藏東地區(qū)泥石流研究方法淺析

(西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏 拉薩 850000)

引言

青藏高原地區(qū)幅員遼闊，約占我國(guó)國(guó)土面積的四分之一，在板塊運(yùn)動(dòng)和季風(fēng)氣候的雙重作用下，產(chǎn)生了極具特色的高原環(huán)境。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，氣候多變，雨水的時(shí)空分布特征明顯。西藏地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)與氣候環(huán)境，導(dǎo)致該地區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā)，根據(jù)2009年西藏地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同縣、市、區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)總數(shù)一共7973處，其中泥石流4269處，超過(guò)地質(zhì)災(zāi)害隱患總數(shù)的一半[1]。根據(jù)西藏自治區(qū)國(guó)土資源廳2014年地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情的公示，全區(qū)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害102起，其中泥石流62起，占災(zāi)害總數(shù)60.8%。

一、藏東泥石流概況

藏東地區(qū)泥石流由于高原環(huán)境的特殊性有其獨(dú)特的特點(diǎn)，藏東高原區(qū)氣候主要為大陸性氣候與高原海洋性氣候，年溫差最大達(dá)50多攝氏度，年降雨量在430mm到1100mm之間，降雨集中在6到9月份。藏東泥石流類型主要為冰川型、暴雨型、冰川—暴雨型等，其中冰川型又分為冰雪融水型、冰湖潰決型、冰崩雪崩型，由于藏東地區(qū)山區(qū)高山深谷縱橫，泥石流有高山遠(yuǎn)程啟動(dòng)的特點(diǎn)。其中冰湖潰決泥石流是由于高原冰湖潰決引發(fā)洪水進(jìn)而形成泥石流，冰湖潰決的誘因有許多，例如冰雪融水、降雨、地震、雪崩冰崩等。藏東地區(qū)由于風(fēng)化、地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響，破碎的巖體、風(fēng)化的砂石等都會(huì)為泥石流提供物源。

二、研究情況概述

泥石流因?yàn)槠鋸?fù)雜性，許多學(xué)者從不同角度對(duì)泥石流進(jìn)行了研究。有學(xué)者通過(guò)對(duì)大量泥石流的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，推導(dǎo)出了泥石流流速、沖擊力等參數(shù)的推導(dǎo)公式。還有人從能量耗散角度出發(fā)，在泥石流的運(yùn)輸過(guò)程中，由于土的剪切力、粘阻力、紊動(dòng)阻力、物源等因素使泥石流流體能量消耗，從能量角度研究泥石流的減災(zāi)措施[6]。隨著科技的進(jìn)步，衛(wèi)星遙感技術(shù)也在泥石流的形成、流域等方面獲得了廣泛應(yīng)用。在泥石流的研究中，物理模型實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究運(yùn)用較多。

三、模擬實(shí)驗(yàn)

西藏地區(qū)由于深山峽谷眾多，地形險(xiǎn)峻，地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)泥石流的監(jiān)控研究難度較大，很難對(duì)每個(gè)泥石流區(qū)域設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)。在我國(guó)的泥石流研究中，除了少數(shù)專家學(xué)者采用了野外原型試驗(yàn)外，大部分學(xué)者采用了室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)與數(shù)值模擬的方法對(duì)泥石流的形成、啟動(dòng)、破壞模式等方面進(jìn)行了研究。

(一)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)主要分為兩種，一種是采用水流沖刷方式的模擬實(shí)驗(yàn)，采用直斜式溝槽模擬泥石流溝床，供水箱提供水源模擬水流沖刷下泥石流的形成。另一種是采用人工降雨方法的模擬實(shí)驗(yàn)，相對(duì)與前一種方法，運(yùn)用人工降雨的方法模擬自然降雨條件下泥石流的形成。在水流沖刷實(shí)驗(yàn)研究泥石流啟動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，大部分研究采用的清水，但考慮到實(shí)際水流沖刷中含有大量泥土或砂石，應(yīng)該對(duì)水流進(jìn)行含泥沙化的處理后再進(jìn)行沖刷實(shí)驗(yàn)。而人工降雨實(shí)驗(yàn)中研究降雨條件滑坡轉(zhuǎn)化為泥石流的研究比較多，考慮到泥石流的形成條件比較復(fù)雜，往往需要考慮到物源補(bǔ)給、流域流向泥石流溝演化等方面。

(二)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)

考慮到室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)有眾多局限性，無(wú)法對(duì)研究區(qū)地形、泥石流流域、物源補(bǔ)給等方面進(jìn)行模擬。隨著國(guó)內(nèi)流體力學(xué)的發(fā)展，流體的數(shù)值模擬方法在許多領(lǐng)域有著應(yīng)用和發(fā)展，由于泥石流的特殊性，有學(xué)者將數(shù)值模擬的方法用于了泥石流的研究中。通過(guò)數(shù)值模擬軟件可以對(duì)研究區(qū)的實(shí)際地形、物源補(bǔ)給區(qū)、流固耦合等進(jìn)行模擬，對(duì)泥石流的流速、流向、沖擊力等方面進(jìn)行研究。

四、總結(jié)

藏東地區(qū)由于其獨(dú)特的高原環(huán)境，發(fā)育了例如冰磧湖泥石流、冰川泥石流等有特色的泥石流，由于該地區(qū)山區(qū)海拔較高，個(gè)別泥石流會(huì)有啟動(dòng)距離較遠(yuǎn)，影響范圍較大的特點(diǎn)。從泥石流的研究現(xiàn)狀來(lái)看，數(shù)值模擬的方法在泥石流的防護(hù)研究中效果較好，可以通過(guò)數(shù)值模擬軟件對(duì)藏東地區(qū)泥石流的運(yùn)動(dòng)與其物源補(bǔ)給相結(jié)合，模擬泥石流的流速、流向與沖擊力，分析泥石流排導(dǎo)工程或防護(hù)工程的有效性。