地球科学｜李永威，徐林荣等：考虑拦挡坝抗灾能力的泥石流危险性评价

学术科学 2024-10-07 00:00 湖北

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震后低频泥石流发生概率增加、泥石流规模增大，导致拦挡坝阻灾能力变化，进而影响泥石流的危险性. 但鲜有研究揭示拦挡坝对泥石流危险性的影响. 同时，针对以形成条件为危险性评价指标的传统危险性评价方法无法度量泥石流的破坏力及强度等问题，提出增加泥石流动力学参数作为危险性评价指标，并采用改进的熵值法评估泥石流危险性. 通过计算不同重现期下锄头沟泥石流的动力参数、拦挡坝稳定系数. 定量分析拦挡坝与泥石流危险性之间的控制关系. 结果表明：增加动力特征参数的泥石流危险性评价方法能考虑其动力破坏、泥石流强度作用，结合改进的熵值法能够获取较为科学、合理的评价结果；若拦挡措施安全稳定，由于停淤作用使坝后冲出量减少，使100~10年一遇泥石流危险性降低12.27%~43.75%不等. 考虑拦挡坝抗灾能力进行泥石流危险性评价，能有效对防灾减灾决策、土地规划利用等资源的合理调配提供指导.本文得出以下结论：

（1）以锄头沟1#重力式拦挡坝围成的集水流域为例，结合现场调查结果计算不同重现期泥石流的动力特征参数，结果表明锄头沟100年、50年、20和10年一遇泥石流的冲出量分别为58.03×104、49.44×104、37.94×104和28.32×104 m3. 流速分别为4.32、4.03、3.56和3.05 m/s. 峰值流量分别519.22、436.15、321.14和217.98 m3/s.

（2）增加动力参数作为泥石流危险性评价指标，形成了考虑流体特性（强度和规模等指标）的泥石流危险性评价体系；结合改进的熵值法进行危险性评价，克服传统熵值法由于极端值无法处理问题带来的误差，使评价结果能够反映泥石流的形成条件和流体特性，获取的危险性评价结果更为合理.

（3）通过提出的泥石流危险性评价方法，计算了锄头沟不同重现周期、拦挡坝失效和拦挡措施安全稳定情况下的泥石流危险性，结果表明：由于拦挡坝倾覆而无法起到阻灾作用，拦挡坝失效导致泥石流危险性不变. 由于拦挡坝停淤作用，使50年和100年一遇泥石流危险值分别降低16.98%和12.27%，但危险性级别不变. 使20年和10年一遇泥石流危险值分别降低了21.21%和43.75%，分别由高度危险变为中度危险和中度危险变为轻度危险. 考虑拦挡坝的“阻灾效应”，量化了防治措施和基础设施“联合抗灾”的泥石流危害性.

（4）对锄头沟震前设计和灾后重建的1#拦挡坝在不同重现周期泥石流下的稳定性进行分析表明，震前设计的拦挡坝在10~100年泥石流作用下均破坏，而灾后重建的拦挡坝能承受住低频泥石流的冲击. 通过对“2013.7.10”、“2014.7.10”和“2019.8.20”泥石流在拦挡措施作用下的危险性进行评估，结果表明：“2013.7.10”泥石流为高度危险，由于震前设计的拦挡坝失效导致泥石流危险性不变. “2014.7.10”泥石流经拦挡坝阻灾作用，使危险性降为低度危险. “2019.8.20”泥石流为高度危险，是由于拦挡坝被淤埋，但能停淤部分冲出物质，使危险性降低16.98%. 经过现场调查结果进行对比，验证了评价方法的合理性和结果的可靠性. 获取科学合理危险性值. 对防灾减灾决策、土地规划利用等资源的合理调配提供参考.

图1 锄头沟泥石流物源及防治工程分布情况

图2 不同重现周期下锄头沟泥石流流量过程线

图3 2019年8.20泥石流对锄头沟1#拦挡坝和下游桥梁造成的影响

文章刊登在《地球科学》第49卷第8期

李永威, 徐林荣, 商拥辉, 陈舒阳, 2024. 考虑拦挡坝抗灾能力的泥石流危险性评价. 地球科学, 49(8): 2839-2850. doi: 10.3799/dqkx.2023.035

Li Yongwei, Xu Linrogn, Shang Yonghui, Chen Shuyang, 2024. Debris Flow Hazard Evaluation under the Influence of Retaining Dam. Earth Science, 49(8): 2839-2850. doi: 10.3799/dqkx.2023.035

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