基于分布式SCS模型的山地景区山洪灾害模拟研究

暴雨山洪灾害是影响山区中小流域的重大自然灾害之一。特别是对山地景区而言,暴雨山洪灾害冲毁基础设施、对景区游客生命财产造成严重威胁,因此,山地景区暴雨山洪灾害的预警预报更为重要。利用DEM数据,结合美国SCS(Soil Conservation Service)模型,建立了分布式的山区中小流域山洪灾害模拟模型,并在长白山景区松江河流域进行验证。通过验证发现,本模型对山地景区的山洪灾害具有较好的模拟精度,可以为无水文资料的山地景区暴雨山洪灾害预警预报提供基础。     

基于TRMM降雨数据的四川省地质灾害降雨阈值分析

降雨与地震是引发地质灾害的两个主要原因,尤其在地震区,地震导致了大量的滑坡松散堆积物与不稳定斜坡,在后续降雨条件下极易产生新的地质灾害。另一方面,高精度降雨数据的缺乏一直是由降雨导致的地质灾害预测预报的瓶颈。因此,该文尝试应用业内评价较好,精度较高的TRMM降雨数据来获取地质灾害发生前期降雨量。应用2000-2012年间的3h分辨率的TRMM3B42数据,结合2000-2012年间四川发生的重大滑坡泥石流灾害,提取出每次地质气象灾害发生前30d,15d,3d和当天的降雨数据。在此基础上,结合收集来的历次地质气象灾害的临界降雨过程雨量和历时数据,应用主成分分析法,将五组数据划分为两大主成分,并进行分析;绘制四川省地质气象灾害的降雨强度—历时阈值曲线,并以汶川地震为分界点,比较分析了地震前后的阈值变化情况。结果表明,在四川地区,滑坡泥石流灾害的发生同时受到降雨和汶川地震的影响。以灾害发生前30d,前15d,前3d有效降雨量因子组成的前期降雨这一主成分在滑坡泥石流灾害中贡献率较高,其次是以当天降雨和临界降雨过程组成的短历时降雨;通过对比地震前后的阈值曲线变化发现地震后的阈值更低,表明强地震后坡面稳定性降低,引发地质灾害的降雨条件降低。     

西安市户县教场沟泥石流发育特征及危险性分析

我国山区泥石流灾害频发,其中秦巴山区就是我国泥石流灾害的多发区之一。前后两次对秦岭北麓户县涝峪镇教场沟进行了详细的野外考察。在考察过程中,对沟道内泥石流物源的总储量及空间分布,沟道的横、纵断面参数进行了详细的调查和测量;在此数据基础上,以小流域降雨-径流计算模型对不同降雨条件下,泥石流峰值流量及单次泥石流过程总量进行了计算分析。计算结果表明,该流域在遭遇50 a及以上年数一遇的强降雨时,将形成规模可观的泥石流灾害;结合沟口的实际地形资料,通过经验模型对不同降雨条件下的泥石流堆积范围进行了分析及预测,旨在为秦巴山区泥石流防灾减灾工作提供科学参考。     

中巴公路盖孜河段降雨型泥石流的激发雨型及临界阈值研究

目前针对新疆南疆干旱少雨地区降雨型泥石流的研究较为薄弱,开展泥石流发生的激发雨型和临界阈值研究具有重要理论意义和应用价值。以中巴公路盖孜河段为研究区,分析降雨型泥石流发生的降雨过程数据,探讨泥石流的激发雨型及激发雨量特征,建立研究区降雨型泥石流发生的临界降雨阈值。研究表明:(1)研究区降雨型泥石流的激发雨型包括快速、中速和慢速3个类型,这三种降雨历时的泥石流分别约占总数的64.3%、14.3%和21.4%,说明短历时的降雨更容易激发泥石流;(2)研究区降雨历时和诱发泥石流所需的平均雨强之间呈反比例关系,但降雨历时与泥石流发生所需的累计降雨之间是正比例关系;(3)利用有限的泥石流降雨过程数据拟合出降雨阈值函数,并对研究区无降雨资料区发生泥石流所需的激发雨量指标进行了合理预测。研究成果可为中巴公路沿线泥石流预警中降雨阈值确定提供基础数据,也可为新疆干旱地区的降雨型泥石流预警预报研究提供参考依据。     

川藏铁路四川段沿线诱发地质灾害降水阈值研究

利用2009—2019年川藏铁路沿线四川段地质灾害数据、国家气象中心逐小时降水量资料,统计了地质灾害与降水的关系,发现研究区89%的滑坡灾害和96.6%的泥石流均发生在汛期,且地质灾害高发路段位于青衣江暴雨区,与四川地区降水时空分布特征相吻合。分析雨型、降雨强度、前期降雨等因子对地质灾害的影响,发现快速激发,中速激发和慢速激发的地质灾害分别约占33.3%、25.9%、40.8%,表明降雨历时并不是影响地质灾害发生的最直接因子,前期降雨的作用不可忽视;结合环境因子对地质灾害进行了分区,基于降雨历时-雨强(I-D)预报模型建立了川藏铁路沿线四川段引发地质灾害的降水阈值分布。利用该降水阈值的分布特征,检验了2019年引发地质灾害的降水量,发现阈值雨量的判别方法较为科学,具有较强的参考价值。     

降雨型泥石流（水石流）预报模型研究

根据泥石流暴发具有某种周期性的特点，在获取了大量野外调查资料和历史资料的基础上，对降雨型泥石流进行了预报模型研究，并以北京市北部山区密云县为例作了泥石流预报尝试。以层次分析法和多元回归方法所得出的泥石流空间预报和时间预报模型对于泥石流的预报具有重要意义。     

洪水泥石流等自然灾害对旅游景区的破坏作用研究

通过泥石流灾害模拟模型与灾害损失率计算方法了解旅游景区的损失状况,研究自然灾害对旅游景区的破坏作用。旅游景区洪灾模拟模型由分流模型与汇流模型构成,根据泥石流多相流成分中固液两相分离原则构建泥石流分流模型;引用DEM数据得到泥石流流域栅格的汇流方向,根据经验模型计算汇流用时,采用八方向方法获取河道信息,基于这些数据构建泥石流模拟的汇流模型,采用ArcGis软件实时呈现该模型的泥石流灾害模拟效果;结合ArcGis软件显示的灾情数据,采用洪灾损失率计算方法获取旅游景区自然灾害损失率。实验结果表明,该模型计算旅游景区建筑损失率误差均小于5%,在有效模拟泥石流灾害的同时,可准确描述自然灾害对旅游景区的破坏作用。     

宁夏地质灾害气象预报预警研究

利用1982—2004年宁夏的地质灾害与降水资料，分析了宁夏主要地质灾害的分布规律和形成机理，重点研究了引发地质灾害的气象条件。结果表明，滑坡和泥石流是宁夏主要的地质灾害类型，它们形成的气候条件都与降雨有直接的关系；地质灾害主要集中在其易发区内强降雨和暴雨出现频次较多的季节，由降雨引发的滑坡等地质灾害大多发生于降雨时段的中后期或稍后，泥石流一般与暴雨、持续降雨同时发生，雨量越大的地区地质灾害越发育，而连续性降水、短时强降水和暴雨是造成地质灾害的主要气象诱因。同时，根据研究结果，采用统计学方法建立了宁夏汛期地质灾害潜势预报模型，通过2004年汛期业务试运行，表明该预报模型有一定的参考价值，但还需进一步改进。     

山区铁路沿线暴雨泥石流预报的研究

泥石流发生是灾害性降雨过程和流域内不稳定的松散物产状与制约水、沙输移的河沟条件所决定的。解决泥石流预报中的时、空因素，可以通过每小时接收卫星云图的信息分析决定。对某一流域内能否发生泥石流的预报，则由降雨条件函数和地面环境动态函数组合的量级决定。本研究对铁路三个预报试验区、黄河水利委员会三个水土保持科学试验站的大量观测试验资料进行了统计分析，完善了“山区铁路暴雨泥石流中短期预报的研究”专题中提出的泥     

黄土高原降雨径流调控利用潜力定量评价模型

降雨径流的调控利用是缓解黄土高原干旱缺水与控制水土流失的有效手段,研究区域降雨径流调控利用潜力的定量评价对黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义.以黄土高原为例,将可以调控利用的最大降雨径流量作为资源化潜力值,从宏观尺度上,系统分析了影响该潜力的各个因素,确定出黄土高原降雨径流调控利用潜力的各项评价指标,利用GIS技术,建立了降雨径流各个影响因素的专题图层,提取出各个影响因素专题信息.在上述基础上,引入人工神经网络建模方法,建立了黄土高原降雨径流调控利用潜力BP网络模型,并利用实际资料对网络模型进行了训练和预测,取得了较好的结果.评价模型可供黄土高原降雨径流调控利用及其生态与环境保护工作参考.     

不同热力背景对城市降雨（暴雨）的影响（Ⅲ）：—基于人工神经网络的集成预报模型

在对降雨系统时序规律分析的基础上，提出了基于人工神经网络的集成降雨时序分析与预报模型，根据上海市降雨和实际测点布置的特点，提出了两套降雨预报策略，根据热力背景的不同，建立了城市降雨空间差异预报模型，经初步验证，该模型具有较高精度，可为城市规划，排水市政工程建设服务。     

基于模糊聚类算法的洪水预报研究

考虑降雨时空分布、降雨平均强度和土壤初始含水量对洪水过程的影响,将这些影响因子分为数值特征影响因子和属性特征影响因子,运用模糊C均值算法对历史洪水样本模糊聚类,然后根据不同的类建立不同的洪水预报模型。实例验证表明,该方法可以有效提高洪水预报的精度。     

基于有效降雨阈值的鄂西山区五峰集镇滑坡危险性评价∗

五峰集镇地质环境背景条件复杂，特别在汛期降雨影响下滑坡地质灾害频发，因此开展五峰集镇滑坡空间预测评价和降雨阈值研究，不仅对研究区滑坡的防灾减灾具有实际指导意义，同时对基于降雨阈值的滑坡危险性评价方法研究也具备较好的参考价值。本文以降雨型滑坡多发的五峰集镇为例，利用地理探测器法准确选取研究区评价因子，综合层次分析模型与 BP 神经网络模型计算全区易发性指数，得到基于斜坡单元的滑坡易发性分区；同时，统计每个滑坡点的降雨历时及有效降雨强度，分析研究区滑坡的致灾雨型，绘制诱发鄂西山区滑坡灾害发生的临界降雨 I‐D 阈值曲线，得到设计工况下的时间概率；综合易发性分区和时间概率得到基于有效降雨阈值的鄂西山区五峰集镇滑坡危险性分区图。研究结果表明：五峰集镇滑坡高和极高易发区占研究区总面积的 27.12%，主要分布于研究区大型河流两岸；五峰集镇滑坡发生 10%、50%、75%概率的阈值曲线分别为 I = 31.42 × D^{-0.786 94} 、I = 68.11 × D^{-0.786 94} 、I = 84.74 × D^{-0.786 94} ；五峰集镇滑坡高和极高危险区占研究区总面积的 19.33%，主要分布于研究区中部及东南部河流两岸。本文所构建的五峰集镇滑坡危险性评价体系，以及适用于鄂西山区的基于降雨阈值滑坡危险性评价方法，能够为山区地质灾害防控以及危险性评价研究的不断完善提供有益参考。     

基于SRTM DEM的月降雨量空间插值研究

在水文模型的实际应用中，常需要根据雨量站观测值来合理地模拟降雨的空间分布。选取清江流域为研究对象，利用ArcGIS地统计模块中的反距离权插值法、径向基插值法、克里格插值法和引入高程、坡度、坡向等地形信息的协克里格插值法对该流域1998年4～9月的月降雨实测值进行空间插值。在插值之前，通过数据探索性分析掌握降雨的空间分布特征，以便提高插值精度。插值结果表明：应用协克里格方法，在考虑高程、坡度、坡向等影响要素的条件下，降雨空间插值效果更优。     

砖混建筑在泥石流冲击作用下的破坏形态模拟

我国山地泥石流活动频繁,建筑物防护是山区城镇建设及泥石流堆积扇开发利用中必须解决的问题.了解建筑物在泥石流冲击力作用下的破坏形态,有助于防灾工程设计.利用实际观测数据和泥石流破坏现场调查分析结果,对砖混建筑在受到泥石流冲击力作用下的受力形式及破坏形态进行了理论模拟和计算.在此基础上,进行了墙片的破坏性试验,现场观测墙体在冲击作用下的破坏形态和历程,验证理论模拟结果,提出了加强砖混建筑抵抗泥石流冲击的措施,为建筑物抵抗泥石流冲击设计提供参考.     

基于大数据挖掘的山区公路沿线滑坡易发性小区划

本文目的是基于滑坡灾害因子地理空间数据、历史滑坡大数据分析,构建山区公路沿线滑坡易发性精细化评价的逻辑回归模型。选取高程、坡度、坡向、坡位、微地貌、曲率、顺逆向坡、归一化植被指数、岩性、距水系距离、距断层距离、距道路距离、多年平均降雨13个因子作为滑坡易发性影响因子,以30 m精度栅格建立影响因子地理空间数据库。在研究区域441个历史滑坡数据的基础上,将地理空间分划分为滑坡区与非滑坡区,分别随机选取70%的滑坡区域与非滑坡区作为训练数据集,剩下的30%作为验证数据集。通过样本数据集的训练,建立逻辑回归分析模型。利用训练好的逻辑回归模型,对整个研究区滑坡易发性进行仿真预测。结果显示,滑坡极低、低、中、高、极高易发区面积分别占42.24%、18.42%、17.57%、16.37%、5.41%,高、极高易发区与历史滑坡位置吻合度高;训练数据集、验证数据集以及区域仿真的ROC曲线AUC值分别为0.89、0.83、0.87,评价模型具有较高的稳定性与可靠性;新近发生的3个典型滑坡均处于高或极高易发区,模型具有良好的预测功能。     

东南沿海山区小流域突发地质灾害动态风险评价与应急预警

降雨作用下山区小流域突发地质灾害动态风险评价与应急预警是值得探讨的研究课题。选择浙中丘陵山区衢江区铜山源典型小流域为研究区,基于风险评价理论和模糊数学方法,构建降雨作用下山区小流域突发地质灾害动态风险预警模型,以典型代表性降雨事件为实例,以动态风险水平为预警判据,开展研究区地质灾害动态风险评价,指导区域地质灾害应急防灾。实例验证表明:在"2011·6·19"代表性降雨事件下,研究区地质灾害动态风险水平划分为极低、低和中3级区,对应于应急预警Ⅴ级、Ⅳ级和Ⅲ级区,以此有效指导分区地质灾害应急处置和防灾;而且经实际地质灾害发生情况检验与验证,本次新发生点位于地质灾害动态风险中级(应急预警Ⅲ级)区,可见动态风险水平分区评价是合理可靠的;通过降雨作用下山区小流域突发地质灾害动态风险评价可以有效指导区内地质灾害应急预警和防灾处置,具有积极的指导和实践意义。     

山区铁路沿线泥石流泥位自动监测预警系统

泥位预警是泥石流灾害预警的方法之一,目前主要有接触式和非接触式泥石流泥位报警两种方法。探讨了一种便于安装、适合山区铁路沿线泥石流监测预警的接触式泥位自动监测预警系统的构建及应用方法。首先探讨了泥石流泥位监测系统的工作原理及其软件、硬件的组成,其次探讨了泥位预警阈值确定方法,最后根据现场试验观测情况及所遇到的问题提出了泥位监测系统的应用方法。该泥石流泥位监测预警系统能实现泥山区铁路沿线石流泥位信息数据采集和传输的网络化、实时化、自动化、数字化(可视化),并根据监测信息及时向铁路相关部门发出预警信号。     

不同面积小流域山洪泥石流预报模型研究——以北京市密云县为例

针对北京市密云县境内密云水库上游山洪泥石流发生特点,以系统科学为基本思想,将Bayes判别分析法引入山区小流域山洪泥石流预报模型建立之中。通过对北京市密云县境内密云水库上游影响山洪泥石流发生的系统内部要素和其外部环境条件进行综合分析,选择影响山洪泥石流发生的前15d实效降雨量和当日降雨量作为预报模型因子,分别建立了三种不同流域面积范围的山洪泥石流预报模型,所建立的山洪泥石流预报模型适用的流域面积范围分别为0.30～2.00 km2、2.00～5.00 km2和5.00～15.42 km2。经检验,三组预报模型的正确率分别为86.4%、92.9%和83.3%,均满足了Bayes判别分析法所规定的其验证正确率的要求,表明模型可以应用于研究区域不同流域面积范围的山洪泥石流预报。预报模型的建立为北京市密云县境内密云水库上游山洪泥石流的即时预报提供了一种简捷易行方法。     

基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型

泥石流是我国常见的一种地质灾害,泥石流的平均流速是泥石流灾害防治的重要参数之一,准确的预测泥石流平均流速对灾害预防具有重要意义。本文建立基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型,通过与蒋家沟泥石流平均流速的支持向量机、BP神经网络模型预测结果对比,验证该模型预测精度;同时采用平均相对误差和均方差2个指标评价各个模型的整体性能和稳定情况。结果表明,与实测值相比,相关向量机预测最大相对误差仅为2.02%,平均相对误差为0.64%,均方差为0.06,远低于BP神经网络模型和支持向量机模型的预测结果。由此可知,本文提出的基于相关向量机的蒋家沟泥石流平均流速预测模型效果明显优于其他2种模型,且预测结果更为准确,模型整体性能和稳定情况较好,为泥石流平均流速获取提供一条新途径。