降雨型黄土滑坡预警研究现状综述

黄土滑坡是一类典型的地质灾害,但目前并没有针对这类滑坡的区域性预警模型。介绍了黄土滑坡的分类和滑带特征研究现状,讨论了降雨型滑坡的两类预警模型:降雨型滑坡临界雨量模型,包括区域统计概率预警和临界雨量阈值预警;物理预警模型,主要为通过建立力学稳定性分析和降雨入渗模型耦合得到的预警模型。分析了降雨或地下水作用下土体含水量变化对滑坡稳定性的影响研究和黄土滑坡的预警研究现状,最后根据前人研究现状讨论了现有预警模型的特点并提出了未来降雨型黄土滑坡预警可能的发展方向。     

基于有效雨量的鹰厦铁路降雨诱发滑坡预警预报概率模型

大气降雨是造成铁路滑坡的重要诱因。文章以浅层滑坡SHALSTAB模型为基础,以鹰厦铁路为研究区域,研究了降雨诱发铁路滑坡的机理,进一步分析滑坡与有效雨量的关系。结合滑坡概率预报模型,计算鹰厦铁路降雨诱发滑坡临界雨量,并对研究区的滑坡灾害危险性进行了预警分级。     

滑坡监测预警国内外研究现状及评述

本文从降雨临界值研究、监测技术方法、区域性监测预警系统三个方面对滑坡监测预警的国内外研究现状进行了回顾和总结。首先归纳了国内外28个国家或地区的滑坡降雨临界值及统计方法,三个模型——日降雨量模型、前期降雨量模型和前期土体含水状态模型,基本概括了当前降雨诱发滑坡临界值的确定方法;但由于降雨入渗触发滑坡的复杂性,不同机理的滑坡"需要"不同的降雨临界值;目前的研究趋势是对雨量雨强雨时—土体渗流场动态变化—土体抗剪强度变化的耦合关系进行研究。按监测对象的不同,滑坡监测可分为四大类,即位移监测、物理场监测、地下水监测和外部诱发因素监测;按监测手段的不同,则可分为人工监测、简易监测、专业监测三大类;目前国内外在滑坡监测技术、方法、手段上并无太大差距,专业仪器已成为常规设备,只是由于价格因素得不到普及;一些新技术如InSAR、三维激光扫描等能很快应用到滑坡监测领域;监测数据的采集和传输也都实现了自动化和远程化;监测和预警系统有向Web—GIS发展的趋势。利用一个地区的滑坡易发区划或危险区划,结合降雨临界值,可以设定不同的预警级别,在区内布设一定数量的雨量站,监测雨量加上预报雨量,就可进行滑坡预警预报,国内外的区域性降雨型滑坡监测预警大体都是这个思路和做法,该方法在对公众进行警示方面起到了良好效果,但由于预警的范围太大,在具体的单点防治上,难以做到有效。我国在近10年开展了大量的监测预警工作,并取得了丰硕的成果,但根据统计数据,其成功预警率却并不理想,这一方面表现在成功预警实例中专业预警所占比例过低,另一方面同时表现在发生的大量的地质灾害在已有的预警点之外。制约目前工作有效性的主要问题是滑坡隐患点的排查和识别问题,因为只有识别出了隐患点才能进行下一步的监测和预警,它是一切工作的基础。而解决这一问题的重要途径是分析区域上的滑坡发育规律,找到有效的隐患点识别技术方法,以及引进风险管理的概念,进行监测资源的合理分配和有效预警。     

陕南地区滑坡灾害气象预报预警及其防范对策探析

选择典型研究区．采用统计方法研究了陕南地区2001～2003年区域性滑坡灾害与降雨量及降雨强度的相关性，确定了滑坡灾害的降雨临界值以及相应的预报预警分级．为实时时间预警提供了定量依据；在此基础上，提出了滑坡灾害预警防范的对策措施。     

降雨滑坡预警的概率分析方法

滑坡启动的降雨临界值是滑坡预警的关键,由于研究区资料数据有限,关键值难以确定,降雨滑坡预警效果受影响。所以应该对预警结果进行概率分析。本文利用作者在已开发的降雨滑坡预警系统,提出采用降雨滑坡预警概率分析方法进行预警。通过对滑坡与雨量相关性、降雨滑坡启动值等对滑坡预警的时间概率、空间概率及预警概率进行分析,计算危险区内已发生滑坡频率和降雨滑坡发生频率,得到降雨滑坡预警概率使得预警系统更加可靠。并以沐川县为例对模型进行了算例检验,为更科学的对降雨滑坡进行预警提供方法借鉴。     

基于WEB的浙江省降雨型滑坡预警预报系统

滑坡发生的最主要诱发因素是降雨.基于浙江省淳安、磐安、庆元和永嘉4个县的历史滑坡资料, 在研究降雨量、降雨强度和降雨过程与滑坡灾害的空间分布、时间上的对应关系, 建立起滑坡灾害时空分布与降雨过程的统计关系, 确定区域性滑坡的临界降雨量和降雨强度阀值的基础上, 开发出了降雨型滑坡预警预报系统, 其中采用临界降雨量模型和有效降雨量模型来进行预警预报.系统留给浙江省气象台一个传送数据的接口, 气象台将每天按时上传降雨数据, 数据保存在后台数据库MicrosoftSQLServer中.建成的系统能够自动获取数据库中的数据生成时间与降雨量实时曲线, 当降雨量达到降雨强度阀值时, 触发MAPGIS图件, 在Internet上发布区域预警预报信息, 并提供预警措施.      

区域滑坡灾害预测预警与风险评价

区域滑坡灾害预测预警是滑坡灾害研究领域的难点和热点。过去10多年来在这方面的研究主要集中在区域降雨与地质环境的结合方面。文章总结了目前国内外滑坡灾害预测预报、预警和风险管理研究现状,认为把滑坡灾害预警预报与风险管理相结合是减灾防灾的需要,也是今后该领域研究的发展趋势。文章从区域滑坡灾害空间预测、时间预警预报的角度提出了滑坡灾害预测预报的分类和理论基础,并在此基础上,利用MapGIS软件平台进行二次开发,建立了基于WebGIS的滑坡灾害信息管理系统和实时预警发布系统。以2004年"云娜"台风期间浙江省永嘉县滑坡灾害预警预报为例,进行了滑坡危险性预测、人口易损性预测、经济易损性预测到风险预测的实例研究。     

降雨与滑坡灾害相关性分析及预警预报阀值之探讨

详细研究了深圳市降雨与滑坡的历史资料,对区域性滑坡与降雨量进行偏相关分析,与降雨强度进行相关分析以及与降雨时间进行了系统地统计分析。研究结果表明,（1）滑坡的活动1～4日的降雨量及一次降雨过程的降雨量偏相关系数较大,表明一次性降雨量达到或超过某一数值时区域性滑坡就可以出现;（2）暴雨尤其是大暴雨及特大暴雨与滑坡的关系非常密切,相关系数达0.8以上,大暴雨或特大暴雨具有直接触发滑坡的作用;（3）滑坡活动时间与季节性降雨相对应,季节雨量越多,滑坡亦越多;另外滑坡活动时间与暴雨、大暴雨相吻合或略滞后,滞后时间一般不超过4 d,暴雨的当天及次日发生滑坡的可能性最大。在此基础上,探讨了区域性滑坡发生的临界降雨量和降雨强度阀值。最后将滑坡灾害的地质模型与降雨模型耦合建立了滑坡灾害的空间预警预报区划指标和等级系统,为区域滑坡灾害发生的时间与空间预报预警提供了科学依据。     

基于Logistic回归的陕南秦巴山区降雨型滑坡预测方法

通过建立陕南秦巴山区降雨型滑坡灾害数据库,分析了不同降雨因子的雨强分布,计算了降水突发型滑坡灾害、降水滞后型滑坡灾害的雨强与滑坡发生概率的相关系数,采用Logistic回归方法确定不同时效降雨因子,得到陕南秦巴山区降雨型滑坡预测模型,并利用滑坡灾害实例,运用ROC曲线和kappa系数法对模型进行了验证。结果表明：滑坡前第m日降雨量R_dm(m=0,1,2)及综合雨量R_c四个降雨因子为诱发降雨型滑坡较为显著的因子。当降雨强度≥75 mm·h^-1时,最易引起突发型滑坡;当连续降水达到2 d,且24小时雨量达到小雨或中雨时,应警惕滞后型滑坡灾害的发生。模型预测准确率达82.1%,ROC曲线的AUC值为0.836,kappa系数为0.616,验证结果显示该模型可靠。研究成果可作为陕南秦巴山区降雨型滑坡预报预警研究工作的重要参考。     

降雨入渗诱发黄土滑塌的模式及临界值初探

国内外对诱发滑坡的降雨阈值的研究多采用统计方法对历史滑坡和降雨量数据进行相关分析,而在分析过程中很少按降雨入渗诱发模式的不同进行分类.实际上,降雨临界值与被触发的滑坡类型紧密相关,不同模式的降雨可以触发不同类型和规模的滑坡,而不同类型的滑坡也“需要”不同的降雨临界值.本文以陕北黄土高原广泛发育的-种典型地质灾害-黄土滑塌作为研究对象,从定性分析降雨入渗的机理入手,探讨了不同入渗模式下雨水对滑塌的诱发作用,初步建立了缓慢下渗诱发型、下渗阻滞诱发型、下渗贯通诱发型三种降雨诱发黄土滑塌的模式.运用统计学的方法,对陕西北部地区25个县(市、区)1960年～2008年发生的有准确日期记录的227个黄土滑塌和降雨数据进行分类,建立了不同降雨入渗诱发类型下的黄土滑塌降雨临界值或预警值.     

降雨引发的兰州黄土滑坡时空规律分析和临界降雨量预测

开展降雨型黄土滑坡预警对于区域性防治滑坡具有重要意义。本研究在收集1985~2015年兰州市降雨型黄土滑坡历史数据的基础上,运用反距离权重插值(IDW)和核密度估算(KDE)方法揭示了降雨引发黄土滑坡的时空分布规律。该文基于统计学的基本原理,运用相关性和偏相关性等方法建立适合兰州市的有效降雨量模型。通过拟合有效降雨量与滑坡因子的线性回归关系,确定引发黄土滑坡的临界降雨量阈值,设定兰州市黄土滑坡的降雨量危险性预警等级。研究表明:(1)兰州市黄土滑坡灾害点沿着黄河及其支流沿岸分布,城关区滑坡点最多且呈环形分布,西固区次之,其他地区分布较少;(2)降雨是兰州市及其周边地区黄土滑坡的关键诱因,10d有效降雨量与滑坡因子均呈现显著正相关特性,其相关系数达到0.698;(3)依据10mm、20mm和40mm临界降雨量阈值将预警等级划分为低、中、高3个危险性等级。     

Early warning of rainfall-induced shallow landslides and debris flows in the USA

The state of knowledge and resources available to issue alerts of precipitation-induced landslides vary across the USA. Federal and state agencies currently issue warnings of the potential for shallow, rapidly moving landslides and debris flows in a few areas along the Pacific coast and for areas affected by Atlantic hurricanes. However, these agencies generally lack resources needed to provide continuous support or to expand services to other areas. Precipitation thresholds that form the basis of landslide warning systems now exist for a few areas of the USA, but the threshold rainfall amounts and durations vary over three orders of magnitude nationwide and over an order of magnitude across small geographic areas such as a county. Antecedent moisture conditions also have a significant effect, particularly in areas that have distinct wet and dry seasons. Early warnings of shallow landslides that include specific information about affected areas, probability of landslide occurrence, and expected timing are technically feasible as illustrated by a case study from the Seattle, WA area. The four-level warning scheme (Null, Outlook, Watch, Warning) defined for Seattle is based on observed or predicted exceedance of a cumulative precipitation threshold and a rainfall intensity–duration threshold combined with real-time monitoring of soil moisture. Based on analysis of historical data, threshold performance varies according to precipitation characteristics, and threshold exceedance corresponds to a given probability of landslide occurrence. Experience in Seattle during December 2004 and January 2005 illustrates some of the challenges of providing landslide early warning on the USA West Coast.     

Erratum to: Early warning of rainfall-induced shallow landslides and debris flows in the USA

The state of knowledge and resources available to issue alerts of precipitation-induced landslides vary across the USA. Federal and state agencies currently issue warnings of the potential for shallow, rapidly moving landslides and debris flows in a few areas along the Pacific coast and for areas affected by Atlantic hurricanes. However, these agencies generally lack resources needed to provide continuous support or to expand services to other areas. Precipitation thresholds that form the basis of landslide warning systems now exist for a few areas of the USA, but the threshold rainfall amounts and durations vary over three orders of magnitude nationwide and over an order of magnitude across small geographic areas such as a county. Antecedent moisture conditions also have a significant effect, particularly in areas that have distinct wet and dry seasons. Early warnings of shallow landslides that include specific information about affected areas, probability of landslide occurrence, and expected timing are technically feasible as illustrated by a case study from the Seattle, WA area. The four-level warning scheme (Null, Outlook, Watch, Warning) defined for Seattle is based on observed or predicted exceedance of a cumulative precipitation threshold and a rainfall intensity–duration threshold combined with real-time monitoring of soil moisture. Based on analysis of historical data, threshold performance varies according to precipitation characteristics, and threshold exceedance corresponds to a given probability of landslide occurrence. Experience in Seattle during December 2004 and January 2005 illustrates some of the challenges of providing landslide early warning on the USA West Coast.     

降雨诱发滑坡阶跃型变形的预测分析及应用

滑坡进入蠕动变形阶段之后,往往难以及时开展勘察治理工作,合理的临灾预警是有效减少滑坡灾害损失的重要手段。首先确定降雨诱发“阶跃型”滑坡的预警关键判据为前期降雨、当次降雨、位移速率,并引入“一个降雨过程”定义滑坡监测的降雨区间,将预警过程分为当次降雨和前期降雨+当次降雨两种模式。然后运用最小二乘法确定滑坡“阶跃”变形曲线上的“破坏拐点”和“稳定拐点”用以确定变形加速区间,以此求解前期降雨、当次降雨以及移速率阈值。最后以王家坡滑坡为例,设计了两种模式下的5级递进式分级预警模型。研究表明：（1）前期降雨与当次降雨组成“一个降雨过程”的时间间隔为7 d;（2）王家坡滑坡的位移速率阈值为20 mm/d;（3）前期降雨+当次降雨模式下王家坡滑坡的前期降雨、当次降雨阈值分别为10、15 mm,当次降雨模式下王家坡滑坡的降雨阈值为25 mm。     

基于位移比模型的三峡库区云阳县域内蠕变型滑坡降雨预警

建立高效合理的区域滑坡灾害降雨预警模型对滑坡防治具有重要意义.然而以往的研究多侧重于临滑预警,对蠕变型滑坡在强降雨工况下的短暂加速变形的预警研究还有待深入.以三峡库区云阳县域内滑坡为例,首先根据滑坡地表位移监测数据的特点对统计样本进行合理筛选.再通过降雨因子与滑坡发生的相关性分析以及对滑坡在降雨条件下位移变化情况的数值模拟,确定了适用于不同时间阶段的降雨统计变量.然后将考虑了滑坡规模特征的滑坡位移比（累计位移与滑坡纵长之比）作为变形指标,分时段统计滑坡地表位移监测数据与历史降雨信息,建立了日降雨数据与月位移数据的对应关系,得到了可用于确定降雨量阈值的位移比模型,并获得了云阳县蠕变型滑坡的五级预警分区.最后分别选用研究区滑坡险情实例、长年位移监测数据及极端降雨事件对模型预警效果进行检验.结果显示基于专业监测数据的位移比模型的滑坡降雨预警结果与实际情况相符,可为蠕变型滑坡的预警预报提供依据.      

基于危险度区划的县级区域降雨引发滑坡的风险预警方法——以四川省米易县降雨滑坡为例

降雨滑坡预警在世界上开展广泛,但对小区域的降雨滑坡风险进行预警尚不多见。以通用的风险定义为基础,首先对目标区域——四川省米易县的地质灾害进行调查,以典型滑坡进行反演,获得灾害的本底因素,按贡献率权重叠加法进行危险度分区;通过对承灾体的调查确定承灾对象,并将各承灾对象按密度由行政界限向1km×1km的网格单元转化后叠加形成易损度分区。二者相乘完成风险分区。对研究区域近5年逐日降雨数据与172条地质灾害记录进行分析,按前期日降雨量模型得到降雨阈值,根据滑坡空间概率和降雨引发滑坡的时间概率叠加的结果,得到研究区域的降雨滑坡概率,对照风险分区,完成风险预警。     

基于失效概率的边坡降雨阈值曲面探讨

降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率P_f=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。     

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。     

降雨型滑坡时间概率的逻辑回归拟合及连续概率滑坡危险性建模

提高降雨型滑坡危险性预警精度和空间辨识度具有重要意义.以江西宁都县1980—2001年156个降雨型滑坡为例,首先基于传统的EE-D（early effective rainfall-rainfall duration）阈值法计算不同降雨诱发滑坡的时间概率级别;然后以各级别临界降雨阈值曲线对应的时间概率为因变量,并以对应的前期有效降雨量（early effective rainfall,EE）和降雨历时（D）为自变量,采用逻辑回归拟合出上述因变量与自变量之间的非线性关系,得到降雨诱发滑坡的连续概率值;之后对比C5.0决策树和多层感知器的滑坡易发性预测性能;最后利用降雨诱发滑坡的连续概率值与易发性图相耦合以实现连续概率滑坡危险性预警.结果显示:（1）宁都降雨型滑坡连续概率值的逻辑回归方程为1/P=1+e4.062+0.747 4×D-0.079 44×EE,其拟合优度为0.983;（2）2002—2003年的20处用于连续概率阈值测试的降雨型滑坡大都落在连续概率值大于0.7的区域,只有4处落在小于0.7的区域;（3）C5.0决策树预测滑坡易发性的精度显著高于多层感知器;（4）近5年的4次降雨型滑坡的连续概率危险性值都在0.8以上,且高和极高预警区的面积较传统滑坡危险性分区更小.可见连续概率滑坡危险性预警法相较于传统危险性分区法具有更高的预警精度和空间辨识度,且通过叠加滑坡易发性图及其临界降雨阈值可开展实时滑坡危险性预警制图.      

Local rainfall thresholds for forecasting landslide occurrence: Taipingshan landslide triggered by Typhoon Saola

This paper presents a case study of the Taipingshan landslide, which was triggered by Typhoon Saola in 2012. Taipingshan villa is one of the most famous scenic locations within the Taipingshan National Forest Recreation Area in northern Taiwan. Since the early 1990s, evidence of recent landslide activity appeared throughout the Taipingshan villa and included features such as tension cracks, ground settlement, and cracking in manmade structures. In response, a series of geological investigations and in-site/laboratory tests were conducted in 2010 to estimate slope stability and predict critical rainfall thresholds (event accumulated rainfall) for landslide activity. Results revealed that the critical rainfall threshold for the Taipingshan National Forest Recreation Area is 1765 mm. In 2012, that threshold was tested when Typhoon Saola brought tremendous rainfall to northern and eastern Taiwan and triggered activity along the main scarp of sliding mass B located near the History Exhibition Hall. According to in situ extensometer readings and on-site precipitation data, the extensometer was severed at an accumulated rainfall 1694 mm. Field monitoring data during the typhoon event are in good agreement with the rainfall threshold. These preliminary results suggest that the threshold may be useful for assessing the rainfall threshold of other landslides and a good reference for establishing early warning systems for landslides.