辽宁省岫岩满族自治县泥石流形成的地形条件研究

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辽宁省岫岩满族自治县(简称岫岩县)泥石流灾害历史久远,在调查组实地调查中发现大量老泥石流堆积物,泥石流活动遍及该县各个乡镇。岫岩县几乎每年都会发生规模、大小不等的泥石流灾害,最近一次较大规模的泥石流灾害发生时间为2012年。除此之外,岫岩县自1949年以来,分别于1960年、1982年、1987年、1989年、1990年、1997年和2002年在不同地域也发生过较大规模的泥石流灾害,尤其以1980年代的三次特大规模群发性泥石流灾害最为严重。因此,加强对辽宁省岫岩县泥石流灾害成灾机理以及成灾特征的调查研究,及时准确地对泥石流做出预警预报,保护人民生命财产安全,刻不容缓。本文以中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所上世纪90年代初对岫岩县泥石流灾害的普查结果为依据,通过实地考察岫岩县泥石流灾害发生的特点,并参考沟床起动方式的沟谷型泥石流预测预报模型中地形因子的研究,选取更能体现岫岩县泥石流形成特点的流域面积(A)、沟床纵比降(J)和山坡坡度(S)做为该县泥石流地形条件的研究要素。通过对比2012年群发性泥石流灾害区泥石流沟与非泥石流沟的流域面积(A)、沟床纵比降(J)和山坡坡度(S)之间的相关性得出泥石流沟与非泥石流沟的地形临界值,并将此规律应用于1982年、1987年以及1989年泥石流灾害区进行验证。最后探讨岫岩县泥石流发生的另外两大因素—地质条件和降雨条件,得到适合岫岩县泥石流特点的降雨因子,再比较泥石流沟与非泥石流沟降雨因子与地形因子的相关性,得出一个对整个岫岩县都具有普遍适用性的影响泥石流发育的复合因子。主要结论如下:(1)辽宁省岫岩县暴发泥石流的物源不仅来源于沟床物质的起动,大部分物源更来源于沟道两侧坡面上的浅层崩塌(包括滑塌),这与沟道两侧山坡坡度密切相关。岫岩县泥石流既具有沟谷型泥石流的特征,也具有坡面型泥石流的特点。(2)流域山坡坡度对整个岫岩县崩塌滑坡以及坡面泥石流的发育具有重要影响,其敏感坡度范围为25°~45°。因此,可用沟谷25°~45°坡度面积占整个流域面积百分比作为岫岩县地形条件中坡度因素的研究对象。(3)通过对比泥石流沟和非泥石流沟的流域面积(A)与敏感坡度(25°~45°)面积百分比(S)之间的相关性,得出地形因子G(G=S(A/A0)0.2)的表达式作为泥石流沟和非泥石流沟的划分标准:当G≥Cr时,可判定流域为泥石流沟。G为无量纲因子。(4)通过对泥石流沟与非泥石流沟流域面积(A)、沟床纵比降(J)和山坡坡度(S)进行综合分析,得到一个综合地形因子T=S(A/A0)0.2J0.3,可以较好地代表沟谷发育泥石流的地形条件。通过地形因子T,可以对岫岩县沟谷发育成泥石流沟的可能性进行划分,共分为4个等级:可能性极小;可能性很小;可能性中等以及可能性很大。T为无量纲因子。在综合地形因子T中,可以看出各地形因素的权重,对岫岩县泥石流发育影响最大的地形因素是山坡坡度,然后依次是沟床纵比降和流域面积。(5)由于不同地区对泥石流发育条件的自适应能力不同,其泥石流沟和非泥石流沟之间地形因子的临界值也会有所差异。(6)岫岩县泥石流相当部分物源来源于沟道两侧坡面上的浅层崩塌(包括滑塌),前期降雨量在浅层崩塌的形成上具有重要作用。岫岩县降雨因子可以表示为R=(B+5I)/(R0Cv),R为无量纲因子(7)对岫岩县泥石流的地形因子T和降雨因子R进行相关性分析,探讨泥石流沟和非泥石流沟的临界条件,得到复合判定因子P=RT0.45的表达式。复合因子P也可以对岫岩县沟谷发育成泥石流沟的可能性进行判断,并划分为4个等级:可能性极小;可能性很小;可能性中等以及可能性很大。P也为无量纲因子(8)通过复合因子P的表达式可以看出,在岫岩县泥石流发育的条件中,降雨条件比地形条件权重更高,影响更为重要。运用复合因子P,可以为岫岩县泥石流预警预报模型的建立以及进一步研究提供基础。
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