灾难报道的论文的参考文献

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戚国庆1曹修定2夏抱本3滕云3

(1成都理工大学地质灾害防治国家专业实验室，四川成都，610059;2中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051;3西藏自治区生态环境地质研究所，西藏拉萨，850000）

【摘要】西藏自治区贡觉县境内发育有影响居民安全的者龙洼Ⅰ沟、者龙洼Ⅱ沟和克西林沟等3条降雨型泥石流沟。本文根据非饱和土强度理论对其成因机理进行了研究，建议用临界雨量线模型框架来建立贡觉县泥石流的预测模型，并依据者龙洼Ⅱ沟泥石流爆发前20日的降雨量数据进行拟合分析。结果表明：文中建议的两个临界雨量线模型框架均适于用来建立贡觉县降雨型泥石流爆发的预报模型。

【关键词】泥石流非饱和土基质吸力预报模型

1 引言

贡觉县位于青藏高原东部，横断山脉北段。据《西藏地貌分区图》，该县属藏东大起伏—极大起伏的高山河谷区。县内地形坡度一般在30°～40°，部分大于60°。位于该县东南部、约占全县总面积的高山峡谷地区，是泥石流及其他地质灾害高发区。

泥石流是一种携带大量泥土和碎屑物质的间歇性洪流[1]，具有突发性和很强的破坏力。泥石流的形成必须具备3个条件：物源条件（丰富的松散物质来源）、水源条件（气象水文条件）和地形地貌条件等。运用非饱和土力学理论，在对贡觉县泥石流形成的地形地貌条件、物质组成及气象水文条件进行调查研究的基础上，对贡觉县泥石流的形成机制及预报模型进行了探讨。降雨型泥石流的形成过程划分为两个阶段[2]，即：降雨型泥石流的固体松散物质中由基质吸力引起的抗剪强度丧失阶段和孔隙水压力增大引起的有效应力降低、发生泥石流阶段。

2 贡觉县泥石流的形成条件

地形、地貌条件

调查发现，贡觉县泥石流主要分布在位于该县东南部高山峡谷区的木协乡，直接威胁附近居民生命财产安全的泥石流沟有3条，者龙洼工沟，者龙洼Ⅱ沟，克西林沟（见图1）。

贡觉县境内发育的泥石流具有明显的形成（物源）区、流通区和堆积区。该县泥石流主要分布于沟床比降大的沟谷中，为沟谷型泥石流。泥石流沟在形成区、流通区呈“V”字型，总体坡度35。左右；堆积区位于沟口，呈扇形，坡度约为15°。泥石流沟的植被覆盖率约为15%，沟谷均长达2km以上，沟床平均纵坡降130‰。

固体松散物质的颗粒分布特征

贡觉县泥石流的物质来源主要为山坡表层的第四系松散堆积物、岩石风化物质及崩塌、滑坡堆积物等。克西林沟泥石流（GJ—0028）的物质来源为沟两侧的也古、拉巴滑坡堆积物。者龙洼I、Ⅱ泥石流（GJ—0033、GJ—0035）发育于硬岩中，其物质来源主要为岩石风化物质及崩、坡积物。3条泥石流沟地表松散物质厚均达以上。

图1木协乡泥石流分布

1.水系；2.房屋；3.公路；4.地层界线；5.断层；6.泥石流；7.元古界雄松群片麻岩组；8.元古界雄松群大理岩组；9.花岗岩

泥石流固体物质的颗粒分析结果（见图2）显示，者龙洼Ⅱ、者龙洼I及克西林泥石流固体物质的颗粒分布有以下特点：①固体物质颗粒粒径分布范围很广，从几微米直至几米的变化范围，其粒径分布曲线呈山峰型。说明该区泥石流中固体物质含量较高[3,4]；②固体物质颗粒在粒径以下的分布是一致的，粒径以上的分布有所区别，者龙洼Ⅱ泥石流3～10mm粒径的物质含量相对较高，克西林泥石流中～粒径的物质含量相对较高。这主要是由于其物质来源上的差异造成的。

图2木协泥石流固体物质颗粒分布曲线

1.者龙洼Ⅱ泥石流；2.者龙洼I泥石流；3.克西林泥石流

气象水文条件

贡觉县泥石流的诱发因素为大气降水，属降雨型泥石流。贡觉县与毗邻的芒康县同属高原温带湿润、半湿润气候。年降雨量450～570mm，降雨量偏少，旱、雨季分明，全年降雨主要集中在6～9月份，多为大雨、暴雨，灾害性天气较多。平均气温贡觉县为℃、芒康县为℃。

贡觉县位于金沙江西岸，金沙江呈南北向沿贡觉县东部边界通过，区内流程约80km。县境内发育有热曲、斜曲、董曲、过曲、罗麦河、布热曲呷、马希弄、阿香希等河流，均属金沙江中上游支流。河流分水岭位于贡觉县中部，基本上呈南北向展布，其中热曲河流域主要位于分水岭以西，斜曲、董曲、过曲、罗麦河、布热曲呷、马希弄、阿香希等河流流域均位于分水岭以东。境内最大河流为热曲河，自北向东汇入金沙江，区内流程约110km，全河道平均比降4‰～7‰，河宽约50～70m。河流两侧次级水系呈树枝状。马曲、纳曲、则曲为其支流水系；贡觉县境内的泥石流大多数发育于斜曲河谷，洛曲为斜曲上游支流水系。

流域的水文情势受地理位置、地形、气象因素等影响，变化十分复杂，各地差异很大。本流域径流主要靠降水补给，地下水和融雪也占相当的比例，径流年际变化较大，在倍左右。年内随着旱、雨季的变化呈现枯、丰水季节，洪水主要由降水产生，洪峰流量不大，一般洪、枯流量变化在10倍左右。

3降雨型泥石流的形成机理分析

降雨型泥石流的形成可分为两个阶段[2]：第一个阶段，非饱和固体松散物质由于含水量持续增加，达到饱和状态，基质吸力下降引起的抗剪强度丧失；第二个阶段，饱和的固体松散物质由于含水量持续增加，水压力增大，有效应力减小，发生泥石流。

由基质吸力引起的抗剪强度丧失阶段

依据（Fredlund等，1978）非饱和土抗剪强度公式[5]，非饱和固体松散物质的抗剪强度可以表示为：

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式中：C′为有效粘聚力；σf为破坏时在破坏面上的法向总应力；u。为破坏时在破坏面上的孔隙气压力；uw为破坏时在破坏面上的孔隙水压力；（σf-ua)f为破坏时在破坏面上的净法向应力状态；（ua-uw)f为破坏时破坏面上的基质吸力；φ′为固体松散物质的内摩擦角；φb为表示抗剪强度随基质吸力而增加的速率； 为由基质吸力引起的抗剪强度。其随含水量的变化规律为[2]：

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式中：（ua-uw)r为残余含水量θr所对应的基质吸力；（ua-uw)b为土的进气值；θ为体积含水量；θs为饱和体积含水量。

公式（2）显示，在降雨型泥石流形成的第一阶段，由于降雨入渗，处于非饱和状态的固体松散物质的含水量θ不断增加，基质吸力（ua-uw）不断下降，使得 断降低，导致由基质吸力引起的抗剪强度丧失。

孔隙水压力增大引起有效应力降低，发生流动阶段

降雨具有一定历时后，非饱和固体松散物质含水量增加，并达到饱和后，含水量继续增加，将在固体松散物质中产生孔隙水压力 uw。固体松散物质中的水量越多，孔隙水压力 uw越大，其抗剪强度也就越低。饱和固体松散物质的抗剪强度随孔隙水压力的变化关系为：

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式中：C′为固体松散物质的有效粘聚力；φ′为固体松散物质的有效内摩擦角。

当固体松散物质达到饱和状态后，就进入了降雨型泥石流形成的第二阶段。此时，饱和的固体松散物质启动与否的判别式[6]为：

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式中：A为固体松散物质与沟床的接触面积；G为固体松散物质重量；T为水流推力，其值较小，为次要影响因素；β为沟床底坡坡度；K为固体松散物质稳定性系数，当 K=1时，饱和固体松散物质处于极限状态；当 K＞1时，饱和固体松散物质处于稳定状态，不会发生泥石流；当K＜1时，饱和固体松散物质处于不稳定状态，将会发生泥石流。

公式（4）反映了降雨型泥石流启动与否的力学机制，在这一阶段，短历时的具有一定强度的降雨使得固体松散物质中渗入的水量来不及排出，加上周围降雨汇流的作用，固体松散物质将启动，形成泥石流。

4贡觉县泥石流的预报模型探讨

降雨型泥石流的发生是前期实效降雨量与短历时具有一定强度的降雨共同作用的结果。在其形成的第一阶段，固体松散物质含水量的增加与前期实效降雨量关系密切。第二阶段，短历时、具有一定强度的降雨起主导作用。由降雨型泥石流形成的机理分析可知，前期实效降雨量越大（越小），则形成泥石流所需的短历时降雨指标就越小（越大）。

前期实效降雨量[7]P。由当日降雨量H24以及前若干日降雨量Pt（赋存于固体物质中）的剩余部分组成。式中：R为递减系数；n为前期降雨影响期。递减系数和前期降雨影响期应依据当地气候条件和固体松散物质的组成岩性、含水量、孔隙率、渗透系数、基质吸力来确定。

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短历时具有一定强度的降雨指标一般采用10分钟降雨量、60分钟降雨量、24小时降雨量等。

降雨型泥石流的预报主要采用临界雨量线模型。但泥石流沟谷特征的差异和固体松散物质非饱和土力学性质的差异，都将造成预报模型框架的差异。蒋家沟模型[8]是一种临界雨量线模型，其模型框架可以写成如下形式：

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式中：短历时降雨指标 R1。为10分钟降雨量（mm）；实效降雨量P。为20天内的有效降雨量，递减系数 R=;A、B、M为拟合参数。蒋家沟模型中，对于泥石流的雨量临界线，A=；对于泥石流的爆发雨量线，A=。蒋家沟模型预报提前时间为17～20分钟，报准率为86%，错报3%，漏报为11%。

另一种临界雨量线模型框架为：

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式中：A、B为拟合参数。对排土场泥石流[9]进行观测，得到的雨量线由EF段和FG段构成，对于EF段：A=；对于FG段：A=；在两段曲线的连接点 F处，R10=。

以贡觉县者龙洼Ⅱ泥石流为例，对上述两个预报模型（公式（6）、公式（7）进行探讨。者龙洼Ⅱ泥石流于2003年6月20日爆发，者龙洼泥石流爆发前20天的降雨量见表1。

表12003年6月1日至20日逐日降雨量

依据表1，应用公式（5）得出其前期实效降雨量P。为，运用公式（6）得出发生泥石流的10分钟临界降雨量R10为，运用公式（7）得出发生泥石流的10分钟临界降雨量R10为。而该地区多年平均最大10分钟降雨量为[10]，大于由公式（6）、公式（7）得出的发生泥石流的10分钟临界降雨量R10值，处于暴发泥石流的临界状态。这一与实际情况相符合。上述探讨说明：这两个临界雨量线模型框架均可以用来建立贡觉县降雨型泥石流暴发的预报模型。

5结论

从诱发因素来看，西藏自治区贡觉县境内的泥石流主要为降雨型泥石流。文中建议的两个临界雨量线模型框架，均适于建立贡觉县降雨型泥石流暴发的预报模型。

对于降雨型泥石流，当形成泥石流的物质条件（按一定坡度堆积的固体松散物质、一定的汇水面积等条件）具备时，泥石流的发生是前期实效降雨量和短历时强降雨共同作用的结果。依据非饱和土强度理论，可将降雨型泥石流的形成划分为两个阶段：第一个阶段，基质吸力引起的抗剪强度丧失阶段，该阶段与前期实效降雨量有关。第二个阶段，泥石流发生阶段，与短历时强降雨有关。

应用非饱和土力学原理研究降雨型泥石流形成机理的优点是：可以通过对可能形成泥石流的固体松散物质的非饱和物理力学性质的研究，来预先判断在降雨条件下，会不会发生泥石流以及所需要的降雨条件和雨型，从而为泥石流的准确预报提供更强有力的理论依据。作者将在今后的研究中进一步加强这一理论在泥石流领域的应用研究。

参考文献

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