陳劍剛，費(fèi)高高，王喜安，陳華勇，陳曉清

(1.中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

地震、滑坡、火災(zāi)等因素使得大量樹(shù)木枝干散落在溝道內(nèi)，當(dāng)發(fā)生山洪或泥石流時(shí)，會(huì)伴隨其傾瀉而出，使得含有大量漂木的山洪泥石流造成更為嚴(yán)重的災(zāi)害和損失[1-6]。Benn[7]統(tǒng)計(jì)了英國(guó)1845—2012年間鐵路橋梁破壞的67個(gè)案例，由漂木聚集造成的事故占據(jù)20例。漂木在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受邊界條件、漂木長(zhǎng)度和直徑等的影響，常在溝道內(nèi)聚集形成不穩(wěn)定的堵塞體，單個(gè)堵塞體的潰決或多個(gè)堵塞體的級(jí)聯(lián)潰決會(huì)造成山洪泥石流流量的急劇增大，加劇了災(zāi)情，增大了損失[1-3,8]，1978年的瑞士洪水事件中，河流上游形成的一個(gè)漂木堵塞體突然潰決，使洪水峰值流量高達(dá)3 000 m3/s，造成溢洪道的損壞[9]；2018年6月九寨溝風(fēng)景區(qū)克澤溝暴發(fā)山洪泥石流災(zāi)害，由于大量漂木聚集堵塞溝道形成堵塞體，不穩(wěn)定漂木堵塞體突然潰決時(shí)的瞬時(shí)洪峰流量是未形成堵塞體時(shí)的2.8倍，造成一座攔沙壩的破壞；2019年8月20日，受強(qiáng)降雨影響，位于岷江沿岸的簇頭溝、板子溝、登基溝等暴發(fā)了特大泥石流災(zāi)害，泥石流攜帶的漂木在搬運(yùn)過(guò)程中形成堵塞體，堵塞體潰決后產(chǎn)生流量放大效應(yīng)，造成溝道內(nèi)已建攔沙壩的損毀和堆積扇上房屋的嚴(yán)重破壞，泥石流沖出溝口淤埋或沖毀都汶高速公路，造成了都汶高速斷道近50 h。以往泥石流防治工程設(shè)計(jì)過(guò)程中未考慮漂木在溝道內(nèi)的堵塞-潰決流量放大作用而造成攔擋工程的破壞，增加了工程安全運(yùn)行的維護(hù)成本[10]。

山洪泥石流中攜帶的漂木往往會(huì)加劇災(zāi)害，造成更為慘重的損失，尤其是植被發(fā)育較好、生態(tài)環(huán)境保護(hù)好的區(qū)域，漂木對(duì)山洪泥石流災(zāi)害的貢獻(xiàn)更大，已成為近年來(lái)科學(xué)研究和災(zāi)害防治的熱點(diǎn)和前沿。因此，全面開(kāi)展山洪泥石流中漂木的補(bǔ)給、搬運(yùn)-堆積、聚集-堵塞、潰決等動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究，對(duì)山洪泥石流中漂木危害的防治具有實(shí)際價(jià)值。本文在廣泛收集國(guó)內(nèi)外已有文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，依次對(duì)山洪泥石流運(yùn)動(dòng)中漂木動(dòng)力過(guò)程、漂木致災(zāi)、漂木減災(zāi)措施的研究成果進(jìn)行闡述，以期為山洪泥石流中漂木致災(zāi)機(jī)理研究和防治技術(shù)研發(fā)提供支撐。

1 山洪泥石流運(yùn)動(dòng)中漂木動(dòng)力過(guò)程

崩塌滑坡等災(zāi)害導(dǎo)致樹(shù)木連同坡體一起失穩(wěn)進(jìn)入溝道，在山洪泥石流的作用下樹(shù)木起動(dòng)形成漂木，漂木在搬運(yùn)過(guò)程中遇到攔沙壩或溝道過(guò)流斷面急劇縮小的位置極易形成漂木堵塞體。漂木堵塞體在后續(xù)山洪泥石流的沖擊作用下，容易發(fā)生潰決，造成流量的瞬間放大，同時(shí)被攔蓄的泥沙等物質(zhì)又轉(zhuǎn)化為泥石流物源。進(jìn)入河流中的漂木，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中常直接撞擊橋墩，或在橋墩位置形成堵塞體，這不僅會(huì)降低河道的過(guò)流能力，還會(huì)造成上游水位抬升，淹沒(méi)建筑物，加劇災(zāi)害。本節(jié)將從漂木補(bǔ)給、搬運(yùn)-堆積、聚集-堵塞、潰決過(guò)程4個(gè)方面進(jìn)行分析。

1.1 漂木補(bǔ)給

降雨誘發(fā)的山洪、泥石流等對(duì)溝岸侵蝕造成的森林破壞是溝道內(nèi)漂木補(bǔ)給的主要來(lái)源[11]。除以上主要補(bǔ)給方式外，山火、火山爆發(fā)、植物更替、人為的砍伐活動(dòng)等也會(huì)影響進(jìn)入溝道的漂木數(shù)量，而這些補(bǔ)給方式的重要程度受流域特征的影響[12]。漂木的補(bǔ)給通常是多個(gè)過(guò)程的組合，基于流域尺度的漂木補(bǔ)給定量化分析受到植被覆蓋率、地質(zhì)條件、降雨量等因素的影響，同時(shí)漂木的搬運(yùn)輸移又受到流量特性、漂木特性、地形等因素的影響，導(dǎo)致其定量化分析十分復(fù)雜，具體表現(xiàn)在：漂木特性隨時(shí)間和流域的不同而變化；山洪泥石流對(duì)漂木的搬運(yùn)具有不確定性；漂木特征的連續(xù)調(diào)查具有挑戰(zhàn)性。

Benda等[13]提出在給定時(shí)間段Δt內(nèi)，長(zhǎng)度為Δx的河段中漂木的輸入量、輸出量和儲(chǔ)存量的定量分析模型，其表達(dá)式如下：

ΔS=(Li-Lo+Qi/Δx-Qo/Δx-D)Δt

(1)

式中：ΔS為漂木儲(chǔ)存量；Li為溝道兩岸對(duì)漂木的補(bǔ)充量；Lo為漂木沉積量；Qi和Qo分別為某段溝道輸運(yùn)過(guò)程中進(jìn)出的漂木量；D為漂木腐爛量。

該模型在漂木補(bǔ)給來(lái)源分析中已得到認(rèn)可，但是其結(jié)果的精確性受漂木調(diào)查過(guò)程的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為定量化確定漂木補(bǔ)給量，GPS和無(wú)人機(jī)等調(diào)查方法(表1)得以應(yīng)用?？傮w而言，在對(duì)流域尺度的漂木補(bǔ)給定量評(píng)估中，GPS和無(wú)人機(jī)等調(diào)查方式更具實(shí)用性；在局部河段和溝道的漂木定量化分析中，追蹤和監(jiān)控等調(diào)查方法更具時(shí)效性。

表1 漂木調(diào)查方法

1.2 搬運(yùn)-堆積

漂木的起動(dòng)通常是滑動(dòng)、滾動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的組合過(guò)程，與漂木起始運(yùn)動(dòng)時(shí)的流體深度密切相關(guān)[25-27]，現(xiàn)有研究集中在漂木、來(lái)流、溝道等特征參數(shù)與漂木起始運(yùn)動(dòng)時(shí)的流體深度之間的變量關(guān)系，而溝道內(nèi)的漂木對(duì)流體流態(tài)的影響是一個(gè)復(fù)雜的三維動(dòng)態(tài)過(guò)程，今后需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)三維流體參數(shù)，或建立流體三維數(shù)值模型，進(jìn)而將漂木周?chē)牧黧w特征參數(shù)化。山洪泥石流中漂木起動(dòng)的研究存在以下主要問(wèn)題：山洪泥石流的流體性質(zhì)相對(duì)水流復(fù)雜，且漂木通常伴隨山洪泥石流傾瀉而出[28]，因此泥石流溝道中的漂木起動(dòng)研究難度較大。

單根漂木被水流搬運(yùn)時(shí)，常會(huì)與河床直接接觸或漂浮在水面上，而多根漂木被搬運(yùn)時(shí)，具有不擁擠、半擁擠、擁擠3種輸移方式[29]。山洪泥石流運(yùn)動(dòng)模式與水流差異明顯，其搬運(yùn)漂木的過(guò)程需要通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)一步研究。Mazzorana等[30]使用二維流體力學(xué)模型計(jì)算了非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)條件下水流搬運(yùn)漂木的路徑。Villanueva等[31]模擬了水流搬運(yùn)單根圓柱狀漂木，其結(jié)果與Braudrick等[27]的試驗(yàn)結(jié)果相符。Bocchiola等[32]提出了包括漂木搬運(yùn)在內(nèi)的河流動(dòng)力學(xué)的解析和數(shù)值方法，忽略了漂木堆積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)漂木搬運(yùn)導(dǎo)致河床表面切應(yīng)力和水流流速的增大。以上數(shù)值模型主要為二維模型，而水流對(duì)漂木的搬運(yùn)，需要通過(guò)三維模型才能獲取漂木周?chē)牧黧w流態(tài)特征以及漂木在不同方位上的運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程。通過(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)：河流搬運(yùn)漂木的距離隨著漂木長(zhǎng)度的增加整體上呈下降的趨勢(shì)[33]；漂木相對(duì)來(lái)流方向夾角θ(θ=0°表示漂木與來(lái)流平行，θ=90°表示漂木與來(lái)流垂直)減小，河流搬運(yùn)漂木的距離降低[27]；漂木的密度越低，河流搬運(yùn)漂木的距離越遠(yuǎn)[34]。然而，以上結(jié)論是基于河段尺度的野外調(diào)查得到的定性分析，還需通過(guò)模型試驗(yàn)開(kāi)展定量分析研究。漂木會(huì)在淺水、河流凹岸、河流沙洲等處自然堆積[35-37]，這種自然的漂木堆積一般有較好的生態(tài)效益[38-39]，因此建立漂木堆積的易發(fā)性評(píng)估模型有利于評(píng)估漂木的生態(tài)價(jià)值。通過(guò)河道和漂木參數(shù)分析，可將漂木自然堆積的易發(fā)性無(wú)量綱化[37]，用K表示：

(2)

式中：L為漂木長(zhǎng)度；wav為河道平均寬度；Rc為河道平均曲率半徑；db為漂木能夠在河水中起動(dòng)的臨界水深；dav為河道平均深度；a1、a2、a3為根據(jù)每個(gè)變量的相對(duì)重要性而變化的系數(shù)。

無(wú)量綱表達(dá)式數(shù)值越大，漂木越容易在溝道中堆積，但是存在以下問(wèn)題：該公式僅僅反映漂木堆積的平均趨勢(shì)，不能反映河道中局部區(qū)域漂木的堆積情況；沒(méi)有考慮河床顆粒粒徑、水流性質(zhì)等因素對(duì)漂木堆積的影響；參數(shù)a1，a2，a3為經(jīng)驗(yàn)值，缺乏理論依據(jù)。

1.3 聚集-堵塞

漂木會(huì)在橋梁或攔沙壩等基礎(chǔ)設(shè)施處聚集并逐漸形成堵塞體[40]，導(dǎo)致過(guò)流斷面減小，上游水位上升，下游災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇[41]?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，許多學(xué)者建立了溢洪道、橋墩、攔沙壩等位置的漂木堵塞率計(jì)算公式(表2)。Chen等[8]和王道正等[28]的泥石流水槽試驗(yàn)表明攔沙壩處漂木堵塞率隨漂木長(zhǎng)度和漂木體積的增加逐漸增加。然而，現(xiàn)有的試驗(yàn)研究無(wú)法解釋漂木堵塞過(guò)程的隨機(jī)性行為，因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來(lái)評(píng)估漂木堵塞率。

表2 漂木堵塞率計(jì)算公式

漂木堵塞體通常用其形狀、尺寸和孔隙度來(lái)描述[46]。樁林式攔截結(jié)構(gòu)處的漂木堵塞體橫截面形狀為地毯形，而縱斷面形狀為三角形或梯形，隨著弗勞德數(shù)增大，漂木堵塞體沿水流方向的長(zhǎng)度隨弗勞德數(shù)增加呈線(xiàn)性減小[47]。單個(gè)橋墩處的漂木堵塞體的橫截面形狀為馬蹄形[6]，漂木堵塞體的長(zhǎng)度和寬度隨弗勞德數(shù)增加呈指數(shù)式減小，高度隨弗勞德數(shù)增加呈指數(shù)式增加[48]。開(kāi)口型攔沙壩處漂木堵塞有兩種模式：在低透過(guò)性攔沙壩的上游水流流速較低，漂木堆積為單層浮毯式；相反，具有高透過(guò)性的攔沙壩上游水流流速較快，漂木以密集復(fù)雜的三維模式聚集[49]。Manners等[50]認(rèn)為水流通過(guò)堵塞體的流動(dòng)相當(dāng)于多孔介質(zhì)中的滲流，并通過(guò)孔隙率φ來(lái)描述堵塞體內(nèi)部特征：

(3)

式中：Vl為自然堆積的漂木堵塞體體積，Vs為實(shí)際的漂木體積。根據(jù)瑞士洪災(zāi)后的漂木野外調(diào)查，漂木堵塞體的孔隙率φ在0.5到0.8之間變化[51]。

1.4 潰決

當(dāng)漂木堵塞體的內(nèi)部組成或者外部的來(lái)流條件發(fā)生變化時(shí)，堵塞體可能會(huì)發(fā)生潰決，現(xiàn)有的研究對(duì)漂木從形成堵塞體到最終潰決的過(guò)程的描述以及潰決臨界條件的總結(jié)見(jiàn)表3。漂木潰決過(guò)程都是先逐漸形成漂木堵塞體，達(dá)到臨界條件時(shí)，堵塞體突然潰決。由于山洪泥石流具有突發(fā)性且歷時(shí)短暫，漂木聚集-堵塞位置具有較大隨機(jī)性，從而導(dǎo)致漂木潰決過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)難以獲取。今后在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過(guò)程中需捕捉漂木潰決過(guò)程，結(jié)合理論和模型研究，分析漂木堵塞體潰決發(fā)生的臨界條件，為漂木災(zāi)害的防治提供有效支撐。

表3 潰決過(guò)程

2 漂木致災(zāi)

2.1 沖擊破壞

漂木在較為順直的溝道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度快，沖擊力大，易對(duì)建筑造成破壞[52]。傅宗甫等[53]發(fā)現(xiàn)漂木撞擊力隨漂木撞擊角、潛沒(méi)深度，及庫(kù)水位的增加而增大，并提出漂木撞擊力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，但該公式僅考慮有限范圍內(nèi)撞擊角的影響，其適用性需進(jìn)一步完善。Haehnel等[54]通過(guò)單自由度理論模型結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)沖擊力隨漂木運(yùn)動(dòng)速度、漂木質(zhì)量、撞擊角度以及碰撞剛度的增大而增大，若漂木所撞擊的結(jié)構(gòu)是剛性的，則沖擊力與結(jié)構(gòu)的材料類(lèi)型無(wú)關(guān)，為了使研究具有普遍意義，還需分析各影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，并將各因素有效統(tǒng)一。漂木對(duì)泥石流溝道中攔沙壩的沖擊碰撞過(guò)程十分復(fù)雜，可從能量疊加角度研究漂木作用于攔沙壩的沖擊力隨時(shí)間的變化過(guò)程和空間分布規(guī)律。

2.2 堵塞-淹沒(méi)

漂木在橋梁或河道斷面縮窄處發(fā)生堵塞會(huì)導(dǎo)致上游水位上漲，增加鄰近地區(qū)的洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)[2,55]；在泥石流溝道中，漂木在攔沙壩或溝道斷面縮窄處堵塞，造成泥石流回淤量增加。水槽試驗(yàn)結(jié)果表明，水位上漲高度隨來(lái)流的弗勞德數(shù)、漂木堆積體的密實(shí)度、漂木堆積體中樹(shù)枝和樹(shù)葉含量的增大而增大[56]，漂木自然聚集形成的堵塞體與人工設(shè)置的漂木堵塞體相比造成的水位上漲高度降低約40%[57]，同時(shí)建立了考慮各影響因素的數(shù)學(xué)表達(dá)式。Piton等[49]研究了不同開(kāi)口型攔沙壩溢流口位置漂木堵塞造成的水位上漲，結(jié)果表明，堰、格柵壩、梳子壩處堵塞導(dǎo)致水位上漲分別為5%～40%、20%～60%、50%～200%。該研究主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋?zhuān)€需進(jìn)一步分析影響水位上漲的各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)考慮不同漂木密度、不同流體類(lèi)型、不同流態(tài)下漂木造成的流體流深變化規(guī)律，尤其是山洪泥石流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中漂木堵塞造成的流體壅高，為防災(zāi)減災(zāi)提供理論支撐。

2.3 堵塞-沖刷

自然溝道內(nèi)的漂木局部堵塞造成過(guò)流斷面面積減小，流速增加，導(dǎo)致溝道的嚴(yán)重沖刷和侵蝕[58-59]。橋墩處漂木堵塞造成的河床沖刷深度主要受漂木堵塞體特性、水流深度和流速、河床泥沙顆粒粒徑和級(jí)配、橋墩大小和形狀等因素的影響[60]。通過(guò)高斯正態(tài)分布模型，量化了漂木在樁林式攔截結(jié)構(gòu)處堵塞造成的沖刷深度和沖刷長(zhǎng)度[60]，試驗(yàn)結(jié)果可以支撐優(yōu)化漂木攔截結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。漂木在攔沙壩開(kāi)口處堵塞會(huì)對(duì)后續(xù)流體起到攔擋作用，導(dǎo)致攔沙壩開(kāi)口處泥沙堆積體所受侵蝕作用反而減小[61]。

2.4 潰決-沖刷

水位上漲或泥石流回淤將增大漂木堵塞體和基礎(chǔ)設(shè)施承受的靜水壓力，從而增加了漂木堵塞體和基礎(chǔ)設(shè)施潰決的風(fēng)險(xiǎn)。一旦發(fā)生潰決會(huì)造成山洪泥石流流量的瞬間放大，引發(fā)更嚴(yán)重的次生災(zāi)害[2,8,28]。Chen等[8]通過(guò)泥石流水槽試驗(yàn)研究漂木在攔沙壩處的潰決-放大效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)峰值流量放大系數(shù)最大值為1.6，同樣在野外調(diào)查過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似案例[3]。泥石流流量放大一方面會(huì)造成更嚴(yán)重的人民生命財(cái)產(chǎn)損失，另一方面會(huì)加劇對(duì)溝道的沖刷及溝岸森林的破壞。在以往的防治工程設(shè)計(jì)中，未考慮山洪泥石流中漂木堵塞體潰決過(guò)程帶來(lái)的規(guī)模放大效應(yīng)，從而導(dǎo)致橋梁、水工結(jié)構(gòu)、攔沙壩等建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，出現(xiàn)建筑損毀的情況。因此，基于雨洪法和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查法計(jì)算山洪泥石流規(guī)模、流量、沖擊力等參數(shù)的方法應(yīng)用到含漂木的山洪泥石流防治時(shí)，需要考慮山洪泥石流中漂木堵塞體潰決過(guò)程帶來(lái)的規(guī)模放大效應(yīng)，避免因規(guī)模激增超過(guò)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而造成工程體系損毀。

3 漂木減災(zāi)措施

3.1 工程措施

減小漂木危害的工程措施以攔截和導(dǎo)流為主，攔截措施是將漂木攔截后清除，而導(dǎo)流措施則是讓漂木快速有效地通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施。漂木攔截措施包括攔截索網(wǎng)[62]、攔截壩體[62-63]、攔截樁林[64]等，但是此類(lèi)措施一方面增加運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，另一方面漂木在攔截結(jié)構(gòu)處的堵塞，同樣會(huì)造成上游水位上漲以及局部沖刷加劇等問(wèn)題。因此，建立及時(shí)有效的漂木清除機(jī)制是漂木攔截工程減災(zāi)的關(guān)鍵。漂木導(dǎo)流措施包括導(dǎo)流裝置[65]、導(dǎo)流鰭[66]、清掃裝置[65]等，這類(lèi)措施不僅降低了漂木在基礎(chǔ)設(shè)施處堵塞的概率，而且降低了清除漂木的成本，但是隨著下游漂木量的逐漸增加會(huì)加劇下游的災(zāi)害。因此，工程措施需要考慮攔截和導(dǎo)流兩種方式協(xié)同運(yùn)行，同時(shí)及時(shí)清除漂木，從而有效防止漂木致災(zāi)。無(wú)論是漂木攔截措施還是漂木導(dǎo)流措施，其設(shè)計(jì)參數(shù)均為經(jīng)驗(yàn)取值，在對(duì)特定流域選用工程措施建設(shè)時(shí)可采用以下流程：①調(diào)查該流域漂木、溝道、流體特征參數(shù)；②依據(jù)防災(zāi)減災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)制定工程措施；③工程措施運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)維護(hù)。

3.2 管理措施

Panici等[67]認(rèn)為漂木加劇災(zāi)害主要與漂木堵塞相關(guān)，然而由于自然因素和人為活動(dòng)可能導(dǎo)致災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)間發(fā)生變化，從而導(dǎo)致這種評(píng)估方式缺乏時(shí)效性[68]。Mazzorana等[69]提出了基于形成性情景分析(FSA)的框架，將影響漂木致災(zāi)過(guò)程的各種變量整合，并應(yīng)用在山區(qū)溪流中，最終模擬出與實(shí)際情況相符的災(zāi)害過(guò)程情景，這種方法考慮的情況較為全面且具有時(shí)效性，但是該模型沒(méi)有將漂木的危害程度定量化?，F(xiàn)有研究表明，漂木具有一定的生態(tài)效益[70]，因此，還需加強(qiáng)漂木災(zāi)害預(yù)防、河流生態(tài)恢復(fù)、行政干預(yù)的綜合管理措施研究[71]。

4 發(fā)展趨勢(shì)

4.1 漂木補(bǔ)給定量評(píng)估

現(xiàn)有的研究對(duì)漂木補(bǔ)給的分類(lèi)及其補(bǔ)給動(dòng)力過(guò)程的研究已取得進(jìn)展，基于河段尺度的漂木定量評(píng)估模型已經(jīng)建立，然而局部河段的漂木補(bǔ)給情況不能反映流域內(nèi)漂木補(bǔ)給的動(dòng)態(tài)過(guò)程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的災(zāi)害評(píng)估。因此，需調(diào)查流域內(nèi)森林的樹(shù)木類(lèi)型，獲取漂木的分布、數(shù)量、長(zhǎng)度和直徑等特征參數(shù)，進(jìn)而建立流域尺度的漂木定量化補(bǔ)給模型，有助于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)流域內(nèi)的漂木量，預(yù)估山洪泥石流運(yùn)動(dòng)中漂木災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而制定與之相適應(yīng)的防治工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 漂木運(yùn)動(dòng)-停積-堵塞-潰決動(dòng)力過(guò)程

基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，漂木運(yùn)動(dòng)-停積-堵塞-潰決動(dòng)力過(guò)程研究成果顯著，但實(shí)驗(yàn)多為機(jī)理實(shí)驗(yàn)，數(shù)值模擬對(duì)空間漂木堆積結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的流態(tài)、水沙兩相流的模擬存在一定難度，今后需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲取典型流域溝道、漂木、流體等參數(shù)，以典型流域?yàn)樵瓦M(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取漂木運(yùn)動(dòng)-聚集-堵塞-潰決動(dòng)力過(guò)程，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究分析其演化規(guī)律，揭示漂木在自然溝道或河流中的運(yùn)動(dòng)-停積-堵塞-潰決動(dòng)力過(guò)程機(jī)制。

4.3 漂木致災(zāi)效應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

漂木在天然溝道內(nèi)和河流中的堵塞-潰決過(guò)程會(huì)加劇災(zāi)害，基于實(shí)驗(yàn)分析，已初步建立漂木的沖擊破壞、堵塞-淹沒(méi)、堵塞-沖刷的計(jì)算模型，仍需要建立堵塞-潰決造成的流量放大動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法。漂木致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估可為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、災(zāi)害預(yù)防、漂木生態(tài)效益利用等提供支撐，利用GPS精準(zhǔn)定位、無(wú)人機(jī)等先進(jìn)的技術(shù)手段，加強(qiáng)對(duì)漂木災(zāi)害事件的過(guò)程觀(guān)測(cè)和監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)獲取原型數(shù)據(jù)，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段，定量預(yù)測(cè)流域尺度的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 漂木災(zāi)害調(diào)控與減災(zāi)措施

漂木減災(zāi)措施通常以局部區(qū)域的攔截和導(dǎo)流措施為主，這種方法制造和維護(hù)費(fèi)用高，且使用期限較短，需要建立流域尺度的漂木災(zāi)害調(diào)控措施。從流域尺度出發(fā)，針對(duì)上游匯集區(qū)、中游輸移區(qū)、下游堆積區(qū)建立不同的漂木防治工程措施。同時(shí)，針對(duì)流域內(nèi)漂木堵塞體潰決-放大效應(yīng)帶來(lái)的危害，建立有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警措施。最后通過(guò)將漂木災(zāi)害預(yù)警措施與工程防治措施相結(jié)合，建立有效的管理措施，從而降低漂木在天然溝道內(nèi)和河流中的堵塞-潰決發(fā)生概率，降低其帶來(lái)的危害。

5 研究展望

在目前漂木動(dòng)力學(xué)過(guò)程、漂木致災(zāi)、漂木減災(zāi)研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展漂木堵塞-潰決過(guò)程研究，不僅有助于解決風(fēng)景區(qū)內(nèi)的漂木災(zāi)害防治問(wèn)題，而且有助于解決川藏公路、川藏鐵路等重大工程建設(shè)中面臨的漂木災(zāi)害防治需求。未來(lái)的研究方向主要有：

a.構(gòu)建流域尺度漂木補(bǔ)給定量計(jì)算模型。由于漂木補(bǔ)給具有隨機(jī)性，導(dǎo)致現(xiàn)有的漂木補(bǔ)給模型無(wú)法定量預(yù)測(cè)流域尺度的漂木補(bǔ)給量，直接影響漂木致災(zāi)效應(yīng)的定量評(píng)估及流域內(nèi)防治工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定，因此，亟須構(gòu)建流域尺度的漂木補(bǔ)給定量計(jì)算模型。

b.揭示漂木堵塞-潰決規(guī)模放大機(jī)理。由于缺乏對(duì)山洪泥石流中漂木堵塞-潰決帶來(lái)的規(guī)模放大效應(yīng)的研究，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，增大了工程損毀的風(fēng)險(xiǎn)。亟須開(kāi)展系列物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究，建立基于堵塞-潰決規(guī)模放大條件下的山洪泥石流動(dòng)力學(xué)參數(shù)定量化計(jì)算方法。

c.建立漂木致災(zāi)防控方法。由于漂木運(yùn)動(dòng)過(guò)程具有不確定性，造成漂木致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法定量評(píng)估。在研究漂木隨機(jī)沖擊破壞建筑物的基礎(chǔ)上，建立沖擊力計(jì)算方法，進(jìn)而構(gòu)建漂木堵塞-潰決條件下的災(zāi)害定量評(píng)估方法，研發(fā)漂木災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建完善的漂木災(zāi)害監(jiān)測(cè)與管理體系。