2023年8月11日，中国陕西省西安市秦岭山脉发生了一场灾难性的泥石流事件

《Geomatics, Natural Hazards and Risk》：The catastrophic debris flow in the Qinling Mountains of Xi’an, Shaanxi province, China, from 11 August 2023

暴雨诱发的Jiwozi山体滑坡动力学过程与地形影响机制研究，通过地形分析、雨洪法和RAMMS数值模拟，揭示了渠道淤积与地形起伏对滑坡传播的调控作用，构建了融合最大流速和流高的灾害分区模型，验证了基底摩擦与侵蚀参数优化组合的有效性。

　　
该研究以2023年8月11日中国陕西省西安县Jiwozi村发生的 catastrophic（灾难性）泥石流为案例，系统分析了地形特征与泥石流动力学过程的关联性，并建立了基于多重现期模拟的危险分区模型。研究通过场区调查与数值模拟相结合的方法，揭示了以下关键科学问题与工程启示：

一、灾害背景与地形特征
Jiwozi泥石流发生于秦岭山脉南麓的Fenghe河流域，该区域地形呈现典型峡谷地貌特征。研究区域由片麻岩、片岩等变质岩系构成，岩体风化强烈，物质Transport capacity（输运能力）较高。DEM数据显示，流域内地形起伏剧烈，平均坡度达18.6°，最大高差达980米，形成天然重力势能场。特别值得注意的是，流域内存在两个深达4.7米的天然凹地（Site1和Site2），这些地形特征成为泥石流能量蓄积的关键部位。

二、触发机制与降雨特征
研究揭示此次泥石流具有典型的短历时高强度降雨触发特征。气象数据显示，8月11日14:00-17:00出现极端降雨过程，最大小时雨强达26mm/h，累积雨量突破历史同期极值。值得注意的是，虽然前7天累计降雨量（EAR）仅为9.6mm，但研究指出 EAR的计算可能存在低估，因为传统公式未充分考虑植被覆盖度对地表径流的影响（植被覆盖度达75%）。这种降雨特征与地形相互作用，导致流域内土壤含水量在短时间内达到临界值（>30%），触发大规模物质运移。

三、数值模拟方法创新
研究采用RAMMS-Debris flow软件进行多重现期（20年、50年、100年）模拟，创新性地引入双因素耦合模型（最大流高×流速）构建危险分区。通过正交试验法对42组基底摩擦参数（μ=0.06-0.20，ξ=200-900）进行敏感性分析，发现ξ参数对模拟精度影响显著（误差范围±12%）。最终确定的参数组合为μ=0.08（50年重现期）和ξ=850（20年重现期），该参数体系在验证阶段表现出92.3%的吻合度。

四、地形动力学耦合机制
研究揭示了地形与泥石流运动的非线性耦合机制：
1. 通道形态效应：在P1（狭窄段）和P2（弯道段）等关键地形部位，泥石流流高增加达300%，而流速降低40-60%。这种"速度-高度"转换机制导致能量释放不充分，造成物质堆积。
2. 地形指数响应：通过计算地形湿度指数（TWI），发现TWI>3.5的区域（占流域面积32%）是泥石流高发区。这些区域的地形蓄水能力（地形指数＞2.8）与物质供给形成共振效应。
3. 侵蚀-沉积反馈：模拟显示，在100年重现期下，最大侵蚀深度达1.2m，导致有效粒径（D50）从上游的2.1mm增至下游的3.8mm，形成典型的"上游细颗粒下切，下游粗颗粒堆积"的沉积特征。

五、危险分区构建方法
研究提出"三维耦合"危险分区模型：
1. 流动力学指标：基于现场实测数据，建立流高（H）与流速（V）的耦合关系式H=0.42V2+1.75（R2=0.93），该关系式在模拟中表现出良好稳定性。
2. 重现期权重：采用概率叠加法，将不同重现期的风险概率进行矩阵叠加，计算公式为P=Σ(P_i×W_i)，其中权重系数W_i通过历史灾害频率与地形敏感性分析确定。
3. 空间异质性处理：运用Kriging插值法对流域内15个监测点的危险度进行空间插值，分辨率达30m×30m网格。

六、工程应用价值
1. 基于DEM的通道淤积预警系统：研究区域每年平均新增淤积量达1.2×10^4m3，建议每5年进行一次地形侵蚀量监测。
2. 预警阈值优化：通过历史事件回溯，确定当降雨强度超过20mm/h且持续≥30分钟时，需启动二级应急响应；当累积降雨量（EAR）>15mm时，需加强监测。
3. 防护工程选址：在弯道段（如P2）建议采用透水坝结构（体积≥500m3），在狭窄段（如P1）建议设置阶梯式泄洪槽，经模拟验证可降低流高30-45%。

七、研究局限与改进方向
1. 模型简化问题：RAMMS作为单相模型，未充分考虑颗粒级配变化（D50从上游2.1mm增至下游3.8mm），建议后续研究引入两相流模型（如FLO-2D）。
2. 数据分辨率限制：现有DEM（5m）未能完全反映局部微地形（如石块架空效应），建议采用0.5m级无人机航测数据。
3. 参数泛化能力：虽然验证了模型在20年重现期的适用性（误差率<8%），但在100年重现期下需要更多实测数据支持。

八、区域防灾启示
1. 建立地形敏感性评估体系：建议将TWI、平均曲率、最小横断面宽度等参数纳入流域风险评估模型。
2. 动态监测网络构建：在关键地形部位（如Site1和Site2）设置实时监测点，重点监测含沙量（>15t/m3）和流速（>5m/s）组合指标。
3. 工程适应性设计：针对秦岭山区特有的"V"形谷地形，提出分段式拦挡体系（上游拦截+中游疏导+下游防护）。

本研究通过多尺度模拟与实测数据对比，验证了地形特征对泥石流动力学的显著调控作用。其构建的危险分区模型在模拟精度（A=0.89）和预测可靠性（F1-score=0.87）方面均达到行业领先水平，为类似地质环境下的泥石流防治提供了重要理论依据和技术范式。特别值得关注的是，研究首次将百年重现期泥石流参数（μ=0.06，ξ=900）引入秦岭山区，这为区域地质灾害风险评估提供了新的量化标准。