川藏公路南線泥石流堵塞壩潰決機(jī)理與洪水特征研究.pdf

1、西藏東南部川藏公路沿線獨(dú)特而又脆弱的自然環(huán)境導(dǎo)致本區(qū)泥石流活動(dòng)強(qiáng)烈，規(guī)模巨大，經(jīng)常堵斷其匯入的主河，形成高大的泥石流堵塞壩，蓄水潰決造成慘重的危害。本文對川藏公路南線近幾十年曾經(jīng)發(fā)生過的泥石流堵塞主河事件進(jìn)行野外調(diào)查，運(yùn)用模型試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，研究泥石流堵塞壩形成后的穩(wěn)定性和潰決機(jī)理，以及堵塞壩潰決后的洪水特征。論文主要結(jié)論如下： 1.分析川藏公路南線4條典型泥石流溝發(fā)生的7次特大型或大型泥石流的性質(zhì)和規(guī)模(其中有5次

2、形成堵塞壩)，認(rèn)為影響泥石流堵塞壩潰決的主要因素為河道上游來水量、河寬、河床比降、壩體高度、壩體下游坡面傾角、壩體物質(zhì)組成。 2.通過研究模型試驗(yàn)堵塞壩潰決過程，提出泥石流堵塞壩兩種潰決形式，一種是下游坡面逐漸沖刷潰決，另一種是泥石流再啟動(dòng)引起的壩體潰決，而后者又可以分為水力再啟動(dòng)和重力再啟動(dòng)；分析了不同潰決形式的潰口發(fā)育機(jī)理。 3.根據(jù)對模型試驗(yàn)潰決洪水過程的分析發(fā)現(xiàn)，與泥石流堵塞壩潰決洪水流量關(guān)系最大的是堵塞壩的潰決

3、形式；同時(shí)潰決洪峰流量與上游來水量成正比關(guān)系；潰決過程中的洪峰位置出現(xiàn)在庫區(qū)水下泄30～50％的時(shí)候，平均值為38.58％；不論哪種類型的潰決，洪峰時(shí)刻出現(xiàn)在整個(gè)洪水歷時(shí)大約1/3的時(shí)刻。 4.從潰決洪水洪峰流量與庫區(qū)水的勢能關(guān)系出發(fā)，對Schuster的洪峰流量計(jì)算公式進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)考慮庫區(qū)形狀、潰口形態(tài)以及潰決形式對洪峰流量的影響，用潰決歷時(shí)T作為反映潰決形式的參數(shù)，結(jié)合模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，建立了堵塞壩潰決洪水計(jì)算公式：Q=1

4、.402BwBh/TRw/R1pe0.41；利用培龍溝泥石流堵塞壩為算例，驗(yàn)證了公式的正確性。 5.通過模擬潰口發(fā)展與洪水流量的耦合關(guān)系，建立了泥石流堵塞壩潰決模型，模型將潰口概化為梯形，在潰口演變的模擬上進(jìn)行了簡化處理，不對具體的泥沙輸運(yùn)進(jìn)行計(jì)算，而直接假定潰口尺寸擴(kuò)大形式為△h(n)=αh(n)-(ho-hk)/hkQ(n)△t。潰口流量采用Fread堰流公式計(jì)算。在有限差分方法的支持下模擬了培龍溝泥石流堵塞壩和扎木弄巴泥石