宁波市台风暴雨型泥石流起动试验及泥石流危险性评价 ——以宁波市天童禅寺泥石流为例

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宁波市是典型的滨海城市,海岸线绵长,山区面积相对较大,环境地质问题层从不穷,存在的突发性地质灾害主要为滑坡、崩塌、泥石流。滨海城市受台风影响较大,宁波市泥石流多发生于台风期间。在台风诱发下形成的泥石流可称为台风暴雨型泥石流。由于宁波市山区植被发育良好,地形多为低山丘陵,各区泥石流发生频率低、流域面积小,极具隐蔽性,因而常被人们忽视,而现有研究对台风暴雨型泥石流并不完善。基于此,本文在搜集宁波市泥石流已有专题研究资料的基础上,开展现场调查,总结出宁波市台风暴雨型泥石流发育特征一般规律。选择典型泥石流沟谷采用室内起动试验,研究均匀型降雨、单峰型降雨、植被因素、台风+植被+单峰型降雨耦合作用下,台风暴雨型泥石流形成机制及运动特征。基于组合因子为评价单元研究区内典型泥石流单沟危险度,结合FLO-2D数值模拟软件对不同降雨频率下泥石流危险性进行分区,在此基础上提出针对性治理措施建议,得出主要认识如下:(1)宁波市泥石流广泛分布于中生界白垩系磨石山群西山头组、茶湾组地层。其次为中生界侏罗系地层,极少部分存在于第四系地层中。区内泥石流发育规模小,沟床平均纵坡降大,两侧山体陡峭、主沟流程短。坡体上全-强风化岩体及第四系松散堆积物组成了宁波市泥石流主要物质来源。较高的植被率在宁波地区对坡体稳定性有不利的影响。区内泥石流成灾特点可总结为低频、群发、灾害并发性、夜发四个方面。(2)以宁波市典型天童禅寺流域内发育的6条泥石流为例,从流域地形特点、物源条件、水源条件三方面分析典型泥石流的形成条件。结果表明天童禅寺泥石流流域面积小,流程短,汇水面积相对较大,区内地势陡峭,沟道狭窄。流域内物源可分为坡面物源、滑坡崩塌物源、沟床堆积物源三类。超强台风“利奇马”所带来的特大暴雨,是此次泥石流的水源条件。调查分析天童禅寺泥石流主沟罗汉沟的分区特征,计算得到此泥石流动力学特征,通过实地考察计算此泥石流容重为1.39(t/m~3),属稀性泥石流,根据公式及相关规范得到泥石流流速为4.84(m/s),利用雨洪法计算出此次泥石流的峰值流量为65.3(m~3/s),在P=2%、P=1%下的峰值流量为72.1(/)、88.5(/),确定此次泥石流规模为50年一遇。(3)通过室内物理试验,控制相同降雨总量,以降雨雨型和台风为变量,设计了不同雨型及台风降雨共同影响下的四组试验,试验过程通过传感器监测堆积体内部相关数据的变化。试验结果对比显示形成泥石流的组次皆为台风单峰型强降雨,均匀型强降雨下未形成泥石流。通过在堆积体上插入植被来模拟台风的影响,试验结果显示植被的摇晃会使堆积体出现裂缝,加快雨水垂直入渗,同时促进其下部土体的下滑,加快坡脚的渗透破坏,进而促进泥石流的形成。第四组试验还原了台风暴雨型泥石流的形成过程,通过试验可将台风暴雨型泥石流形成机制表征为暴雨入渗→冲沟侵蚀→坡脚破坏→前缘堆积体失稳→垮塌、滑坡→洪流席卷、揭底→泥石流这一过程。试验结果显示泥石流形成的主要原因为短历时的强降雨,风荷载仅起着加快降雨入渗及促进坡体部分形成崩塌滑坡的作用。(4)采用王一鸣等对台风暴雨型泥石流危险性评价的模型,结合研究区实际情况以综合因子为评价单元,通过层次分析法和熵值法组合赋权的形式,对宁波市天童禅寺流域内6条泥石流进行危险度研究。评价结果显示主沟罗汉沟及沟谷1危险度为高危险度,对两条高危险度沟谷运用FLO-2D分别在降雨频率P=2%、P=1%的情况下进行危险性分析。结果显示罗汉沟及沟谷1大部分区域为较高危险区,高危险区集中于天童禅寺放生池附近,结果与实际状况相符,两条沟谷随着降雨频率降低,下游较高及中度危险区增大,对下游景区广场及停车场的威胁增大。最终根据危险性综合评价对泥石流提出“综合施策、重点突出、分步实施、确保安全”的综合治理思路。
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