强震区泥石流流域崩滑物源侵蚀—搬运规律及数值模拟研究

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自2008年汶川大地震发生后,地震灾区次生地质灾害仍十分活跃,尤其是泥石流灾害爆发频繁,如2008年北川片区暴发“9.24”群发性泥石流,2010年映秀、龙池地区“8.13”群发性泥石流,以及2019年绵虒地区暴发“8.20”山洪泥石流,这些泥石流规模巨大,影响周期长。距今汶川地震已过去10多年,而震后地质灾害还并未恢复至震前水平,在遇到极端降雨气候时,仍有崩塌、滑坡产生复活,甚至转化为松散物源参与泥石流活动。目前,地震所造成的的地质灾害后效应仍十分明显,但目前对震后滑坡泥石流灾害演变规律的持续研究仍然不足,缺少对不同时期地质灾害的定量分析和演化机制分析,地震崩滑物源定量侵蚀与搬运特征的研究也处于薄弱环节。本论文针对汶川震区崩滑体侵蚀-搬运规律及演化特征问题,利用无人机数字摄影测量技术探讨震后崩滑堆积体的侵蚀规律,在多期遥感影像的基础上研究典型崩滑体分布特征和演化规律,从宏观的角度来阐述震后泥石流流域物源侵蚀产沙的时空变化规律,并应用Geo Flow-SPH对泥石流侵蚀运动过程和堆积特征进行研究,本文取得的主要结论如下:(1)对研究区内典型崩滑堆积体进行了调查统计,描述了崩滑体的基本特征和侵蚀规律。震后崩滑堆积体大多由松散物质构成,表面裸露,在降雨和径流的作用下,堆积体物质经冲刷搬运和侵蚀作用输送进入泥石流沟道中,为泥石流起动提供充足的物质来源。研究区崩滑堆积体侵蚀类型包括雨滴溅蚀、片蚀、冲沟侵蚀,其中冲沟侵蚀为震后崩滑体松散物质搬运的主要方式。(2)将无人机遥感技术应用于崩滑体定量侵蚀研究中,通过雨季前后获取的无人机航测数据,以Arc GIS为平台,在两期DEM数据的基础上对崩滑体的侵蚀产沙量进行了定量研究。通过控制变量法进行单因子分析,选取的相关性较大的崩滑体面积、坡度、坡表径流量作为侵蚀量的影响因子,运用MATLAB统计分析,构建震后崩滑体定量侵蚀模型。(3)以2008-2018年内五期遥感影像为基础数据,对研究区内的6条目标小流域内崩滑体进行人工解译,通过对崩滑物源的时空分布进行统计分析,发现震后崩滑体发育的优势高程由1300-1600m推高至1900-2200m,崩滑物源主要集中在30°-50°坡度范围内,在E、SE和S坡向上崩滑体面积始终保持相对较大,是崩滑体发育的优势坡向,崩滑体分布与距水系距离呈负相关,当距水系距离超过800m时,水系对崩滑体活动控制性较弱。(4)以多时相的遥感影像为基础,结合泥石流的暴发事件,从历史影像的整体和局部两方面,分析泥石流发生前后松散物源向泥石流搬运补给演化特征。结果表明研究区内的崩滑体将会存在由松散→固结→稳定转化的过程。在此期间流域内的松散物源存在中长期搬运效应,这种效应会在一段时期内发生持续发生,直到沟域内生态环境恢复至稳定状态。(5)运用Geo Flow-SPH数值模拟软件,选取映秀片区6条泥石流沟为原型,对映秀镇2010年“8.13”群发性泥石流进行数值模拟,在数值模拟时考虑了泥石流的沿程侵蚀作用。将模拟结果与泥石流实际暴发情景进行准确性验证,其结果与实际致灾范围较为吻合。
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