地质灾害与降雨雨型的关系研究

地质灾害的发生与降雨历时、降雨量及降雨雨型有密切的关系,不同雨型的降雨诱发地质灾害的诱发机制具有明显的差异性。本文通过收集的降雨实况与地质灾害反馈资料,将诱发地质灾害的降雨雨型分为3种类型:台风降雨、持续强降雨和局地暴雨。研究表明,台风降雨型降雨诱发地质灾害具有即雨即滑的特点,即地质灾害的发生与降雨在时间上具有较好的对应关系;地质灾害发生空间位置与台风运移轨迹也基本一致。多为群发型地质灾害,灾害规模较小,一般为表层或浅层滑坡、崩塌。持续强降雨型降雨诱发地质灾害,在强降雨过程中地质灾害具有同步发生的特点;在降雨强度不大但连续降雨过程中,地质灾害具有一定的滞后效应;在地质灾害大规模发生后,诱发新的地质灾害雨量阈值提高。局地暴雨型降雨诱发的地质灾害往往集中发生在出现局地暴雨的当日当地。     

高度城镇化背景下珠三角地区极端降雨时空演变特征

为分析城镇化发展程度与极端降雨变化之间的关系,选取珠江三角洲地区22个雨量站1973—2012年的小时降雨资料,利用空间分析、线性回归、滑动平均和Mann-Kendall趋势检验等方法,分析高度城镇化背景下珠三角地区极端降雨时空分布规律和变化特性,并解析暴雨雨型变化特征。结果表明:①珠江三角洲高度城镇化地区极端降雨量上升了44.3 mm/（10 a）,呈显著增加趋势,相邻其他地区则无明显变化,高度城镇化地区的前汛期极端降雨量显著增多是造成其年极端降雨量增加的主要原因。②珠三角地区暴雨雨型以单峰型为主,其中以雨峰在前的Ⅰ型暴雨占比最高,约为33.7%,高度城镇化地区Ⅰ型暴雨发生频率明显增加,易导致暴雨内涝事件增加,需加强高度城镇化地区防洪排涝工作。     

四川巴中市滑坡灾害与降雨雨型关系探讨

巴中市地处四川盆地和秦岭造山带的过渡地带,地质构造以宽缓的隔档式褶皱为主,地层岩性主要为砂泥岩互层的红层岩体,红层滑坡灾害多为强降雨诱发。开展滑坡灾害与降雨雨型关系的研究,可为该地区滑坡灾害临界降雨阈值和预警服务提供参考。文章通过统计巴中市强降雨事件与滑坡发生的对应关系,初步揭示了滑坡灾害触发的降雨特征,并在分析降雨强度的基础上,结合降雨历时和降雨过程,对巴中市2007—2016年之间23场月降雨量大于200 mm的降雨事件进行了细分,共划分为单峰型、前峰型、后峰型、递增型、递减型、均匀型6类降雨雨型。对各类降雨雨型下滑坡发生数量进行统计,递增型和单峰型降雨事件下滑坡发生的比例分别为46.90%和25.02%。经稳定性计算分析,递增型和单峰型两类雨型条件下滑坡稳定性有明显降低,降雨过程对滑坡发生具有显著影响。结果表明:强降雨期间应加强降雨雨型的分析,为适时发布区域滑坡灾害预警信息、做好提前避让提供技术支撑。     

南京市近25年短历时暴雨雨型特性

采用南京市7个雨量观测站近25年的逐分钟雨量资料,提取了各站30min、60min、90min、120min、150min、180min历时的暴雨样本,统计了各站暴雨年发生次数变化并比较了空间差异性,采用模糊识别法识别了各暴雨样本的雨型,分析了各历时暴雨样本雨型组成结构,从雨峰数量和雨峰系数方面探究了雨峰的分布规律,并对比了城郊暴雨雨型特征差异性。结果表明,近25年来南京市暴雨发生次数呈增加趋势,暴雨时程分配更加集中;各历时暴雨中以雨型Ⅰ(单峰且雨峰在前部)、Ⅳ(暴雨过程均匀)发生频率较大,雨型发生比例空间差异较小;各站暴雨中约有38.6%~70.2%为单峰暴雨,不同站点暴雨雨峰位置分布类似;城区暴雨发生频次更高,且未来时期持续性强降水发生几率较大,郊区暴雨雨峰出现时间比城区更早。     

汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值

搜集了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨数据,采用詹氏法和修正法两种雨场分割法对其进行处理,研究了降雨参数（降雨强度、累积雨量和降雨历时）与泥石流发生之间的关系,建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值模型。结果表明:采用詹氏法和修正法这两种雨场分割方法所获得的降雨参数之间存在差异。两者的累积雨量差异不大,但后者的平均雨强要小于前者,其原因在于修正法改善了詹氏法估计降雨时间过短的缺点,延长了降雨历时。通过分析平均雨强~历时、累积雨量~历时、标准化平均雨强~历时和标准化累积雨量~历时之间的关系,采用单线法建立了汶川震区暴雨泥石流发生的降雨阈值。研究成果在四川省绵竹市清平乡的泥石流灾害事件中进行了应用与验证,结果表明该方法具有合理性和可行性。     

东南沿海残积土地区降雨诱发型滑坡预报雨强-历时曲线的影响因素分析

东南沿海山地丘陵地区每年雨季期间有大量土质滑坡发生,如何对由降雨诱发的滑坡进行预报一直都是一个热点研究课题,雨强-历时曲线（简称I-D曲线）是目前国内外常用的降雨型滑坡预报的降雨量临界值曲线。针对东南沿海地区的浅层残积土滑坡,根据相关勘察数据及资料,概化得到了该类型边坡的地质剖面及岩土层性质,然后应用Geo-Studio软件分析了边坡初始湿润条件、土体抗剪强度、饱和渗透系数、边坡坡角、残坡积土层厚度及雨型等参数对I-D曲线的影响规律。分析结果表明：残坡积土抗剪强度参数、饱和渗透系数、边坡坡角、雨型等因素对I-D曲线的影响显著,边坡安全系数降至临界值所需降雨历时随抗剪强度参数值降低、表层残积土渗透系数增加或坡角增大而减少;当雨强较小时,初始湿润条件对I-D曲线的影响显著;当雨强大于残坡积土层饱和渗透系数时,入渗量主要由渗透系数控制,边坡安全系数降至临界值所需降雨历时不随雨强增大而变化。该研究结果为I-D曲线在东南沿海残积土地区降雨诱发滑坡预警预报中的应用奠定了基础。     

西宁市短历时暴雨雨型及适用性分析

利用西宁市1954-2017年降水分钟数据建立暴雨统计样本,采用年最大值法推算暴雨强度公式并推求西宁市短历时暴雨雨型。结果表明：西宁市短历时暴雨雨型单峰特征比较明显,单峰峰值出现在前1/3。历时120 min芝加哥设计雨型综合雨峰位置系数0.27,雨峰位置在35 min左右,峰值前（后）雨强迅速增加（减小）,最大1 h降水量为13.14 mm,降水主要集中在20～80 min。各历时的瞬时雨强变化趋势以及分布型基本一致,雨强随着重现期的增大而增大。累计降雨雨峰前（后）增长斜率升（降）最大。西宁市暴雨分布呈现局地性强,空间差异明显特征,芝加哥设计雨型结果对城西和城北区代表性较好,城中和城东区可参考使用。     

基于诱发机理的降雨型滑坡预警研究——以花岗岩风化壳二元结构斜坡为例

降雨型滑坡是我国主要的滑坡灾害类型,具有区域群集发生的特点,滑坡预警研究是防灾减灾的重要途径。传统的区域降雨型滑坡预报模型多采用统计结果建立降雨参数模型,对降雨诱发机理和斜坡失稳的力学机制考虑不足,预报可靠性和精度有限。本文以花岗岩风化壳地区某典型二元结构斜坡为原型,以实际勘查数据为基础,提取该斜坡结构特征,基于饱和-非饱和渗流理论,分析研究降雨入渗过程和斜坡失稳机制,建立典型斜坡的预警判据。1花岗岩风化壳地区典型二元结构斜坡为类土质斜坡,覆盖土层较厚,剖面上可分为两层,上层为坡积黏性土,土质松散,透水性强,下层为残积黏性土,土质相对致密,透水性较差。2采用不同降雨工况模拟分析降雨入渗过程。以50mm·d-1雨强为例,降雨持时30h以内时,降雨入渗主要集中在上层的坡积黏性土,斜坡前缘优先饱和,滑带开始出现积水现象;降雨持时40～50h时,斜坡表面降水持续入渗,在坡体后缘拉裂缝处,雨水沿着裂缝快速入渗坡体形成静水压力,增加坡体重量,增大下滑力,坡脚渗透路径短,最先饱和破坏,造成斜坡失稳。3监测斜坡不同部位（坡脚、中部、后缘）的孔隙水压力情况,随降雨入渗,斜坡土体孔隙水压力持续增大,由负趋近于零到大于零,斜坡土体由非饱和状态向饱和状态过渡,坡脚最先饱和,中部持续入渗,后缘土体饱和后,裂缝扩大致使大量雨水进入,使本已大量积水的滑带变形错动,斜坡失稳。4模拟分析得到斜坡失稳的不同降雨条件:中雨雨强（10mm·d-1）,历时约13d;大雨雨强（25mm·d-1）,历时约5d;暴雨雨强（50mm·d-1）,历时约2.2d;特大暴雨雨强（100mm·d-1）,历时约1.1d。在暴雨雨强时,降雨对该类斜坡的滞后作用约为5h。最后,建立了该类斜坡的临界降雨判据（I-D曲线）。     

基于不同雨型的裴河小流域山洪灾害临界雨量分析

临界雨量是山洪灾害预警的重要指标,为分析小流域雨型对临界雨量的影响,首先对流域降雨过程按照雨峰出现位置的不同进行归类和划分,定性分析流域常出现的各种典型雨型;在此基础上,采用PilgrimCordery法定量确定流域各种典型雨型的时程分配,并通过试算法计算其相应的临界雨量;利用流域近期发生的成灾洪水,采用临界雨量偏离度指标进一步分析论证雨型对临界雨量的影响。以河南省新县裴河典型小流域为实例进行应用研究,结果表明:设计雨型不能完全代表该流域的降雨类型,其属于雨峰偏后式雨型,由此确定的临界雨量与该流域常出现的雨峰偏前式雨型临界雨量相差33%,与多峰雨型临界雨量差异较大,相差43%。实时预警时,根据实时雨型类型,采用相应的临界雨量,可以提高山洪灾害预警预报水平。     

柑桔园林下穿透雨的分布特征

研究了柑桔林下穿透雨的分布特征,结果表明:在测定期间,穿透雨量占总降雨量的68.3%,5月的穿透雨量最大(245.1 mm),而穿透雨率最大值(73.3%)出现在8月。穿透雨量与降雨量具有显著相关性(p<0.01),而穿透雨率与降雨量和降雨强度的相关性均达到显著水平(p<0.05)。柑桔林下穿透雨显示出明显的空间变化,各观测点间穿透雨率具有显著性的差异,而且穿透雨的空间异质性(穿透雨率的变异系数CV)随着降雨量或降雨强度的增加而降低,聚类分析也显示出穿透雨在不同观测点间具有差异性。柑桔林下穿透雨呈现明显的聚集效应。     

RETRACTED ARTICLE: Space and time distributions of major winter storms in the United States

Winter storms are a major weather problem in the United States and their losses have been rapidly increasing. A total of 202 catastrophic winter storms involving ice storms, blizzards, and snowstorms, each causing >$5 million in damages, occurred during 1949–2003, and their losses totaled $35.2 billion (2003 dollars). Catastrophic winter storms occurred in most parts of the contiguous United States, but were concentrated in the eastern half of the nation where 88% of all storm losses occurred. They were most frequent in the Northeast climate district (95 storms), and were least frequent in the West district (14 catastrophic storms). The annual average number of storms is 3.7 with a 1-year high of nine storms, and one year had no storms. Temporal distributions of storms and their losses exhibited considerable spatial variability across the nation. For example, when storms were very frequent in the Northeast, they were infrequent elsewhere, a result of spatial differences in storm-producing weather conditions over time. The time distribution of the nation’s 202 storms during 1949–2003 had a sizable downward trend, whereas the nation’s storm losses had a major upward trend for the 55-year period. This increase over time in losses, given the decrease in storm incidences, was a result of significant temporal increases in storm sizes and storm intensities. Increases in storm intensities were small in the northern sections of the nation, but doubled across the southern two-thirds of the nation, reflecting a climatic shift in conditions producing intense winter storms.     

砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程

紫色土中砾石分布广泛,地表常为砾石覆盖,砾石覆盖对土壤水文过程有着重要影响。试验小区(2 m×1 m)为坡度23°的坡耕地, 试验降雨强度为(53.9±2.8)mm/h、 (90.8±6.1)mm/h和(134.3±14.9)mm/h, 砾石覆盖度为0%,11%,20%,33%和42%。通过原位人工模拟降雨试验,定量研究了不同降雨强度下砾石覆盖对降雨入渗、地表产流及壤中流产流的影响。结果表明:砾石覆盖对入渗过程影响显著,稳定入渗速率及稳定入渗系数与砾石覆盖度呈正相关关系,3种降雨强度下,稳定入渗系数分别为47.70%~86.59%,30.61%~82.83%、17.76%~77.44%,42%砾石覆盖度小区的稳定入渗速率分别是裸露小区的1.95~4.94倍;地表砾石覆盖延迟地表产流、减少地表径流量,地表产流时间随着砾石覆盖度的提高呈增加趋势,地表径流速率及地表径流系数随砾石覆盖度的增加而降低,相对地表径流系数与地表砾石覆盖度呈指数负相关关系;地表砾石覆盖促进壤中流的发生、增加壤中流量,壤中流产流时间随着砾石覆盖度的增加逐渐缩短,壤中流径流速率及壤中流径流系数随地表砾石覆盖度的增加而提高,相对壤中流径流系数与地表砾石覆盖度呈指数正相关关系。     

基于人工降雨模拟试验的坡面水文连通性

为揭示降水入渗时坡面水文连通性特征以及坡度和雨强等对水文连通性的影响,研究基于人工降雨模拟试验,分别采用结构性指标径流长度（Flowlength,l_F）和功能性指标相对地表连接函数（Relative Surface Connection Function, F_RC）分析不同坡度坡面（5°、15°、25°;面积为150 cm×50 cm）在不同雨强（25 mm/h、50 mm/h、70 mm/h和86 mm/h）条件下的水文连通性。研究结果表明:坡面水文连通结构主要由l_F为0~100 mm的径流路径组成,其栅格频率高达90%以上,而l_F为100~500 mm的栅格频率为3%~8%。水文连通性的迅速发展主要集中在降水事件的开始阶段,而一定阶段以后入渗速率与地表储水速率基本持平,水文连通性呈现出较为稳定的发展趋势。坡度增大整体上有利于水文连通性的发展。5°坡面对应水文连通面积比率整体小于其他坡度。由于雨强增大到一定范围时将增加地表糙率,从而阻碍水文连通性的发展,研究中仅25 mm/h对应水文连通性明显区别于其他雨强,而其他雨强间则在多数情况下水文连通性差别较小。     

Rainfall thresholds for flood triggering. The case of Marathonas in Greece

Basins across Mediterranean coast are often subject to rapid inundation phenomena caused by intense rainfall events. In this flash flooding regime, common practices for risk mitigation involve hydraulic modeling, geomorphic, and hydrologic analysis. However, apart from examining the intrinsic characteristics of a basin, realistic flood hazard assessment requires good understanding of the role of climatic forcing. In this work, peak rainfall intensities, total storm accumulation, average intensity, and antecedent moisture conditions of the 52 most important storms in record, during the period from 1993 to 2008, in northeast Attica, in Greece, are examined to investigate whether there is a correlation between specific rainfall conditions and flood triggering in the area. For this purpose, precipitation data from a network of five rain gauges installed across the study area were collected and analyzed. Storms totals, average intensity, antecedent moisture conditions, and peak intensities variations were calculated and compared with local flooding history. Results showed that among these rainfall measures, only peak storm intensity presents a significant correlation with flood triggering, and a rainfall threshold above which flooding becomes highly probable can be defined.     

Objective definition of rainfall intensity–duration thresholds for the initiation of post-fire debris flows in southern California

Rainfall intensity–duration (ID) thresholds are commonly used to predict the temporal occurrence of debris flows and shallow landslides. Typically, thresholds are subjectively defined as the upper limit of peak rainstorm intensities that do not produce debris flows and landslides, or as the lower limit of peak rainstorm intensities that initiate debris flows and landslides. In addition, peak rainstorm intensities are often used to define thresholds, as data regarding the precise timing of debris flows and associated rainfall intensities are usually not available, and rainfall characteristics are often estimated from distant gauging locations. Here, we attempt to improve the performance of existing threshold-based predictions of post-fire debris-flow occurrence by utilizing data on the precise timing of debris flows relative to rainfall intensity, and develop an objective method to define the threshold intensities. We objectively defined the thresholds by maximizing the number of correct predictions of debris flow occurrence while minimizing the rate of both Type I (false positive) and Type II (false negative) errors. We identified that (1) there were statistically significant differences between peak storm and triggering intensities, (2) the objectively defined threshold model presents a better balance between predictive success, false alarms and failed alarms than previous subjectively defined thresholds, (3) thresholds based on measurements of rainfall intensity over shorter duration (≤60 min) are better predictors of post-fire debris-flow initiation than longer duration thresholds, and (4) the objectively defined thresholds were exceeded prior to the recorded time of debris flow at frequencies similar to or better than subjective thresholds. Our findings highlight the need to better constrain the timing and processes of initiation of landslides and debris flows for future threshold studies. In addition, the methods used to define rainfall thresholds in this study represent a computationally simple means of deriving critical values for other studies of nonlinear phenomena characterized by thresholds.     

江西省滑坡与降雨的关系研究

对江西全省1973 年~2002 年间1 158个降雨型滑坡,从考虑滑坡所处地层岩性条件和坡向因素的角度,分析了江西省降雨型滑坡发生的概率与降雨的关系。从坡向因素角度分析,江西省有64 %的滑坡发生于阳坡,但降雨对于不同坡向的滑坡影响近乎相同,只是阴坡所需激发雨量和有效临界雨量较阳坡稍大3 %。6 d累计降雨量、14 d有效降雨量(有效降雨系数为0.82)、3 d累计降雨量和9 d累计降雨量分别是变质岩、岩浆岩、碳酸岩和碎屑岩类地层中发育的滑坡所对应的最相关的降雨因子。各岩类地层中发育的滑坡有80 %发生于降雨当日;岩浆岩、变质岩和碎屑岩类滑坡约12 %～14 %滞后于降雨发生,碳酸岩类滑坡有22 %滞后于降雨发生。滞后时间多为1～3 d,其中碳酸岩类滑坡滞后时间相对较短。这与降雨对不同滑体物质成分的渗透性能、岩土体强度弱化程度和速度等有关。     

降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究

我国东南沿海地区丘陵山地发育，降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象，考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置，分别在降雨强度为15、30、60 mm/h条件下，考虑降雨历时一致（180 min）与过程降雨量一致（90 mm）两种工况开展一维土柱入渗试验，得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明：（1）土体渗透系数越大、雨强越大，土体湿润蔓延距离越深、速度越快。（2）降雨入渗过程中，土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上，雨强越大，响应时间越快，饱和速度也越快。（3）提出可表征在不同雨强作用下，德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。     

基于多类型雨量计的降雨特性分析

为提高对降雨特性的认识,选择常用的6种测雨设备（翻斗式SL3-1、JDZ05、RG-3,称重式Pluvio2,雨滴谱仪Parsivel2和非计数式JQH-1）,成对布设在南京水利科学研究院滁州水文实验基地的同一个实验场地,同步观测了2019年4月1日至8月31日为期5个月的降雨过程。比测分析得到：在中大雨条件下（日雨量≥ 10 mm）,SL3-1和JDZ05测的降雨总量能够满足4%误差控制要求,RG-3、Pluvio2和Parsivel2测的降雨量比JQH-1测值小4%;在小雨条件下（日雨量<10 mm）,翻斗式和称重式雨量计的测量值小于JQH-1测值的4%;SL3-1、RG-3、Pluvio2、Parsivel2测得雨强≤ 0.1 mm/min的频率大于75%,雨强≤ 0.2 mm/min条件下的雨量累积比重大于50%;Pluvio2和Parsivel2监测的降雨开始时间比SL3-1分别早0.5 h和2 h以上,而结束时间分别晚0.5 h和2 h以上。比测结果有助于研究人员选择合适的测量设备获取所关注的降雨特性。     

喀斯特裸坡土壤侵蚀模拟研究

文章通过人工模拟降雨试验,研究不同地下孔（裂）隙度、基岩裸露率和雨强对地表、地下产流、产沙的影响,其结果表明:（1）土壤侵蚀与地下孔（裂）隙度具有较高相关性,地表产流、产沙随地下孔（裂）隙度的增大而减小,而地下则相反;（2）坡面径流刚产生时,雨滴击溅和薄层水流冲刷,土壤细小颗粒堵塞其毛管空隙,渗漏率减小,而地表径流量增大,土壤团聚体被破坏、分散和迁移,降水与土壤渗漏率增大,地表径流量减小,雨滴击溅增强,如此循环,降水与土壤渗漏率呈波动性变化;总体而言,地表、地下悬移质均随降雨历时呈下降趋势,而地表推移质则相反,地表、地下产流量变幅较小,趋于平行;（3）地表产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈下降趋势;而地下产流、产沙量随基岩裸露率增大呈波动性变化,总体呈增大趋势;（4）在较小雨强30 mm/h时,地表只产生悬移质流失,没有产生推移质流失;地表、地下产流、产沙都是随雨强增大而增大;雨强由30 mm/h增大到150 mm/h,地表累积产流量为538.5 L,累积产沙量为2 393.81 g,地下累积产流量为207.8 L,累积产沙量为687.73 g,累积产沙量的递增速率比累积产流量的递增速率要大,地表产流、产沙的递增速率大于地下产流、产沙的递增速率;（5）各因子与土壤侵蚀间相关程度为:降雨历时>雨强>地下孔（裂）隙度>基岩裸露率。该实验有助于为喀斯特地区的水土流失研究、评价及制订石漠化治理措施提供理论依据。      

基于人工降雨试验的淮北地区产流产沙差异性研究

针对淮北地区水土流失问题,利用野外人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(40mm/h、60mm/h和80mm/h)和坡度(5°、10°和15°)条件下砂姜黑土和黄潮土产流产沙差异。结果表明:砂姜黑土初始产流时间长,产流总量小。坡面出现细沟时,砂姜黑土初始含沙量随时间变化有减小趋势,最终趋于稳定,而黄潮土含沙量呈波动变化;60mm/h、80mm/h雨强10°坡砂姜黑土产沙总量大于黄潮土,其他情况黄潮土产沙总量大于砂姜黑土,黄潮土土壤侵蚀严重。砂姜黑土表面细沟发育密度大,主要在坡面中下部,为相互连通的树枝状结构,而黄潮土表面细沟发育密度小,形成沟壑。两种土壤产流总量、产沙总量与坡度、雨强分别呈多元线性函数、多元幂函数关系,雨强对坡面产流产沙总量的影响大于坡度。