羅超鵬，常 鳴，武彬彬，劉沛源，余波

（地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），四川 成都 610059）

0 引言

我國(guó)西南地區(qū)主要以山地丘陵地貌為主，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，雨季雨量較大，尤其在近幾年西南地區(qū)多次暴發(fā)地震之后，山體變得極為破碎，在一些泥石流流域范圍內(nèi)中經(jīng)常發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，大量的松散物質(zhì)堆積于溝道之中，為泥石流的形成提供了充足的物源條件[1]。在四川西部強(qiáng)震區(qū)一些典型的溝道內(nèi)存在大量的松散堆積物，致使泥石流暴發(fā)頻率急劇增加，規(guī)模增大，成為震后主要的地質(zhì)災(zāi)害類型[2]。因此，準(zhǔn)確分析其全過程運(yùn)動(dòng)特征、量化其強(qiáng)度指標(biāo)、提出科學(xué)合理的防治措施對(duì)今后泥石流防災(zāi)減災(zāi)工作的開展具有重大意義。

隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者近年來對(duì)泥石流運(yùn)動(dòng)特征展開的深入研究，目前已經(jīng)有多種方法開展泥石流運(yùn)動(dòng)特征分析工作，常用的方法有數(shù)值模擬法[3]、統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头╗4]、GIS 與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合的預(yù)測(cè)方法[5]。其中數(shù)值模擬在泥石流運(yùn)動(dòng)特征研究中的應(yīng)用逐漸廣泛，模擬精度逐漸提升。近年來離散元方法[6?7]、光滑粒子方法[8?9]、格子波爾茲曼方法[10]、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法[11]等數(shù)值模擬技術(shù)大量應(yīng)用于泥石流災(zāi)害動(dòng)力學(xué)過程研究和危害范圍評(píng)估。Begueria等[12]采用基于泥石流動(dòng)力學(xué)的二維有限差分流體動(dòng)力學(xué)MassMov2D 模型，借助PCRaster 軟件實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地形中模擬泥石流運(yùn)動(dòng)。Christen等[13]提出用連續(xù)流體介質(zhì)方法的RAMMS 模型來調(diào)節(jié)泥石流的質(zhì)量及運(yùn)移速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程模擬。He等[14]利用運(yùn)動(dòng)控制方程及臨界降雨量值模擬了關(guān)山溝泥石流的侵蝕過程。Chang等[15]利用FLO-2D計(jì)算模型模擬了都江堰龍溪河流域群發(fā)性泥石流運(yùn)動(dòng)堆積過程。Nocentini等[16]結(jié)合DAN-W 與FLO-2D 模型運(yùn)用動(dòng)態(tài)代碼對(duì)同一地區(qū)潛在泥石流建模，通過動(dòng)態(tài)模型快速評(píng)估研究地區(qū)潛在泥石流風(fēng)險(xiǎn)。Ouyang等[17]利用Massflow 模型模擬了甘肅武都泥灣泥石流動(dòng)力運(yùn)動(dòng)過程。Horton等[18]利用voellmy 鏟刮模型開展震后泥石流模擬。Trujillo-vela等[19]運(yùn)用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）和離散元方法(DEM)建立了耦合數(shù)值模擬分析模型。Liu[20]等利用無限邊坡穩(wěn)定模型、增強(qiáng)的兩相泥石流模型等組合，研究小流域內(nèi)物源啟動(dòng)型泥石流的形成和傳播過程。為了逐步優(yōu)化泥石流評(píng)價(jià)結(jié)果，崔鵬等[21]建立了泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系、熊江等[22]通過對(duì)強(qiáng)震區(qū)多期精細(xì)化遙感解譯，優(yōu)化了西南山區(qū)典型的泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

綜上可見，我國(guó)西南山區(qū)泥石流數(shù)值模擬研究主要基于二維數(shù)學(xué)模型，在三維數(shù)學(xué)模型對(duì)泥石流的運(yùn)動(dòng)堆積過程的模擬方面還存在不足，文中根據(jù)泥石流基本特征，開展二經(jīng)里溝泥石流龍頭運(yùn)動(dòng)過程數(shù)值模擬分析，揭示山區(qū)典型泥石流災(zāi)變過程，為后期防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

2020 年10 月3 日，二經(jīng)里溝發(fā)生泥石流災(zāi)害，破壞高速公路隔離帶護(hù)墻，經(jīng)實(shí)際調(diào)查分析溝口堆積物約有4 000 m3。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)溝內(nèi)物源仍然較豐富，在未來極端降雨條件下仍有泥石流暴發(fā)的可能，二經(jīng)里溝一旦再次暴發(fā)，將威脅汶馬高速與G317，并且極有可能堵塞河道，形成災(zāi)害鏈，對(duì)下游居民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅。因此，為了有效降低泥石流帶來的損失，文中以二經(jīng)里溝為研究對(duì)象，基于前期調(diào)查工作所取得的泥石流各項(xiàng)成果，采用FLOW-3D 數(shù)值計(jì)算模型，開展該泥石流的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)特征分析，并提出合理的泥石流防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策。

1 二經(jīng)里溝流域概況

二經(jīng)里溝位于四川省理縣米亞羅鎮(zhèn)鷓鴣山來蘇河流域，汶馬高速西側(cè)，溝口與河道連接（圖1）。二經(jīng)里溝流域面積1.82 km2，溝長(zhǎng)2.47 km，最高點(diǎn)海拔4 044 m，溝口海拔2 964 m，高差達(dá)1 080 m，溝道平均縱比降為437.2‰，主溝橫斷面呈“V”字形。二經(jīng)里溝地處青藏高原東緣與四川盆地西北邊緣交錯(cuò)接觸帶，地形復(fù)雜，為高山峽谷區(qū)域，山勢(shì)陡峭。區(qū)域主要斷裂有茂汶斷裂、米亞羅壓扭性斷層、松崗壓扭性斷層，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造致使山體巖層整體性較差，為泥石流的形成提供了充足的物源條件，是泥石流形成的關(guān)鍵條件之一[23]。研究區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較活躍，屬地震強(qiáng)烈和鄰區(qū)強(qiáng)震波及區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，測(cè)區(qū)基本地震烈度為Ⅶ度。

圖1 二經(jīng)里溝流域概況圖Fig.1 The overview map of Erjingli gully watershed

通過無人機(jī)航攝以及詳細(xì)調(diào)查，確定了溝道內(nèi)主要有8 處較大規(guī)模的物源分布。2020 年10 月3 日暴發(fā)泥石流之后，流域內(nèi)物源儲(chǔ)量顯著增加，其中溝道物源方量增加較為明顯。在上次泥石流暴發(fā)過程中使溝道兩側(cè)的崩滑體復(fù)活，今后在降雨和重力的作用下不穩(wěn)定的崩滑體將會(huì)持續(xù)向溝道運(yùn)動(dòng)，極有可能堵塞溝道，放大泥石流的災(zāi)害效應(yīng)。圖2（a）為位于溝口以上275 m 處右岸的滑坡，滑動(dòng)距離為24 m，寬為45 m，約2 052 m3；圖2（b）為位于溝口以上519 m 處右岸的滑坡，滑動(dòng)距離為26 m，寬62 m，約3 869 m3；圖2（c）位于溝口以上978 m 位置，溝道左側(cè)后緣發(fā)育的裂隙，裂縫寬約5～10 cm，延伸約70 m，一旦失穩(wěn)，將向溝道內(nèi)輸入約3 654 m3物源；圖2（d）為溝口以上1 618 m 處溝道物源，約504 m3。

圖2 溝道地形地貌以及典型物源照片F(xiàn)ig.2 The gully landform and typical provenance photos

二經(jīng)里溝流域?qū)儆诖箨懶愿咴撅L(fēng)氣候，根據(jù)氣象部門監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該區(qū)域年平均降雨量為603.7 mm，日最大降雨量51.2 mm，2020 年米亞羅鎮(zhèn)降雨明顯較往年偏多，尤其是10 月3 日突發(fā)暴雨，平均每小時(shí)降雨量達(dá)到23.4 mm（圖3），流域內(nèi)裸露區(qū)在累計(jì)降雨作用下產(chǎn)生坡面崩滑體，導(dǎo)致二經(jīng)里溝暴發(fā)泥石流，流體中含有大量黏土顆粒，泥漿呈黏性，并攜帶少量樹枝及大粒徑塊石。泥沙高速?zèng)_出溝口，破壞力極強(qiáng)，持續(xù)約12 min，造成汶馬高速被阻斷約100 m，且溝口橋梁被橫向推移20 cm 以上。泥沙在來蘇河河道之中形成大規(guī)模堆積，最大堆積深度約6 m，且堵塞河道約150 m。

圖3 泥石流暴發(fā)期間降雨統(tǒng)計(jì)Fig.3 Rainfall statistics during the outbreak of debris flow

2 二經(jīng)里溝泥石流數(shù)值模擬

2.1 模型概述

二經(jīng)里溝泥石流具有濃度高、黏性大、邊界條件明顯的特點(diǎn)，固體顆粒和流體存在著較為強(qiáng)烈的耦合關(guān)系。FLOW-3D 數(shù)值模擬軟件中顆粒流與泥石流流體存在較大的相似性，因此利用顆粒流模型開展二經(jīng)里溝泥石流龍頭運(yùn)動(dòng)過程模擬能夠更加真實(shí)的反映其實(shí)際情況。

FLOW-3D 是基于有限差分法對(duì)控制方程進(jìn)行求解的數(shù)值計(jì)算軟件，在模擬過程中將計(jì)算區(qū)域設(shè)置三維網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)格在計(jì)算過程中都有多個(gè)相關(guān)變量的值在每一個(gè)網(wǎng)格上體現(xiàn)，其中網(wǎng)格表面包括三個(gè)方向的速度u、v、w，網(wǎng)格中心包括壓強(qiáng)p、流體體積分?jǐn)?shù)F、密度ρ、湍流動(dòng)能q、紊流動(dòng)能消耗率以及黏度μ 等變量，能夠更加真實(shí)的還原泥石流實(shí)際運(yùn)過過程。研究利用顆粒流模型、漂移-通量模型、重力和非慣性框架模型以及黏流和湍流模型相互組合，分析泥石流形成、運(yùn)動(dòng)、堆積特征，其中控制方程包括連續(xù)方程和動(dòng)量方程，見式（1）—（4）。

Ax、Ay、Az——流體所流經(jīng)單元格x、y、z三個(gè)方向 上的面積比例/%；

Gx、Gy、Gz——流體在網(wǎng)格x、y、z三個(gè)方向上的加 速度/（m·s?2）；

fx、fy、fz——流體在網(wǎng)格x、y、z三個(gè)方向上的阻力 加速度/（m·s?2）；

VF——流體體積分?jǐn)?shù)；

ρ——流體密度/（g·cm?3）；

p——作用在流體上的壓強(qiáng)/Pa。

模擬中的顆粒流模型是將物源考慮為若干個(gè)三維球體顆粒以及液體的混合物，分析每一個(gè)三維球體在運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況。當(dāng)顆粒之間的靜力平衡被破壞時(shí)，粒子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，泥沙運(yùn)動(dòng)特征由內(nèi)部粒子之間狀態(tài)變化體現(xiàn)出來。由于實(shí)際泥石流流體的非均一性，泥石流在運(yùn)動(dòng)過程中顆粒與顆粒、顆粒與液體之間也必將存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了使模型可以允許粒子與粒子之間發(fā)生有限位移，并且各粒子之間能夠自動(dòng)辨識(shí)新的接觸關(guān)系，因此在研究中將固體顆粒和液體之間定義為自由表面邊界來近似表達(dá)黏性泥石流運(yùn)動(dòng)特征。由于固體顆粒和周圍液體流動(dòng)速度不同，混合物的兩相效應(yīng)可以用漂移-通量模型近似分析，在漂移通量模型中，可以使用一個(gè)選項(xiàng)來定義可能發(fā)生的最大固體分?jǐn)?shù)，當(dāng)達(dá)到極限體積分?jǐn)?shù)時(shí)，迫使其漂移速度為零。

2.2 泥石流基本參數(shù)及三維建模

式中：u、v、w——x、y、z三個(gè)方向上的速度/（m·s?1）；

此次在二經(jīng)里溝堆積區(qū)、流通區(qū)及形成區(qū)各取一組具有代表性的樣品，針對(duì)每組樣品在室內(nèi)進(jìn)行顆分試驗(yàn)，繪制顆粒級(jí)配曲線（圖4）。由級(jí)配曲線可以分析得出，堆積區(qū)土樣顆粒較為均勻，顆粒普遍偏細(xì)，平均粒徑為1.8 mm；流通區(qū)土體顆粒粒徑較堆積區(qū)更大，大小不均，級(jí)配相對(duì)較好，平均粒徑為4.3 mm；形成區(qū)土樣中大顆粒偏多，土顆粒不均勻，級(jí)配良好，顆粒的平均粒徑為10.1 mm。

圖4 二經(jīng)里溝各樣品級(jí)配曲線Fig.4 The grain size distribution of Erjingli gully

通過采取多組有代表性的泥石流堆積物樣品加水?dāng)嚢璩赡嗍鳚{體，測(cè)量計(jì)算得到泥石流流體的重度以及泥沙體積濃度（式5—6）：

式中：γc——泥石流流體重度/（t·m?3）；

Gc——配置漿體重量/t；

V——配置漿體體積/m3；

CV——泥沙體積濃度；

γs——泥石流中固體顆粒比重/（g·cm?3）；

γw——水的重度/（g·cm?3）。

通過計(jì)算得到γc=1.82 t/m3，CV=0.5。

由于缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，粗糙系數(shù)n值按照前人給出的天然河道的粗糙系數(shù)參考值確定，文中結(jié)合二經(jīng)里溝實(shí)際情況取n=0.18[24]。其余參數(shù)均采用軟件默認(rèn)值。

通過物理實(shí)驗(yàn)及相關(guān)分析，在數(shù)值分析的顆粒流模型中，泥石流特征控制參數(shù)見表1。

表1 二經(jīng)里溝特征控制參數(shù)Table 1 Main parameters of numerical simulation of Erjingli gully

基于無人機(jī)航拍以及人員實(shí)地調(diào)查，對(duì)研究區(qū)物源規(guī)模及分布特征進(jìn)行了較為精細(xì)的記錄。但是在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)除了少量溝道物源可以根據(jù)泥痕測(cè)量其厚度以外，大多數(shù)地方無法獲得物源的空間厚度數(shù)據(jù)。在本次模擬中參考前人研究計(jì)算各物源平均厚度[25]（式7）：

式中：H——物源平均厚度/m；

A——物源面積/m2。

在詳細(xì)調(diào)查中實(shí)測(cè)了1、2、3、4 處物源的實(shí)際體積，其他物源在調(diào)查時(shí)由于野外測(cè)量較為困難，因此模擬中采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。最終確定各物源的平均厚度及體積見表2，將計(jì)算結(jié)果引入Rhino 三維建模軟件，構(gòu)建流域物源三維模型（圖5）。

圖5 二經(jīng)里溝地形及物源三維模型示意圖Fig.5 Three-dimensional model of topography and provenance of Erjingli gully

表2 二經(jīng)里溝物源面積、平均厚度及體積Table 2 Provenance area and average thickness of Erjingli gully

2.3 邊界條件

在模擬過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況考慮各網(wǎng)格合理的邊界條件。一共設(shè)置了6 塊計(jì)算網(wǎng)格，所有的邊界條件設(shè)置均滿足實(shí)際要求，包括出流邊界O、壁面邊界W、連續(xù)邊界C以及對(duì)稱邊界S等4 種邊界類型（表3）。

表3 模擬邊界條件設(shè)定結(jié)果Table 3 Boundary condition setting results of numerical simulation

3 二經(jīng)里溝泥石流龍頭運(yùn)動(dòng)過程分析

3.1 泥石流運(yùn)動(dòng)特征分析

為了保證模擬結(jié)果的完整性，需要設(shè)定合適的模擬時(shí)間，文中根據(jù)余斌[26]提出的黏性泥石流運(yùn)動(dòng)平均速度經(jīng)驗(yàn)公式，見式8，計(jì)算出泥石流在溝道中的平均運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而估算泥石流龍頭運(yùn)動(dòng)過程的時(shí)間。

式中：U——黏性泥石流運(yùn)動(dòng)平均速度/（m·s?1）；

g——重力加速度/（m·s?2）；

R——黏性泥石流運(yùn)動(dòng)水力半徑/m；

S——黏性泥石流運(yùn)動(dòng)縱比降/‰；

D50——泥沙顆粒中百分比小于50%的顆粒粒徑（中 性粒徑）；

D20——泥沙顆粒中百分比小于20%的顆粒粒徑。

通過計(jì)算得到二經(jīng)里溝泥石流的平均速度為12.41 m/s，最終確定泥石流龍頭全過程歷時(shí)198.97 s，文中計(jì)算時(shí)間設(shè)置為200 s。

考慮到該溝道較窄，此次模擬工作將計(jì)算網(wǎng)格設(shè)置為1 m×1 m，通過控制方程計(jì)算泥沙在每個(gè)網(wǎng)格單元的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)二經(jīng)里溝2020 年10 月3 日暴發(fā)的泥石流開展精細(xì)化三維數(shù)值模擬，重現(xiàn)該泥石流暴發(fā)過程中泥沙形成、運(yùn)動(dòng)、堆積的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，圖6、圖7 為不同模擬時(shí)間的泥石流運(yùn)動(dòng)情況。

圖6 二經(jīng)里溝泥石流堆積深度模擬結(jié)果Fig.6 Simulation results of debris flow accumulation depth in Erjingli gully

圖7 二經(jīng)里溝泥石流流動(dòng)速度模擬結(jié)果Fig.7 Simulation results of flow velocity of debris flow in Erjingli gully

t=0～30 s，溝道兩岸物源開始啟動(dòng)，松散土體運(yùn)動(dòng)速度開始逐漸增大，并且物源失穩(wěn)邊界開始逐漸擴(kuò)大，兩岸泥沙持續(xù)向溝道聚集，最大泥深為7.06 m，運(yùn)動(dòng)緩慢；這一階段屬于物源匯集的過程。

t=30～60 s，由于兩岸以及上游物源的持續(xù)輸入，松散固體物質(zhì)在溝道內(nèi)部不斷匯集，在上游物質(zhì)強(qiáng)大的動(dòng)力作用下，溝道內(nèi)部大規(guī)模泥沙開始運(yùn)動(dòng)，不斷向下游推進(jìn)，最大泥深和流速分別為8.28 m、11.94 m/s；這一階段屬于泥石流運(yùn)動(dòng)特征突變階段。

t=60～100 s，由于泥漿在不斷向下游推移的過程中也啟動(dòng)了下游溝道內(nèi)堆積的松散物質(zhì)，泥石流規(guī)模逐漸增大，此時(shí)泥石流前端的泥深和流速分別為16.18 m、14.94 m/s；這一階段屬于泥石流的持續(xù)發(fā)展階段。

t=100～130 s，泥石流運(yùn)動(dòng)到溝口，強(qiáng)大的沖擊力對(duì)高速路以及下游其他基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重破壞，泥石流沖出溝口之后運(yùn)動(dòng)速度急劇降低，形成的堆積體堵塞河道。隨著堆積規(guī)模的不斷擴(kuò)大，泥沙開始向河流下游運(yùn)動(dòng)，增加河道的堵塞程度；最終泥沙在河道內(nèi)最大堆積深度為5.99 m，堆積長(zhǎng)度為170.6 m，完全堵塞河道，泥石流基本停止運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相符；這一階段屬于泥石流的泥沙堆積階段。

模擬結(jié)果顯示，泥石流最終將在溝口形成最大深度為5.99 m 的堆積扇，野外實(shí)地調(diào)查結(jié)果為6.0 m，泥深模擬結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高。通過數(shù)值模擬獲取的二經(jīng)里溝泥石流堆積危險(xiǎn)范圍、野外實(shí)際測(cè)量堆積危險(xiǎn)范圍及兩者重合的危險(xiǎn)范圍驗(yàn)證泥石流數(shù)值模擬的精確程度式如下：

式中：F——模擬精度；

S0—實(shí)測(cè)與本次模擬結(jié)果的堆積范圍重疊區(qū)域/m2；

SM——實(shí)測(cè)堆積面積/m2；

SN——模擬堆積范圍/m2，具體計(jì)算參數(shù)見表4。

表4 模擬結(jié)果與野外實(shí)測(cè)對(duì)比驗(yàn)證Table 4 The comparation of simulated results and field measurements

經(jīng)過計(jì)算，此次模擬精度達(dá)到88.98%，滿足數(shù)值模擬的精度要求（圖8）。其計(jì)算結(jié)果和實(shí)際現(xiàn)象相似，表明此次數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)研究該泥石流災(zāi)害的運(yùn)動(dòng)特征具有較好的參考價(jià)值。

圖8 二經(jīng)里溝模擬結(jié)果驗(yàn)證Fig.8 Verifying of the simulated results of Erjingli gully

3.2 泥石流強(qiáng)度分析

泥石流強(qiáng)度分析是今后防災(zāi)減災(zāi)工作中十分關(guān)鍵的步驟，相關(guān)研究提出泥石流的強(qiáng)度大小主要由泥石流的堆積深度和流動(dòng)速度相關(guān)[27]。文中主要考慮對(duì)承災(zāi)體起主要影響因素的泥石流泥深和流速兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。用強(qiáng)度指數(shù)（IDF）[28]開展泥石流堆積區(qū)內(nèi)強(qiáng)度特征分析，見式10，并得到二經(jīng)里溝泥石流強(qiáng)度空間分布特征圖（圖9）。

圖9 二經(jīng)里溝泥石流強(qiáng)度空間分布圖Fig.9 Spatial distribution characteristics of debris flow intensity in Erjingli gully

式中：IDF——泥石流強(qiáng)度指數(shù)/（m3·s?2）；

t——模擬時(shí)間/s；

h——泥石流堆積深度/m；

u、v、w——x、y、z三個(gè)方向上的流速/（m·s?1）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，二經(jīng)里溝泥石流的強(qiáng)度參數(shù)取值區(qū)間為0～586.8。文中根據(jù)歸一化之后的值將泥石流強(qiáng)度劃分為4 個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，定義I≥0.5 為極高強(qiáng)度區(qū)域；0.5>I≥0.3 為高強(qiáng)度區(qū)域；0.3>I≥0.1 為中強(qiáng)度區(qū)域；0.1>I≥0 為低強(qiáng)度區(qū)域。

將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，二經(jīng)里溝泥石流極高強(qiáng)度區(qū)域占609 m2，高強(qiáng)度區(qū)域占1 295 m2，中強(qiáng)度區(qū)域占3 451 m2，低強(qiáng)度區(qū)域占20 034 m2。極高、高強(qiáng)度區(qū)域主要分布在下游窄陡溝道以及泥沙堆積厚度較大位置。中、低強(qiáng)度區(qū)域主要分布在坡度相對(duì)較緩的溝道中上游以及堆積區(qū)邊緣位置。其中，高、極高強(qiáng)度的位置遭受到泥石流沖淤作用強(qiáng)烈，在后期管道、公路等工程選線中應(yīng)該盡量避開，并且應(yīng)該考慮在溝道內(nèi)修建必要的泥石流消能型防治工程設(shè)施，降低泥石流強(qiáng)度。

3.3 擬設(shè)攔擋壩減災(zāi)效果評(píng)價(jià)

文中研究考慮了在溝道下游擬設(shè)一個(gè)攔擋壩，運(yùn)用相同的計(jì)算模型分析泥石流在攔擋壩作用下的運(yùn)動(dòng)特征（圖10）。

圖10 攔擋壩作用下泥石流堆積深度模擬結(jié)果Fig.10 Simulation results of debris flow accumulation depth under retaining dam

攔擋壩距離溝口300 m，擬定壩高為12 m，將兩側(cè)壩肩嵌入坡體，且在模擬中不考慮壩體破壞。結(jié)果表明，攔擋壩對(duì)泥石流起到了很好的緩沖作用，泥沙將壩體淤滿，壩后最大堆積深度達(dá)到了11.78 m，壩體在溝道上游堆積長(zhǎng)度43 m，約攔擋1 720 m3泥沙，在攔擋壩的作用下，泥沙沖出溝口的流速為2.55 m/s，形成小規(guī)模的堆積，最大堆積深度為2.97 m，形成小規(guī)模的堆積，造成約1/3 的河道堵塞，降低了對(duì)溝口高速公路產(chǎn)生的影響，減災(zāi)效果明顯。

4 結(jié)論

文中以2020 年10 月3 日二經(jīng)里溝暴發(fā)的泥石流為研究背景，結(jié)合無人機(jī)航拍攝影以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取樣工作，對(duì)二經(jīng)里溝泥石流發(fā)育特征、降雨特征、物源空間分布特征開展詳細(xì)調(diào)查。利用FLOW-3D 對(duì)泥石流的運(yùn)動(dòng)全過程開展數(shù)值模擬分析，并劃分了泥石流強(qiáng)度。文中取得的主要結(jié)論如下：

（1）采用FLOW-3D 數(shù)值模擬的方法，重現(xiàn)了2020年10 月3 日二經(jīng)里溝泥石流龍頭運(yùn)動(dòng)過程，根據(jù)泥石流運(yùn)動(dòng)特征將二經(jīng)里溝泥石流暴發(fā)全過程劃分為4 個(gè)階段：物源匯聚、運(yùn)動(dòng)特征突變、持續(xù)發(fā)展階段、泥沙堆積階段。在堆積區(qū)范圍內(nèi)將模擬結(jié)果與實(shí)際調(diào)查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證分析，計(jì)算出模擬精度為88.98%。

（2）基于泥石流最大堆積深度與流速確定其強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，并繪制強(qiáng)度等級(jí)劃分圖。其中，極高強(qiáng)度區(qū)占2.4%，高強(qiáng)度區(qū)占5.1%，中強(qiáng)度區(qū)占13.6%，低強(qiáng)度區(qū)占78.9%。在極高、高強(qiáng)度區(qū)范圍內(nèi)房屋、道路、河堤及農(nóng)田容易受到泥石流的破壞，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及重點(diǎn)防護(hù)。

（3）選擇距離溝口約300 m 處設(shè)置一個(gè)高12 m 攔擋壩，模擬結(jié)果顯示溝口最大堆積深度減小3.02 m，大幅度降低泥石流對(duì)溝口高速公路的威脅程度，該方案能為今后防治工程的修建提供參考。