运用Voellmy模型方法模拟泥石流运动堆积动力过程

《运用Voellmy模型方法模拟泥石流运动堆积动力过程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第39卷第2期2015年6月地质学刊JournalofGeologyV01．39No．2June2015doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2015．02．334运用Voellmy模型方法模拟泥石流运动堆积动力过程陈伟(广东省环境地质勘查院，广东广州510000)摘要：泥石流流体具有速度快、破坏力强的特征，严重威胁着山区城镇的建设、民众生命以及财产安全。如何针对泥石流的运动堆积过程进行模拟一直是泥石流研究的热点和难点。基于近似Voellmy解的连续介质理论，建立泥石流动力模型，采用数值模拟仿真的方法，以一典型的泥石流沟为研究实例进行分析，通过模拟泥石流运动、

2、堆积的动力过程，分析其最大速度、压力、过流量、堆积高度以及堆积面积，为后期泥石流危险性评价区划及防治提供有力支撑。关键词：泥石流；Voellmy模型；运动堆积过程；数值模拟；四川汶川中图分类号：P642．23文献标识码：A文章编号：1674-3636(2015)02-0334-050引言泥石流灾害属于山区的一种突发性灾害，具有流速快、携带固体物质能量强和破坏力大等特点，是我国主要地质灾害类型之一(谢洪等，2006)。开展泥石流危险范围的预测工作具有重要的现实意义。利用新一代的地理信息系统(GIS)，结合适用于泥石流两相流体分析的理论模型，综合地质、数值计算以及计算机科学等不同学科

3、，对泥石流运动以及堆积过程进行模拟，进而为后期泥石流危险性评价区划及防治提供关键参数，是当前泥石流理论研究以及工程防治设计的研究热点和难点。从目前国内外泥石流运动堆积过程研究现状出发，探讨Voellmy连续介质模型原理以及GIS在泥石流研究中的应用，并以典型泥石流沟为例，通过模拟泥石流运动、堆积的动力过程，获取了泥石流体的最大速度、压力、过流量、堆积高度以及堆积面积等关键参数。根据对国内外文献的分析，目前对泥石流堆积扇运动及堆积预测通常采用3种方法：经验统计方法、物理模拟方法、动力模型分析。日本是较早也是较多研究泥石流运动及堆积预测的国家之一。池谷浩等1979年根据流域面积推算泥

4、石流冲出量，根据冲出量推算泥石流堆积长度和堆积宽度，率先从统计学角度探讨了这一问题(池谷浩，1996)；石川芳治(1999)研究了用模型实验模拟堆积区具有沟槽和隆起等微地貌时，泥石流堆积范围应如何修正以及泥石流体中细粒物质对泥石流堆积扩散的影响等。欧美国家也很重视泥石流危险范围的研究。奥地利很早就进行了泥石流危险范围的预测工作，并引用交通信号中的红、黄、蓝3色的特定含义，将泥石流危险区分为3类(Blaikieetal，1994)；Brien等开发了水力模型，模拟泥石流和流域内的堆积区；Ghilardi等(2001)开发了1个数学模型，考虑了侵蚀和堆积过程，以及不同类型的堆积物；P

5、asuto等(2004)采用多学科方法，从历史、地形地貌、地质结构、气象、土壤和森林管理等角度，对泥石流进行了评价。唐川等(1992)应用泥石流堆积模型实验，将实验结果用多元回归曲线拟合，得到泥石流堆积形态函数与泥石流参数关系表达式；吴积善等(1993)根据泥石流典型地区(主要是东川小江流域)的资料，建立了泥石流最大堆积面积、最大堆积长度、最大堆积宽度和泥石流堆积幅角与流域面积、松散固体物收稿日期：2014-04—24；修回日期：2014—05—08；编辑：侯鹏飞基金项目：中国地质调查局项目“西南山区城镇建设地质灾害风险管制方法及示范”(1212010814015)作者简介：陈伟

6、(1979一)，男，高级工程师，博士，岩土工程专业，主要从事地质灾害防治工作，E-mail：cwww—tom@126．tom第39卷第2期陈伟：运用Voellmy模型方法模拟泥石流运动堆积动力过程335质储量、主沟长度和流域最大相对高差的相关式。利用动力模型进行泥石流运动及堆积预测是目前研究的热点，该模型通常采用数值方法，利用能量与运动转换法则对泥石流运移及堆积过程进行模拟。动力模型包括离散元模型、质量集中模型以及连续单元模型。其中，连续介质模型是建立在流体力学之上，利用物质一运动一能量消散的转换方程来描述泥石流的动力过程。因此，连续介质模型可以更为合理地刻画出泥石流固体物质的运

7、动特性，从而被广泛使用(Hungretal，1984)。1连续介质模型在泥石流中的应用在连续介质模型中，泥石流流体被假设为一种非稳定以及非均质的流体，可以被2个主要流体参数来刻画(Hungretal，2009)，即流体高度H(菇，Y，t)，m；平均流速U(石，Y，t)，m／s：U(石，Y，t)=[玑(石，Y，t)，Uy(石，Y，t)]1(1)式(1)中，U。为x方向的速度；Uy为y方向的速度；T为平均速度的转置矩阵。速度大小可以被定义为：IIu【l=√磷+嘶(2)式(2)中，l

8、