摘要：本文采用资料收集与整理、室内外试验研究和理论分析相结合的研究方法，在总结前人研究成果的基础上对泥石流预测预报国内外研究现状进行归纳总结，对野外调查资料和研究区相关资料进行总结，分析了腊丁河泥石流形成条件和暴发特征，在此基础上具体分析了腊丁河沟道泥石流堆积体复活的形成机理。从水力学和岩土力学理论建立了沟道泥石流堆积体复活的水力类启动模式，在此基础上建立腊丁河泥石流堆积体的预测模型。
关键词：形成机理；特征参数；沟道泥石流堆积体；预测
引言
蚂蚁堆乡位于临沧市临翔区北部，地处南汀河中、上游结合部右岸，祥临二级公路（国道214线）由乡镇辖区西侧南北向通过，距临沧市临翔区28公里，距省会昆明市570公里，交通极为方便。腊丁河泥石流位于蚂蚁堆乡政府对面，与蚂蚁堆乡政府隔着南汀河。
1.沟道堆积体启动机理分析
泥石流沟道堆积体的复活可分为降雨入渗、饱和、地表径流和复活四个阶段，因此研究泥石流堆积体的复活启动机理，实质上是研究堆积体在降雨入渗和地表径流作用下的物理力学模型，分析堆积土体的在不同状态下的受力特性，从而得到沟道泥石流复活启动的机理。
1.1堆积体降雨入渗条件下的受力分析
泥石流堆积体在降雨入渗条件下，土体内部含水量不断增加，堆积体处于稳定状态，实质是下滑力与抗滑力之间的一种动态平衡。随着降雨入渗进入孔隙，堆积体内含水量增大，一方面增大了土体的自重应力，在沟床坡度为θ角条件下，下滑力T=W·sinθ，W的增加增大了堆积体整体的下滑力，同时雨水吸附在颗粒表面降低了颗粒的粗糙度从而降低了土颗粒的摩擦系数，促进堆积体下滑。
1.2堆积体地表径流条件下的受力分析
在沟道堆积体达到饱和后，雨水不再有其它损失途径，此时便在堆积体表面产生大规模的地表径流。地表径流的形成不仅增大了堆积体的水头压力，同时雨水在地表流通时，对堆积体产生较大的拖拽力及推动力，促使堆积体向着雨水流动的方向前进。当径流拖拽力和推动力足够大，打破堆积体的动态平衡状态，产生了下滑推力便发生大规模的滑移。一般来说，堆积体的复活启动是沿着一定的滑移面发生了剪切破坏，因此研究堆积体失稳变形即以土颗粒骨架作为研究单元，分析其在自重应力和附加应力的作用下的受力特征，从而判定堆积体整体的稳定状态。
2.堆积体复活条件评价
根据沟道堆积体泥石流复活的临界影响因子，本文从沟道泥石流物理性质及形成、物质组成、沟床粗糙程度、地形条件和降雨条件等几个方面评价了堆积体的复活可能性大小。由于泥石流流通沟道范围17~25m对堆积体复活影响较小，因此量化评价不以位置因素作为评价堆积体复活的条件。具体泥石流堆积体复活可能性大小评价见表1：
表1 泥石流沟道堆积体复活可能性评价表
通过以上模型可初步判定沟道泥石流堆积体复活的可能性大小，当然评判条件需要综合考虑，因此会存在不同评判条件等级不一的情况。不同评判指标之间对堆积体复活的影响大小也不一样，例如降雨降低了堆积体的整体强度构成堆积体复活的主要推动力，是最主要的影响因素，当然其它因子对沟道堆积体的复活也有很重要的影响，因此，判定沟道堆积体复活可能性需要综合考虑建立定量的预测模型。
3.泥石流堆积体主要预测方法
3.1主要预测模型
（1）概率统计预测模型
统计数据的预测模型的核心在于统计数据的质量与数量，同时必须具备长时间的泥石流事件与降雨的信息数据，且需要确保数据的精度与质量，观测数据的精度不得低于1h降雨量。除此之外，泥石流的爆发一方面受到降雨的影响，另一方面，也和下垫面的实时条件存在莫大关联，不同泥石流沟因地质条件的差别，其临界降雨量也各不相同。基于此，基于统计数据的预测模型也使用过程中具有一定的局限性，由单个地区统计数据为基础建立的预测模型只适用于该地区泥石流监测。
（2）综合评价预测模型
系统综合评价预测模型主要是指将泥石流灾害形成的物源条件、地形地貌条件、降雨条件之间存在的相互作用与影响当作一个系统，并对其中关键影响因子实施赋权与幅值，使用特定的综合评价方法获得综合评价值，同时以此作为预测泥石流的主要依据。所以此模型在普遍适用性方面表现更为突出。通常仅需确定不同沟谷相关因素的确切量化值，就能够预测不同沟谷爆发泥石流的几率。然而，这种模型往往需要对不同因素的量化指进行求积或者求和，只能分析各因素之间的线形关系，无法辨明其非线性关系。因此，在实际应用过程中也存在一定的局限性，但凭借其具备的操作简单、适用性强等优势，得到广泛应用。
（3）启动机理预测模型
根据泥石流的形成模式，其能够被划分成土动力模式与水动力模式。基于启动机理的预测模型只有是指构建以径流条件为基础的沟道松散堆积物力学模型，从而确定泥石流爆发的临界条件，一般以临界水深为主。结合相关实际研究来看，水力类泥石流的启动的临界水深往往和沟床比降以及沟道松散堆积物的物力力学特性相关。而结合前文所述泥石流堆积体复活力学模型分析结果可知，对于泥石流堆积体的复活来说，径流速度的影响非常大。但结合实际来看，以径流速度当作是预测条件难度较大。
3.2预测模型的选择
沟道泥石流复活的先决条件是必须具有足量的降雨历时与降雨强度，从而于堆积体表面形成径流，为沟道泥石流复活预测奠定基础。而基于统计数据的预测模型，需要依靠长时间降雨观测数据，从而获知不同降雨条件下，泥石流堆积体的实时变化状况。因此，针对腊丁河实际情况来看，基于统计数据的预测模型难以适用。
对于综合评价的预测模型来说，因为我国现有泥石流研究经过多年的发展基本完善，泥石流沟的相关数据较为全面，再加上现有泥石流等级划分与评价因子的确定都是大量数据统计分析结果确定的，因此，具有较高的可行性与代表性。然而，泥石流堆积体复活的相关研究和泥石流预测研究相比，更少。在评价因子的量化与选择方面存在不足，所以，建立基于系统综合评价预测模型难度较大。
针对基于启动机理的预测模型来说，结合腊丁河实际状况，借助现场调查与室内外试验，能够获得较为精确的地形参数与力学参数，因此比较适合使用基于启动机理的预测模型。不仅如此，对于复活预测模型来说，需要给出沟道泥石流堆积体复活的精确预测指标；基于此，本文以沟道泥石流堆积体复活力学模型为基础，参照曼宁公式，以临界降雨条件为主要预测参数，构建了基于临界条件的沟道泥石流堆积体复活预测模型。
3.3实际应用
（1）确定沟道泥石流堆积体的复活临界条件
结合相关研究可知，只要掌握了沟床糙率、宽度以及比降等因素，就能够确定沟道泥石流堆积体的复活临界条件。以腊丁河为例来看，经过实际考察发现，腊丁河上游沟道的平均宽度为6米，平均沟床比降为0.155，够长糙率系数拟定为8.8。同时结合实际对现有计算公式进行适当调整，
=1.60°，
=0.22kPa，
=1.84g/cm3，
=2.00g/cm3，
=1.10g/cm3；泥石流堆积体所处位置平均坡度4.69°；dm=2.5mm，a=0.6。带入相关计算公式中，可得腊丁河临界流速为1.79m/s，临界流深度为0.28m。因此腊丁河的临界流量为4.26m3/s。
（2）确定径流速度
研究表明泥石流堆积体的复活和其所处方位沟床的宽度与比降存在关联。具体表现为所处方位沟床宽度越大，比较越缓，则径流流速衰减幅度越大，因此泥石流堆积体只可以部分复活。如果径流铺满沟道泥石流堆积体的表面，而流速仍然可以达到临界标准，那么泥石流堆积体就能够复活最终形成泥石流。
根据下述计算公式可以计算泥石流堆积体完全复活的临界流深h′=1.95m，临界流速
=2.83m/s。
从计算数据可得，腊丁河泥石流沟道堆积体启动的临界流量为4.26m3/s，临界流速为2.83m/s，临界流深1.95m。本文根据公式（5.9）和（5.17）可以反算上游沟道径流的临界流量
=105m3/s，临界流速
=5.14m/s，临界流深h0=1.98m。均大于启动的临界条件，因此说明腊丁河泥石流沟道堆积体整体存在启动可能性较大。
结束语
本文主要进行沟道泥石流堆积体复活预测研究，确定了基于启动机理的泥石流堆积体复活预测模型，并在实际应用中获得以下结论：
1.沟道泥石流堆积体复活关键性因素分析；从沟道泥石流物理性质及形成、物质组成、沟床粗糙程度、地形条件和降雨条件等几个方面评价了堆积体的复活可能性大小。
2.对现有泥石流预测模型进行汇总，主要划分为基于统计数据的泥石流预测模型、基于系统综合评价的泥石流预测模型以及基于启动机理的泥石流预测模型。同时，分析了三中预测模型的主要优劣势。最终联合腊丁河实际，基于启动机理的泥石流预测模型更加实用。
3.结合实际，构建了基于临界条件的沟道泥石流堆积体复活预测模型。在对泥石流堆积体表面流体流速衰减特征的分析中可知，泥石流堆积体所处方位沟道宽度越大，比降越缓，那么泥石流流速衰减的幅度就越大，泥石流堆积体不容易进行完全复活。同时，将关键参数带入计算公式，确定了腊丁河泥石流堆积体复活与完全复活的流量条件、流深以及临界速度，并在具有经验公式与统计资料的基础上，能够结合临界流量条件最终确定临界降雨的实际强度条件。
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论文作者:黄鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：泥石流论文; 沟道论文; 临界论文; 模型论文; 径流论文; 条件论文; 机理论文; 《基层建设》2019年第12期论文;