长白山泥石流物源量与堆积区形态关系研究★

杜文浩 付文韬 王政语 赵天雪

(吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130026)

长白山泥石流物源量与堆积区形态关系研究★

杜文浩 付文韬 王政语 赵天雪

(吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130026)

以长白山泥石流为研究对象，对长白山现场取回的碎屑物进行了室内实验，利用室内泥石流模拟实验装置模拟泥石流形成过程，研究了不同物源量的情况下堆积区的变化情况，对堆积区最大堆积厚度、堆积长度、堆积宽度、堆积面积以及扩散角的测量数据和物源量进行拟合，结果表明，随着物源量的增加，以上各参数都在不同程度地增加。

泥石流，物源量，模拟实验

0 引言

长白山位于我国吉林省东部，与朝鲜接壤，是我国著名的风景旅游胜地。长白山又是一座多期喷发的活火山，在其顶部形成一个火山湖——天池。天池是松花江，图们江，鸭绿江三江之源。天池呈椭圆形，周长约13 km，集水面积9.82 km2，平均水深200 m，最深处达373 m，是我国最深的火山湖和最深的湖泊[1]。一旦长白山火山喷发，天池溃决，池内数以亿计的湖水顺流而下，形成火山泥石流。火山泥石流一旦发生,会带来极其严重的后果。据野外观察,按二道白河—第二松花江的火山泥石流的分布及厚度可估计未来的火山泥石流,将可能摧毁现有位于松花江、鸭绿江水系的一系列大、中、小型水库及水电站,从而形成全流域泛滥成灾,酿成极为严重的原生和次生火山灾害[2]。因此，做好长白山泥石流的防治工作尤其重要，孙平等[1]在2002年对长白山天池地区的火山泥石流的形成条件和发育特征进行了研究；聂保锋等[3]根据距离火山口远近不同堆积物所展现的不同特征，将长白山天池火山泥石流分为碎屑流相、过渡相和超富集流相。本次研究以长白山碎屑物为原料，通过室内土工实验了解碎屑物的特征，然后利用室内模拟装置模拟泥石流的全过程，研究泥石流物源量对堆积区的影响，为长白山泥石流的防治工作提供必要理论依据。

1 长白山泥石流的物质特征

本次研究主要分析了长白山碎屑物的粒度成分，实验中用四分法取碎屑物样品500 g进行筛分实验，其结果如图1所示。

从图1可以看出，曲线前部和后部比较平缓，说明大颗粒和小颗粒的含量较少，大部分颗粒粒径集中在20 mm～0.5 mm之间，土中粘粒含量少，在水流的冲刷下，颗粒很容易分散开来，有利于泥石流的形成。

2 泥石流模拟实验方案及结论

2.1 实验装置

实验采用的模拟装置如图2所示，装置由物源槽、流通槽、堆积板、供水箱、尾料槽组成，供水槽通过水泵与物源槽相连，水泵输水管装有电磁流量计和阀门，分别用来测量和调节水流速度。物源槽设计成梯形，上底长为30 cm，下底长为140 cm，高为40 cm；流通槽长2.4 m，宽30 cm，两侧装有玻璃板方便观察泥石流运动，上与物源槽相连，下与堆积板相接；堆积板为长1.8 m，宽1.8 m的矩形带肋钢板。物源槽、流通槽和堆积板都可以通过调节改变其倾角，堆积板上方固定相机槽，方便拍照，堆积板尾部通过输水管与底下的尾料槽相连。

2.2 实验方案及结果分析

实验首先固定物源区、流通区和堆积区的坡角分别为20°，10°和5°，然后将土样平铺于物源槽内，厚度分别为1 cm，1.5 cm，2 cm，2.5 cm，3 cm，控制其平铺面积下底30 cm，上底110 cm，并稍稍压实。接通水泵，调节阀门将水流流速控制在2.2 m3/h，冲刷时间为1 min。然后在堆积区部分测量不同位置堆积扇的厚度、堆积长度和宽度，以及堆积扇覆盖面积和扩散角。实验结果及分析如表1所示。

表1 泥石流模拟实验结果

分别绘制堆积区覆盖面积、堆积宽度、堆积长度、最大堆积厚度与物源区体积的拟合曲线，如图3～图6所示。由于第一组物源量较小，在堆积区形成的堆积扇形态与其他几组出入较大，因此曲线拟合时以后四组数据作为参考。

分析图3～图6拟合曲线可知：随着物源区体积的增加，堆积区覆盖面积、堆积宽度、堆积长度、最大堆积厚度都在不同程度地增加。但是堆积宽度增加速率最快，堆积面积增加最为缓慢。可以得出在物源区体积增加时，泥石流被冲向堆积区的分布主要以横向运动为主，以致形成此现象。

再绘制物源区体积与堆积区扩散角的拟合曲线，如图7所示。

相对于以上几组曲线，物源区体积与堆积区扩散角增加的趋势更加明显，这是由于横向运动明显的原因，验证了泥石流在堆积区的运动以横向扩张为主。

3 结语

通过以上对长白山泥石流的模拟实验得出以下结论：

1)从碎屑物的特征来看，碎屑物的粒径主要集中于20 mm～0.5 mm之间，粘粒含量少有利于泥石流的形成。

2)从泥石流模拟结果分析，物源量增加，堆积区的分布区域在增大，其流动长度、厚度、面积增加较小，而堆积扇宽度和扩散角增加显著，说明泥石流的运动以横向扩张运动为主。在防治泥石流时，应在潜在堆积区范围内更要注意加强排导措施。

[1] 孙 平,王钢城,曹炳兰.长白山旅游区泥石流灾害研究[J].世界地质，2002(10)：33-34.

[2] 崔钟燮,张三焕.长白山火山活动的现状和未来展望[J].国际地震动态，1999(3)：37-38.

[3] 聂保锋,刘永顺,彭 年.长白山天池火山泥石流分布特征及其形成模式研究[J].首都师范大学学报(自然科学版)，2009(7)：15-16.

[4] 王雪冬，李广杰，彭帅英，等.泥石流输沙体积浓度实验及预测[J].吉林大学学报，2012(4)：92-93.

[5] 刘国超.物质成份对长白山火山次生泥石流影响范围的分析[D].长春：吉林大学，2013.

[6] 王子健.二道白河地区泥石流危险范围预测[D].长春：吉林大学，2013.

[7] 瞿燕林，王艳梅.泥石流及其防治措施综述[J].西部探矿工程，2013(2)：57-58.

Research about the influence of amount of debris on Changbai Mountain debris flow★

DU Wen-hao FU Wen-tao WANG Zheng-yu ZHAO Tian-xue

(CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China)

Debris flow of Changbai Mountain was selected as the object of this research. We carried out soil test using different samples in Changbai Mountain. Then built the simulation test platform to simulate the formation of debris flow, and discuss the variation of accumulation zone with the different amount of debris. Do the fitting about simulate thickness, length, width, area, spread angle with the amount of debris. The result showed that with the increase of debris in provenance section, the data above increased in different degree.

debris flow， amount of debris， simulation experiment

1009-6825(2014)34-0072-02

2014-09-21

★:本文受国土资源部公益项目(项目编号：201211095-6)和吉林大学“大学生创新项目”(项目编号：2013A63210)资助

杜文浩(1991- )，男，在读本科生； 付文韬(1992- )，男，在读本科生； 王政语(1992- )，男，在读本科生； 赵天雪(1992- )，女，在读本科生

P642

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