四川省都江堰市龙池地区“8·13”泥石流堆积扇调查和分析
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家 重 点 实 验 室 自 主 项 目（SK L G P 20 11 Z 00 8） 作 者 介 绍 ： 屈 永 平（1984-）， 男 ， 四 川 成 都 人 ， 博 士 生 ， 主 要 从 事 地 质 灾 害 及 城 市 灾 害 研 究 。 E - m ail： qyp 12 32 006 @ 12 6 .com
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31°3′0″N
31°3′0″N 31°3′0″N
物源动储 量/万 m3
42.1 42.209 24.16 29.586 73.218 64.47
2.66 1.136 1.056 128.975 38.568 100.36 0.276 247.324 4.513 0.465 0.451 224.296 0.55 133.96 13.33 1.419
— 199 —
表 1 研究区典型泥石流特征
野外 编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
沟名
纸厂沟 孙家沟 水打沟 水鸠坪沟 麻柳槽沟 猪槽沟 蒋家沟 马家乌基沟 簸箕沟 黄央沟 王家沟 碱平沟 陈家坡沟 冷浸沟 燕子窝沟 栗子坪沟 曹家岭沟 双养子沟 煤炭坪沟 椿树芽沟 峰洞岩 1号 峰洞岩 2号
（成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059）
摘 要 ： 汶 川“ 5·12”地 震 后 ， 震 区 泥 石 流 等 自 然 灾 害 活 动 频 繁 ， 与 此 同 时 ， 其 危 害 性 呈 几 何 级 数 增 长 ， 而 泥 石 流 的
堆积特征直接反应其危害程度。2010 年 8 月 13 日，都江堰市龙池地区暴发了大规模的群发性泥石流灾害，共有
50 多条沟发生了泥石流过程，冲毁了龙池地区的地震重建区的房屋和道路。笔者通过对研究区泥石流堆积扇的
野外调查，统计了 36 条沟的泥石流堆积扇的堆积厚度、堆积宽度、堆积长度以及堆积坡度等参数，得到了研究
区泥石流堆积扇冲出距离、堆积宽度、堆积厚度以及扩散宽度与流域泥石流物源动储量、流域高差、沟口宽度等
3 流域特征
沿 龙 溪 河 18 km 长 度 范 围 内 ，“8·13”特 大 泥 石 流 中 50 多 条 泥 石 流 沟 暴 发 了 泥 石 流 过 程 ， 36 条 泥 石 流 沟 堆 积 扇 完 整（见 图 1）， 本 文 选 取 这 36 条 泥 石 流 为 研 究 对 象 ， 其 中 22 条 泥 石 流 沟 的 流 域 特 征、物源特征以及主河特征参数如表 1。对龙池地区泥石流堆积区样品进行室内筛分，得出泥石流堆 积 区 的 黏 粒 含 量 较 低 ， 其 平 均 有 效 粒 径 d10=1.7 mm， 平 均 不 均 匀 系 数 Cu 为 6.47， 平 均 曲 率 系 数 Cc 为 1.62，且堆积区的泥石流容重范围为 18～20 kN/m3，对比该区已有研究 ， ［12-13］ 则该区泥石流属于过 渡性性泥石流，且泥石流颗粒级配良好，颗粒间以单粒结构接触关系为主。
因素的关系，在此基础上，建立了泥石流堆积扇几何堆积特征统计模型，且通过震区典型泥石流的验证，统计模
型具有一定实用性，可为研究区泥石流灾害防治提供一定参考。
关键词：都江堰；龙池；泥石流；堆积扇；统计模型
中图分类号：P642.23
文献标识码：A
doi：10.13243/j.cnki.slxb.2015.02.009
— 198 —
图 2 都江堰市多年平均月降雨量柱状图
图 3 “8·13”泥石流爆发时的降雨情况
13 日 14∶00 时刻降雨强度突然增加，16∶00 时刻诱发研究区山洪泥石流，其中泥石流暴发前的 2 小时 内累计降雨量为 30 mm，泥石流暴发时的小时降雨强度约为 24 mm/h，17∶50 时泥石流结束时，累计 降雨量为 150 mm（见图 3），研究区泥石流属于前期饱和的暴雨型泥石流。
1 研究背景
汶川地震后地震重灾区发生了上千起泥石流，使其成为雨季对地震灾区影响和威胁最大的灾害 类型。这是由于强震后流域内滑坡松散物质剧增，导致泥石流危害明显增强，表现在频度增加、起 动 临 界 雨 量 降 低 。 已 有 研 究 表 明 ： ［1-2］ 强 烈 地 震 作 用 使 得 地 震 区 的 地 质 环 境 更 加 脆 弱 ， 泥 石 流 等 地 质 灾害更加频繁，危害范围更大。而泥石流堆积区是山区人类生活、生产的重要场所，也是泥石流泛 滥 成 灾 的 主 要 区 域［3］。 泥 石 流 出 沟 以 后 可 能 堆 积 的 最 大 范 围 直 接 决 定 了 泥 石 流 堆 积 扇 的 危 险 范 围［4］。 泥 石 流 体 的 堆 积 过 程 由 其 剪 切 力 与 屈 服 应 力 的 关 系 所 决 定［5］， 且 泥 石 流 在 停 淤 过 程 中 ， 具 有 泥 石 流 流 深 的 降 低 ， 泥 石 流 流 速 减 慢 等 特 征［6］。 前 人 对 泥 石 流 堆 积 扇 的 危 害 范 围 评 价 主 要 基 于 试 验 模 型 、 统 计 分 析 和 ［7-8］ 数 值 模 拟［1］， 铁 永 波 等［9］人 根 据 2008 年 9 月 24 日 北 川 县 境 内 暴 发 的 群 发 性 暴 雨 泥 石 流 ， 分 析 泥 石 流 流 域 面 积 特 征 ， 统 计 分 析 泥 石 流 的 冲 出 距 离 ， 提 出 了 泥 石 流 冲 出 距 离 预 测 模 型 。 丁 军［10］ 根据汶川震区已暴发的泥石流沟流域的高差、物源储量等特征分析了汶川震区泥石流的冲出距离。 Chuan Tang 等 人 ［11］ 根据北川地区震后泥石流的统计建立了泥石流堆积规模。
流域最大 沟道平均 高差/km 纵坡降
1.378
0.437
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0.451
0.617
0.549
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0.361
0.914
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0.534
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0.628
0.225
0.62
0.455
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0.954
0.582
0.752
0.309
1.098
0.368
0.18
0.74
1.12
而泥石流堆积扇冲出距离、堆积宽度等堆积特征是泥石流危害程度的主要特征，泥石流冲出方 量为泥石流堆积扇的堆积范围提供物质基础。通过对 36 条泥石流堆积扇的测量可知，泥石流冲出量 与泥石流的冲出距离、堆积宽度以及堆积厚度成正相关。而泥石流流域物源滑坡、崩塌体物源储量 与泥石流的冲出方量的关系成为研究泥石流堆积扇的堆积范围的一个关键所在，由于研究区大流域 内，岩性特征相似，泥石流固体物质组成成分相近，导致研究区泥石流堆积扇的几何特征具有相似 性（图 4）。
图 4 研究区典型泥石流堆积扇
由泥石流特征可知，泥石流堆积扇的冲出距离、堆积宽度等堆积特征内部影响因素主要由其内 部受力条件决定，即泥石流流体的屈服应力以及剪应力的静力平衡。而泥石流堆积特征的外部影响 因素主要为泥石流流域特征，其中包括流域内泥石流物源动储量、泥石流流域高差、泥石流沟道的 坡度以及堆积区地形等。根据研究区已有的 22 条典型泥石流沟的物源动储量等数据 ， ［10］ 并通过对研 究区堆积扇的堆积坡度、堆积厚度等野外测定，得出表 1。 3.1 物源动储量 泥石流物源储量、流域高差、沟道纵比降等流域特征直接影响泥石流暴发可能性 以及暴发频率等，研究区 22 条泥石流沟的泥石流冲出距离、堆积扇堆积宽度、堆积厚度等堆积特征
2 区域概况
研究区位于岷江上游，为典型的高中山峡谷地貌，地势西北高、东南低，地形高差大，地形坡 度大。且区内沟谷发育，沿着龙溪河两岸呈树枝状展布，主沟平面形态为折线形。该区出露花岗 岩、灰岩和辉绿岩等，且地质构造活动强烈（见图 1），特别是“5·12”发震断层（映秀-汶川断裂带）通 过 该 区 ， 导 致 该 区 山 体 基 岩 出 露 、 岩 石 破 碎 ， 形 成 大 量 的 滑 坡 、 崩 塌 堆 积 体 ， 为 龙 池“8·13”群 发 性 泥石流提供了丰富的物源。
0.443
0.16
0.946
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0.545
0.35
0.484
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0.65
0.814
0.273
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最大堆积 长度/km
0.369 0.233 0.264 0.11 0.094 0.38 0.178 0.065 0.12 0.243 0.282 0.265 0.111 0.466 0.17 0.166 0.063 0.528 0.121 0.414 0.21 0.113
龙池地区也是汶川“5·12”地震作用区，而地震作用诱发的次生地质灾害可能持续至地震后的 20 年。2010 年 8 月 13 日，在持续降雨条件下，四川省都江堰市龙池地区暴发了大规模的泥石流灾害， 此次群发泥石流过程冲出了大量的泥石流物质，冲毁、淤埋沟口堆积区居民建筑，堵塞龙溪河，抬 高龙溪河河床，给龙池地区居民的生命财产安全造成无法估量的损失，且严重威胁龙溪河下游紫平 铺水库的安全。为此，研究震区泥石流的堆积特征，对泥石流防治和震区重建工作等尤为重要。震 区泥石流的堆积范围不仅受到流域面、流域高差、物源储量等因素控制，而最根本的控制因素是泥
Biblioteka Baidu堆积扇坡 度α（/ °）
7 7.8 6.6 8.5 5.4 9 9.1 8 5.4 5.7 4.7 8 5.6 7 5 3.8 6.5 6.5 8.3 7 9.2 6
堆积厚 度 h/m
8 6.5 6.7 8 7 6 6.5 5 7.5 7.5 4.1 7.4 2.1 7.5 1 7 3 5 3.5 6.5 8 8
31°3′0″N
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图 1 龙池地区地质构造与泥石流分布图
研究区属于四川盆地中亚热带湿润季风区，四 季分明，冬无严寒，夏无酷暑。与同一气候区其他 各地相比，又表现为温度较低，日照较少，阴雨天 气 频 繁 。 且 研 究 区 年 平 均 蒸 发 量 930.9 mm， 占 年 降 雨 量 的 76 % ， 最 大 月（8 月）250.6 mm， 最 小 月 （12 月 ）27.1 mm。 多 年 平 均 湿 度 81 % ， 最 大 85 % ， 最 小 76 %（图 2）。 且 在 2010 年 8 月 4 日 ， 龙池地区开始陆续出现雷阵雨天气，2010 年 8 月
水利
2015 年 2 月
SHUILI
文 章 编 号 ：05 59 - 93 50（20 15）02 - 01 97 - 11
学报
XUEBAO
第 46 卷 第 2 期
四 川 省 都 江 堰 市 龙 池 地 区“ 8·13 ”泥 石 流 堆 积 扇 调 查 和 分 析
屈永平，唐 川，刘 洋，王金亮，常 鸣
收稿日期：2014-03-13；网络出版日期：2014-11-06 网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20141106.1108.007.html 基 金 项 目 ： 科 技 基 础 性 工 作 专 项 工 作 ： 西 南 地 形 急 变 带 地 质 灾 害 综 合 调 查 与 风 险 制 图（20 11 F Y 11 01 00 - 3）； 地 质 灾 害 防 治 国
— 197 —
石流自身的物理性质以及堆积区的地形特征。本文对龙池“8·13”已暴发的 36 条堆积扇较完整的泥石 流沟进行调查，发现研究区内的泥石流堆积扇后缘纵比降大于其前缘纵比降，根据统计学得到了泥 石流流域的滑坡、崩塌物源动储量、流域高差、流域纵比降等与泥石流的冲出量、冲出距离、堆积 宽度、堆积厚度的关系，而且根据堆积扇的堆积坡度、堆积长度等，建立了泥石流的堆积几何模型 及其危险范围，可为该区域泥石流灾害的风险评价和管理提供一定的参考。
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物源动储 量/万 m3
42.1 42.209 24.16 29.586 73.218 64.47
2.66 1.136 1.056 128.975 38.568 100.36 0.276 247.324 4.513 0.465 0.451 224.296 0.55 133.96 13.33 1.419
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表 1 研究区典型泥石流特征
野外 编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
沟名
纸厂沟 孙家沟 水打沟 水鸠坪沟 麻柳槽沟 猪槽沟 蒋家沟 马家乌基沟 簸箕沟 黄央沟 王家沟 碱平沟 陈家坡沟 冷浸沟 燕子窝沟 栗子坪沟 曹家岭沟 双养子沟 煤炭坪沟 椿树芽沟 峰洞岩 1号 峰洞岩 2号
（成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059）
摘 要 ： 汶 川“ 5·12”地 震 后 ， 震 区 泥 石 流 等 自 然 灾 害 活 动 频 繁 ， 与 此 同 时 ， 其 危 害 性 呈 几 何 级 数 增 长 ， 而 泥 石 流 的
堆积特征直接反应其危害程度。2010 年 8 月 13 日，都江堰市龙池地区暴发了大规模的群发性泥石流灾害，共有
50 多条沟发生了泥石流过程，冲毁了龙池地区的地震重建区的房屋和道路。笔者通过对研究区泥石流堆积扇的
野外调查，统计了 36 条沟的泥石流堆积扇的堆积厚度、堆积宽度、堆积长度以及堆积坡度等参数，得到了研究
区泥石流堆积扇冲出距离、堆积宽度、堆积厚度以及扩散宽度与流域泥石流物源动储量、流域高差、沟口宽度等
3 流域特征
沿 龙 溪 河 18 km 长 度 范 围 内 ，“8·13”特 大 泥 石 流 中 50 多 条 泥 石 流 沟 暴 发 了 泥 石 流 过 程 ， 36 条 泥 石 流 沟 堆 积 扇 完 整（见 图 1）， 本 文 选 取 这 36 条 泥 石 流 为 研 究 对 象 ， 其 中 22 条 泥 石 流 沟 的 流 域 特 征、物源特征以及主河特征参数如表 1。对龙池地区泥石流堆积区样品进行室内筛分，得出泥石流堆 积 区 的 黏 粒 含 量 较 低 ， 其 平 均 有 效 粒 径 d10=1.7 mm， 平 均 不 均 匀 系 数 Cu 为 6.47， 平 均 曲 率 系 数 Cc 为 1.62，且堆积区的泥石流容重范围为 18～20 kN/m3，对比该区已有研究 ， ［12-13］ 则该区泥石流属于过 渡性性泥石流，且泥石流颗粒级配良好，颗粒间以单粒结构接触关系为主。
因素的关系，在此基础上，建立了泥石流堆积扇几何堆积特征统计模型，且通过震区典型泥石流的验证，统计模
型具有一定实用性，可为研究区泥石流灾害防治提供一定参考。
关键词：都江堰；龙池；泥石流；堆积扇；统计模型
中图分类号：P642.23
文献标识码：A
doi：10.13243/j.cnki.slxb.2015.02.009
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图 2 都江堰市多年平均月降雨量柱状图
图 3 “8·13”泥石流爆发时的降雨情况
13 日 14∶00 时刻降雨强度突然增加，16∶00 时刻诱发研究区山洪泥石流，其中泥石流暴发前的 2 小时 内累计降雨量为 30 mm，泥石流暴发时的小时降雨强度约为 24 mm/h，17∶50 时泥石流结束时，累计 降雨量为 150 mm（见图 3），研究区泥石流属于前期饱和的暴雨型泥石流。
1 研究背景
汶川地震后地震重灾区发生了上千起泥石流，使其成为雨季对地震灾区影响和威胁最大的灾害 类型。这是由于强震后流域内滑坡松散物质剧增，导致泥石流危害明显增强，表现在频度增加、起 动 临 界 雨 量 降 低 。 已 有 研 究 表 明 ： ［1-2］ 强 烈 地 震 作 用 使 得 地 震 区 的 地 质 环 境 更 加 脆 弱 ， 泥 石 流 等 地 质 灾害更加频繁，危害范围更大。而泥石流堆积区是山区人类生活、生产的重要场所，也是泥石流泛 滥 成 灾 的 主 要 区 域［3］。 泥 石 流 出 沟 以 后 可 能 堆 积 的 最 大 范 围 直 接 决 定 了 泥 石 流 堆 积 扇 的 危 险 范 围［4］。 泥 石 流 体 的 堆 积 过 程 由 其 剪 切 力 与 屈 服 应 力 的 关 系 所 决 定［5］， 且 泥 石 流 在 停 淤 过 程 中 ， 具 有 泥 石 流 流 深 的 降 低 ， 泥 石 流 流 速 减 慢 等 特 征［6］。 前 人 对 泥 石 流 堆 积 扇 的 危 害 范 围 评 价 主 要 基 于 试 验 模 型 、 统 计 分 析 和 ［7-8］ 数 值 模 拟［1］， 铁 永 波 等［9］人 根 据 2008 年 9 月 24 日 北 川 县 境 内 暴 发 的 群 发 性 暴 雨 泥 石 流 ， 分 析 泥 石 流 流 域 面 积 特 征 ， 统 计 分 析 泥 石 流 的 冲 出 距 离 ， 提 出 了 泥 石 流 冲 出 距 离 预 测 模 型 。 丁 军［10］ 根据汶川震区已暴发的泥石流沟流域的高差、物源储量等特征分析了汶川震区泥石流的冲出距离。 Chuan Tang 等 人 ［11］ 根据北川地区震后泥石流的统计建立了泥石流堆积规模。
流域最大 沟道平均 高差/km 纵坡降
1.378
0.437
1.059
0.451
0.617
0.549
1.022
0.361
0.914
0.505
1.379
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0.62
0.455
0.478
0.954
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0.752
0.309
1.098
0.368
0.18
0.74
1.12
而泥石流堆积扇冲出距离、堆积宽度等堆积特征是泥石流危害程度的主要特征，泥石流冲出方 量为泥石流堆积扇的堆积范围提供物质基础。通过对 36 条泥石流堆积扇的测量可知，泥石流冲出量 与泥石流的冲出距离、堆积宽度以及堆积厚度成正相关。而泥石流流域物源滑坡、崩塌体物源储量 与泥石流的冲出方量的关系成为研究泥石流堆积扇的堆积范围的一个关键所在，由于研究区大流域 内，岩性特征相似，泥石流固体物质组成成分相近，导致研究区泥石流堆积扇的几何特征具有相似 性（图 4）。
图 4 研究区典型泥石流堆积扇
由泥石流特征可知，泥石流堆积扇的冲出距离、堆积宽度等堆积特征内部影响因素主要由其内 部受力条件决定，即泥石流流体的屈服应力以及剪应力的静力平衡。而泥石流堆积特征的外部影响 因素主要为泥石流流域特征，其中包括流域内泥石流物源动储量、泥石流流域高差、泥石流沟道的 坡度以及堆积区地形等。根据研究区已有的 22 条典型泥石流沟的物源动储量等数据 ， ［10］ 并通过对研 究区堆积扇的堆积坡度、堆积厚度等野外测定，得出表 1。 3.1 物源动储量 泥石流物源储量、流域高差、沟道纵比降等流域特征直接影响泥石流暴发可能性 以及暴发频率等，研究区 22 条泥石流沟的泥石流冲出距离、堆积扇堆积宽度、堆积厚度等堆积特征
2 区域概况
研究区位于岷江上游，为典型的高中山峡谷地貌，地势西北高、东南低，地形高差大，地形坡 度大。且区内沟谷发育，沿着龙溪河两岸呈树枝状展布，主沟平面形态为折线形。该区出露花岗 岩、灰岩和辉绿岩等，且地质构造活动强烈（见图 1），特别是“5·12”发震断层（映秀-汶川断裂带）通 过 该 区 ， 导 致 该 区 山 体 基 岩 出 露 、 岩 石 破 碎 ， 形 成 大 量 的 滑 坡 、 崩 塌 堆 积 体 ， 为 龙 池“8·13”群 发 性 泥石流提供了丰富的物源。
0.443
0.16
0.946
0.438
0.545
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0.418
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最大堆积 长度/km
0.369 0.233 0.264 0.11 0.094 0.38 0.178 0.065 0.12 0.243 0.282 0.265 0.111 0.466 0.17 0.166 0.063 0.528 0.121 0.414 0.21 0.113
龙池地区也是汶川“5·12”地震作用区，而地震作用诱发的次生地质灾害可能持续至地震后的 20 年。2010 年 8 月 13 日，在持续降雨条件下，四川省都江堰市龙池地区暴发了大规模的泥石流灾害， 此次群发泥石流过程冲出了大量的泥石流物质，冲毁、淤埋沟口堆积区居民建筑，堵塞龙溪河，抬 高龙溪河河床，给龙池地区居民的生命财产安全造成无法估量的损失，且严重威胁龙溪河下游紫平 铺水库的安全。为此，研究震区泥石流的堆积特征，对泥石流防治和震区重建工作等尤为重要。震 区泥石流的堆积范围不仅受到流域面、流域高差、物源储量等因素控制，而最根本的控制因素是泥
Biblioteka Baidu堆积扇坡 度α（/ °）
7 7.8 6.6 8.5 5.4 9 9.1 8 5.4 5.7 4.7 8 5.6 7 5 3.8 6.5 6.5 8.3 7 9.2 6
堆积厚 度 h/m
8 6.5 6.7 8 7 6 6.5 5 7.5 7.5 4.1 7.4 2.1 7.5 1 7 3 5 3.5 6.5 8 8
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图 1 龙池地区地质构造与泥石流分布图
研究区属于四川盆地中亚热带湿润季风区，四 季分明，冬无严寒，夏无酷暑。与同一气候区其他 各地相比，又表现为温度较低，日照较少，阴雨天 气 频 繁 。 且 研 究 区 年 平 均 蒸 发 量 930.9 mm， 占 年 降 雨 量 的 76 % ， 最 大 月（8 月）250.6 mm， 最 小 月 （12 月 ）27.1 mm。 多 年 平 均 湿 度 81 % ， 最 大 85 % ， 最 小 76 %（图 2）。 且 在 2010 年 8 月 4 日 ， 龙池地区开始陆续出现雷阵雨天气，2010 年 8 月
水利
2015 年 2 月
SHUILI
文 章 编 号 ：05 59 - 93 50（20 15）02 - 01 97 - 11
学报
XUEBAO
第 46 卷 第 2 期
四 川 省 都 江 堰 市 龙 池 地 区“ 8·13 ”泥 石 流 堆 积 扇 调 查 和 分 析
屈永平，唐 川，刘 洋，王金亮，常 鸣
收稿日期：2014-03-13；网络出版日期：2014-11-06 网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20141106.1108.007.html 基 金 项 目 ： 科 技 基 础 性 工 作 专 项 工 作 ： 西 南 地 形 急 变 带 地 质 灾 害 综 合 调 查 与 风 险 制 图（20 11 F Y 11 01 00 - 3）； 地 质 灾 害 防 治 国
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石流自身的物理性质以及堆积区的地形特征。本文对龙池“8·13”已暴发的 36 条堆积扇较完整的泥石 流沟进行调查，发现研究区内的泥石流堆积扇后缘纵比降大于其前缘纵比降，根据统计学得到了泥 石流流域的滑坡、崩塌物源动储量、流域高差、流域纵比降等与泥石流的冲出量、冲出距离、堆积 宽度、堆积厚度的关系，而且根据堆积扇的堆积坡度、堆积长度等，建立了泥石流的堆积几何模型 及其危险范围，可为该区域泥石流灾害的风险评价和管理提供一定的参考。