强降雨在滑坡发育中的关键控制机理及典型实例分析

通过构建水动力作用模型,对降雨的激发控制作用进行分析,得出水动力控制机理的结论:强降雨控制滑坡发育,集中表现在改变土体的静水压力、动水压力与浮托力的作用三方面。选取重庆市黔江流水湾滑坡为典型实例,对强降雨的激发控制作用进行验证,强降雨的水动力作用过程分为坡体剪切、滑动开始、剧烈滑动三个不同阶段。最后,提出久旱过后强降雨是对大规模滑坡进行预警防控的关键时段,以期为暴雨滑坡形成机理研究和防灾减灾实践提供一定的理论借鉴。

强降雨在山地灾害链成灾演化中的关键控制作用

经历了2009年的干旱后,2010年雨季,中国西部山区山地灾害频繁暴发并演化成灾害链,强降雨起到了关键控制作用。降雨使山地灾害链极大扩展了空间影响范围,加速了演化进程。选取灾害链演化中的滑坡、泥石流两个关键环节,构建力学模型,对降雨的控制激发作用进行分析,分别以贵州关岭滑坡-碎屑流灾害链、甘肃舟曲泥石流-堰塞湖灾害链为典型实例进行验证,最终得出结论:强降雨激发滑坡、泥石流形成的控制作用是通过特殊的水作用机制体现的,久旱强雨是灾害链预警防控的关键时段。

雷达定量测量降雨在洪水预报中的应用

应用雷达的基数据资料,提取雷达反射率,利用分组Z—I关系转化雷达反射率为雨强,运用地面雨量站网实测雨量对其进行卡尔曼滤波校准,将其结果作为洪水预报模型的降雨输入,并将该方法应用于湖北省白莲河流域.

卫星降雨在流域水文设计中适用性分析

为获取雨量站网稀疏或缺资料地区的降雨径流设计值,假定历史时期花园流域内仅有一个雨量站,借助流域31年(1983~2013年)PERSIANN-CDR卫星反演日降水数据,建立由雨量站与卫星降雨推求流域平均雨量的方法,利用新安江模型模拟日流量,并推求径流设计值,与实际值对比来检验卫星降水反演水文设计值的可行性。结果表明,直接利用PERSIANN卫星反演流域降雨误差较大,采用基于雨量站降雨与卫星降雨的人工神经网络(ANN)法计算流域平均降雨的精度有大幅提高;各雨量站模拟情景下日径流模拟确定性系数变化范围在0.50~0.79之间,年最大1、3、7d各频率设计流量与实测系列相对误差多数在20%以内,可为流域水文设计提供参考。

降雨在时间分布的多重分形特征及对泥石流预测的指示

以2013年6月22日至7月12日四川省甘孜州海螺沟风景区热水沟发生泥石流的雨量时间序列为基础数据,引入多重分形分析方法对不同降雨过程的特征和变化趋势进行研究.研究表明不同降雨过程在特定时间段内表现出标度不变性,具有完全不同的多重分形特征;多重分形谱中的参数Δα和Δf对热水沟泥石流的发生具有指示作用,当Δα大于0.2,Δf接近0.8时热水沟会发生泥石流.多重分形谱参数可作为一个预测泥石流的定量指标,为地质灾害监测预警提供了一条新途径,对认识泥石流的发生过程和制定减灾防灾预案具有重要意义.

TRMM RT降雨在洪水模拟应用中的可行性分析

卫星技术的进步和广泛应用为提高监测降雨的准确性和时效性提供了可能性。利用HEC-HMS模型,将TRMM RT卫星降雨数据应用到洪水模拟预报中。结果表明,TRMM RT实时降雨资料具有时空连续性好等优点,总体上降水具有一定监测精度,但目前直接采用其开展洪水模拟还无法满足预报精度要求。采用降雨分级校正方法有效地降低了实时卫星降雨监测误差,显著提高洪水模拟精度。未来还需进一步提高卫星降雨的实时监测能力,充分利用站点和卫星遥感等多源降雨数据,提高洪水模拟预测精度。

堆积体中局部粗颗粒富集的现象对降雨在堆积体中入渗影响的物理模拟试验

为探究局部粗颗粒富集现象对降雨在堆积体中入渗过程的具体影响和机理,文章采用对坡体模型进行室内降雨的方法,对局部粗颗粒富集现象对降雨入渗的影响机理展开分析和研究,得出以下认识和结论:堆积体中粗颗粒富集区域可以汇聚在强降雨过程中形成的坡表径流;汇聚于粗颗粒区的地表水可在周围的土体颗粒和孔隙上形成较高的孔隙水压力,增大了水分向周围土体渗透的水力梯度,从而促使水分能够更快地入渗至深部土体;汇聚于粗颗粒区的地表水为水分入渗至周围土体提供了稳定性的补给源,提高了水分入渗至土体深部的可能性。

降雨在裂隙型冰水堆积体中的入渗过程

[目的]探究降雨在裂隙型堆积体中的入渗过程,研究降雨条件下土坡内体积含水率、基质吸力、孔压等的变化情况及湿润锋迁移规律,为降雨诱发覆盖层斜坡失稳机理提供理论支持。[方法]针对两类不同结构堆积体土样进行室内模型试验。[结果]均质模型中湿润峰均匀下渗,锋面达测点后引发孔压及体积含水率减小和基质吸力增加;坡顶受降雨影响变化明显,而坡底变化具有累积效应;裂隙构成雨水入渗的优势通道,其底部会形成暂态饱和区,湿润锋面在该区域产生强烈下凹形成渗透"漏斗",促使湿润锋在该区域先期触底;[结论]降雨入渗过程为:(1)均质型:完全入渗→入渗放缓→稳定入渗→饱和入渗;(2)裂隙发育型:完全入渗→局部强烈下渗→补偿加速下渗→水平侧渗。

基于REOF的不同量级降雨侵蚀力时空变化——以重庆市为例

研究重庆市不同地理分区内各量级降雨侵蚀力的时空变化特征,为该地区进行更加精准的区域性水土流失防治工作提供理论依据。选取1981-2020年重庆市31个站点逐日降雨数据,利用旋转经验正交函数(Rotated Empirical Orthogonal Function,REOF)对降雨侵蚀力进行地理分区,并结合R/S、5年滑动平均、Mann-Kendall检验等方法,分析各分区不同量级降雨侵蚀力时空变化。结果表明:①重庆市降雨侵蚀力可分为6个地理区域(Ⅰ-Ⅵ区);②重庆市多年平均降雨侵蚀力为5784.04 MJ·mm/(hm^(2)·h·a),不同降雨侵蚀力从大到小依次为:大雨、暴雨、中雨、大暴雨;③大雨侵蚀力在Ⅰ-Ⅲ区和Ⅴ-Ⅵ区占主导优势,暴雨侵蚀力在Ⅳ区占主导优势。各分区中,中雨、大雨及暴雨侵蚀力主要集中在5-9月,大暴雨侵蚀力集中在6-8月;④各区不同量级降雨侵蚀力年际变化从小到大依次为:中雨、大雨、暴雨、大暴雨;同一量级降雨侵蚀力的整体变化趋势均不显著;Hurst指数表明,中雨侵蚀力在Ⅰ和Ⅴ区、大雨侵蚀力在Ⅱ和Ⅴ区、大暴雨侵蚀力在Ⅰ和Ⅲ区呈强持续上升趋势;⑤中雨、大雨及大暴雨侵蚀力在渝东南、渝东北占主导优势,暴雨侵蚀力在渝西以及重庆中部占主导优势,且Ⅰ区酉阳和秀山、Ⅱ区开州、Ⅲ区北碚和铜梁、Ⅳ区璧山和永川、Ⅴ区巫溪和云阳及Ⅵ区忠县是不同量级降雨侵蚀力的高峰中心。通过对重庆各分区不同量级降雨侵蚀力的分析,明确了可能引起土壤侵蚀的主要雨型、高发时期和潜在风险较高的地区,可为区域水土流失动态监测和水土保持措施的合理制定提供参考。

基于数值试验的降雨径流过程对不透水面空间分布的响应分析

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重现期短历时设计降雨下的降雨径流过程,基于模拟结果对不同不透水面空间分布情景下的降雨径流过程进行了分析。结果表明:在同一不透水率下,不同不透水面空间分布的径流系数差异相对较小,不透水面空间分布对径流特征的影响主要体现在径流峰值和峰现时间上;在同一降雨条件下,不透水率变化是径流过程变化的主导因素,径流系数与不透水率呈线性相关关系,随着不透水率的增加,径流过程线逐渐由“矮胖”变得“尖瘦”。

基于连续观测数据的毛乌素沙地生长季土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季(4—10月)对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0~100cm深土壤水分进行了连续观测,系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明:(1)受降雨季节变化的影响,流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型,10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大,60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。(2)3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显,总体来看,流动沙地土壤水分状况最好,且土壤水分含量变化相对平缓,固定沙地土壤水分状况最差,且土壤水分含量变化最为剧烈,半固定沙地居于二者之间;固定沙地10~30cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地,30~100cm深土壤水分状况则相反。(3)降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因,随降雨事件降雨量增加,降雨的入渗深度逐渐增加;但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主,表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为主,10cm以下土壤水分补充困难,土壤水分状况较差。流动沙地和半固定沙地10~30cm深土壤水分状况好于30~100cm深土壤,而固定沙地土壤水分状况则相反。研究结果可为半干旱区沙化土地近自然植被恢复与固沙植被稳定性维持提供科学依据。

诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值研究——以泰顺县为例

在我国东南沿海地区,台风暴雨诱发了大量山体滑坡。建立诱发台风暴雨型滑坡的降雨阈值模型,可为该地区的滑坡预警提供参考依据。基于浙江省泰顺县2007—2022年以来发生的滑坡信息和日降雨量数据,进行了诱发滑坡的台风暴雨事件编目,初步揭示了台风暴雨型滑坡的发育规律和触发降雨特征,通过降雨强度(I)、降雨历时(D)的幂律关系构建了滑坡临界降雨阈值模型,并开展了不同台风降雨雨型的阈值模型对比。结果表明:台风暴雨型滑坡大量发生在与台风登陆方向接近的迎风坡,坡表植被多为乔木和竹林;诱发滑坡的台风降雨一般持续2~3 d,且降雨过程集中,降雨雨型以单峰型为主,总降雨量一般在200 mm以上;台风暴雨诱发滑坡的降雨阈值显著高于一般性的降雨,这种差异与台风降雨模式及大尺度气候环境有关;雨型也会显著影响降雨阈值,随着降雨峰值的后移,阈值逐渐降低,表明台风暴雨型滑坡对长时间降雨后出现的强降雨事件更加敏感。通过降雨阈值模型对9次台风降雨事件是否诱发滑坡进行了预测,预测结果与实际情况比较吻合,证明该模型及研究思路对台汛期东南沿海的滑坡监测预警有较强的参考价值。

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。

基于陆气耦合模式的降雨径流模拟研究进展

基于陆气耦合模式的降雨径流模拟是变化环境下水文循环过程研究的重要内容之一。围绕陆气耦合降雨径流模拟,分析基于陆气耦合模式的降雨径流模拟框架,对比基础输入资料、天气模式和陆面水文模型各方面的优缺点,回顾基于该框架的发展历程,从集合预报、数据驱动、陆面水文模型与天气模式3个方面介绍了陆气耦合降雨径流模拟技术的发展,提出多尺度转换、双向耦合、不确定性问题及误差修正4个热点关键技术问题,并对未来研究进行展望,以期为推进基于陆气耦合模式的降雨径流模拟研究提供参考。

城市地区场次降雨时空展布方法研究

受气候变化和城市规模不断扩张等因素影响,城市地区降雨过程的时空动态性愈发明显,通常采用的点、面雨量等表达方式难以体现这种时空动态性。随着降雨观测技术的进步,大多城市积累了长序列降雨观测数据,其中蕴含了丰富的降雨时空过程信息,为预报降雨或设计降雨的时空展布提供了可能。设计了一套降雨时空展布方法,包括数据收集、标准化处理、降雨场次划分、时空模式提取、标准网格插值、时空展布等环节,并提出每个环节的处理步骤和关键问题。以北京市为例,对该技术方法进行了验证,选择了12 h、24 h、72 h 3个历时的场次降雨,提取的时空模式和展布结果表达出了场次降雨的时空动态性,并与历史的降雨过程表现出很好的匹配性。表明该方法可用于城市地区降雨典型模式提取,以及降雨过程的时空展布。该方法利用历史降雨数据提取降雨展布模板,输入场次降雨(或预报降雨)的总雨量,得到该场次降雨的时空分布过程,展布结果可为洪水预报提供更为准确的降雨输入条件。

降雨-蒸发作用下土石坝渗流场及坝坡稳定性研究

为探究降雨-蒸发作用对非饱和土坝坡渗流场与稳定性的影响,运用Geo-studio软件分析华南某水库坝坡在不同降雨类型和边界条件下的孔隙水压力和安全系数的变化规律.结果表明:相同降雨等级下,递增型降雨的孔隙水压力上升速率随降雨的持续而增大,递减型降雨减小,集中型降雨先增大后减小,稳定性安全系数的下降速率与孔隙水压力上升速率相对应;相同降雨时间下,孔隙水压力与稳定性安全系数的变化幅度从大到小为:递减型>集中型>递增型;降雨与蒸发作用条件下,递减型降雨的安全系数的下降率最大,对于坝坡稳定性为最不利影响;土地气候相互作用边界条件下各降雨类型的孔隙水压力增长速率和安全系数降低速率均要小于单位流量边界条件,但安全系数均要大于单位流量边界条件,降雨-蒸发作用下所反映的渗流场与稳定性变化更符合实际.

昆明城市降雨特性变化及城市热岛效应的可能影响

利用1961—2020年昆明站和太华山站分钟降雨数据,通过对比昆明站不同最小降雨间隔的降雨场数、有效降雨量贡献率和自相关系数的变化,确定昆明地区合理的最小降雨间隔,划分降雨过程;在此基础上比较昆明城市和乡村降雨过程的不同变化,并分析导致城市降雨特性变化的可能原因,得到如下结论:(1)昆明以3 h为最小降雨间隔来划分自然降雨场次最为合理。(2)昆明地区有效降雨过程占40%,对总降雨量贡献率超95%;与乡村相比,城市年降雨场数在20世纪90年代后呈年代际变化特征,强降雨呈增加趋势。特别地,100.0 mm以上极强降雨增速远高于乡村。(3) 20世纪90年代后,昆明市区除微量降雨减少外,其余量级的降雨均有增加,城市降雨历时缩短,强降雨雨峰提前,降雨历时在1 h左右的强降雨由双峰雨型变为单峰雨型。(4)由气候变暖和城市面积扩展共同导致的城市热岛效应增强,致使下垫面温度升高,加速地表蒸发,改变了局地近地面对流活动与水汽条件,是导致昆明城市降雨特性变化的重要原因。

降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理,并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明:孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步;NPR锚索力突降,边坡内部产生局部变形;PR锚索因无法承受大变形被拉断失效,而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能,促使边坡达到二次平衡状态;NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增,后突降”的变形-临滑动力学规律;现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律,提前7.5 h发出临滑预警.

降雨对川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀和氮磷流失的影响

为研究不同降雨强度对川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀和氮磷流失的影响,该文采用人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度(30、50、70和90 mm/h)和15°坡度条件下川中丘陵区坡耕地产流、产沙和氮磷流失特征。结果表明:随着降雨强度的增大,地表径流和壤中流的产流量与产沙量显著增加(P<0.05),产流量达到平衡的时间明显缩短,且在70 mm/h和90 mm/h的降雨强度下,地表径流达到平衡的时间最短(5 min)。产流结束时,70 mm/h和90 mm/h降雨强度下地表径流和壤中流的总氮、硝态氮、铵态氮含量均显著高于30 mm/h和50 mm/h(P<0.05);地表径流和壤中流的总磷和可溶性磷含量则呈现出随降雨强度增加而逐渐降低的趋势。相关性分析显示降雨强度与地表径流流量、地表径流产沙量、壤中流流量以及壤中流产沙量显著正相关(P<0.05),与氮磷含量呈显著负相关关系(P<0.05)。高强度降雨会加大川中丘陵区坡耕地土壤水力侵蚀和氮磷养分流失的风险,研究结果可为川中丘陵区坡耕地水土流失及农业面源污染防治提供基础数据。

基于机器学习降雨动态时空特征识别山丘区小流域洪水预报方法研究

山丘区洪水产汇流速度快,破坏力强,预报难度大。如何进一步提高山丘区洪水预报的准确性和预见期,是当前亟待解决的主要问题。针对该问题,本文基于机器学习技术,创新性地提出了一种洪水预报的新方法。该方法通过识别与当前降雨动态时空特征最相似的历史降雨洪水过程,“借古喻今”进行洪水预报。结果表明,在人为影响小、流域面积在600 km^(2)左右的山丘区小流域,该方法预报洪峰流量平均误差为8.33%,洪量平均误差为14.27%,峰现时间平均误差1 h,均达到了洪水预报精度要求。区别于传统的洪水预报方法,该方法从整场降雨发展趋势的角度上预报山洪,更有针对性,为山丘区小流域洪水预报提供了新思路,为“三道防线”数据深度挖掘,防洪“四预”智能化水平提升提供有力技术支撑。