华南小流域暴雨型浅层滑坡形成机理与预警模型研究

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暴雨型滑坡是滑坡灾害的主要类型,且其群发性特征给社会经济造成严重危害。尤其是在华南地区,全球气候变化导致华南暴雨量不断刷新历史最高记录,使得山区的暴雨滑坡灾害风险不断增大。在当前的研究领域,暴雨型滑坡的形成机理和预测方法仍是热点和难点。本文针对华南小流域地区滑坡灾害形成的地质环境和特点,解析华南暴雨型滑坡灾害的形成机理,并基于机理分析构建了适合华南小流域地质环境特征的灾害预警理论模型,提出一套适合小流域地区的滑坡灾害预警系统框架和方法。本研究一方面可改进目前滑坡预测单元,提高了灾害预警的空间精度,另一方面从灾害的形成机理出发,提高灾害预警的强度精度,建立基于临界降雨量和斜坡单元的小流域滑坡预警体系对于山地科学发展具有重要意义,同时为华南小流域地区经济社会发展和山区减灾工作提供科学指引。  通过资料和野外调研,分析和总结区域浅层滑坡的影响因素及滑坡发生的机理,利用确定性系数(CF)和人工神经元网络模型(BP)进行了成灾机理的量化建模,分析发现斜坡坡度、岩土类型、地表覆盖类型、汇水条件为滑坡发育的主要控制因素,基于华南地区特殊的地质环境条件,探讨了暴雨影响下滑坡的内在作用机制。  降水对于滑坡的影响是转化为地下水后,通过增加斜坡重量、抬高地下水位、软化斜坡土体,降低其抗剪强度,改变岩土体水压等方式破坏斜坡平衡,产生滑坡。华南暴雨型滑坡除了具有一般降雨型滑坡灾害的特征外,其特殊性在于:华南滑坡表层多为强风化层和残坡积层松散物质,表层节理裂隙发育,暴雨足以通过冲刷表层孔隙,使得孔隙逐渐变大,形成地表入渗的快速通道,暴雨转为大孔隙优先流,形成临时地下水位,对滑坡体产生冲刷和浮托力,导致滑坡的发生。  通过分析华南地区斜坡对于暴雨的响应机制,选用斜坡单元为预警基本单元,借鉴和扩展斜坡物理机制模型的理念,通过引入暴雨影响系数和耦合水文模型和滑坡稳定性分析模型,建立了适合华南地区地质环境特征的浅层滑坡预警理论模型。基于GIS空间分析、水文分析及地图代数等功能,研究了以数字高程模型(DEM)为基础,进行斜坡单元自动划分的方法,并结合预警模型理论参数和逻辑计算过程,给出了参数获取方法和模型运算技术体系。最后以松岗河小流域为案例区域开展了实证研究,结果证明模型运算过程适合小流域地区,模型的运算结果较为理想。
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