黄河中游典型区重力侵蚀观测技术及计算模型研究

    
                         黄河勘测规划设计有限公司博士后――薛海
                                   摘 要
    重力侵蚀是地球系统物理过程的一部分,也是黄土高原区土壤侵蚀的重要类型之一。在黄河中游,重力侵蚀分布广泛且危害巨大。重力侵蚀的危害是多方面的:首先它是流域高含沙水流及水土流失的重要来源;其次较大规模的重力侵蚀本身还直接构成地质灾害,威胁人类生命和财产安全;此外重力侵蚀在极短时间内剥离大体积沟坡,使其表面植被瞬间毁灭而难以恢复,从而使区域生态恶化。因此对重力侵蚀的研究不仅是土壤侵蚀理论研究的需要,更是流域水土流失治理实践的需要。

    与坡面侵蚀研究相比较,重力侵蚀由于其突发性、随机性以及机理的复杂性而构成土壤侵蚀研究中的难点。理论研究方面,重力侵蚀的微观及宏观力学机理尚不明晰,计算模型的构建刚刚起步;实验及观测方面,由于比尺问题、随机性等问题尚未解决,加之经济投入可能过大等原因,至今未能形成重力侵蚀系统观测和试验研究体系。因此,重力侵蚀的研究工作总体上还处于空白状态。着力解决其中几个关键问题,将新方法应用于观测研究,并构建能够反映其基本力学关系的概化模型,是重力侵蚀研究在今后一个时期的研究方向。

    在国家自然科学基金及中国博士后科学基金的资助下,通过黄河中游实地考察,选择皇甫川尓架麻沟作为重力侵蚀观测区域。通过对该区域的高精度数字地形(DEM)及遥感影像进行GIS和RS分析,在了解区域地形地貌特性的基础上,拟定多处具有代表性的施测区。利用高精度差分GPS、三维激光扫描仪、全站仪等设备,对观测区的黄土沟沿崩塌、砒砂岩沟坡的泻溜侵蚀和局部崩塌等重力侵蚀现象进行了较为细致的原型观测,并取得了一些初步成果。

    重力侵蚀计算模型方面,针对黄土丘陵沟壑区黄土沟坡重力失稳以及皇甫川区域的黄土沟沿崩塌与砒砂岩泻溜组合的重力侵蚀现象分别构建两类模型,模型中主要对包括降雨、坡度、土体重力、坡脚水流侧向切割、裂隙水压力及土体力学强度等影响因素进行分析,提取其中的力学关系并构建计算模型。最后基于数字流域平台黄河中游典型流域进行模拟计算,并与实测资料进行对比。计算表明模型总体上能够反映不同区域的重力侵蚀数量及分布,可为水土保持治理措施规划提供科学的基础数据,而且包括本研究中重力侵蚀观测在内的相关研究也将对重力侵蚀的整体研究有所推动和促进。

   关键词: 重力侵蚀观测;  重力侵蚀模型;  数字流域;

 

 

来源:水利水电博士后网    发布日期:2010-5-12
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