叠覆堆积过程中泥石流偏移的实验研究

泥石流堆积扇经过多期叠覆堆积,其在空间和时间分布上有随机性,存在主流偏移和堆积摆动等各向异性现象,给合理规划与利用泥石流滩地带来困难。本文在野外调查四川平武县碓窝梁子沟堆积扇的基础上,开展室内水槽模型实验,结合3D扫描技术和基底压力传感器,探讨泥石流在叠覆堆积过程中的阶段性流态变化以及主流偏移的成因和发展。实验发现:(1)泥石流密度差异导致不同的偏移形式,高密度泥石流易出现层面整体偏移;低密度泥石流易形成插入式的叠覆堆积。(2)泥石流多期堆叠过程中偏移行为并不一定是沿地势更低处,而是取决于后期来流的性态。(3)泥石流偏移角度和距离依赖于流体密度、流速和堆积体几何特征,可以建立以上述参数为变量的堆积偏移角度与偏移距离的计算公式。本研究成果可以为了解泥石流堆积扇的形成机制、致灾范围和演化趋势提供依据。

极端气候影响下中巴公路沿线崩滑灾害危险性评价

为探究极端气候对中巴公路沿线崩滑灾害影响,本文选择ERA5再分析数据结合灾害数据库,从强度、持续时间、频率3方面研究日最高温的年最大值、日最低温的年最小值、雨天日降水强度等8个极端气候指数与崩滑灾害关联关系,选择2个最具代表性气候指数作为诱发因素构建危险性评价体系,开展崩滑灾害危险性评价。研究结果表明:(1)中巴公路沿线区域整体表现为温差幅度变大,短历时与持续强降雨增高趋势,塔什库尔干东部和帕苏—吉尔吉特—奇拉斯区段表现为更短的冰冻天数时间,更大的雨天日降水强度,更高的极端高温事件频率;(2)近30余年,崩滑灾害高密集区段(帕苏—吉尔吉特—奇拉斯)日最高温的年最大值、日最低温的年最小值、雨天日降水强度在2010年、2018年达到最高,近10 a极端温度波动趋势减弱;(3)崩滑灾害高、极高危险区主要分布在塔什库尔干—红其拉甫东部、斯考特—帕苏—吉尔吉特—奇拉斯区段。该研究结果可为保障中巴公路沿线工程安全和开展风险预测提供科学依据和重要参考。

泥石流承灾体群体效应特征反演——以7·12四川平武县黑水沟泥石流为例

群体建筑结构的分布格局、结构形式等因素影响泥石流冲击过程和致灾表现。泥石流冲击存在绕流现象、放大作用和遮蔽效应,泥石流与建筑群之间存在复杂的流固耦合模态,但针对这类泥石流承灾体群体效应的过程与机制仍不清晰。本研究通过野外调查、物理实验和数值模拟等方法,调查泥石流承灾体群体效应特征,反演泥石流冲击流场分布和建筑损伤过程,提出了一套建筑群对泥石流的承灾动力响应特征分析方法。研究结果表明:(1)泥石流流场存在放大作用。面对泥石流冲击,建筑群的破坏导致沟道区域流速增加20%,建筑群区域流速增加46%。(2)泥石流流场存在绕流现象。建筑群阻碍泥石流直进输运,导致建筑拐角之间存在局部压力高度集中现象。(3)在建筑群中存在明显的遮蔽效应。失去建筑的上游遮蔽保护可使下游建筑受到的泥石流冲击强度增加120%。(4)泥石流致灾过程中,建筑群周边与内部的泥石流冲击特征差异明显。在建筑群外围,受前排建筑破坏的影响,泥石流流线后排建筑受泥石流冲击时刻提前10 s,泥石流冲击强度增加速率达2.1倍;(5)泥石流对建筑群内建筑冲击强度分为冲击力急剧增加—缓慢增加—逐渐稳定三个阶段,对应泥石流流深增高、缓慢淤积过程。研究结果可以为泥石流易发区村落城镇的建筑规划布局和防灾减灾措施提供科学参考。

基于BPNN-SHAP模型的滑坡危险性评价:以伊犁河流域为例

为进一步提高滑坡危险性预测模型精度、增强模型可解释性,本文以新疆伊犁河流域为研究区,选取8个影响滑坡发生的危险性因子,在反向传播神经网络(BPNN)基础上,借鉴博弈论思想,构建一种可解释BP神经网络模型(BPNNSHAP),解决神经网络滑坡危险性评价的“黑箱”问题。将数据集分为70%训练集和30%测试集,采用5折交叉验证提高模型稳定性,对比深度神经网络(DNN)、随机森林(RF)和逻辑回归(LR)3个模型的评价精度,并探讨BPNNSHAP预测结果的可解释性,完成区域滑坡危险性评价。研究结果表明:相较于其他模型,BPNN-SHAP模型的5个精度评价指标均为最高,分别是:准确率(A)=0.904、精准度(P)=0.911、召回率(R)=0.919、F1分数(F1_(Score))=0.915、曲线下面积(SAUC)=0.901;研究区滑坡极高、高危险区分别占比11.96%、15.53%,其中新源县和巩留县极高、高危险区占比最高,分别为51.1%、45.6%;滑坡主控因子为高程、坡度、降雨量和峰值地面加速度(PGA),定量揭示高程在1500~2000 m、坡度大于14°、年降雨量在260~310 mm、PGA大于0.23 g的区域对滑坡发生起促进作用,表明该区域滑坡可能为高程和坡度主控的降雨型、地震型滑坡。本研究方法可为滑坡危险性评价提供新的技术参考,为伊犁河流域防灾减灾韧性建设提供理论支撑。

喜马拉雅北麓多年冻土退化对河川径流的影响

喜马拉雅水塔为亚洲提供了重要的水资源.多年冻土退化会对喜马拉雅河川径流产生重要影响.然而,该影响的严重程度仍然难以量化.本研究以喜马拉雅北麓最大的河流——雅鲁藏布江(YZR,简称“雅江”)流域为研究区,建立了耦合冻土活动层加深和地下冰融化的地表-地下耦合水文模型.研究结果表明,在2001~2022年间,雅江流域多年冻土退化导致地表直接径流以0.65km3/a的速率减少,而基流则以0.35km3/a的速率增加,地下冰融化对雅江年径流的贡献约为0.25%.“填充-溢出”机制可解释在全球不同多年冻土地区所观察到的基流随冻土退化而增减不一的矛盾.基流对河流溶解性有机碳(DOC, Dissolved Organic Carbon)浓度的稀释可导致河流DOC的延滞效应.本研究不仅为喜马拉雅地区的水资源管理奠定了坚实的科学基础,也为全球多年冻土地区河流流量和养分通量的变化机理提供了新的见解.

MIA-HSU方法的DEM水平分辨率影响斜坡单元提取效果研究

针对数字高程模型(DEM)的水平分辨率会影响滑坡灾害分析中斜坡单元的提取结果的问题,该文以云南省昆明市东川区蒋家沟流域为研究区,利用斜坡单元提取模型MIA-HSU分析蒋家沟流域在不同水平分辨率DEM条件下的斜坡单元提取结果的差异性。以蒋家沟流域1 m分辨率DEM提取的斜坡单元和坡度值为参考,选取斜坡单元平均坡度误差和斜坡单元内部坡度均一性等判定标准,评价DEM水平分辨率对斜坡单元提取结果的影响。研究表明随着DEM水平分辨率的降低,提取的斜坡单元与基于1 m分辨率DEM提取的斜坡单元相比,平均坡度误差增加,单元内部坡度均一性降低。但是考虑各指标变化速率,DEM数据的可获得性与成本和研究区内滑坡与斜坡单元叠加分析结果,最终在给出各项判定指标的误差在可接受的范围内的基础上,该文推荐12.5 m分辨率的DEM用于提取蒋家沟的斜坡单元最佳。

沟道堆积体失稳破坏引发泥石流的起动机理研究进展

地震引发的崩塌、滑坡等次生灾害在沟道中形成的松散堆积体,在强降雨作用下发生失稳破坏,引发规模庞大的泥石流。对该类泥石流进行系统地研究并揭示其起动机理和破坏规律,能够为我国西南地区泥石流防治工程提供一定的理论参考。因此,基于现阶段的国内外研究现状,重点分析了沟道堆积体稳定性影响因素,梳理了4种失稳破坏模式,凝练出了2种沟道堆积体的起动机理,并以水力类泥石流的观点归纳总结了三类沟道堆积体失稳破坏引发泥石流的临界起动模型。最后,由于沟道堆积体失稳破坏引发的泥石流起动过程本身的复杂性,基于对现有成果的不足分析,提出了该类泥石流涉及的3个重难点科学问题。