蒋家沟泥石流及其入汇河段的输沙特征
文献类型：学位论文
| 作者 | 张金山
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| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-20 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 崔鹏 |
| 关键词 | 泥石流 入汇河段 输沙 SDR 阵性流 后续流 蒋家沟 小江 |
| 其他题名 | Characteristics of Sediment Delivery of Debris-flow and its Confluence Area in Jiangjia Ravine |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 泥石流将大量的泥沙集中地输入主河，为主河提供了充足的泥沙物质，使主河泥沙量大幅度增加，对主河输沙及河床演变产生深远的影响。本文以典型的高频率泥石流沟蒋家沟入汇小江为例，通过研究泥石流及其入汇后的输沙特征，阐释泥石流的输沙规律，评估泥石流输沙对主河泥沙及河床演变的影响，以便有效地减轻泥石流输入泥沙对流域人居环境、水电工程等的危害。本论文以蒋家沟入汇小江为原型进行观测，采集蒋家沟泥石流和小江输沙的相关参数，并设计小型水槽实验，模拟一阵泥石流入汇后主河中泥沙的输移和堆积过程。利用观测和实验数据展开蒋家沟泥石流输沙、阵性流和后续流阶段泥石流输沙对主河泥沙的贡献及泥石流入汇、堆积条件下主河输沙特征的研究。蒋家沟泥石流的后续流为阵性流之后的稀性连续流、高含沙水流及挟沙水流，在蒋家沟的常规观测中没有涉及，以往泥石流输沙的研究也多以阵性流输沙的观测数据进行。通过2009年8月4日泥石流各阶段输沙量的分析与比较，尽管后续流输沙强度较阵性流小，但因其持续时间长，而且为连续输沙，在阵性流持续时间较短的泥石流场次中所占输沙量的比例相当可观，在蒋家沟一般泥石流场次中，后续流的输沙不容忽视。蒋家沟后续流的流量和容重都随时间呈乘幂曲线下降，二者有良好的线性关系，通过回归分析得出两者关系的表达式，利用该式可用容重计算连续流阶段的沟道输沙率。在蒋家沟泥石流的阵性流期间小江输沙的研究方面，考虑到入汇过程中固体物质在泥石流沟道中和入汇口处大量堆积，借鉴泥沙输移比（Sediment delivery ratio, 简称SDR）的概念，引入了泥石流SDR，并将其分为表征泥石流对上游所产生泥沙向主河输送能力的沟道SDR和表征泥石流冲出物质中进入主河被主河输向下游输移能力的汇口SDR两个过程，并对这两类泥石流SDR的计算方法进行了探讨。重点对泥石流汇口SDR进行了研究，提出了计算汇口SDR的直接计算法和模型计算法。直接计算法为根据定义用观测数据直接计算，模型计算法则用实验方法进行研究。通过分析实验中各参数与汇口SDR的关系，发现用支主单宽流量、容重及入汇角来表达的“输沙动量比”与汇口SDR最为相关，通过线性回归分析，得出计算泥石流汇口悬移质和推移质SDR的经验公式，并通过了2009年8月4日蒋家沟泥石流入汇小江及2010年8月11日和15日背阴沟入汇主沟观测数据的验证。泥石流期间蒋家沟对小江的泥沙贡献量计算时，后续流因输沙率较小，进入主河后绝大部分泥沙被主河输移，而阵性流则因在入汇段堆积严重，被主河输移的泥沙可利用汇口SDR进行计算。通过泥石流沟道输沙及汇口SDR对泥石流入汇时的小江泥沙输移特征进行了分析，结果与使用小江水文泥沙观测数据分析的一致。泥石流的堆积一方面是主河输沙特征的体现，另一方面也是河床演变的原因。从堆积范围来看，蒋家沟入汇的泥石流固体物质主要堆积于主河河宽10倍以内的河长范围内。入汇段的泥石流堆积物受小江水流冲刷输移，细粒物质含量相对较少，但集中于3倍河宽的河长范围内的泥石流堆积物则为直接堆积物中泥沙颗粒级配与阵性泥石流几乎完全相同。泥石流入汇的固体物质中的粗颗粒受小江水流冲刷输移的距离较短，在下游不远处落淤，落淤泥沙堵塞河道，常常引起主河的改道。作为山区河流，小江洪水具有暴涨暴落的特征，可将堆积于入汇口河床上的泥石流物质再起动并输移。其方式一是在洪水时冲刷堆积物表面，在表面粗化过程中输沙；二是改道，在冲刷产生新河道的过程中输沙，本文对这两种输沙过程进行了定性的认识，堆积物表面冲刷粗化输沙往往与泥石流入汇过程同时进行，与泥石流沟道的输沙难以区分；小江改道过程中的输沙率较小，但持续作用下也造成近年来蒋家沟入汇段河床的冲刷下切。 |
| 英文摘要 | Debris-flow inputs plenty of silt into main river concentratedly, plentiful silt matter is provided for main river, so silt content of main river increase greatly, and sediment delivery in main river and evolution of river bed are badly impacted. Taking a typical example of the high frequency Jiangjia Ravine confluence into the Xiaojiang River in this paper, feature of sediment delivery of debris-flow and after its confluence, law of sediment delivery of debris-flow is illustrated, impact on silt in main river and evolution of river bed by sediment delivery of debris-flow is evaluated, in order to mitigate endangerment to dwelling environment and hydroelectric project in drainage basin by silt inputted by debris-flow. Confluence of the Jiangjia Ravine into the Xiaojiang River is observed as prototype in this paper, related parameter about debris-flow in Jiangjia Ravine and sediment delivery of Xiaojiang River is gathered, minitype tank experiment is designed, and process of silt transport and deposit in main river after confluence of one bout of debris-flow are simulated. Sediment delivery of debris-flow in Jiangjia Ravine, contribution to silt in main river by sediment delivery of debris-flow at stage of intermittent flow and follow-up flow, as well as feature of sediment delivery in main river under condition of confluence and deposit of debris-flow are studied by observation and experimental data. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-02-01 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4872]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张金山. 蒋家沟泥石流及其入汇河段的输沙特征[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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