泥石流流速、堆积模式与降雨量关系模拟实验设计

任凯珍

（北京市地质研究所，北京 100120）

泥石流流速、堆积模式与降雨量关系模拟实验设计

任凯珍

（北京市地质研究所，北京 100120）

本文以贾峪东沟为研究对象，介绍了泥石流流速、堆积模式与降雨量关系模拟实验目的、方法、装置和物料。并提出最大堆积长度、宽度和厚度与降雨量的关系，降雨量与泥石流扇状地危险范围的关系，堆积形态比与降雨量的关系及流速与降雨量的关系。

泥石流；流速；堆积模式；降雨量

1 实验目的

泥石流流速是单位时间泥石流体的运动距离（单位m/s）。泥石流在不同的流速时，其危害方式不同，泥石流流速是影响泥石流危险性的重要参数之一。泥石流堆积泛滥过程是泥石流活动全过程的最后一幕，也是泥石流成灾的焦点。另外，泥石流堆积区常常又是山区人类生产生活最频繁、最密集的场所。在泥石流活动地区，人们总希望预先知道自己所生活的场所是否安全，以及可能遭遇泥石流泛滥成灾的危害程度，因此对泥石流活动区的堆积模式的研究就成为泥石流灾害地区最重要的非工程减灾措施之一[2]。降雨是诱发泥石流的关键因素，深入探索泥石流的流速、堆积模式分别与降雨量的关系，对于泥石流预警预报工作具有重要的现实意义。

2 实验方法

泥石流的堆积形态和范围是泥石流危险区划分的重要参数，通过小型水槽实验[2]，对降雨量与泥石流流速、堆积模式的关系进行了实验研究，获取了泥石流流速、堆积范围与堆积形态比等方面的数据，得出不同降雨量条件下，降雨量与流速、降雨量与堆积形态以及降雨量与堆积范围的回归公式。本次实验选择密云县石城镇贾峪东沟为研究对象。

3 实验装置

本次实验装置包括人工降雨器、补给箱、流通槽以及堆积板四部分，实验装置示意图见图1。

图1 实验装置示意图

（1）人工降雨器

利用洒水壶或水龙喷头模拟降雨，利用雨量筒和秒表来测量降雨量和降雨强度，再加上小型吹风机吹风，可以达到狂风暴雨的效果。

（2）补给箱[2]

补给箱底面面积为17250cm2，最大容积为345000cm3。其侧面开有宽为40cm，高为20cm的长方形供给口，由闸门开关控制泥石流的补给。补给箱由一固定支架支撑，可调节补给箱的坡度。

（3）流通槽[2]

流通槽为一内宽40cm，内高30cm，有效流动长度为400cm的玻璃槽。流通槽由一矩形支架支撑。可前后升降调节流通槽的坡度，坡度调节范围为4°~17°。

（4）堆积板[2]

堆积板为一长200cm，宽200cm的正方形木板，为防止木板浸水变形，板上刷上白色油漆。板上以10 cm为间隔标有320个方格以测定泥石流堆积面积和堆积厚度。堆积板直接放置于实验场地，坡度可任意调节。堆积板和流通槽以斜口方式平整相接。

4 实验物料

试验物料选用密云县石城镇贾峪东沟采集回来的泥石流原样，取样时将粒径大于50 mm石块剔除。贾峪东沟泥石流原样颗粒级配曲线见图2。

5 实验预期成果

图2 贾峪东沟泥石流原样颗粒级配曲线

实验所用控制参数为：每次定量供给泥石流69000cm3，流通区坡度8°，堆积区坡度4°。实验共9个回次，通过调节降雨量，得出泥石流对应的流速、堆积形态和堆积范围。降雨量以研究区汛期10分钟降雨量为参考，控制在20mm ~50mm之间。用泥石流的最大堆积长度、宽度和面积表示泥的堆积范围，用堆积形态比Cr=Lmax/Wmax（Cr表示堆积形态，Lmax为最大堆积长度，Wmax为最大堆积宽度）和扇状地扇顶角tgβ=Lmax/Tmax（β为扇状地扇顶角，Lmax为最大堆积长度，Tmax为最大堆积厚度）表示扇状地的堆积形态。

通过数据分析实验预期结果为，可得出以下关系：

最大堆积长度与降雨量的关系；最大堆积宽度与降雨量的关系；最大堆积厚度与降雨量的关系；降雨量与泥石流扇状地危险范围关系；堆积形态比与降雨量的关系；流速与降雨量的关系。

[1]兰恒星.泥石流本构模型及动力学模拟研究现状综述[J].工程地质学报,2007.

[2]柳金峰.泥石流流速与堆积模式之实验研究[J].水土保持研究,2006.

[3]张丽萍.人为泥石流起动及产沙放水冲刷实验—以神府—东胜矿区为例[J].自然灾害学报，2000.

[4]张丽萍.泥石流源地松散体起动人工降雨模拟及放水冲刷实验[J].山地学报，1999.

The Design of the Simulation Experiment on the Relationship of Debris Flow Velocity, Deposition Mode and Rainfall

REN Kaizhen
(Geological Institute of Beijing, Beijing, 100120)

Taking a case of the eastern ditch of Jiayu, the paper introduced the purpose, methods, devices and materials of the simulation experiment of debris flow, which researched on the relation of flow velocity, deposition mode and rainfall. Based on the experiment, the paper further proposed six kinds of relation, which were the relation between maximum length of deposition and rainfall, the relation between maximum width of deposition and rainfall, the relation between maximum thickness of deposition and rainfall, the relation between dangerous scope of fan zones and rainfall, the relation between deposition shape and rainfall and the relation between debris flow velocity and rainfall.

Debris flow; Debris flow velocity; Deposition mode; Rainfall

X820

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