A model for debris accumulation and mobilization in steep mountain streams

Abstract

Previous work on the initiation of debris flows has emphasized the roles played by material strength, stream gradient, and fluid pressure, but in most published models the friction angle (φ′) of the channel material is assigned some characteristic or constant value. The model presented here retains gradient and pressure as variables, and considers the probable changes in φ′ and hydraulic conductivity, K, of channel debris over time. Preliminary results from the Howe Sound area in southwest British Columbia suggest that stream reworking may lead to small increases in φ′ and large increases in K, rendering channel debris more stable with time. This is partially offset by a local increase in channel gradient as debris accumulates. These factors favour the growth of large, marginally stable debris deposits, and may lead to high-magnitude, low-frequency debris torrents in channels not steep enough to produce torrents directly from hillslope failure events.

Résumé

Divers travaux antérieurs sur la mise en mouvement des “coulées de débris” ont bien fait ressortir le rôle décisif des facteurs suivants: la résistance au cisaillement, la pente du ruisseau, et la pression interstitielle. La plupart de ces recherches ont pris pour acquis une valeur constante ou caractéristique pour l'angle de frottement (φ′). Le modèle presenté ici fait aussi appel aux variables de pente et de pression interstitielle, mais traite en plus de l'évolution temporelle probable de φ et de la conductivité hydraulique K propres aux matériaux occupant le lit du ruisseau. Certaines données préliminaires provenant de la région de Howe Sound, dans le sud-ouest de la Colombie Britannique, tendent à montrer que le remaniement du lit du ruisseau augmente légèrement φ, et considérablement K, rendant ainsi les matériaux progressivement plus stables. Ceci est contrebalancé partiellement par une augmentation locale de la pente du ruisseau, à mésure que les matériaux s'accumulent. Il en ressortirait une tendance au dévèlopment de grandes, mais marginalement stables, accumulations de matériaux. Cette condition peut causer une succession de rares, mais puissantes, “coulées de débris", surtout là où le profil du ruisseau n'est pas suffisamment raide pour permettre le déclenchement d'une coulée directement par un décrochement sur les pentes environnantes.