强震区沟谷宽缓组合对泥石流动力学特征影响研究

赵宇鹏 杨太强 王昆 程伟 罗军尧

收稿日期：2023-05-15；接受日期：2023-10-18

基金项目：国家自然科学基金联合基金项目（U22A202602）

作者简介：赵宇鹏，男，硕士研究生，研究方向为工程地质与地质灾害。E-mail：zyp2810@163.com

通信作者：杨太强，男，博士，主要从事地质灾害等方面的研究。E-mail：ytq7958@163.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章编号：1001-4179（2024） 06-0167-09

引用本文：赵宇鹏，杨太强，王昆，等.

强震区沟谷宽缓组合对泥石流动力学特征影响研究

［J］.人民长江，2024，55（6）：167-175.

摘要：岷江上游分布着大量宽缓型和窄陡型泥石流沟，沟道的宽缓和窄陡对泥石流动力学特征具有重要影响。以岷江上游宽缓型沟谷桃关沟为研究对象，采用Massflow软件模拟再现了沟谷内泥石流的动力过程，得到了“宽缓支沟+宽缓主沟”“窄陡支沟+宽缓主沟”两种组合下的泥石流动力学特征。研究表明：流域内不同级别支沟间的宽缓组合对泥石流的运移具有显著影响，这种沟间组合因素影响了泥石流的速度和泥深。 “窄陡+宽缓”组合下，前期泥石流流速较大，下蚀效应明显，扩散路径长，后期多淤积；而“宽缓+宽缓”组合下，沟内泥石流的侧蚀效应更显著，加剧了沟道的演化。这两种组合下的泥石流均有堵塞河道进而发育成堰塞湖的风险。研究成果提高了关于沟道宽缓组合对泥石流运移影响的认识，可为沟谷类泥石流危险性评价提供参考。

关  键  词：泥石流； 沟谷形态； 宽缓-窄陡； 动力特征； 强震区； 岷江上游

中图法分类号： P642.23

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.06.023

0  引 言

泥石流常启动于沟谷或山坡，是一种由暴雨、融雪等水源激发，并裹挟有大量泥沙、石块和巨砾等物质的两相流体，按集水区地貌特征划分为沟谷型泥石流和坡面型泥石流［1］。中国川渝地区群山绵延、雨水丰沛，常发生泥石流等地质灾害。特别是岷江上游流域受2008年“5·12”汶川特大地震的影响［2］，滑坡、泥石流等灾害频发，该流域内有“宽缓”和“窄陡”两种类型的沟谷型泥石流［3］。“宽缓”沟谷型特点：① 流域面积X1＞10 km2；② 沟床平均纵坡降X4＜200‰；③ 流域宽度局部可达到80～100 m。“窄陡”沟谷型特点：① 流域面积X1＜2 km2；② 沟床平均纵坡降X4＞300‰；③ 流域平均宽度小于50 m。

泥石流的启动、发育和淤积不仅受到泥石流自身流变特征的影响［4-5］，还受到泥石流所处流域几何特征的制约［6］。泥石流的敏感性分析常常与地貌演化阶段进行关联，分支小流域地貌演化程度的差异大体决定了主沟泥石流的来源，因此，面积-高程和面积-坡度积分常作为泥石流敏感性及物质供给能力的判断依据［7-10］。强震区泥石流精细化预报模型已经得到了改进［11］，在模型中考虑了泥石流形成区沟道宽度和颗粒粒径的影响，并在多次强震区泥石流事件中得到良好验证。赵宾杰等对169条泥石流沟地形参数进行统计分析，重点研究了流通区沟道宽度、流通区及形成区沟床平均纵比降，给出了窄陡泥石流沟的具体参数，这对泥石流类型的区分及窄陡型泥石流研究提供了参考［12］。在云南省怒江流域，一些泥石流的发生特征也显著受到沟道形态的影响，比如沟道宽度的突然变窄等［13-14］，研究表明怒江东月各泥石流的强致灾能力与临近沟口处的沟道大转弯以及宽度突变有关［15］。目前，对泥石流动力学特征的研究主要采用现场实验法、室内实验法和数值模拟法。其中数值模拟法常被用作泥石流灾害的动力学过程研究，并且在灾害分区评估中具有重要作用［16-18］。常用的泥石流数值模拟软件主要有FLO-2D、CFX、Massflow等。比如：胡卸文等基于流体动力学软件对CFX的桃关沟与江口沟开展了泥石流的模拟与反演，分析了泥石流对沟口段建筑造成的冲击淤埋问题以及泥石流危险区范围分布情况［19-20］；于虹等基于SPH-SEM耦合方法讨论了泥石流冲击输电塔时的动力学特征及扩散行为［21］；陈明等基于FLO-2D软件的强震区窄陡型瓦窑沟泥石流模拟再现了其启动、侵蚀、堆积动力演化过程［22］，研究了窄陡型泥石流动力学特征以及泥石流的启动、挟带和扩散过程，为强震区窄陡型泥石流的风险评估、监测预警提供了重要参考。

目前，国内外对泥石流流域特征的研究较多，对泥石流的研究方法多种多样［16-22］，但对于多支沟泥石流，特别是流域内不同级别沟道间的宽缓组合对泥石流动力过程及流域地貌演化的影响研究仍存在空白。本次研究依托汶川县桃关沟流域的地形地貌及“7·10”灾难性泥石流事件，通过数值模拟研究，阐明宽缓组合变化对沟道泥石流运动的影响。通过了解泥石流在不同宽缓组合条件下的流动特征，将有助于制定合理、有效的减灾工程设施。

1  研究区概况

桃关沟位于汶川县映秀镇街上村，源于岷江左岸的桶棚梁子，属岷江左岸一级支流，夹在龙门山系和邛崃山系之间，沟口坐标为103°29′9.02″E，31°15′7.47″N，其流域形态似扇形（图1），总体流向由东北向西南，流域面积约50.86 km2，主沟长约13.3 km，发育多条支沟，主沟沟口有大量居民区和工业区。

桃关沟流域位于龙门山华夏系构造体系中南段的九顶山华夏系构造带内，属甘孜－松潘地槽褶皱带与扬子地台之间隙褶皱亚系，区域内构造活动频繁，其中第四系活动断裂茂汶断裂带对研究区影响较大。由于一系列大型断裂带的影响，研究区所处的汶川县地震活动频繁，据地震烈度分级标准，属Ⅷ度地震烈度区，频繁的地质构造运动使得流域内的坡积物变得松散。据统计，受强震影响，研究区出现了大量的滑坡和不稳定坡体，仅“5·12”地震引起的新增物源点达百余处，估算各类松散物源总量达2 800万ｍ3，物源散布在流域的主、支沟中，常布于坡度较陡的区域，上游物源储量相较多于下游，这为泥石流的暴发提供了良好的物质条件。

研究区所处的映秀镇属亚热带湿润季风气候区，根据相关气象资料，该区域年均降水量常年在1 253.1 mm左右，雨季集中在5～9月，7、8月为降雨峰值期，常发生暴雨。强降雨会导致岩土体软化饱和，降低其抗剪强度并增加容重，加剧沟道内坡体的不稳定。因此，暴雨不仅为泥石流启动提供了充足的水动力，还间接为其提供了丰富的固体物源。

根据相关评估［23］，桃关沟属极度危险的泥石流沟，历史上曾多次发生大规模泥石流事件。2008年汶川“5·12”大地震是桃关沟泥石流发生频率的关键转折点。地震前，该流域分别于 1890、1963、1991年雨季发生泥石流事件；地震后，暴发了2010年“8·13”、2012年“8·17”、2013年“7·10”特大泥石流事件，2019年“8·21”小规模山洪泥石流。

2  流域几何特征

桃关沟流域属深切割中、高山侵蚀地形，沟道上陡下缓，平均坡降197 ‰，主沟坡降从两河口的113 ‰降至沟口的61 ‰，支沟平均坡降普遍高于主沟（表1），具有山高坡陡的特点。流域平均坡度在35°以上，下游主沟的沟道宽度在60～120 m之间；如图2、图3（f）所示，下游主沟沟内多缓坡（19°～30°），岸坡坡度大，具有“U”形谷的特点；上游支沟多，除上桃关沟、高岩沟外，其余支沟沟道较窄小，沟长较短（表1、图3），具有“V”形谷的特点。根据文献的划分标准［3］，流域内枧槽沟、漆树沟、小段沟等数条支沟属“窄陡”型沟道，上桃关沟和高岩沟属“宽缓”型沟道。流域内水系发育，下桃关沟为主沟，上桃关沟和高岩沟是该流域的一级支沟，一级支沟发育多条二级支沟，上游发生的泥石流常启动于二级支沟，流入一级支沟，在两河口呈“Y”形交汇，汇入主沟，发生堆积。

3  Massflow泥石流运动模拟

3.1  Massflow模拟原理

泥石流是多相流体，具有流体的力学性质，其运动过程同样遵循流体力学的质量守恒规律和动量守恒规律。Massflow是利用改进的Navier-Stokes方程，将方程中的变量在深度方向进行积分，进而推导出质量守恒方程（式（1））和动量守恒方程（式（2）～（4）），最后求得流体的流速和泥深。

ρt+ρux+ρvy+ρwz=0（1）

ρut+ρu2x+ρuvy+ρuwz

=ρgx+τxxx+τyxy+τzxz（2）

ρvt+ρuvx+ρv2y+ρvwz

=ρgy+τxyx+τyyy+τzyz（3）

ρwt+ρuvx+ρvwy+ρw2z

=ρgz+τxzx+τyzy+τzzz（4）

式中：u，v，w 分别代表流体速度在 x，y，z 轴上的分量；ρ为流体的密度；t为时间；τij为不同方向上的应力分量；gx，gy，gz分别代表重力加速度g在x，y，z轴上的分量，表达成矩阵形式如下：

gxgygz=cosθy0－sinθy010sinθy0cosθy 1000cosθxsinθy0－sinθxcosθx 00g（5）

3.2  Massflow模拟参数

3.2.1  地形参数处理

地形参数主要包括四川省2020年12.5 m数字高程模型（DEM）和桃关沟流域高精度卫星影像图。将获取的DEM导入ArcGIS中，利用掩膜提取功能，截取出研究区DEM，然后再通过转换工具中的Raster to ASCⅡ，将栅格化的DEM转化成可以导入Massflow软件的ASC码。

3.2.2  泥石流沟道选取

考虑到其他支沟沟道在地形特征等方面与本文所选取具体支沟道具有相似性，并且有些沟道从目视解译情况来看暴发成规模的泥石流概率较低，故选取枧槽沟（Jcg）、银沟（Yg）、漆树沟（Qsg）和小段沟（Xdg） 、桃关1号支沟（Tgzg）、上桃关沟（Stgg）和高岩沟（Gyg）作为典型代表。因此，本次模拟分别选取了5条窄陡型支沟和2条宽缓型支沟，共7种工况，具体类型见表2。

3.2.3  泥石流参数确定

（1） 密度。

泥石流密度反映了其物理力学性质，常采用现场配浆法、经验公式法、查表法等方法确定。由现有文献对桃关沟泥石流堆积物配制浆液测量并多次校正的结果可知［20，24］，桃关沟泥石流浆液密度介于1.756～1.830 t/m3，但测得“7·10”泥石流浆体密度γc为1 731 kg/m3，综合取值，本文模拟中桃关沟泥石流密度为1 744 kg/m3，属过渡性黏性泥石流。

（2） 流量。

由于缺乏连续的泥石流流量观测数据，常采用简单五边形概化方法来描述泥石流的流量过程曲线。刘铁骥等［25］在冷渍沟泥石流的Massflow数值模拟中对流量过程曲线采用了简单概化五边形理论，本文仍采用该理论。考虑到泥石流在最不利条件下的灾害效应，本次模拟以桃关沟“7·10”泥石流峰值流量为参考［20，24］，本文模拟确定峰值流量为630 m3/s，时间为1 800 s，如图4所示。

（3） 摩擦模型。

Massflow软件中提供了多种基底摩擦模型，Voellmy 模型是基于库伦模型演变的一种经验性模型，该模型将基底摩擦阻力与速度视为正比关系，并考虑了流体的湍流系数，常适用于泥石流、泥流等灾害［26］：τb=σμ+ρgv2ξ（6）

式中：τb为基底的剪应力，Pa；σ为正应力，Pa；μ为摩擦系数；ρ为泥石流平均密度，kg/m3；ξ为湍流系数，m/s2。

本次模拟采用Voellmy 模型，摩擦系数（μ）和湍流系数（ξ）是Massflow建模的重要参数，参考该流域周边沟道模拟的验算参数［27］，μ和ξ分别取值为0.1和300。

（4） 启动点。

泥石流的启动点受到降雨、地质、地形等影响，具有随机性和不确定性。根据研究，较陡的坡道更易引发泥石流，其中26.6°的沟道坡度是泥石流启动的转折点［6］；西南地区泥石流沟中 25°～45°范围的坡积物在强降雨诱发下极易失稳［28］，从而暴发滑坡、泥石流等山地灾害。运用ArcGIS提取的桃关沟坡度因子（流域内25°～45°坡度范围与流域面积比值）为0.66，这与黄成等［29］研究结果接近。结合前人研究，本次模拟将7条支沟的泥石流启动点坡度范围确定为26°～35°。

3.3  模拟结果及分析

本文模拟结果包含了7种工况下的流速和泥深（图5）。为分析这两种类型下泥石流的整体流速和泥深，本文利用ArcGIS软件随机提取每种工况下100组点源数据，采用了统计学方法，计算各工况的平均流速和泥深。最后利用ArcGIS软件测算了各工况下泥石流的运移路径。具体结果见表3。

从图5（c）、（f）和（d）、（g）来看，工况3、6和工况4、7中泥石流的扩散路径较多重叠，可作为“窄陡+宽缓”组合与“宽缓+宽缓”组合下的典型进行对比。结合表3可知，工况3的流速相比工况6高了6.41 m/s，增加298 %，工况4的流速相比工况7高了3.75 m/s，增加97 %；工况3的运移路径相比工况6多1.65 km，工况4的运移路径相比工况7多1.07 km；而工况3的泥深相比工况6低了1.36 m，降低16.64 %，工况4的泥深相比工况7低了1.37 m，降低16.91 %。因此，在泥石流参数相同的条件下，“窄陡+宽缓”（工况3、4）组合下泥石流的流速明显高于“宽缓+宽缓”（工况6、7）组合下流速。但从泥深来说，“窄陡+宽缓”组合下的泥石流淤积略低于“宽缓+宽缓”组合。就泥石流运移路径而言，“窄陡+宽缓”组合下的沟道更利于泥石流的远程扩散。

由图5（a）、（b）、（e）中可知，泥石流启动的支沟尽管接近主沟沟口，但最终仍没有冲出沟口、堵塞岷江，这与 “7·10” 桃关沟泥石流实际发生的冲出规模相一致。相较于其他工况，工况1、2、5的泥石流这3种工况下的流速、泥深、运移路径等参数都较为接近。从图2流域近沟口的高程和坡度变化可以看出，随着下游主沟的加宽，泥石流的淤积逐渐变大，不断降低了沟道纵坡坡降，迫使流体冲出动能逐渐减小，有效控制了其冲出规模。

总地来说，在泥石流发生前，受地形地貌的影响，流域内泥石流的发生其实是在流域的局部地貌下活动的，因此，流域内沟道宽缓组合作为一种局部地貌的显现造成了泥石流活动性与动力特征的差异。

4  泥石流冲、淤变化特征

4.1  泥石流动力学参数横向分布特征

为了解上述两种组合下沟内泥石流的动力学参数横向分布变化，本文分别对工况1～7的模拟结果随机截取4个断面，支沟先取2个面、主沟后取2个面，并分别编号JM1、JM2，截面内顺次取8个点，以获取对应点位的流速和泥深。

4.1.1  窄陡型+宽缓型

如图6（a）所示，泥石流在窄陡沟道内流速多表现出中间大、边缘小的特点，泥深表现正好与流速相反，这与实际的泥石流观测数据是一致的［28］。造成这种流速横向分布方式的原因是复杂的，多数研究认为是边界约束以及流体性质共同作用下的结果，而流动强度、断面宽深比和边壁相对粗糙度是影响速度分布的重要因素［30］，但其系统机制研究仍然不够深入且尚无定论［31-32］。

如图7（a）所示，在宽缓主沟中，泥石流横向流速多呈中间小、边缘大的特点，而泥深呈中间大、边缘小的特点。从这种变化可知，随着下游主沟沟道变宽，流体缓慢冲蚀下游沟道，龙头流速逐渐减小，沟道中部出现淤积，但后发泥石流流速较大，当后发泥石流叠加前阵淤积泥石流时，流速矢量方向发生改变（图8），导致流速出现边缘大于中部的现象。

4.1.2  宽缓型+宽缓型

如图5 （f）、（g）和图9所示，该组合方式下，无论主、支沟，流体均表现出泥深大、流速小的特点，泥石流横向流速呈中间小、边缘大的特点，而泥深呈中间大、边缘小分布，说明沟内的泥石流仍以既冲又淤的方式发展。冲以缓慢的冲刷下切作用为主，图9（a）中Gyg-JM1数据取自沟内直道段，流速、泥深曲线走势与窄陡沟道下泥石流变化规律相似，Gyg-JM2取自Gyg-JM1之后，且横向流速右边部大于中部，沟中偏左的区域有淤积。可以发现，泥石流在直沟道中缓慢流动，流经窄道时，流速增大，过窄道后，流速减小，泥深变大，出现停淤，因此，当后发泥石流在冲入前方停淤泥石流时，流速矢量方向向沟道两侧偏移，导致边缘泥石流流速大于中部流速，这会促使泥石流加强对沟边物源的侧蚀，从而加剧沟道变宽［33］。如图5（f）、（g）和图9（b）所示，淤是宽缓沟道的常见现象，淤积常由沟道宽缓、沟内堆积形成的拦截或沟内的急转弯以及主支沟大角度交汇时候的“弯道超高”的消能作用所引起，但对于宽缓组合沟道而言，沟道的宽缓与沟内急转弯和主支沟交汇角的组合效应，会加重泥石流淤积，或发育成堰塞湖［34］，增加了泥石流的致灾风险。

4.2  致灾效应分析

从泥石流流速和泥深的横向分布特征来看，“窄陡支沟+宽缓主沟”组合下，窄陡支沟中流速较高，以冲刷揭底、溯源侵蚀的方式侵蚀沟内物源，且横向流速多呈中部大于边缘的方式分布，因此，泥石流的下蚀效应更显著；而“宽缓支沟+宽缓主沟”组合下，由于沟内淤积，泥石流横向流速多呈边缘大于中部的方式分布，故泥石流的侧蚀效应更显著。但无论哪种沟道组合方式，下游宽缓主沟沟内都存在淤积。淤积的增加导致沟内形成堰塞坝，或遇上暴雨形成新一轮泥石流事件，或在后发泥石流冲击下发生溃坝灾害，短时形成大方量泥石流，淹没并冲毁下游构筑物，这与岷江流域泥石流灾害评价的结果一致［3，23，33］。桃关沟主沟沟道长且宽缓，沟内易出现堵溃，加之主支沟和支沟间沟谷长度、纵坡坡降、沟道形态特征的差异，造成泥石流表现出持续时间长、冲出规模大、各支沟形成洪峰汇至沟口的时间呈错峰抵达的特点，因此，当支沟群发泥石流时，可能出现阵流现象。若出现阵流时，则属多种组合的叠加效应。窄陡支沟的高流速有利于夹带沟内物源，增加下游沟道泥石流规模，同时沟内形成的高能量流体，若其流入主沟，将猛烈冲击主沟内堰塞坝，加大溃坝风险。宽缓支沟沟内发生淤积，一旦溃坝，瞬时形成大方量泥石流，冲入主沟，可能会导致多级溃坝。

泥石流发生后的地貌效应，即泥石流发生后有些区段由于刮铲、夹杂效应会引起沟床侵蚀下切，而有些地方淤积，形成泥石流滩地地貌，这与泥石流发生后的地形变化是息息相关的。

5  结 论

桃关沟流域主支沟有两种组合形式，分别是“宽缓型支沟+宽缓型主沟”和“窄陡型支沟+宽缓型主沟”。通过地理信息系统分析了沟谷地貌形态，并基于Massflow软件平台对主支沟组合形式下的泥石流动力特征进行了对比分析，得到以下结论：（1） “窄陡+宽缓”组合下，高流速多出现于窄陡支沟，大淤积多发生于宽缓主沟。这种组合下泥石流是以先冲后淤的方式发育的，以先下蚀后侧蚀的方式侵蚀沟道及沟内物源；而“宽缓+宽缓”组合下，泥石流流速小、泥深大、运移路径较大，泥石流在该组合下是以既冲又淤的方式发育的，主要以侧蚀的方式侵蚀沟道，加剧沟道变宽。

（2） 泥石流在上述两种组合下都可能淤积形成堰塞坝，或发育成堰塞湖，一旦遇上暴雨或洪水，淤积物将会成为物源，引起泥石流动量增加，为大型泥石流的孕育和发生提供便利条件。若考虑群沟组合效应，不排除链式灾害的风险。

（3） 宏观上来说，对于泥石流所具有的这种非线性现象，在沟道不同组合情况下，初始几何条件可能决定了其演化的大方向。同时，上述结果也表明，流域内各级支沟的流域特征及组合关系，除了流体性质外，可以成为防止泥石流致灾的关键因素。

参考文献：［1］  国土资源部.泥石流灾害防治工程勘查规范：DZ/T 0220－2006［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［2］  许强.四川省8·13特大泥石流灾害特点、成因与启示［J］.工程地质学报，2010，18（5）：596-608.

［3］  韩玫.汶川震区“宽缓”与“窄陡”沟道型泥石流致灾机理研究［D］.成都：西南交通大学，2016.

［4］  PELLEGRINO A M，SCHIPPA L.A laboratory experience on the effect of grains concentration and coarse sediment on the rheology of natural debris-flows［J］.Environmental Earth Sciences，2018，77（22）：741-749.

［5］  COUSSOT P，MEUNIER M.Recognition，classification and mechanical description of debris flows［J］.Earth Science Reviews，1996，40（3/4）：209-227.

［6］  BRAYSHAW D，HASSAN M A.Debris flow initiation and sediment recharge in gullies［J］.Geomorphology，2009，109（3/4）：122-131.

［7］  COHEN S，WILLGOOSE G，HANCOCK G.A methodology for calculating the spatial distribution of the area-slope equation and the hypsometric integral within a catchment［J］.Journal of Geophysical Research-Earth Surface，2008，113（3）：F3021-F3027.

［8］  赵岩，孟兴民，庆丰，等.基于地貌参数的泥石流沟发育阶段划分［J］.灾害学，2018，33（4）：48-52.

［9］  向灵芝，李泳，陈洪凯，等.基于流域演化的泥石流敏感性分析［J］.长江流域资源与环境，2015，24（11）：1984-1992.

［10］张静，田述军，侯鹏鹂.基于面积-高程和面积-坡度积分的泥石流物质供给能力分析［J］.中国地质灾害与防治学报，2021，32（4）：9-16.

［11］余斌，杨凌崴，刘清华，等.基于沟床宽度与颗粒粒径的泥石流精细化预报模型［J］.地球科学，2020，45（4）：1447-1456.

［12］赵宾杰，余斌，常鸣，等.窄陡型泥石流沟特征研究［J］.泥沙研究，2021，46（5）：61-67，40.

［13］杨太强，蒋玉，徐则民.怒江东月各泥石流搬运能力研究［J］.自然灾害学报，2016，25（5）：55-63.

［14］罗荣章，徐则民.怒江东月各特大泥石流流域几何形态学特征［J］.水文地质工程地质，2016，43（6）：141-147.

［15］邵振臣.怒江东月各大型高速远程泥石流运移及致灾机理［D］.昆明：昆明理工大学，2017.

［16］OUYANG C，HE S，TANG C.Numerical analysis of dynamics of debris flow over erodible beds in Wenchuan earthquake-induced area［J］.Engineering Geology，2015，194：62-72.

［17］李宝幸，蔡强，宋军，等.基于FLO-2D的泥石流灾害风险评价：以麦多沟泥石流为例［J］.自然灾害学报，2022，31（4）：256-265.

［18］贾涛，唐川，王纳纳.基于FLO-2D与冲量模型的泥石流危险度分区方法及应用［J］.水电能源科学，2015，33（2）：152-155.

［19］胡卸文，刁仁辉，梁敬轩，等.基于CFX的江口沟泥石流危险区范围预测模拟［J］.岩土力学，2016，37（6）：1689-1696.

［20］韩玫，胡卸文，刁仁辉.汶川震区桃关沟泥石流都汶高速段动力学特征数值模拟［J］.四川大学学报（工程科学版），2016，48（1）：35-42.

［21］于虹，李昊，许标，等.基于SPH-FEM耦合方法的泥石流冲击输电塔基础的动力分析［J］.防灾减灾工程学报，2024，44（1）：68-78.

［22］陈明，唐川，甘伟，等.震区急陡沟道型泥石流特征及动力过程研究：以汶川瓦窑沟为例［J］.云南大学学报（自然科学版），2018，40（2）：272-278.

［23］刘希林，王全才，孔纪名，等.都（江堰）汶（川）公路泥石流危险性评价及活动趋势［J］.防灾减灾工程学报，2004，24（1）：41-46.

［24］甘伟，蔡英桦，王晓迪，等.桃关沟泥石流成因分析及静动力学特征［J］.甘肃水利水电技术，2018，54（8）：28-31.

［25］刘铁骥，孙书勤，赵峥，等.基于Massflow模型的冷渍沟泥石流工程治理效果评价［J］.水利水电技术，2020，51（10）：195-201.

［26］周凯琦.基于单层单相流和多层多相流的灾害动力学数值模拟［D］.武汉：华中科技大学，2017.

［27］田述军，张静，张珊珊.震后泥石流防治工程减灾效益评价研究［J］.灾害学，2020，35（3）：102-109.

［28］康志成，李焯芬，马蔼乃，等.中国泥石流研究［M］.北京：科学出版社，2004.

［29］黄成，张友谊，眭静，等.地形因子对沟谷泥石流发育的影响：以都汶高速“7.10”群发泥石流为例［J］.人民长江，2019，50（8）：115-119.

［30］黄琦.流动强度和边壁效应对黏性泥石流流速横向分布的影响机理研究［D］.重庆：重庆交通大学，2022.

［31］徐林荣，韩征，苏志满，等.泥石流流速横向分布特征与防治工程结构优化［J］.岩土力学，2012，33（12）：3715-3720.

［32］韦方强，胡凯衡.泥石流流速研究现状与发展方向［J］.山地学报，2009，27（5）：545-550.

［33］丰强，唐川，陈明，等.汶川震区绵虒镇“8·20”登溪沟泥石流灾害调查与分析［J］.防灾减灾工程学报，2022，42（1）：51-59.

［34］曹春然，陈华勇，NEUPANE R.泥石流堰塞坝研究进展［J］.人民长江，2020，51（10）：36-41.

（编辑：郑 毅）

Influence of combination of gentle and steep gullies on dynamic characteristics of debris flows in a strong earthquake area

ZHAO Yupeng1，YANG Taiqiang2，WANG Kun2，CHENG Wei2，LUO Junyao2

（1.Faculty of Land and Resources Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China;

2.Power China Kunming Survey and Design Institute，Kunming 650051，China）

Abstract：

There are a large quantity of wide-gentle gullies and narrow-steep gullies in upstream of Minjiang River basin.The geometry of gullies has important influences on kinetic characteristics of debris flows.Taking Taoguangou gully，a wide-gentle gully in the upper reaches of Minjiang River，as the research object，we used Massflow software to simulate the dynamic process of debris flow in the gully，and the dynamic characteristics of debris flow with "narrow-steep branch channel+wide-gentle main channel， or wide-gentle branch channel+wide-gentle main channel" were obtained.The results show that the combination of wide-gentle channels of different levels in the basin has a significant effect on the initiation mode and behavior of debris flows，which affects the velocity and mud depth of debris flows.Under the combination of "narrow-steep+wide-gentle"，the flow velocity of debris flow is large in the early stage，the effect of down-cutting is obvious，the run-out path is long，and the sedimentation is more in the later stage.Under the combination of "wide-gentle+wide-gentle"，the lateral erosion effect of debris flow in the trench is more significant，which intensifies the evolution of the trench.Both the two combinations have the risk of blocking the river and developing into a barrier lake.This study improves the understanding of the influence of wide-gentle channel combination on debris flow migration and is helpful to the future risk assessment of debris flow.

Key words：

debris flow; gully geomorphology; wide-gentle and narrow-steep; dynamic characteristics; strong earthquake area; upstream of Minjiang River