強震區(qū)溝谷寬緩組合對泥石流動力學(xué)特征影響研究

趙宇鵬 楊太強 王昆 程偉 羅軍堯

收稿日期：2023-05-15；接受日期：2023-10-18

基金項目：國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目（U22A202602）

作者簡介：趙宇鵬，男，碩士研究生，研究方向為工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害。E-mail：zyp2810@163.com

通信作者：楊太強，男，博士，主要從事地質(zhì)災(zāi)害等方面的研究。E-mail：ytq7958@163.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章編號：1001-4179（2024） 06-0167-09

引用本文：趙宇鵬，楊太強，王昆，等.

強震區(qū)溝谷寬緩組合對泥石流動力學(xué)特征影響研究

［J］.人民長江，2024，55（6）：167-175.

摘要：岷江上游分布著大量寬緩型和窄陡型泥石流溝，溝道的寬緩和窄陡對泥石流動力學(xué)特征具有重要影響。以岷江上游寬緩型溝谷桃關(guān)溝為研究對象，采用Massflow軟件模擬再現(xiàn)了溝谷內(nèi)泥石流的動力過程，得到了“寬緩支溝+寬緩主溝”“窄陡支溝+寬緩主溝”兩種組合下的泥石流動力學(xué)特征。研究表明：流域內(nèi)不同級別支溝間的寬緩組合對泥石流的運移具有顯著影響，這種溝間組合因素影響了泥石流的速度和泥深。 “窄陡+寬緩”組合下，前期泥石流流速較大，下蝕效應(yīng)明顯，擴散路徑長，后期多淤積；而“寬緩+寬緩”組合下，溝內(nèi)泥石流的側(cè)蝕效應(yīng)更顯著，加劇了溝道的演化。這兩種組合下的泥石流均有堵塞河道進(jìn)而發(fā)育成堰塞湖的風(fēng)險。研究成果提高了關(guān)于溝道寬緩組合對泥石流運移影響的認(rèn)識，可為溝谷類泥石流危險性評價提供參考。

關(guān)? 鍵? 詞：泥石流； 溝谷形態(tài)； 寬緩-窄陡； 動力特征； 強震區(qū)； 岷江上游

中圖法分類號： P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.06.023

0? 引 言

泥石流常啟動于溝谷或山坡，是一種由暴雨、融雪等水源激發(fā)，并裹挾有大量泥沙、石塊和巨礫等物質(zhì)的兩相流體，按集水區(qū)地貌特征劃分為溝谷型泥石流和坡面型泥石流［1］。中國川渝地區(qū)群山綿延、雨水豐沛，常發(fā)生泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。特別是岷江上游流域受2008年“5·12”汶川特大地震的影響［2］，滑坡、泥石流等災(zāi)害頻發(fā)，該流域內(nèi)有“寬緩”和“窄陡”兩種類型的溝谷型泥石流［3］?！皩捑彙睖瞎刃吞攸c：① 流域面積X1＞10 km2；② 溝床平均縱坡降X4＜200‰；③ 流域?qū)挾染植靠蛇_(dá)到80～100 m?！罢浮睖瞎刃吞攸c：① 流域面積X1＜2 km2；② 溝床平均縱坡降X4＞300‰；③ 流域平均寬度小于50 m。

泥石流的啟動、發(fā)育和淤積不僅受到泥石流自身流變特征的影響［4-5］，還受到泥石流所處流域幾何特征的制約［6］。泥石流的敏感性分析常常與地貌演化階段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，分支小流域地貌演化程度的差異大體決定了主溝泥石流的來源，因此，面積-高程和面積-坡度積分常作為泥石流敏感性及物質(zhì)供給能力的判斷依據(jù)［7-10］。強震區(qū)泥石流精細(xì)化預(yù)報模型已經(jīng)得到了改進(jìn)［11］，在模型中考慮了泥石流形成區(qū)溝道寬度和顆粒粒徑的影響，并在多次強震區(qū)泥石流事件中得到良好驗證。趙賓杰等對169條泥石流溝地形參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，重點研究了流通區(qū)溝道寬度、流通區(qū)及形成區(qū)溝床平均縱比降，給出了窄陡泥石流溝的具體參數(shù)，這對泥石流類型的區(qū)分及窄陡型泥石流研究提供了參考［12］。在云南省怒江流域，一些泥石流的發(fā)生特征也顯著受到溝道形態(tài)的影響，比如溝道寬度的突然變窄等［13-14］，研究表明怒江東月各泥石流的強致災(zāi)能力與臨近溝口處的溝道大轉(zhuǎn)彎以及寬度突變有關(guān)［15］。目前，對泥石流動力學(xué)特征的研究主要采用現(xiàn)場實驗法、室內(nèi)實驗法和數(shù)值模擬法。其中數(shù)值模擬法常被用作泥石流災(zāi)害的動力學(xué)過程研究，并且在災(zāi)害分區(qū)評估中具有重要作用［16-18］。常用的泥石流數(shù)值模擬軟件主要有FLO-2D、CFX、Massflow等。比如：胡卸文等基于流體動力學(xué)軟件對CFX的桃關(guān)溝與江口溝開展了泥石流的模擬與反演，分析了泥石流對溝口段建筑造成的沖擊淤埋問題以及泥石流危險區(qū)范圍分布情況［19-20］；于虹等基于SPH-SEM耦合方法討論了泥石流沖擊輸電塔時的動力學(xué)特征及擴散行為［21］；陳明等基于FLO-2D軟件的強震區(qū)窄陡型瓦窯溝泥石流模擬再現(xiàn)了其啟動、侵蝕、堆積動力演化過程［22］，研究了窄陡型泥石流動力學(xué)特征以及泥石流的啟動、挾帶和擴散過程，為強震區(qū)窄陡型泥石流的風(fēng)險評估、監(jiān)測預(yù)警提供了重要參考。

目前，國內(nèi)外對泥石流流域特征的研究較多，對泥石流的研究方法多種多樣［16-22］，但對于多支溝泥石流，特別是流域內(nèi)不同級別溝道間的寬緩組合對泥石流動力過程及流域地貌演化的影響研究仍存在空白。本次研究依托汶川縣桃關(guān)溝流域的地形地貌及“7·10”災(zāi)難性泥石流事件，通過數(shù)值模擬研究，闡明寬緩組合變化對溝道泥石流運動的影響。通過了解泥石流在不同寬緩組合條件下的流動特征，將有助于制定合理、有效的減災(zāi)工程設(shè)施。

1? 研究區(qū)概況

桃關(guān)溝位于汶川縣映秀鎮(zhèn)街上村，源于岷江左岸的桶棚梁子，屬岷江左岸一級支流，夾在龍門山系和邛崍山系之間，溝口坐標(biāo)為103°29′9.02″E，31°15′7.47″N，其流域形態(tài)似扇形（圖1），總體流向由東北向西南，流域面積約50.86 km2，主溝長約13.3 km，發(fā)育多條支溝，主溝溝口有大量居民區(qū)和工業(yè)區(qū)。

桃關(guān)溝流域位于龍門山華夏系構(gòu)造體系中南段的九頂山華夏系構(gòu)造帶內(nèi)，屬甘孜－松潘地槽褶皺帶與揚子地臺之間隙褶皺亞系，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動頻繁，其中第四系活動斷裂茂汶斷裂帶對研究區(qū)影響較大。由于一系列大型斷裂帶的影響，研究區(qū)所處的汶川縣地震活動頻繁，據(jù)地震烈度分級標(biāo)準(zhǔn)，屬Ⅷ度地震烈度區(qū)，頻繁的地質(zhì)構(gòu)造運動使得流域內(nèi)的坡積物變得松散。據(jù)統(tǒng)計，受強震影響，研究區(qū)出現(xiàn)了大量的滑坡和不穩(wěn)定坡體，僅“5·12”地震引起的新增物源點達(dá)百余處，估算各類松散物源總量達(dá)2 800萬ｍ3，物源散布在流域的主、支溝中，常布于坡度較陡的區(qū)域，上游物源儲量相較多于下游，這為泥石流的暴發(fā)提供了良好的物質(zhì)條件。

研究區(qū)所處的映秀鎮(zhèn)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，根據(jù)相關(guān)氣象資料，該區(qū)域年均降水量常年在1 253.1 mm左右，雨季集中在5～9月，7、8月為降雨峰值期，常發(fā)生暴雨。強降雨會導(dǎo)致巖土體軟化飽和，降低其抗剪強度并增加容重，加劇溝道內(nèi)坡體的不穩(wěn)定。因此，暴雨不僅為泥石流啟動提供了充足的水動力，還間接為其提供了豐富的固體物源。

根據(jù)相關(guān)評估［23］，桃關(guān)溝屬極度危險的泥石流溝，歷史上曾多次發(fā)生大規(guī)模泥石流事件。2008年汶川“5·12”大地震是桃關(guān)溝泥石流發(fā)生頻率的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。地震前，該流域分別于 1890、1963、1991年雨季發(fā)生泥石流事件；地震后，暴發(fā)了2010年“8·13”、2012年“8·17”、2013年“7·10”特大泥石流事件，2019年“8·21”小規(guī)模山洪泥石流。

2? 流域幾何特征

桃關(guān)溝流域?qū)偕钋懈钪?、高山侵蝕地形，溝道上陡下緩，平均坡降197 ‰，主溝坡降從兩河口的113 ‰降至溝口的61 ‰，支溝平均坡降普遍高于主溝（表1），具有山高坡陡的特點。流域平均坡度在35°以上，下游主溝的溝道寬度在60～120 m之間；如圖2、圖3（f）所示，下游主溝溝內(nèi)多緩坡（19°～30°），岸坡坡度大，具有“U”形谷的特點；上游支溝多，除上桃關(guān)溝、高巖溝外，其余支溝溝道較窄小，溝長較短（表1、圖3），具有“V”形谷的特點。根據(jù)文獻(xiàn)的劃分標(biāo)準(zhǔn)［3］，流域內(nèi)枧槽溝、漆樹溝、小段溝等數(shù)條支溝屬“窄陡”型溝道，上桃關(guān)溝和高巖溝屬“寬緩”型溝道。流域內(nèi)水系發(fā)育，下桃關(guān)溝為主溝，上桃關(guān)溝和高巖溝是該流域的一級支溝，一級支溝發(fā)育多條二級支溝，上游發(fā)生的泥石流常啟動于二級支溝，流入一級支溝，在兩河口呈“Y”形交匯，匯入主溝，發(fā)生堆積。

3? Massflow泥石流運動模擬

3.1? Massflow模擬原理

泥石流是多相流體，具有流體的力學(xué)性質(zhì)，其運動過程同樣遵循流體力學(xué)的質(zhì)量守恒規(guī)律和動量守恒規(guī)律。Massflow是利用改進(jìn)的Navier-Stokes方程，將方程中的變量在深度方向進(jìn)行積分，進(jìn)而推導(dǎo)出質(zhì)量守恒方程（式（1））和動量守恒方程（式（2）～（4）），最后求得流體的流速和泥深。

ρt+ρux+ρvy+ρwz=0（1）

ρut+ρu2x+ρuvy+ρuwz

=ρgx+τxxx+τyxy+τzxz（2）

ρvt+ρuvx+ρv2y+ρvwz

=ρgy+τxyx+τyyy+τzyz（3）

ρwt+ρuvx+ρvwy+ρw2z

=ρgz+τxzx+τyzy+τzzz（4）

式中：u，v，w 分別代表流體速度在 x，y，z 軸上的分量；ρ為流體的密度；t為時間；τij為不同方向上的應(yīng)力分量；gx，gy，gz分別代表重力加速度g在x，y，z軸上的分量，表達(dá)成矩陣形式如下：

gxgygz=cosθy0－sinθy010sinθy0cosθy 1000cosθxsinθy0－sinθxcosθx 00g（5）

3.2? Massflow模擬參數(shù)

3.2.1? 地形參數(shù)處理

地形參數(shù)主要包括四川省2020年12.5 m數(shù)字高程模型（DEM）和桃關(guān)溝流域高精度衛(wèi)星影像圖。將獲取的DEM導(dǎo)入ArcGIS中，利用掩膜提取功能，截取出研究區(qū)DEM，然后再通過轉(zhuǎn)換工具中的Raster to ASCⅡ，將柵格化的DEM轉(zhuǎn)化成可以導(dǎo)入Massflow軟件的ASC碼。

3.2.2? 泥石流溝道選取

考慮到其他支溝溝道在地形特征等方面與本文所選取具體支溝道具有相似性，并且有些溝道從目視解譯情況來看暴發(fā)成規(guī)模的泥石流概率較低，故選取枧槽溝（Jcg）、銀溝（Yg）、漆樹溝（Qsg）和小段溝（Xdg） 、桃關(guān)1號支溝（Tgzg）、上桃關(guān)溝（Stgg）和高巖溝（Gyg）作為典型代表。因此，本次模擬分別選取了5條窄陡型支溝和2條寬緩型支溝，共7種工況，具體類型見表2。

3.2.3? 泥石流參數(shù)確定

（1） 密度。

泥石流密度反映了其物理力學(xué)性質(zhì)，常采用現(xiàn)場配漿法、經(jīng)驗公式法、查表法等方法確定。由現(xiàn)有文獻(xiàn)對桃關(guān)溝泥石流堆積物配制漿液測量并多次校正的結(jié)果可知［20，24］，桃關(guān)溝泥石流漿液密度介于1.756～1.830 t/m3，但測得“7·10”泥石流漿體密度γc為1 731 kg/m3，綜合取值，本文模擬中桃關(guān)溝泥石流密度為1 744 kg/m3，屬過渡性黏性泥石流。

（2） 流量。

由于缺乏連續(xù)的泥石流流量觀測數(shù)據(jù)，常采用簡單五邊形概化方法來描述泥石流的流量過程曲線。劉鐵驥等［25］在冷漬溝泥石流的Massflow數(shù)值模擬中對流量過程曲線采用了簡單概化五邊形理論，本文仍采用該理論。考慮到泥石流在最不利條件下的災(zāi)害效應(yīng)，本次模擬以桃關(guān)溝“7·10”泥石流峰值流量為參考［20，24］，本文模擬確定峰值流量為630 m3/s，時間為1 800 s，如圖4所示。

（3） 摩擦模型。

Massflow軟件中提供了多種基底摩擦模型，Voellmy 模型是基于庫倫模型演變的一種經(jīng)驗性模型，該模型將基底摩擦阻力與速度視為正比關(guān)系，并考慮了流體的湍流系數(shù)，常適用于泥石流、泥流等災(zāi)害［26］：τb=σμ+ρgv2ξ（6）

式中：τb為基底的剪應(yīng)力，Pa；σ為正應(yīng)力，Pa；μ為摩擦系數(shù)；ρ為泥石流平均密度，kg/m3；ξ為湍流系數(shù)，m/s2。

本次模擬采用Voellmy 模型，摩擦系數(shù)（μ）和湍流系數(shù)（ξ）是Massflow建模的重要參數(shù)，參考該流域周邊溝道模擬的驗算參數(shù)［27］，μ和ξ分別取值為0.1和300。

（4） 啟動點。

泥石流的啟動點受到降雨、地質(zhì)、地形等影響，具有隨機性和不確定性。根據(jù)研究，較陡的坡道更易引發(fā)泥石流，其中26.6°的溝道坡度是泥石流啟動的轉(zhuǎn)折點［6］；西南地區(qū)泥石流溝中 25°～45°范圍的坡積物在強降雨誘發(fā)下極易失穩(wěn)［28］，從而暴發(fā)滑坡、泥石流等山地災(zāi)害。運用ArcGIS提取的桃關(guān)溝坡度因子（流域內(nèi)25°～45°坡度范圍與流域面積比值）為0.66，這與黃成等［29］研究結(jié)果接近。結(jié)合前人研究，本次模擬將7條支溝的泥石流啟動點坡度范圍確定為26°～35°。

3.3? 模擬結(jié)果及分析

本文模擬結(jié)果包含了7種工況下的流速和泥深（圖5）。為分析這兩種類型下泥石流的整體流速和泥深，本文利用ArcGIS軟件隨機提取每種工況下100組點源數(shù)據(jù)，采用了統(tǒng)計學(xué)方法，計算各工況的平均流速和泥深。最后利用ArcGIS軟件測算了各工況下泥石流的運移路徑。具體結(jié)果見表3。

從圖5（c）、（f）和（d）、（g）來看，工況3、6和工況4、7中泥石流的擴散路徑較多重疊，可作為“窄陡+寬緩”組合與“寬緩+寬緩”組合下的典型進(jìn)行對比。結(jié)合表3可知，工況3的流速相比工況6高了6.41 m/s，增加298 %，工況4的流速相比工況7高了3.75 m/s，增加97 %；工況3的運移路徑相比工況6多1.65 km，工況4的運移路徑相比工況7多1.07 km；而工況3的泥深相比工況6低了1.36 m，降低16.64 %，工況4的泥深相比工況7低了1.37 m，降低16.91 %。因此，在泥石流參數(shù)相同的條件下，“窄陡+寬緩”（工況3、4）組合下泥石流的流速明顯高于“寬緩+寬緩”（工況6、7）組合下流速。但從泥深來說，“窄陡+寬緩”組合下的泥石流淤積略低于“寬緩+寬緩”組合。就泥石流運移路徑而言，“窄陡+寬緩”組合下的溝道更利于泥石流的遠(yuǎn)程擴散。

由圖5（a）、（b）、（e）中可知，泥石流啟動的支溝盡管接近主溝溝口，但最終仍沒有沖出溝口、堵塞岷江，這與 “7·10” 桃關(guān)溝泥石流實際發(fā)生的沖出規(guī)模相一致。相較于其他工況，工況1、2、5的泥石流這3種工況下的流速、泥深、運移路徑等參數(shù)都較為接近。從圖2流域近溝口的高程和坡度變化可以看出，隨著下游主溝的加寬，泥石流的淤積逐漸變大，不斷降低了溝道縱坡坡降，迫使流體沖出動能逐漸減小，有效控制了其沖出規(guī)模。

總地來說，在泥石流發(fā)生前，受地形地貌的影響，流域內(nèi)泥石流的發(fā)生其實是在流域的局部地貌下活動的，因此，流域內(nèi)溝道寬緩組合作為一種局部地貌的顯現(xiàn)造成了泥石流活動性與動力特征的差異。

4? 泥石流沖、淤變化特征

4.1? 泥石流動力學(xué)參數(shù)橫向分布特征

為了解上述兩種組合下溝內(nèi)泥石流的動力學(xué)參數(shù)橫向分布變化，本文分別對工況1～7的模擬結(jié)果隨機截取4個斷面，支溝先取2個面、主溝后取2個面，并分別編號JM1、JM2，截面內(nèi)順次取8個點，以獲取對應(yīng)點位的流速和泥深。

4.1.1? 窄陡型+寬緩型

如圖6（a）所示，泥石流在窄陡溝道內(nèi)流速多表現(xiàn)出中間大、邊緣小的特點，泥深表現(xiàn)正好與流速相反，這與實際的泥石流觀測數(shù)據(jù)是一致的［28］。造成這種流速橫向分布方式的原因是復(fù)雜的，多數(shù)研究認(rèn)為是邊界約束以及流體性質(zhì)共同作用下的結(jié)果，而流動強度、斷面寬深比和邊壁相對粗糙度是影響速度分布的重要因素［30］，但其系統(tǒng)機制研究仍然不夠深入且尚無定論［31-32］。

如圖7（a）所示，在寬緩主溝中，泥石流橫向流速多呈中間小、邊緣大的特點，而泥深呈中間大、邊緣小的特點。從這種變化可知，隨著下游主溝溝道變寬，流體緩慢沖蝕下游溝道，龍頭流速逐漸減小，溝道中部出現(xiàn)淤積，但后發(fā)泥石流流速較大，當(dāng)后發(fā)泥石流疊加前陣淤積泥石流時，流速矢量方向發(fā)生改變（圖8），導(dǎo)致流速出現(xiàn)邊緣大于中部的現(xiàn)象。

4.1.2? 寬緩型+寬緩型

如圖5 （f）、（g）和圖9所示，該組合方式下，無論主、支溝，流體均表現(xiàn)出泥深大、流速小的特點，泥石流橫向流速呈中間小、邊緣大的特點，而泥深呈中間大、邊緣小分布，說明溝內(nèi)的泥石流仍以既沖又淤的方式發(fā)展。沖以緩慢的沖刷下切作用為主，圖9（a）中Gyg-JM1數(shù)據(jù)取自溝內(nèi)直道段，流速、泥深曲線走勢與窄陡溝道下泥石流變化規(guī)律相似，Gyg-JM2取自Gyg-JM1之后，且橫向流速右邊部大于中部，溝中偏左的區(qū)域有淤積。可以發(fā)現(xiàn)，泥石流在直溝道中緩慢流動，流經(jīng)窄道時，流速增大，過窄道后，流速減小，泥深變大，出現(xiàn)停淤，因此，當(dāng)后發(fā)泥石流在沖入前方停淤泥石流時，流速矢量方向向溝道兩側(cè)偏移，導(dǎo)致邊緣泥石流流速大于中部流速，這會促使泥石流加強對溝邊物源的側(cè)蝕，從而加劇溝道變寬［33］。如圖5（f）、（g）和圖9（b）所示，淤是寬緩溝道的常見現(xiàn)象，淤積常由溝道寬緩、溝內(nèi)堆積形成的攔截或溝內(nèi)的急轉(zhuǎn)彎以及主支溝大角度交匯時候的“彎道超高”的消能作用所引起，但對于寬緩組合溝道而言，溝道的寬緩與溝內(nèi)急轉(zhuǎn)彎和主支溝交匯角的組合效應(yīng)，會加重泥石流淤積，或發(fā)育成堰塞湖［34］，增加了泥石流的致災(zāi)風(fēng)險。

4.2? 致災(zāi)效應(yīng)分析

從泥石流流速和泥深的橫向分布特征來看，“窄陡支溝+寬緩主溝”組合下，窄陡支溝中流速較高，以沖刷揭底、溯源侵蝕的方式侵蝕溝內(nèi)物源，且橫向流速多呈中部大于邊緣的方式分布，因此，泥石流的下蝕效應(yīng)更顯著；而“寬緩支溝+寬緩主溝”組合下，由于溝內(nèi)淤積，泥石流橫向流速多呈邊緣大于中部的方式分布，故泥石流的側(cè)蝕效應(yīng)更顯著。但無論哪種溝道組合方式，下游寬緩主溝溝內(nèi)都存在淤積。淤積的增加導(dǎo)致溝內(nèi)形成堰塞壩，或遇上暴雨形成新一輪泥石流事件，或在后發(fā)泥石流沖擊下發(fā)生潰壩災(zāi)害，短時形成大方量泥石流，淹沒并沖毀下游構(gòu)筑物，這與岷江流域泥石流災(zāi)害評價的結(jié)果一致［3，23，33］。桃關(guān)溝主溝溝道長且寬緩，溝內(nèi)易出現(xiàn)堵潰，加之主支溝和支溝間溝谷長度、縱坡坡降、溝道形態(tài)特征的差異，造成泥石流表現(xiàn)出持續(xù)時間長、沖出規(guī)模大、各支溝形成洪峰匯至溝口的時間呈錯峰抵達(dá)的特點，因此，當(dāng)支溝群發(fā)泥石流時，可能出現(xiàn)陣流現(xiàn)象。若出現(xiàn)陣流時，則屬多種組合的疊加效應(yīng)。窄陡支溝的高流速有利于夾帶溝內(nèi)物源，增加下游溝道泥石流規(guī)模，同時溝內(nèi)形成的高能量流體，若其流入主溝，將猛烈沖擊主溝內(nèi)堰塞壩，加大潰壩風(fēng)險。寬緩支溝溝內(nèi)發(fā)生淤積，一旦潰壩，瞬時形成大方量泥石流，沖入主溝，可能會導(dǎo)致多級潰壩。

泥石流發(fā)生后的地貌效應(yīng)，即泥石流發(fā)生后有些區(qū)段由于刮鏟、夾雜效應(yīng)會引起溝床侵蝕下切，而有些地方淤積，形成泥石流灘地地貌，這與泥石流發(fā)生后的地形變化是息息相關(guān)的。

5? 結(jié) 論

桃關(guān)溝流域主支溝有兩種組合形式，分別是“寬緩型支溝+寬緩型主溝”和“窄陡型支溝+寬緩型主溝”。通過地理信息系統(tǒng)分析了溝谷地貌形態(tài)，并基于Massflow軟件平臺對主支溝組合形式下的泥石流動力特征進(jìn)行了對比分析，得到以下結(jié)論：（1） “窄陡+寬緩”組合下，高流速多出現(xiàn)于窄陡支溝，大淤積多發(fā)生于寬緩主溝。這種組合下泥石流是以先沖后淤的方式發(fā)育的，以先下蝕后側(cè)蝕的方式侵蝕溝道及溝內(nèi)物源；而“寬緩+寬緩”組合下，泥石流流速小、泥深大、運移路徑較大，泥石流在該組合下是以既沖又淤的方式發(fā)育的，主要以側(cè)蝕的方式侵蝕溝道，加劇溝道變寬。

（2） 泥石流在上述兩種組合下都可能淤積形成堰塞壩，或發(fā)育成堰塞湖，一旦遇上暴雨或洪水，淤積物將會成為物源，引起泥石流動量增加，為大型泥石流的孕育和發(fā)生提供便利條件。若考慮群溝組合效應(yīng)，不排除鏈?zhǔn)綖?zāi)害的風(fēng)險。

（3） 宏觀上來說，對于泥石流所具有的這種非線性現(xiàn)象，在溝道不同組合情況下，初始幾何條件可能決定了其演化的大方向。同時，上述結(jié)果也表明，流域內(nèi)各級支溝的流域特征及組合關(guān)系，除了流體性質(zhì)外，可以成為防止泥石流致災(zāi)的關(guān)鍵因素。

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（編輯：鄭 毅）

Influence of combination of gentle and steep gullies on dynamic characteristics of debris flows in a strong earthquake area

ZHAO Yupeng1，YANG Taiqiang2，WANG Kun2，CHENG Wei2，LUO Junyao2

（1.Faculty of Land and Resources Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China;

2.Power China Kunming Survey and Design Institute，Kunming 650051，China）

Abstract：

There are a large quantity of wide-gentle gullies and narrow-steep gullies in upstream of Minjiang River basin.The geometry of gullies has important influences on kinetic characteristics of debris flows.Taking Taoguangou gully，a wide-gentle gully in the upper reaches of Minjiang River，as the research object，we used Massflow software to simulate the dynamic process of debris flow in the gully，and the dynamic characteristics of debris flow with "narrow-steep branch channel+wide-gentle main channel， or wide-gentle branch channel+wide-gentle main channel" were obtained.The results show that the combination of wide-gentle channels of different levels in the basin has a significant effect on the initiation mode and behavior of debris flows，which affects the velocity and mud depth of debris flows.Under the combination of "narrow-steep+wide-gentle"，the flow velocity of debris flow is large in the early stage，the effect of down-cutting is obvious，the run-out path is long，and the sedimentation is more in the later stage.Under the combination of "wide-gentle+wide-gentle"，the lateral erosion effect of debris flow in the trench is more significant，which intensifies the evolution of the trench.Both the two combinations have the risk of blocking the river and developing into a barrier lake.This study improves the understanding of the influence of wide-gentle channel combination on debris flow migration and is helpful to the future risk assessment of debris flow.

Key words：

debris flow; gully geomorphology; wide-gentle and narrow-steep; dynamic characteristics; strong earthquake area; upstream of Minjiang River