1997.

Prediction on the Hazardous Extent of the Secondary Debris Flow Induced by Volcanic Disaster of Changbai Moutains

Xu Peihua1,Yuan Zhongfan1, Li Guangjie1, Li Guang1, Du Wenhao1, Wang Yuehua2

1.ConstructionEngineeringCollege,JilinUniversity,Changchun130026,China2.ZhejiangInstituteofHydraulicsandEstuary,Hangzhou310020，China

Using FLOW-3D software, basing on the field geological investigation and parameters obtained from indoor simulation, the authors simulated occurrence and development process of a special flood like debris flows which caused by Changbai Mountain volcanic eruption.The process of occurrence can be described as a sudden heavy overflow of a volcanic lake water carrying a large volume loose debris (volcanic lahars deposits) through Tianchi gap quickly rushing down along the north slope.We simulated the influence of the debris flow to Erdaobaihe Town and drew the following conclusions:Under the condition of the debris flow volume of 3.027 billion m3, the town will be completely submerged by mudslides；no matter what kind of debris flow volume,Erdaobaihe Town will be eliminated by a debris flow once the volcano erupt,the escape time is only 30 to 42 minutes for the residents in the town.

volcanic disaster；the secondary debris flow；Erdaobaihe Town ；FLOW-3D

10.13278/j.cnki.jjuese.201504201.

2014-11-26

國(guó)土資源部公益性項(xiàng)目(201211095-6)

徐佩華(1979--)，女，副教授，博士，主要從事地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境評(píng)價(jià)研究、教學(xué)工作，E-mail:xuph@jlu.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201504201

P642.23

A

徐佩華，袁中凡，李廣杰，等. 長(zhǎng)白山火山次生泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)范圍預(yù)測(cè).吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(4):1155-1163.

Xu Peihua, Yuan Zhongfan, Li Guangjie, et al. Prediction on the Hazardous Extent of the Secondary Debris Flow Induced by Volcanic Disaster of Changbai Moutains.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(4):1155-1163.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201504201.