基于改进深度积分的泥石流堵江堰塞坝形成机制研究及数值模拟

陈云龙; 杨旭; 李东; 时梦楠; 王钧沐; 姚强

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2504924

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (14) :5885-5894 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2504924

天文学、地球科学

基于改进深度积分的泥石流堵江堰塞坝形成机制研究及数值模拟

陈云龙 ¹ ,
杨旭 ¹ ,
李东 ² ,
时梦楠 ¹^,³ ,
王钧沐 ¹ ,
姚强 ¹^,³^,^*

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Debris Flow Dam Formation Mechanism and Numerical Simulation of River-blocking Landslide Dams Based on Improved Depth-integrated Model

CHEN Yun-long ¹ ,
YANG Xu ¹ ,
LI Dong ² ,
SHI Meng-nan ¹^,³ ,
WANG Jun-mu ¹ ,
YAO Qiang ¹^,³^,^*

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摘要

青藏高原东缘地震灾害频发,导致区域内沟道泥石流灾害易发多发,其运动堆积形成的堰塞坝产生的堵溃灾害严重威胁上下游安全。建立了改进深度积分的“泥石流-水流”耦合方程和数值计算模型,通过水槽物理实验为数值模拟提供参数并作为标定对照组,开展了多组沟道泥石流堵河型堰塞坝数值模拟,分析逆水堆积体回水舌长度、泥石流流速与不同泥石流沟道宽度、沟道纵坡、质量之间的关系。结果表明:泥石流沟道纵坡越陡、沟道越窄,泥石流流速越大,回水舌越长,越容易形成堰塞坝;在其他条件一定的情况下,泥石流质量每增加39 kg,回水舌长度平均变幅为39.4 cm,流速平均变幅为0.1 m/s;沟道宽度每增加10 cm,回水舌长度平均变幅为8.2 cm,流速平均变幅0.22 m/s;沟道坡度每增加3°,回水舌平均变幅为2.3 cm,流速平均变幅为0.17 m/s。结果表明泥石流质量、沟道宽度分别是决定回水舌长度、泥石流流速的主要因素,而泥石流沟道纵坡是次要因素。研究成果有助于科学预测泥石流堵江堰塞坝的致灾风险,可为灾害风险管理和应急响应提供理论依据。

Abstract

Frequent earthquakes along the eastern margin of the Qinghai-Xizang Plateau have led to the frequent occurrence of debris flow disasters in regional gullies. The damming and and breaching hazards formed by the accumulation of such debris flows pose serious threats to the safety of upstream and downstream areas. An improved depth-integrated “debris flow-water flow” coupled equation and numerical model were developed, and breaching hazards were conducted to provide parameters for the numerical simulations and serve as calibration controls. Multiple sets of numerical simulations were carried out to study debris flow-induced damming in gullies. The simulations analyzed the relationships between backwater tongue length, debris flow velocity, and varying channel widths, longitudinal slopes, and debris flow masses. Results show that the steeper the channel slope and the narrower the channel, the faster the debris flow and the longer the backwater tongue, increasing the likelihood of dam formation. Under otherwise constant conditions, for every 39 kg increase in debris flow mass, the backwater tongue length increases by an average of 39.4 cm, and the flow velocity increases by 0.1 m/s. For every 10 cm increase in channel width, the backwater tongue length decreases by an average of 8.2 cm, and flow velocity decreases by 0.22 m/s. For every 3° increase in channel slope, the backwater tongue length decreases by an average of 2.3 cm, and flow velocity increases by 0.17 m/s. These results indicate that debris flow mass and channel width are the primary factors influencing the backwater tongue length and flow velocity, respectively, while the channel slope is a secondary factor. The findings contribute to the scientific prediction of river-blocking landslide dam hazards caused by debris flows.

Graphical abstract

关键词

沟道泥石流 / 泥石流流速 / 深度积分 / 数值模拟 / 回水舌

Key words

debris flow in channels / debris flow velocity / depth integration / numerical simulation / backwater tongue

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陈云龙, 杨旭, 李东, 时梦楠, 王钧沐, 姚强. 基于改进深度积分的泥石流堵江堰塞坝形成机制研究及数值模拟[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(14): 5885-5894 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504924

CHEN Yun-long, YANG Xu, LI Dong, SHI Meng-nan, WANG Jun-mu, YAO Qiang. Debris Flow Dam Formation Mechanism and Numerical Simulation of River-blocking Landslide Dams Based on Improved Depth-integrated Model[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(14): 5885-5894 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504924

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沟道泥石流灾害一直是研究的热点和重点,这些研究主要集中于震后泥石流的起动^[1-5]、区域运动特征^[6-9]、泥石流发生降雨阈值确定^[10-11]、泥石流活动性的长期演化效应^[12-13]4个方面。地震发生后,灾区新增泥石流沟上百条,在暴雨作用下极易形成泥石流堵河型堰塞湖^[14-15]。不同于滑坡型堰塞湖形成机制,堵塞大河的主要为黏性或高浓度泥石流。由于该类泥石流重度大,沉积下来形成的坝体较均匀,因其特殊的物源性质和坝体结构很难完全溃决,同时,泥石流浆体中的泥沙会淤积下游河道,不断抬高河床,主河道上下游均存在致灾风险。因此,揭示沟道泥石流堵江型堰塞坝形成机制,对于后续进行沟道泥石流堵江型堰塞坝危险区预测、堰塞坝防治是十分必要的。

中外学者开展了大量物理实验和数值模拟研究。Chen等^[16]通过室内水槽实验和理论分析,研究了泥石流堰塞坝在不同河流堵塞模式下的筑坝过程和特征。Song等^[17]基于物理模型实验对大渡河泥石流堵河的典型案例进行了深度剖析,总结了泥石流堵河运动过程为堰塞坝形成、主河水位陡涨、冲撞对岸、主河回水,并包括了逆冲型阻河、混流型阻河和渐进式阻河3种典型的泥石流阻断模式。Yu等^[18]基于室内水槽实验,得出了黏性泥石流堵塞主河形式为轻度堵塞、部分堵塞、严重堵塞和完全堵塞4个阶段。然而对于堰塞坝成坝过程中,局部堆积体(回水舌)与整体堆积体之间也存在着某种关联的研究较少。同时,针对连续介质力学模型、离散介质等数值计算模型也开展了广泛研究。贾邦中等^[19]通过Fluent对龙川县米贝村1#泥石流进行模拟,揭示了沟床粗糙度、纵坡降、流向对泥石流演化的动力影响。李林泽等^[20]利用OpenLSEM对落井沟泥石流在不同降雨频率下堵塞大渡河进行了研究,得出了在不同降雨频率下落井沟泥石流堵塞大渡河的最大泥深、泥速。熊坤勇等^[21]利用Massflow对重现了九寨天堂沟堵江过程,并得出了堵江时泥石流流速、泥石流物源量、堆积范围等。张弘强等^[22]基于水动力模型,综合考虑降水、来流、地形、地质、植被及人口等多种影响因子,构建了泥石流风险分析模型。

然而,现有研究多聚焦于泥石流的发生与运动特征,或是侧重于风险空间分布与影响因子权重的确定,对于沟道泥石流堵江形成堰塞坝的成坝机制及泥石流与水流相互作用过程缺乏系统研究,尤其在模型层面尚未建立能同时反映水动力与固相动力耦合效应的定量模拟体系,深度积分连续介质力学的算法具有计算尺度大、模型构造简单、运算效率高、模拟流体运动效果较好等特点,有潜力解决复杂条件下的泥石流模拟问题。

现针对沟道泥石流堰塞坝形成关键问题,基于改进深度积分下的“泥石流-水流”耦合方程开展沟道泥石流堵江型堰塞坝成坝机制研究。开展3组室内水槽物理实验,为后续数模提供参数并作为标定对照组;构建泥石流堵河模拟的深度积分的“泥石流-水流”模型,开展13组泥石流堵河模拟,分析相同泥石流容重、主河沟道、交汇角条件下,泥石流流速、逆水堆积体回水舌长度与不同泥石流沟道宽度、沟道纵坡、质量之间的关系。研究结果可为泥石流堵江型堰塞坝危险程度预测、危险范围划分及灾害防治提供理论依据,对于提升沟道泥石流及其次生灾害防治理论和技术水平具有重要的现实意义和社会价值。

1 研究方法

1.1 改进的“泥石流-水流”流动方程

基于深度积分原理,改进了“泥石流-水流”耦合模型控制方程,基于控制方程构建了“泥石流-水流”耦合模型,进行了多组沟道泥石流堵江型堰塞坝数值模拟。深度积分连续介质力学的方法概念最早是由Savage等^[23]于1989年提出,其认为流体在运动方向的特征尺度远大于垂直方向的特征尺度,使得三维复杂的地表流动过程可通过二维模型进行求解。然而,该方法在沟道泥石流堵江型堰塞坝形成机制的可行性还未被验证。

建立改进的深度积分的“泥石流-水流”耦合模型控制方程是进行沟道泥石流堵江型堰塞坝模拟的基础。沟道泥石流堵江型堰塞坝的形成过程中存在泥沙输运、沉积等过程,了解其泥沙输运、沉积形式对于明白其成坝机制尤为重要。Ouyang等^[24]基于深度积分的连续介质理论,利用质量跃迁等式、莱布尼茨法则和动力学边界条件等方法,推导出了水流与泥沙交互下的质量,动量基本耦合方程为

(1)

$\frac{\partial h}{\partial t}+\frac{\partial hu}{\partial x}+\frac{\partial hv}{\partial y}=\frac{E-D}{1-p}$

式(1)中:h为流体深度;t为时间;μ、ν分别为流体在下x、y轴上的深度平均速度分量;E、D分别为x、y方向侵蚀速率;p为孔隙度。

(2)

$\begin{array}{l}\frac{\partial hu}{\partial t}+\frac{\partial h{u}^{2}}{\partial x}+\frac{\partial huv}{\partial y}=-gh\frac{\partial (h+z)}{\partial x}-\\ \frac{({\rho }_{s}-{\rho }_{w})g{h}^{2}}{2{\rho }_{1}}\frac{\partial c}{\partial x}-\frac{({\rho }_{2}-{\rho }_{1})(E-D)u}{{\rho }_{1}(1-p)}-\\ \frac{{\tau }_{zx}}{{\rho }_{1}}+\frac{{\rho }_{2}u}{{\rho }_{1}}\frac{E-D}{1-p}\end{array}$

式(2)中:z为原有堆积体表面高度;c为流体中的固体浓度;ρ_s、ρ_w分别为流体中固体密度、液体密度;ρ₁、ρ₂分别为水-沉积物混合密度、饱和沉积物密度;τ_zx为基底剪切力在x方向上的分量;g为重力加速度。

(3)

$\begin{array}{l}\frac{\partial hu}{\partial t}+\frac{\partial huv}{\partial x}+\frac{\partial h{v}^{2}}{\partial y}=-gh\frac{\partial (h+z)}{\partial y}-\\ \frac{({\rho }_{s}-{\rho }_{w})g{h}^{2}}{2{\rho }_{1}}\frac{\partial c}{\partial y}-\frac{({\rho }_{2}-{\rho }_{1})(E-D)v}{{\rho }_{1}(1-p)}-\\ \frac{{\tau }_{zy}}{{\rho }_{1}}+\frac{{\rho }_{2}v}{{\rho }_{1}}\frac{E-D}{1-p}\end{array}$

式(3)中:τ_zy为基底剪切力在y方向上的分量。

(4)

$E=\alpha \omega {(1-\alpha c)}^{m}{c}_{e}$

式(4)中:α为经验参数,取值为min[m,(1-p)/c];m为一个经验参数;ω为水中单个粒子的沉降速度;c_e为河床的输沙能力。

(5)

$\omega =\sqrt{{\left(13.95\right.\nu /d)}^{2}+1.09sgd}-13.95\nu /d$

式(5)中:ν为水的运动黏度;s=ρ_s/ρ_w-1;d为中值粒径。

(6)

${c}_{e}=\frac{q}{h}\sqrt{{u}^{2}+{v}^{2}}$

式(6)中:q为单位宽度床载输送率。

(7)

$D=\alpha \omega {(1-\alpha c)}^{m}c$

(8)

${\rho }_{1}={\rho }_{w}p+(1-p){\rho }_{s}$

(9)

${\rho }_{2}=(1-c){\rho }_{w}+{\rho }_{s}c$

对于基底剪切力τ的选取,基于Liu等^[25]所提出的流固耦合摩擦模型,针对所模拟实际情况,得出

(10)

$\tau =c{\tau }_{1}+(1-c){\tau }_{2}$

式(10)中: τ₁为泥石流基底摩擦模型;τ₂为水的基底摩擦模型。

(11)

${\tau }_{1}={\rho }_{3}ghtan\psi +{\rho }_{3}g\frac{{u}^{2}+{v}^{2}}{\xi }$

式(11)中:ρ₃为泥石流密度;ψ为物体基底摩擦角;ξ为经验指数,通常取1~2。

(12)

${\tau }_{2}={\rho }_{w}g{n}^{2}\frac{{u}^{2}+{v}^{2}}{{h}^{1/3}}$

式(12)中:n为糙率。

1.2 堰塞体成坝表征参数选取及测定方法

现场调查发现,堵江型堰塞坝成坝与堰塞坝回水舌长度、泥石流平均流速密切相关。塞坝回水舌长度越长则表明堰塞坝体的抵抗水流冲刷能力更强,更容易雍高上游水位,形成堰塞湖,威胁上下游居民安全。而泥石流平均流速越大,其能在更短的时间内冲到水槽对岸,造成堵江并形成堰塞坝。因此,选取堰塞坝回水舌长度、泥石流平均流速作为评价指标,考察泥石流质量、泥石流沟道坡度、泥石流沟道宽度对其的影响趋势。

图1所示为堰塞体回水舌模拟图,故回水舌长度可以定义为

(13)

$L=a-b$

图2所示为堰塞体回水舌最大时的流速示意图。为简化问题,泥石流平均流速可以定义为

(14)

$\overline{V}=\frac{{V}_{1}+{V}_{2}+{V}_{3}+{V}_{4}+{V}_{5}+{V}_{6}}{6}$

式(14)中:

$\overline{V}$

为泥石流在堰塞体回水舌最大时的平均流速。

2 实验和结果

2.1 实验相似条件

为了能够更加详细和清楚地重现泥石流运移入汇主河过程,使试验更加贴近灾害现场的真实情况,在进行水槽模型的设计时有必要考虑相似条件,但是由于在同一试验中影响因素众多,要同时满足所有相似条件极为困难。

考虑到泥石流为非牛顿多相流体,且堵江过程伴随复杂的堆积演化,难以同时满足全部相似条件,现采用以主控因素相似为核心的试验思路。试验参数以红椿沟这一典型堵江型泥石流沟道的实测特征作为主要原型约束,并结合烧房沟、七盘沟、张家坪沟、一碗水沟、草坡磨子沟和安夹沟等典型沟道现场调查资料及已有水槽物理模型研究成果,对沟道坡度、沟道宽度及泥石流质量等参数进行合理扩展与组合设置,从而构建具有代表性的试验工况。

红椿沟位于强震区汶川县映秀镇,沟道与岷江接近正交,主沟长约3.6 km,沟流域面积5.35 km²。流域内水系呈树状分布,主沟上陡下缓,沟谷平均纵坡降358‰。沟床宽度约为85 m,主河宽度约为91 m。采用的试验设计相似条件如下。

(1)岷江贯穿整个强震区,宽度大于绝大部分一级支沟,因此设计支槽宽度小于主河宽度,且红椿沟及其他参考沟道纵坡均为0°~40°。实验中沟道与主河宽度比大概为0.25~0.66,沟道纵坡降设置为15°~21°,以满足物理模型的几何相似。

(2)配制泥石流浆体物理特性相似,包括泥石流流量、浆体容重、颗粒级配等,颗粒级配相同,主河流量通过水泵控制,使得泥石流浆体重力相似,即遵循动力相似。

(3)大量实践表明,在沟道泥石流发生堵江时,沟口与主河道接近于正交,红椿沟、烧房沟、七盘沟等沟道发生堵江都是在此情况下发生的,故采用统一的入汇角90°,试验设备和技术手段,保证入汇口的边界条件相似。

2.2 物理模型

如图3所示,物理实验装置主要由有机玻璃主槽、支槽及泥石流搅拌机3部分组成。主槽为模拟河道,底面及两侧均为透明钢化玻璃,以方便实验现象的观测,长6 m,宽0.4 m,深0.35 m,主槽始终保持 1%的固定纵坡,在主槽壁上绑有刻度尺,用来观察回水舌长度。支槽为模拟沟道,安装在主槽底部中间位置,底面为固定钢板,为方便实验现象的观测,沟道两侧安装透明钢化玻璃,长6m,宽0.3 m(可利用隔板实现宽度变化),深0.3 m。泥石流搅拌机安装在支槽顶部中间位置,下设直径为20 cm的物料出口。

根据野外调查与泥石流堆积扇分析,沟道泥石流的容重范围一般为1.8~2.0 t/m³,由于不考虑容重影响,选取容重为1.8 t/m³。固体材料作为泥石流浆体的基础物质来源,是泥石流堵江是否能形成堰塞坝的关键。固体物质更多,在与主河水流发生交汇时更容易发生沉积,更容易堵塞主河形成堰塞坝。依据现场调查及Liu等^[26]提出的经验公式,实验采用粒径大小分别为2、0.05、0.005 mm的3种颗粒来进行泥石流浆体的配制。由于>2 mm的颗粒质量百分含量与泥石流容重相关性最好,<0.05 mm的颗粒质量百分含量与泥石流相关性最差,结合现场获取的堆积物颗粒级配数据,确定两种颗粒以5∶1的比例进行试配(表1)。

沟道泥石流形成堵江型堰塞坝的过程是泥石流、主河多因素耦合结果。为简化问题,本实验没有考虑主槽的水深变化,主河水深H=6.5 cm。在此基础上,通过改变泥石流质量、泥石流沟道纵坡、泥石流沟道宽度进行了3组沟道泥石流堵江形成堰塞坝实验。其流程如图4所示。

2.3 “泥石流-水流”模型建模及参数标定

Massflow软件以MacCormach-TVD有限差分计算算法为核心的求解方法,可通过不获取控制方程的特征向量、特征值得到控制方程的二阶精度解,在效率及精度上都能较好地满足数模需求。因此,利用Massflow来构建“泥石流-水流”模型,结合文献调研及流量过程线分析,确定了水槽的泥石流流量过程线,如图5所示。

根据式(15)~式(19)可计算出不同时间段的流量。

(15)

${Q}_{1}=\frac{4{Q}_{c}}{T}t$

式(15)中:Q₁为在时间0<t<T/4时的流量。

(16)

${Q}_{1}={Q}_{c}$

式(16)中:Q₂为在时间T/4<t<T/2时的流量。

(17)

${Q}_{3}=\frac{-2{Q}_{c}}{T}t+2{Q}_{c}$

式(17)中:Q₃为在时间T/2<t<T时的流量。

(18)

${Q}_{c}=\frac{8V}{5T}$

式(18)中:V为泥石流体积。

(19)

$V=\frac{G}{{\rho }_{3}}$

式(19)中:G为泥石流质量。

基于物理实验所得参数(表2),可实现沟道泥石流堵江型堰塞坝模拟,如图6所示,图6中d_h为沉积深度,其数值越大,代表泥石流堆积物越多。

为验证数值模型的准确度,将数值模拟结果与水槽物理实验数据进行对比分析,结果如表3所示,通过观察堆积体回水舌形态和堆积形态,发现模拟堆积形态与水槽实验的堆积形态吻合度较高,相对误差在8%以内。

2.4 数值模拟结果

利用Massflow软件开展了13组沟道泥石流堵江型堰塞坝数值模拟,研究在1.8 g/cm³泥石流容重,入汇角90°条件下,堆积体回水舌和泥石流流速与不同泥石流沟道宽度、不同泥石流质量、不同泥石流沟道纵坡的关系。实验结果如表4所示。

3 堰塞坝成坝机制分析

结合数值模拟结果(图7)采集到的回水舌和泥石流浆体在沟道中下泄的流速数据,分析泥石流回水舌及流速规律,探究泥石流堰塞坝成坝机制。

3.1 泥石流质量

泥石流质量直接关系到泥石流在河道内形成堆积体的规模及大小。如图8和图9所示,回水舌长度、泥石流流速与泥石流质量成正相关。回水舌长度、流速最小出现在组别1(泥石流质量117 kg)为30.1 cm、2.45 m/s,回水舌长度、流速最大出现在组别5(泥石流质量273 kg)为187.5 cm、2.83 m/s。相邻两组之间平均回水舌、流速增幅为39.4 cm、0.1 m/s。回水舌长度出现这种现象的主要原因是泥石流冲出量小,泥石流与主河水交汇后剧烈湍动,导致浆体被来流冲散后在河水中发生扩散,容易顺着水流被冲走。而当泥石流冲出量增大时,其所形成的堰塞坝堆积体越厚,抗冲刷性越强,更容易逆着水流方向形成回水舌,又由于泥石流质量大,及时的物质补给会不断向河道两侧输送物质。因此,所形成的回水舌会越来越长。流速增大的原因是泥石流质量的增大,导致泥石流体积的增大,进而使得峰值流量增大,导致速度随着泥石流质量增大而增大。

3.2 泥石流沟道纵坡

沟道坡度在一定程度上影响的是泥石流浆体的下泻流速,其大小对泥石流进入主河水流的运动模式有重要影响。如图10和图11所示,回水舌长度、泥石流流速与泥石流沟道坡度呈正相关的形式。回水舌长度、流速最小出现在组别2(泥石流沟道坡度15°)为60.8 cm、2.55 m/s,回水舌长度、流速最大出现在组别9(泥石流沟道坡度27°)为77.4 cm、3.21 m/s。相邻两组之间平均回水舌、流速增幅为2.3 cm、0.17 m/s。回水舌长度出现这个的主要原因是当泥石流沟道坡度较缓时,泥石流下泄所获得动能较小,当速度与水流速度差距较小时,容易被水流裹挟带走,从而形成的回水舌较短。当泥石流沟道坡度较大时,泥石流浆体具有较大的下泄动能,在单位时间内所进入河道的泥石流物质更多,泥石流与主河河水产生交汇后穿越主河的时间就越短,更易阻塞河道形成堰塞坝,形成回水舌。但由于后续泥石流物质补给不足,堰坝坝体的稳定性较差,易被水流冲刷侵蚀。因此,所形成的回水舌长度虽有增长,但增长范围不大。流速增大的原因主要是坡度越陡,泥石流物质沿沟道方向的力越大,所具有的加速度就越大,从而导致在单位时间内的泥石流速度的增大。

3.3 泥石流沟道宽度

沟道宽度是决定泥石流能否启动和沟道束流能力的关键因素。如图12和图13所示,回水舌长度、泥石流流速与泥石流沟道宽度成负相关的形式。回水舌长度、流速最小出现在组别13(泥石流沟道宽度50 cm)为35.4 cm、1.68 m/s,回水舌长度、流速最大出现在组别2(泥石流沟道宽度为10 cm)为60.8 cm、3.21 m/s。相邻两组之间平均回水舌、流速降幅为8.2 cm、0.22 m/s。回水舌长度出现这个的主要原因是当泥石流沟道宽度较窄时,泥石流下泄所获得流动速度较大,到达主河对岸的时间较短,在横穿主河所受到的冲刷较小,能较好地保持坝体结构,从而堵塞主河,在逆水流方向形成回水舌。当泥石流沟道宽度较大时,泥石流流速低,到达主河对岸的时间较长,主河水流对泥石流的冲刷侵蚀作用强,泥石流颗粒容易被主河水流裹挟夹带,从而导致逆水流方向回水舌难以沉积。因此,所形成的回水舌长度短。流速增大的原因主要是由于沟道宽度较大,泥石流下泻后的自由面大,沟道束流能力弱,其流速就会下降。

综合分析回水舌长度、泥石流流速变幅与各因素之间关系如图14所示。可知相较于泥石流沟道坡度、沟道宽度,泥石流质量在回水舌长度中占据主要影响。这说明了泥石流后续物质的补给在回水舌长度在形成中的重要性;而泥石流沟道宽度在泥石流流速中占据主要影响。这说明了泥石流自由面大小对于泥石流流速大小的重要性。

4 结论

沟道泥石流具有流速快、破坏力强等特点,易于截断主河形成堰塞坝,造成了巨大的人员伤亡和财产损失。然而目前对沟道泥石流堵江型堰塞坝形成机制认识不足。针对泥石流堵塞坝成坝因素多的特征,基于改进的深度积分的“泥石流-水流”耦合方程,开展沟道泥石流堵江型堰塞坝成坝机制研究,得出以下结论。

(1)回水舌在一定程度上表征了堰塞坝抵抗水流冲刷的能力,回水舌越长,坝体更容易抵抗水流冲刷,顶冲对岸截断河流,形成堵江型堰塞坝。

(2)在泥石流容重、入汇角、河道宽度一定时,泥石流质量、沟道宽度分别是决定回水舌长度、流速的首要指标。

(3)在其他因素一定时,泥石流沟道纵坡越陡、泥石流沟道越窄、泥石流质量越大,其泥石流流速越大,所形成的回水舌越长,越容易形成堵江型堰塞坝。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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