[本篇论文由5var5VAR论文频道为您收集整理，5VAR论文频道http://paper.5var.com将为您整理更多优秀的免费论文，谢谢您的支持]摘要:掌握流域源头泥石流流动形态的信息对实施措施至关重要。然而,由于监控困难而鲜有对荒废溪流源头泥 石流进行观测。为监测其流动形态,在日本中部的大谷滑坡内的“一泽”流域上游建立了监控系统。通过实地监测 获取的视频图像分析,将其流动形态分为两种:一种以石砾为主,另一种以泥水为主。以石砾为主的泥石流因有更 大的流阻而不能用曼宁公式计算;后者的流速可用曼宁公式计算。在泥石流流动中,石砾在前,泥水在后。在典型 的泥石流波动中,石砾流流经时,流深最大;在泥石流流经时,流速最大。某些波动仅包含一种流动形态。在流动 中,石砾的颗粒大小不同。在“一泽”流域上游泥石流颗粒大小分布不清晰.
关键词:泥石流;荒废溪流源头;实地观测;日本　
    泥石流的速度与破坏力大得惊人,世界各国科 学家都致力于研究泥石流流动形态,然而,由于监控 困难而鲜有对荒废溪流的源头泥石流进行观测。从 1998年日本学者以静冈市北部的大谷崩“一泽”上 游流域为对象,利用摄像和超音波传感器、水压传感 器进行观测。将泥石流的流动形态分为两种,一是 以石砾为主,二是以泥水为主。观测得到的数据只 记录了泥石流流出的一部分,从开始到结束的连续 运动情况还未搞清[1, 2]。2009年日本静冈大学土屋 智等人为搞清泥石流发生区的泥石流流动形态[3], 研究出一种观测方法:就是把放在河床上的钢索传 感器切断信号作为泥石流流出的触发器。触发器一 旦工作,拍照就自动连拍泥石流的流动状态。并针 对2003年、2004年、2006年石砾型泥石流的观测结 果进行分析,对泥石流连续流动形态的推移、流速、 石砾的运动情况进行考察,尝试搞清大量石砾堆积 在河床上泥石流的流动形态.
    1　调查地概况 　　大谷崩一泽流域(以下简称一泽),是日本三大 崩塌地之一。水平面积约1. 8 km2,海拔约800 m, 崩塌土沙量约1. 2亿m3。地质属于古第三纪层的 四万十层群,由沙岩、页岩等形成。在“一泽”的正 下面为南北方向的断层,岩盘破碎显著,呈现剥离状 态,整个流域坡面极为不稳定.
    “一泽”上游流域每年几乎都发生泥石流事件.
    此流域河道长650 m,流域面积约0. 22 km2,流域内 几乎没有树木。平均坡度为40°~50°。沙岩以及 页岩破碎的岩盘裸露,经每年的冻融剥离,泥沙被输 送到河床;在发生以台风为中心的暴雨时,形成泥 石流流到下游。河床堆积物因季节而变化。初春时 多堆积粒径5 cm以下的页岩,伴随泥石流的发生, 细石流出;秋末粒径20 cm以上的石砾出现在河床 表面[4].
    2　观测与解析方法 　　利用摄像机每隔5min(2001年起间隔时间为3 min)进行0. 75 s的间隔摄影。2003年为了拍摄泥 石流连续流动实况,将钢索传感器的切断信号作为 触发器,在径流出口处设置摄像机P1。即离摄影机 约100 m范围内的上游设两处钢索传感器,伴随泥 石流流出,发出无线信号,在接收信号的同时,摄像 工作开始。2004年、2005年为了拍摄清晰,将摄像 机设在离流动区近的P3、P2点。观测地点P1、P2、P3 的河床比降分别为28°、23°、26°。在摄像机设置区 设置超音波水位计、水压式水位计,分别间隔20 s 记录河床表面的高度和水位。在P1设置了大型雨 量计,将每隔1 min的雨量记录在数据记录器.
    利用拍摄的图像每隔1 s判读泥石流的表面位 置(高度)、宽度以及表面流速。在判读表面位置时 参考超音波水位计、水压式水位计记录的表面高度 和水深。在岩盘裸露、河床变动小的地方作为判读 泥石流表面的位置,河床到泥石流表面的距离为流 体深。表面流速以横断方向的多个地点判读流速, 将其平均值。根据高桥研究结论[5]从录像直读的 表面流速乘以0. 6作为泥石流平均流速,再依此求 出流量。同时判读泥石流表面石砾的粒径、个数,分 析泥石流中石砾的流出状况.
    3　结果与考察 3. 1　泥石流的流动形态 摄像机记录了2003-07-12、2004-08-30、 2006-07-19发生3次的泥石流现状。此3次泥 石流都是因为连续降雨量为30 mm,最大10 min雨 强为5 mm以上降雨产生的,满足“一泽”上游流域 泥石流发生的条件.
    流经“一泽”上游流域的泥石流一种以石砾为 主,另一种以泥水为主。以石砾为主的泥石流其表 面被石砾覆盖,从录像上看,几乎不能确认是泥水.
    一般情况下,以石砾为主的泥石流出现在流体的前 端,继而是以泥水为主的泥石流。它们之间的变化 在几秒内进行.WWw.qiQi8.cn   778论文在线
    以石砾为主的泥石流大体都是层流状,上位层 比下位层流速大,上位层的石砾滚落到波段前方,被 泥石流侵吞。以后续出现泥水为主的泥石流为紊 流,因含有高质量浓度的页岩为主体的细粒子,泥石 流呈黑色.
    从视频上可知, 3个事件的流体深、流速、流量 间歇性地急剧增加,且都以流体深、流量、流速的顺 序迎来峰值.
    2003-07-12发生的泥石流规模较小,流体深 为0. 5~0. 8 m,流速为3~4 m/s,平均流量为2~4 m3/s,龙头部以石砾为主,总体上含有大量的泥水, 流动性高。2004-08-30发生的泥石流龙头也是 以石砾为主,总体上含有大量的泥水,流动性高。流 体深为1. 5~2 m,平均流速5~8 m/s,流量30~75 m3/s,其流量比前者大约20倍,是“一泽”发生规模 较大的泥石流。2006-07-19发生的泥石流大部 分是以石砾为主,不能确认内部的泥水状况。流体 深为1. 5~2 m,平均流速2~4 m/s,流量10~15 m3/s,平均流速几乎等于2003年的事例,但流量约 为3倍.
    3. 2　泥石流的流速 用最小二乘法求出每次泥石流事件的流体深和 流速,建立回归方程,整理见下式: v=ahb(1) 式中:v为深度方向的平均流速;h为流体深,m;a、b 为常数。2003-07-12、2004-08-30的泥石流以 泥水为主泥石流的流速接近近似曲线.
    明渠的流速公式一般采用曼宁公式.
    v=n-1R2/3I1/2(2) 式中:n为糙率系数;R为径深;I为河床比降。流体 深h与径深R几乎相等时,满足曼宁流速公式的泥 石流a=n1/2/n , b=2/3成立。“一泽”上游流域 2003年、2004年以泥水为主泥石流的常数b值为0.71 和0.62。几乎与曼宁公式的指数(2/3)相等。因此, 可以说这两次事件中以泥水为主的泥石流与曼宁流 速公式表示的泥石流相近。2006年观测的以泥水 为主的泥石流根据公式(1)拟合曲线的相关系数 低,常数b=0.187,与曼宁公式的指数大不相同.
    由此可见,泥水为主的泥石流与曼宁流速公式所示 泥石流不同.
    以石砾为主泥石流的流体深与流速的关系在所 有的事件中不明确。根据公式(1)拟合不是很好, 2003、2004、2006年的相关分析相关系数分别为 0.23、0.055、0.007。常数b值为0.104~0.443,比 曼宁公式的指数小。以石砾为主的泥石流跟以泥水 为主的相比,随流体深增加流速的增加并不显著.
    用同等程度的流体深进行比较,以泥水为主的 泥石流比以石砾为主的泥石流速度快。可见,以石 砾为主的泥石流内部阻力大。从录像可以确认:后 续的以泥水为主的泥石流冲到先行的以石砾为主泥 石流的前面,即前者侵吞了后者.
    3.3　石砾的流出状况 根据录像判读了2003年、2004年泥石流事件 中粒径分别为15 cm、30 cm以上的所有石砾的粒 径、出现时间。将2006-07-19泥石流事件中石砾 为主泥石流为对象,每隔1 s读取包含在流体深判 读地点流出方向2 m范围内,粒径为5 cm以上的粒 径,求出每个粒径的出现比例.
    确认在2003年、2004年的事件中,以泥水为主 泥石流中有很多石砾。与以石砾为主泥石流比较出 现率明显低。但是判读30 cm以下的粒径很困难, 所以无法了解实况.
    石砾的粒径在两类泥石流间没有大的差异。一 般情况下,泥石流发生时,巨砾聚集在泥石流的龙 头,后方粒径变小。但2006-07-19事件中,其流 出时间为10 s以上的3个波段,即10∶42∶50开 始的龙头部和末端部的粒度分布与10∶01∶54和 11∶02∶28开始的龙头部和流量峰值时的粒度分 布大体一致,大粒径石砾向龙头部集中不显著.
    总体来说,随流量增大,就有大的石砾流出。每 次事件中,因曲线的分布区域不同,即使同等程度的 流量在每次事件中流出的石砾粒径也有变化.
    3. 4　侵蚀与堆积 在“一泽”上游流域随泥

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