基于过程降雨的红层丘陵低山区滑坡灾害气象预警阈值研究

[目的] 研究不同历时降雨强度与区域滑坡灾害的关系,并对滑坡灾害的气象预警阈值进行研究,为地方管理部门地质灾害预警提供科学依据。 [方法] 收集了2013—2021年研究区348个雨量站的逐小时降雨数据和231处近10 a已发生灾情、险情滑坡事件的时间及位置,基于平均降雨强度(I)—降雨历时(D)模型,分地貌单元,提出了不同降雨历时的临界降雨预警阈值和分级预警阈值。 [结果] 研究区丘陵地貌区不同前期降雨条件下1,3,6,12,24和48 h平均雨强的红色预警阈值依次为29.774,18.579,14.416,11.186,8.679和6.734 mm;低山地貌区不同前期降雨条件下1,3,6,12,24和48 h平均雨强的红色预警阈值依次为28.849,15.542,10.520,7.121,4.820和3.263 mm。 [结论] 在24 h前期降雨条件下,低山区对降雨的敏感性明显比丘陵区高,具体表现为低山区1,3,6,12和24 h的临界预警阈值明显比丘陵区更低,但随着降雨历时进一步延长,低山区和丘陵区域临界预警阈值趋于相近。     

四川省典型区域滑坡、泥石流致灾临界雨量阈值确定方法

[目的]确定四川省滑坡泥石流典型区域各个子区最关键的降雨因子,建立典型区域各子区临界阈值模型,为该区对滑坡、泥石流灾害进行有效预报提供科学依据.[方法]利用1999 2014年四川滑坡泥石流灾情资料,确定出滑坡、泥石流的典型区域,根据典型区域各个子区的气候和下垫面条件,比较不同降雨因子组合的阈值模型,得到各子区最关键的降雨因子,建立典型区域各子区临界阈值模型.[结果]平均降雨强度和峰值降雨强度是典型区域滑坡、泥石流阈值模型中的重要指标;诱发雨量多作为滑坡典型区域致灾临界阈值模型雨量指标,激发雨量只作为泥石流典型区域致灾临界阈值模型雨量指标;有效雨量可以在滑坡、泥石流典型区域值模型中应用.典型区域多采用多因子预报模型,只有汶川震区采用单因子预报模型,其临界阈值在震后呈现上升趋势.[结论]不同降雨参数对诱发滑坡泥石流灾害的作用不同,典型区域中各子区建立的预报模型及得出的临界阈值也不同.多因子预报模型考虑了多种降雨参数,比单因子模型更客观.     

基于Mein-Larson入渗模型的降雨滑坡失稳破坏概率研究

[目的]评价降雨诱发浅层滑坡的失稳破坏概率,为相关研究提供理论依据。[方法]在引入并扩展了Mein-Larson降雨入渗模型的基础上,将Mein-Larson入渗模型与无限边坡稳定性方法有机结合,建立2种降雨情形(高强度短历时和低强度长历时)下降雨滑坡稳定性的确定性评价模型,然后再将蒙特卡洛数值模拟方法与降雨滑坡的确定性评价模型结合,建立降雨滑坡稳定性的概率评价方法。[结果]提出了1种降雨诱发浅层滑坡失稳的概率评价方法。[结论]概率评价方法可以描述降雨滑坡发生及发展过程中存在的不确定性,可以计算不同降雨情形下,不同降雨时刻降雨诱发边坡的失稳破坏概率。该方法的评价结果更符合边坡实际情况。     

遵义市不同地质灾害易发区滑坡临界雨量研究

[目的]确定遵义市不同地质灾害易发区的滑坡临界雨量,建立阈值模型并对其进行检验评估,为该地区滑坡预测提供科学依据。[方法]利用遵义市2010—2016年59次滑坡事件对应的逐小时降雨资料,采用统计方法对不同地质灾害易发区的滑坡临界雨量的历时、降雨类型对比分析,建立阈值模型并对其进行检验评估。[结果]中锋型是主要的降雨类型;大于10和20mm/h强降雨基本来自滑坡发生当天,但中易区降雨历时均长于高易区的降雨历时。对于高易区来说,滑坡当日1h最大雨量与前期3d的有效雨量组合的阈值模型预报准确率最大,因此将滑坡当天1h最大雨量作为高易区滑坡发生的激发雨量。而对于中易区来说,滑坡当天3h最大雨量是其滑坡发生的激发雨量。[结论]不同等级地质灾害易发区其滑坡临界雨量不同。对已经确定的滑坡阈值模型需根据新增滑坡信息进行检验评估,如果预测模型对新增滑坡预测不准确,需调整其滑坡判别线,从而对阈值模型进行订正。     

中国水蚀区5种典型土壤的侵蚀性降雨阈值比较

[目的] 准确拟定侵蚀性降雨阈值,区分侵蚀性与非侵蚀性降雨事件,为有效减少土壤侵蚀预报的工作量以及区域土壤侵蚀防治提供科学参考。[方法] 在北京市房山区布设中国5个水蚀二级区典型土壤休闲小区,收集各小区2006—2019年的产流产沙监测资料,利用降雨侵蚀力偏差法分析各小区的侵蚀性降雨量(P)和最大30 min雨强(I₃₀)阈值。[结果] ①相比P阈值,I₃₀在识别侵蚀性降雨方面更为有效。②黑土和褐土小区侵蚀性降雨阈值较高,二者P阈值均为10.0 mm,I₃₀阈值均为10.2 mm/h;黄土小区次之,其P和I₃₀阈值分别为9.5 mm和8.9 mm/h。紫色土与红壤小区较低,二者的P阈值分别为5.4和6.1 mm,I₃₀阈值分别为3.2和5.2 mm/h。③各径流小区的监测资料年限达到12 a时,侵蚀性降雨阈值才可达到稳定。[结论] 不同地区土壤的侵蚀性降雨阈值存在较大差异。侵蚀性降雨阈值不仅受土壤自身特性如粒径分布和有机质含量的影响,还与当地的气候状况如降雨雨型有关。     

四川省降雨诱发滑坡灾害的气象预警模型

[目的]分析四川省2008—2014年的滑坡灾害与前期降雨量间的关系,构建降雨诱发滑坡灾害气象预警模型,优化模型的权重参数,为四川省滑坡灾害预警工作提供有效参考。[方法]基于降雨信息资料,对四川省滑坡灾害的前期雨量进行统计分析,并采用逻辑回归分析分别计算和优化灾害的前期综合日降雨量间的权重关系和气象预警模型中地质环境背景值与降雨诱发灾害概率值的权重系数。[结果]滑坡灾害的当日降雨量、前一日降雨量和前两日降雨量对灾害的影响权重分别为0.587,0.220,0.189,气象预警模型的地质背景概率和综合雨量概率的权重参数分别为0.394,0.606。根据以上研究构建灾害气象预警模型,利用已有灾害点对其进行验证,证得模型的整体准确率为78.36%,进而通过2013年7月10日的群发滑坡灾害个例对模型进行检验,检验结果良好。[结论]该模型预警效果良好,精确度较高,能为相关部门提供的防灾减灾参考。     

孤山川流域1980s以来次降雨-产流-产沙变化

[目的]研究入黄支流降雨—径流—产沙变化规律,揭示黄河水沙变化成因。[方法]获取孤山川流域1985—2010年115场降雨事件数据,运用径流系数、产沙系数和弹性系数指标,分析孤山川流域近30年降雨—产流—产沙变化。[结果](1)与1980s相比,1990s的降雨多为短历时、弱雨强类型,2000s的降雨多为长历时、中雨强类型;2000s的降雨—产流能力和降雨—产沙能力减小最为突出,其平均径流系数、平均产沙系数分别约为1980s的50%和23%。(2)1980s—1990s降雨—产流弹性系数和降雨—产沙弹性系数分别为0.13,4.21;1980s—2000s降雨—产流弹性系数和降雨—产沙弹性系数分别为1.73,6.19。(3)径流系数与林草面积比、植被盖度、梯田面积比和骨干坝控制面积比的相关系数分别为-0.662 3,-0.911 4,-0.801 0和-0.821 4,产沙系数与林草面积比、植被盖度、梯田面积比和骨干坝控制面积比的相关系数分别为-0.887 7,-0.998 5,-0.962 9和-0.971 7。[结论]1980s以来,孤山川流域的降雨—产流能力和降雨—产沙能力发生明显变化,尤其2000年后的变化最为突出;降雨—产沙能力比降雨—产流能力对雨强变化更为敏感;植被盖度变化是下垫面因素中影响孤山川流域产流产沙能力变化的主要原因。     

红壤区小流域次降雨产流产沙因素分析及模型构建

[目的]探索南方红壤区小流域降雨因子对产流产沙的影响及定量关系,为治理区域水土流失、优化水土资源利用提供参考。[方法]基于南方红壤区广东省五华县乌陂河和福建省长汀县朱溪河小流域3a自然降雨观测资料,采用回归及通径分析等因子分析法研究次降雨对径流泥沙的影响,构建次降雨径流泥沙计算模型。[结果](1)回归和通径分析结果基本一致:次降雨量、历时、最大30min雨强以及次降雨量与历时交互作用是次降雨径流的关键影响因子;次降雨量、雨强、最大30min雨强、降雨侵蚀力以及次降雨量与雨强交互作用是次降雨产沙模数关键影响因子。(2)多元线性回归模型可较为准确和定量地反映2个小流域次降雨各因子与径流泥沙动态变化关系。(3)利用Excel函数随机选取乌陂河流域25组数据和朱溪河流域23组数据验证模型,结果显示计算径流泥沙数据与实测数据的相关性非常显著(p0.05),其中乌陂河产沙模数模型的相关性最为紧密,相关系数为0.950。[结论]多元线性回归模型是乌陂河和朱溪河流域主要降雨因子对径流泥沙定量影响的最佳模型。显著性检验结果表明,该模型达到了极显著水平。     

黄土高原北部水蚀风蚀交错带沟壑地形的降雨反应特性

为揭示黄土高原水蚀风蚀交错带沟壑地形的降雨反应特性,选取该区具有典型水文及气象特征的六道沟流域作为研究区域,基于对所选沟道的沟顶及沟底2005-2009年雨季同期观测降雨数据(38次集中降雨事件)的分析,揭示沟壑地形对降雨反应的特性;通过对典型降雨—径流事件的分析,分别推求长历时低强度降雨以及短历时高强度降雨条件下降雨强度与产流的关系.结果表明:沟顶单次降雨事件的降雨量,3,5,10 min最大雨强及平均雨强均是沟底对应值的1.3倍以上;沟顶单次降雨事件降雨量的3,5,10min雨强各序列标准差均大于沟底对应序列的值;沟顶与沟底的降雨量序列,各时间间隔的最大、平均雨强序列均存在着较高的正相关性,相关系数在0.9以上;表层土壤在饱和及不饱和条件下,产流的必要条件分别是5 min平均降雨强度达到0.12,0.52 mm/min.     

人工模拟降雨条件下不同雨强、坡度对紫色土坡面产流的影响

[目的]研究不同降雨强度和坡度对紫色土坡面产流过程的影响,为紫色土区域的水土流失防治提供科学依据。[方法]基于室内人工模拟降雨试验开展研究。[结果]不同雨强和坡度下的产流过程可大致分为"下凹"型和"上凸"型,且分别可以用指数函数和对数函数描述。随着雨强和坡度的增大,产流时间逐渐减小,产流过程逐渐趋于一致,坡面径流量逐渐增加。坡度和雨强对径流总量的贡献率有着对比消长的关系,小雨强下(雨强为33和54mm/h),坡度是坡面径流总量的主要贡献因子,随着雨强增大(雨强为94和125mm/h),雨强为坡面径流总量的主要贡献因子。[结论]坡度和雨强均为坡面侵蚀的主要影响因子,随着坡度和雨强的增加,坡面侵蚀更加剧烈,主要侵蚀因子也由坡度转变为雨强。     

基于土壤侵蚀模型的浅层滑坡预警研究

[目的]利用土壤侵蚀模型进行浅层滑坡的预警研究,为山区滑坡预警预报工作提供参考。[方法]选取陕西省紫阳县境内440km~2区域作为典型研究区,在已有历史滑坡资料、气象资料和卫星资料的基础上,基于土壤侵蚀模型(USLE),并结合地理信息系统(GIS),确定滑坡临界土壤侵蚀强度,再根据降雨侵蚀力与降雨量之间的关系,推求滑坡点的预警降雨量。[结果]土壤侵蚀强度与滑坡的发生存在较好的相关性,研究区域滑坡预警的临界土壤侵蚀强度按等级分别为69.6,136.7,179.4t/km~2。[结论]相比以往仅仅统计滑坡与降雨之间关系的传统方法,基于土壤侵蚀模型的方法考虑更全面,也易于实现。     

降雨作用下黄土浅层滑坡的危险性分析

[目的]在不同的降雨条件下,对黄土浅层滑坡进行危险性分析,为评价黄土地区浅层滑坡提供有效手段。[方法]以甘肃省天水市为例,根据SHALSTAB模型,在ArcGIS中进行二次开发,编写不同降雨量时浅层滑坡危险性分析程序,计算不同降雨量下浅层黄土滑坡分布预测。[结果]随着降雨量的增加,浅层滑坡数量明显增多,所占面积比例从5mm/d的0.166%增加为320mm/d的3.624%,上升了20倍左右。[结论]当降雨量较小时,浅层滑坡分布于雨水集中汇积的区域,随着降雨的增加,浅层滑坡沿着黄土沟谷向上游延伸。通过和实际发生滑坡灾害进行对比分析,证明计算结果准确可信。     

降雨入渗作用下秭归向斜核部南段斜坡稳定性评价

[目的]开展降雨条件下湖北省秭归县向斜核部斜坡稳定性评价研究,为政府部门减灾防灾工程提供科学支持,为滑坡灾害的预测和管理提供科学依据。[方法]以耦合了地下水动力学的TRIGRS无限斜坡稳定性计算模型为基础,详细介绍了斜坡稳定性评价的数据处理过程以及参数选取方法。[结果]发生斜坡失稳的区域多位于松散土体中等厚—较厚,地形坡度中等的区域,尤其是土层厚度在7—10m,地形坡度在20°~30°范围内为斜坡失稳高发区。[结论]在土层厚度和地形地貌的双重控制下,短历时强降雨入渗作用导致孔隙水压力增大,这些区域的斜坡土体极易发生滑动,为滑坡危险性较高的多发区域。斜坡稳定性评价结果和滑坡实际分布吻合程度较高,在一定程度上反映出降雨诱发滑坡空间分布关系和分布规律。     

基于SINMAP模型的延安市滑坡危险性区划

[目的]对陕西省延安市开展滑坡危险性区划研究,为延安地区乃至黄土高原区滑坡危险性区划以及监测预警提供科学依据。[方法]在野外调查的基础上以滑坡触发因素为切入点,建立了基于SINMAP滑坡危险性评价模型,定量评价了不同降雨级别下滑坡区域面积的迁移与转化规律。[结果]降雨雨强从5 mm/h升至200 mm/h,不稳定性区域内比例分别增加6.48%和6.44%,极稳定区域面积所占比例和所占滑比例均值高达46.79%和51.33%;同时潜在不稳定区面积所占比例在5.04%～17.31%之间浮动,所占滑坡比例在5.14%～15.43%之间浮动。[结论]斜坡表层土壤水分、湿度区域面积随着降雨量的增大逐渐增加,区内稳定区域正向失稳区域转化。     

汶川地震震后降雨滑坡的类型、活动特征及发展趋势

汶川地震造成许多山体的整体性破坏,部分山体后缘出现裂缝,岩土体在主震作用下产生损伤,边坡稳定性大大降低,在降雨激发作用下极易产生新的滑坡灾害。在分析汶川震后滑坡发育条件变化和降雨滑坡现场调查的基础上,将震后降雨诱发滑坡分为5种类型。震后降雨滑坡的活动特征主要体现在以小型的塌滑最为典型且数量多,沿河道两岸广泛发育,且震区滑坡发生与降雨在时间上具有较强的对应关系,滑坡发生滞后时间短,在强暴雨条件下多为群发型滑坡。从震后降雨滑坡发展趋势来看,初期主要以中小型的滑塌为主,随着时间的推移,小型滑塌数量将逐渐减少,大型、特大型滑坡发生的数量可能会有一定程度的增加。     

天水市群发地质灾害特征与成灾机理

[目的]对甘肃省天水市2013年"7·25"群发性山洪地质灾害的成灾特征、分布规律及其成因进行分析,为黄土丘陵沟壑区降雨诱发地质灾害早期识别和减灾防灾提供科学依据。[方法]在全面实地调查的基础上,建立三维连续介质动态数值模型,对天水市典型滑坡运动特征进行求解。[结果]"7·25"山洪地质灾害具有普遍性,群发性明显,局地爆发性,隐蔽性强等5大显著特征;受强降雨和地震因素叠加效应的影响加剧了灾害的破坏程度;此次灾害大部分滑坡失稳的坡面几何形态多为直线型凹型面坡,滑坡失稳多发生在35°~45°坡度范围内,以40°坡居多,黄土坡面滑坡通常是窄条状、方量较小;典型滑坡体在斜坡运动过程中,平均速度、最大速度、总动能和总势能均是急剧增加,进入水平面后,各个动力参数急剧下降。侵蚀作用是滑坡运动中非常重要的不可忽视的一个重要的因素,它使得灾害体质量增加,同时依靠较高的速度(30m/s),具有更强的破坏性。[结论]天水市群发地质灾害形式依然严峻,降水是引发和加剧此次地质灾害的主要因素。