長白山泥石流物源量與堆積區形態關系研究★

杜文浩 付文韜 王政語 趙天雪

(吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026)

長白山泥石流物源量與堆積區形態關系研究★

杜文浩 付文韜 王政語 趙天雪

(吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026)

以長白山泥石流為研究對象，對長白山現場取回的碎屑物進行了室內實驗，利用室內泥石流模擬實驗裝置模擬泥石流形成過程，研究了不同物源量的情況下堆積區的變化情況，對堆積區最大堆積厚度、堆積長度、堆積寬度、堆積面積以及擴散角的測量數據和物源量進行擬合，結果表明，隨著物源量的增加，以上各參數都在不同程度地增加。

泥石流，物源量，模擬實驗

0 引言

長白山位于我國吉林省東部，與朝鮮接壤，是我國著名的風景旅游勝地。長白山又是一座多期噴發的活火山，在其頂部形成一個火山湖——天池。天池是松花江，圖們江，鴨綠江三江之源。天池呈橢圓形，周長約13 km，集水面積9.82 km2，平均水深200 m，最深處達373 m，是我國最深的火山湖和最深的湖泊[1]。一旦長白山火山噴發，天池潰決，池內數以億計的湖水順流而下，形成火山泥石流。火山泥石流一旦發生,會帶來極其嚴重的后果。據野外觀察,按二道白河—第二松花江的火山泥石流的分布及厚度可估計未來的火山泥石流,將可能摧毀現有位于松花江、鴨綠江水系的一系列大、中、小型水庫及水電站,從而形成全流域泛濫成災,釀成極為嚴重的原生和次生火山災害[2]。因此，做好長白山泥石流的防治工作尤其重要，孫平等[1]在2002年對長白山天池地區的火山泥石流的形成條件和發育特征進行了研究；聶保鋒等[3]根據距離火山口遠近不同堆積物所展現的不同特征，將長白山天池火山泥石流分為碎屑流相、過渡相和超富集流相。本次研究以長白山碎屑物為原料，通過室內土工實驗了解碎屑物的特征，然后利用室內模擬裝置模擬泥石流的全過程，研究泥石流物源量對堆積區的影響，為長白山泥石流的防治工作提供必要理論依據。

1 長白山泥石流的物質特征

本次研究主要分析了長白山碎屑物的粒度成分，實驗中用四分法取碎屑物樣品500 g進行篩分實驗，其結果如圖1所示。

從圖1可以看出，曲線前部和后部比較平緩，說明大顆粒和小顆粒的含量較少，大部分顆粒粒徑集中在20 mm～0.5 mm之間，土中粘粒含量少，在水流的沖刷下，顆粒很容易分散開來，有利于泥石流的形成。

2 泥石流模擬實驗方案及結論

2.1 實驗裝置

實驗采用的模擬裝置如圖2所示，裝置由物源槽、流通槽、堆積板、供水箱、尾料槽組成，供水槽通過水泵與物源槽相連，水泵輸水管裝有電磁流量計和閥門，分別用來測量和調節水流速度。物源槽設計成梯形，上底長為30 cm，下底長為140 cm，高為40 cm；流通槽長2.4 m，寬30 cm，兩側裝有玻璃板方便觀察泥石流運動，上與物源槽相連，下與堆積板相接；堆積板為長1.8 m，寬1.8 m的矩形帶肋鋼板。物源槽、流通槽和堆積板都可以通過調節改變其傾角，堆積板上方固定相機槽，方便拍照，堆積板尾部通過輸水管與底下的尾料槽相連。

2.2 實驗方案及結果分析

實驗首先固定物源區、流通區和堆積區的坡角分別為20°，10°和5°，然后將土樣平鋪于物源槽內，厚度分別為1 cm，1.5 cm，2 cm，2.5 cm，3 cm，控制其平鋪面積下底30 cm，上底110 cm，并稍稍壓實。接通水泵，調節閥門將水流流速控制在2.2 m3/h，沖刷時間為1 min。然后在堆積區部分測量不同位置堆積扇的厚度、堆積長度和寬度，以及堆積扇覆蓋面積和擴散角。實驗結果及分析如表1所示。

表1 泥石流模擬實驗結果

分別繪制堆積區覆蓋面積、堆積寬度、堆積長度、最大堆積厚度與物源區體積的擬合曲線，如圖3～圖6所示。由于第一組物源量較小，在堆積區形成的堆積扇形態與其他幾組出入較大，因此曲線擬合時以后四組數據作為參考。

分析圖3～圖6擬合曲線可知：隨著物源區體積的增加，堆積區覆蓋面積、堆積寬度、堆積長度、最大堆積厚度都在不同程度地增加。但是堆積寬度增加速率最快，堆積面積增加最為緩慢。可以得出在物源區體積增加時，泥石流被沖向堆積區的分布主要以橫向運動為主，以致形成此現象。

再繪制物源區體積與堆積區擴散角的擬合曲線，如圖7所示。

相對于以上幾組曲線，物源區體積與堆積區擴散角增加的趨勢更加明顯，這是由于橫向運動明顯的原因，驗證了泥石流在堆積區的運動以橫向擴張為主。

3 結語

通過以上對長白山泥石流的模擬實驗得出以下結論：

1)從碎屑物的特征來看，碎屑物的粒徑主要集中于20 mm～0.5 mm之間，粘粒含量少有利于泥石流的形成。

2)從泥石流模擬結果分析，物源量增加，堆積區的分布區域在增大，其流動長度、厚度、面積增加較小，而堆積扇寬度和擴散角增加顯著，說明泥石流的運動以橫向擴張運動為主。在防治泥石流時，應在潛在堆積區范圍內更要注意加強排導措施。

[1] 孫 平,王鋼城,曹炳蘭.長白山旅游區泥石流災害研究[J].世界地質，2002(10)：33-34.

[2] 崔鐘燮,張三煥.長白山火山活動的現狀和未來展望[J].國際地震動態，1999(3)：37-38.

[3] 聶保鋒,劉永順,彭 年.長白山天池火山泥石流分布特征及其形成模式研究[J].首都師范大學學報(自然科學版)，2009(7)：15-16.

[4] 王雪冬，李廣杰，彭帥英，等.泥石流輸沙體積濃度實驗及預測[J].吉林大學學報，2012(4)：92-93.

[5] 劉國超.物質成份對長白山火山次生泥石流影響范圍的分析[D].長春：吉林大學，2013.

[6] 王子健.二道白河地區泥石流危險范圍預測[D].長春：吉林大學，2013.

[7] 瞿燕林，王艷梅.泥石流及其防治措施綜述[J].西部探礦工程，2013(2)：57-58.

Research about the influence of amount of debris on Changbai Mountain debris flow★

DU Wen-hao FU Wen-tao WANG Zheng-yu ZHAO Tian-xue

(CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China)

Debris flow of Changbai Mountain was selected as the object of this research. We carried out soil test using different samples in Changbai Mountain. Then built the simulation test platform to simulate the formation of debris flow, and discuss the variation of accumulation zone with the different amount of debris. Do the fitting about simulate thickness, length, width, area, spread angle with the amount of debris. The result showed that with the increase of debris in provenance section, the data above increased in different degree.

debris flow， amount of debris， simulation experiment

1009-6825(2014)34-0072-02

2014-09-21

★:本文受國土資源部公益項目(項目編號：201211095-6)和吉林大學“大學生創新項目”(項目編號：2013A63210)資助

杜文浩(1991- )，男，在讀本科生； 付文韜(1992- )，男，在讀本科生； 王政語(1992- )，男，在讀本科生； 趙天雪(1992- )，女，在讀本科生

P642

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