云南滑坡泥石流中长期演变特征及其非线性突变机理研究

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本论文旨在研究云南滑坡泥石流的时空演变特征,并在对其中长期演变及其归因研究的基础上建立云南滑坡泥石流演变的理论模型,最后对未来50年云南滑坡泥石流的演变情景进行预估。   研究结果表明:(1)云南滑坡泥石流灾害总体分布是西多东少,西北多东南少的趋势。具有明显的月际变化特征。云南最早的滑坡泥石流灾害发生在2月份,主要位于云南的滇西北地区;最晚灾害发生在12月。云南滑坡泥石流灾害主要集中在5~10月份,高峰期集中在6~8月。   (2)云南滑坡泥石流随时间具有每年增加接近1次的演变趋势:并具有突变的特征,突变时间大致在20世纪90年代;其中,20世纪90年代以前云南滑坡泥石流发生频次为9次/年;以后为34次/年;此外,云南滑坡泥石流演变还具有10年以上的周期振荡特征。当地的人类活动与云南滑坡泥石流发生频次指数有密切的关系,两者的相关系数达0.85。在11~16年的尺度上人类活动与云南滑坡泥石流为显著的同位相关系,且人类活动超前于云南滑坡泥石流约0.46~3.38年变化。人类活动越强烈,云南滑坡泥石流发生的频次将越高;地质环境的恶化是云南滑坡泥石流产生的内因。除去人类活动影响的云南滑坡泥石流活动指数与云南主汛期降水指数的相关系数为0.37。在2~8年尺度上除去人类活动影响的云南滑坡泥石流活动与云南主汛期降水也为显著的同位相关系,且云南主汛期降水超前于除去人类活动影响后的云南滑坡泥石流约0.01~0.64年变化。云南主汛期降水越多,则云南滑坡泥石流发生频次将越高;云南主汛期降水是云南滑坡泥石流产生的外因。   (3)从三条途径出发,推导获得了描述云南滑坡泥石流发生频率演变的控制方程。与实际研究问题相结合,将控制方程离散化后应用最小二乘法反演获得了描述云南滑坡泥石流发生频率演变的差分方程。从反演的系数与前人研究工作的比较可以看出,此方程具有清楚的物理意义,且相关系数通过极显著统计检验,能反映云南滑坡泥石流发生频率的演变规律。当人类活动对地质条件的破坏较弱时,云南滑坡泥石流随降水条件的渐变而逐渐变化;当人类活动对地质条件的破坏较强时,云南滑坡泥石流随降水条件的渐变将会出现突跳性、滞后性、双模态、不可达和发散性等非线性变化特征。20世纪80年代以前,云南滑坡泥石流发生处于渐变区,降水条件的渐变只能导致滑坡泥石流发生频率的渐变;20世纪80年代以后云南滑坡泥石流发生处于突变区,云南滑坡泥石流对降水的响应变得十分敏感,降水条件的渐变将可能导致滑坡泥石流发生频率的突变;值得注意的是20世纪90年代以后,随着人类活动的进一步增强,对地质条件的破坏加剧,从1994年以后,云南滑坡泥石流一直处于多发状态,这与对观测事实分析的结果一致。   (4)即使未来50年人类活动对自然环境的影响维持当前水平,云南滑坡泥石流未来50年的发生频次仍将处于多发期的上叶;要使未来50年云南滑坡泥石流从处于多发期的上叶返回稀发期的下叶,自然环境条件至少需返回到20世纪80年末期的水平,且需要进入到2030年以后云南夏季降水处于相对偏少期。
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