福建省地质灾害气象预警有效降雨模型研究

降雨是诱发地质灾害最主要的外部因素之一,在中国东南沿海中低山丘陵区强降雨诱发的地质灾害集群发生,造成了大量人员伤亡和财产损失。以福建省为例,深入挖掘多年历史地质灾害案例的降雨实况资料,以县级行政区为统计单元,基于定量化降雨估测对诱发群发性地质灾害的典型降雨过程进行相关性研究,并基于地质环境的量化指标进行了偏相关分析验证,建立了福建省有效降雨模型并通过现场监测和预警应用进行了验证。研究表明:福建地区地质灾害的发生与灾害发生3日内降雨相关,且以0.79为折减系数逐日折减,据此建立了福建地区有效降雨模型;将福建地区有效降雨模型应用于地质灾害气象预警,可以在保证地质灾害命中率的前提下,减少预警区面积、降低预警等级、缩短预警持续时间,提高地质灾害气象预警的精准性。研究结果有助于准确把握降雨特征,可为区域地质灾害气象预警中降雨因子的合理评估提供科学依据。

次降雨有效降雨量的影响因素及其估算模型

利用沧州市南皮生态农业试验站点2011—2013年不同土层深度的含水率及降雨量和降雨时间,结合由植株叶面积指数得到的不同生育期植株的截留容量,分析了最大容水量S和最大降雨强度二者与降雨有效性的相关关系,并在此基础上建立了次降雨有效降雨的估算模型。结果表明,土壤初始含水率与降雨有效性线性相关,且在不发生溢流情况下,可以用土壤最大容水量S作为是否考虑土壤初始含水率折减作用的分界点;另外,对于降雨强度I≥0.7 mm/min的降雨,降雨强度与降雨有效性相关性显著,并且随最大降雨强度的增大,降雨有效性逐渐减小;最后将运用传统模型和新估算模型计算的有效降雨量值与实测有效降雨量值验证对比,新模型比传统模型更加贴近实测有效降雨,并且降雨量较大时差别更加明显。

基于改进可拓理论-有效降雨耦合模型的库岸滑坡稳定性动态评价

库区滑坡稳定性问题是水利水电工程中研究的关键问题之一,影响滑坡稳定性的指标具有差异性、时变性,传统方法难以实现稳定性的动态评价。通过改进可拓理论,建立多层次、多变量的滑坡稳定性动态评价模型,引入有效降雨模型替代日降雨量模型,采用差异系数替代传统CRITIC(crititeria importance through intercriteria correlation)法标准差,建立基于关联函数矩阵的动态权重计算方法。通过对羊曲水电站库区内某滑坡体地表宏观变形、实时监测数据分析,证明了有效降雨模型的适用性,定义了有效降雨作用期,最终将改进可拓理论与有效降雨模型联用对该滑坡体进行稳定性动态评价,研究结果与监测数据表明规律具有较好的一致性,证明提出的方法具有可靠性及准确性。此外,构建的模型可以快速分析现场实时数据,实现随时间、环境变化的滑坡稳定性状态的动态评价,为滑坡体防治工作提供了一种客观准确的分析方法。

基于LSTM_TCN模型的降雨型滑坡时间概率预测及气象预警建模

如果滑坡发生时间信息不完备则会导致滑坡与降雨时序关系错误,以至于降雨阈值模型精度偏低。以重庆市万州区1995-2015年所发生的降雨型滑坡为研究对象,将区内严重缺失历史滑坡时间信息的恒合乡作为验证区,提出了一种基于长短时记忆网络(LSTM)融合时域卷积网络(TCN)的模型方法。该方法通过模拟降雨型滑坡发生时间与降雨量间的非线性关系,重建降雨型滑坡事件在某日发生的时间概率。将重建时间信息后的滑坡事件进行了验证与筛选,应用于累积有效降雨量-降雨历时曲线的合理划分,构建了滑坡气象预警模型。结果表明,本方法所预测滑坡时间概率平均值达到90.33%,高于人工神经网络(ANN)(71.17%)、LSTM(72.75%)和TCN(86.91%)的概率。利用预测概率高于90%的滑坡,将验证区18个时间信息扩充至201个。基于扩充时间信息后的滑坡数据所构建的气象预警模型比仅利用历史滑坡事件具有更合理的预警分级,在严重警告级别上有效预警率提升了42.86%。结果说明该方法可弥补野外调查中灾害数据时间信息不足的问题,为降雨型滑坡气象预警工作提供数据支撑,由此提高气象预警准确率。

降雨对广西梧州滑坡灾害的影响分析

为了研究降雨对梧州地区滑坡的影响,在收集整理梧州地区2005~2012年的滑坡资料和降雨资料的基础上,分析梧州地区滑坡发生的规模、时空分布,以及滑坡与降雨天数的相关性。采用前期有效降雨量模型研究梧州的临界雨量,并用实例加以验证。研究结果表明：梧州在降雨的作用下,易发生小型的浅层土质滑坡；梧州市的滑坡集中发生在每年6月份,暴雨频次和暴雨强度在6月份达到最大值；梧州市的滑坡地质灾害与暴雨关系非常密切；梧州市滑坡灾害基本发生在暴雨发生的当天或者暴雨发生的第二天；梧州市滑坡灾害的临界有效雨量为连续两日累计有效降雨量为300 mm,临界雨强为150 mm/d。研究成果可为梧州地区滑坡灾害的预警预报提供理论依据。

降雨引发的兰州黄土滑坡时空规律分析和临界降雨量预测

开展降雨型黄土滑坡预警对于区域性防治滑坡具有重要意义。本研究在收集1985~2015年兰州市降雨型黄土滑坡历史数据的基础上,运用反距离权重插值(IDW)和核密度估算(KDE)方法揭示了降雨引发黄土滑坡的时空分布规律。该文基于统计学的基本原理,运用相关性和偏相关性等方法建立适合兰州市的有效降雨量模型。通过拟合有效降雨量与滑坡因子的线性回归关系,确定引发黄土滑坡的临界降雨量阈值,设定兰州市黄土滑坡的降雨量危险性预警等级。研究表明:(1)兰州市黄土滑坡灾害点沿着黄河及其支流沿岸分布,城关区滑坡点最多且呈环形分布,西固区次之,其他地区分布较少;(2)降雨是兰州市及其周边地区黄土滑坡的关键诱因,10d有效降雨量与滑坡因子均呈现显著正相关特性,其相关系数达到0.698;(3)依据10mm、20mm和40mm临界降雨量阈值将预警等级划分为低、中、高3个危险性等级。