强震区泥石流物源演化特征分析

探讨震区泥石流物源演化特征是进一步揭示泥石流物源供给条件和演化阶段划分的基础,为探究强震区泥石流物源演化特征,本文将物源分为4级,利用ArcGIS软件对4期影像进行详细解译,并基于流域水系理论和方法计算物源面积、密度和连接度。在此基础上探讨泥石流物源演化特征,结果表明:四期影像物源解译面积分别为10.91 km~2、12.34 km~2、12.70 km~2和9.71 km~2,增长率分别为13%、3%和-24%,物源数量分别为1516处、1751处、1943处和1853处,增长率为16%、11%、-5%;物源面积以二次函数模式演化,于2012年前后物源面积增加到最大值,且经过近十年恢复,物源面积较震初减少了11%,物源数量增加了22%级物源密度、二级物源密度、三级物源密度以二次函数形式先增大后减小,而其他物源密度以指数形式逐渐减小;物源连接度随时间增长呈现出先增大后减少趋势;根据物源面积、物源密度和物源连接度变化规律将物源演化过程大致划分为四个阶段。研究结果对于进一步研究震区泥石流物源演化具有一定参考意义。     

崩岗侵蚀沟的时空侵蚀特征及预测

崩岗是水力和重力复合的土壤侵蚀类型,严重危害我国南方地区的农业生产和生态环境。侵蚀沟对崩岗的侵蚀过程以及地貌变化起着关键作用。本研究以福建省安溪县龙门镇一处崩岗为研究区,以无人机获取的正射影像和高程数据为基础,通过采点重构坡面提取出侵蚀沟,然后对其进行时空动态分析,得到侵蚀沟的时空侵蚀特征;然后将其侵蚀特征与CA-Markov模型耦合,通过修正转移概率矩阵以及制定空间分配规则,构建崩岗侵蚀沟模拟模型。研究结果表明:降雨量与侵蚀沟的侵蚀强度呈正相关,强降雨利于侵蚀沟的下切侵蚀,弱降雨则有利于沟沿的重力崩塌;坡度对侵蚀沟的侧切和下切具有促进作用,沟道距离和坡面高度则对下切和堆积具有抑制作用;由面积差异率0.18和Kappa系数0.81验证了崩岗侵蚀沟模拟模型的精度;在对该崩岗侵蚀沟2018-12-02空间分布预测的基础上,得到其年侵蚀量和侵蚀模数,分别为653.9 m^3和340 606 t·km^-2·a^-1。研究结果为探索崩岗侵蚀过程提供了新思路,并为崩岗侵蚀的防治工作提供了参考。     

泥石流沟谷坊坝群治理效应——以地震极重灾区北川县化石板沟为例

谷坊坝是泥石流治理的重要工程措施之一。化石板沟泥石流治理工程共设13座谷坊坝,组成梯级谷坊坝群;坝体主要分布在泥石流形成区和流通区,混凝土结构,轴向两端嵌入沟道两侧基岩0.5～1 m。通过对比化石板沟谷坊工程修建前后沟床纵坡比降、沟道两侧斜坡稳定性及泥石流侵蚀速率等方面的差异,证明谷坊工程能够有效拦蓄松散固体物质、稳固沟床和岸坡、降低沟道纵坡比降、降低泥石流流速和耗散流体能量、抬高沟道上游泥石流侵蚀基准面。研究发现,化石板沟谷坊坝群共拦截固体物质2.76×104 m3,仅占流域物源总量574.9×104 m3的0.5%,占近期可供给泥石流活动的物源量85×104 m3的3.3%;稳固沟床松散物质4.37×104 m3,仅占流域物源总量的0.76%,占近期可供给泥石流活动的物源量的5.2%;稳固沟道两侧坡体松散物质134.07×104 m3,占流域物源总量的23.3%,泥石流物源减少;回淤的沟道比降为原比降的60%～75%,相同频率下泥石流流速、峰值流量降低,沟道侵蚀速率下降,泥石流输沙量减少35%～57%;上游泥石流支沟侵蚀基准面抬升0.3～0.5 m。泥石流呈现从粘性到稀性,再到含沙水流的趋势发展。     

汶川地震区红椿沟泥石流形成物源量动态演化特征

2008年"5·12"汶川地震时,映秀-北川断裂通过的映秀镇红椿沟流域内产生了大量的碎屑体,约为384.3×104m3,为泥石流的发生提供丰富的固体物源条件。2010-08-14,红椿沟暴发特大型泥石流,冲断公路,堵塞岷江致使江水改道,威胁映秀新区。为研究物源区演变特征,选取3期影像,并结合野外调查资料,通过ArcGis分析发现:地震前,红椿沟植被良好,未发现大规模地质灾害,流域内沟道均属于清水沟。地震后,流域内滑坡崩塌数量为68处,滑坡面积为101.12×104m2,沟道总长度5 752 m,沟道总面积11.82×104m2。受上盘效应影响,沟右岸滑坡发育强于左岸,左岸大多为小型浅层滑坡。2010年"8.14"泥石流后,受地表径流和泥石流的冲刷、侵蚀、切割作用影响,使部分滑坡"复活"或产生新的滑坡,流域内滑坡个数77处,新增9处,变化率为13.23%,滑坡面积139.80×104m2,新增38.68×104m2,变化率38.25%。沟道总长度8 851 m,新增3 099 m,沟道总面积17.48×104m2,新增5.66×104m2。泥石流暴发后,流域内仍有固体物源量约为344.6×104m3,泥石流治理工程可控制物源量约为92.8×104m3,在极端降雨条件下,仍有暴发大规模泥石流的可能。     

云南省麻栗坡县猛硐河“9.02”泥石流调查

云南极端天气气候事件造成了地质灾害发生频发。2018年9月2日云南麻栗坡县猛硐河流域发生特大山洪泥石流灾害,造成10多人死伤,11人失联,建筑损毁、河道淤埋、基础设施破坏,直接经济损失达14亿元。通过对麻栗坡县猛硐"9. 02"河流域泥石流灾害的现场调查,从物源、地形和水源条件入手,分析了灾害特征与形成演化过程。研究表明,降水是泥石流发生的根本原因,造成沟域内岩土体现出崩滑物源、坡面物源和沟道物源三者的启动及链生效应;由于泥石流造成微地貌改变,今后泥石流爆发可能性增大,高频率、中小规模泥石流是泥石流活动的特征。从发展趋势看,该流域正处于泥石流发育阶段,存在发生大规模泥石流的可能性。应及时地进行沟道的治理,并加强监测预警。     

坡面泥石流演化模式及其试验

坡面泥石流是斜坡地貌演化的重要环节,也是我国山区公路的主要水毁灾害,具有分布广、出现频率高、致灾作用强等特点。从地貌演化观点,将坡面泥石流演化模式分为顶部刮铲演化模式(模式1)、溯源挖掘演化模式(模式2)和局部饱和孕滑演化模式(模式3),其中模式1遵循蠕滑→滑流→刮铲滑流→沉积演化过程,模式2遵循前缘开裂→崩滑→链式崩滑→沉积演化过程,模式3遵循局部饱和→蠕滑→滑流→沉积演化过程;针对坡面泥石流演化模式3,选取前期降雨量120 mm和降雨强度15 mm/(10 min)的试验工况,前期降雨分4次,降1 h,停2 h,强降雨分4次降雨实施,降1 h,停30 min,通过室内模型试验,通过试验过程中土体参数实时监测分析了前期降雨入渗阶段土体中含水量、孔隙水压力的变化规律,强降雨阶段揭示了局部饱和阶段、蠕滑阶段、滑流阶段和沉积阶段随试验过程的变化过程,量化了饱和区、蠕滑区、滑流区、沉积区的面积大小与试验持续时间的关系;初步分析了坡面泥石流演化过程研究的复杂性及研究趋势,尤其应高度重视坡面泥石流演化各阶段的力学机制描述与转换问题研究。     

室内人工降雨条件下黄土侵蚀坡面的变异特征研究

基于室内人工降雨试验条件下获取的黄土坡面侵蚀的九期DEM数据,计算出不同演化时期黄土坡面的坡度、坡向及沟道网络,利用等分坡度直方图、等分坡向玫瑰花图和沟道分级网络对坡面侵蚀变异特征进行研究,并初步分析了该变异特征与黄土坡面侵蚀和演化过程之间的关系。结果表明：在黄土坡面侵蚀过程中,该坡面的坡度离散程度在逐步增加后基本保持稳定;其主导坡向总体呈现逐步有序化的变化特征,由多个主导坡向逐步演化为与该坡面主干沟道总体走向基本一致的一个主导坡向;其沟道网络逐步发育成典型树状网络并基本保持稳定,且形成了完整和严密的沟道等级结构。上述侵蚀坡面变异特征在一定程度上反映出该坡面在发育初期侵蚀较为强烈但在后期强度有所减弱。本研究是对黄土侵蚀坡面变异特征的初步探索,对未来进一步揭示黄土坡面的侵蚀机理和演化规律具有重要理论意义。     

崩滑土体坡面运动过程研究现状与展望

崩滑土体坡面运动包括刚性块体整体滑动、崩滑泥流、崩滑破碎3种形态;根据粗颗粒间介质差异,崩滑破碎运动可分为无粘碎屑崩滑运动、粘性碎屑崩滑运动;根据运动过程不同形态,将崩滑破碎运动分为崩滑破碎、粗颗粒与泥浆混合运动、泥石流3个阶段。概述崩滑土体坡面运动过程调查实验研究现状;分析块体滑动摩擦理论、流体理论、散粒体理论在崩滑土体坡面运动过程应用情况,指出块体滑动摩擦理论、流体理论在描述崩滑破碎运动过程的不足;分析崩滑破碎后,间隙介质对粗颗粒运动的影响,指出目前散粒体理论描述崩滑土体坡面运动过程的不足,提出通过设定颗粒间的细观力学参数来再现崩滑土体复杂破碎运动过程的思路和重点研究的内容,为下一步研究提供依据。     

韩江中上游地区的崩岗分布特征

选取韩江中上游地区2016—2022年的Sentinel-1/2卫星星座遥感影像和其他辅助数据,基于机器学习方法进行区域尺度的崩岗识别和崩岗影响因子测度。结果表明：1）分类模型的总体精度达到84%,Kappa系数为0.8。其中,崩岗识别的用户精度和生产者精度都超过95%,且其FScore为0.97。2）截至2022年,韩江中上游地区的崩岗侵蚀面积共有435.5 km2,各县（市、区）崩岗侵蚀面积差异明显,年变化趋势不一。其中,五华县崩岗侵蚀面积最多（199.2 km2）,其年平均变化率为16.29 km2/a。梅江区崩岗侵蚀面积最少（1.6 km2）,其年平均变化率为0.18 km2/a。3）韩江中上游地区崩岗发生概率与高程、坡度、植被覆盖、地质类型、人口密度、大气压、降雨量、经向风速、纬向风速和风速等10个因素存在显著相关性（P<0.001）。在一定的变化范围内,高程、坡度、地质类型、大气压、经向风速、纬向风速和风速对研究区崩岗发生为正向影响,植被覆盖、人口密度和降雨量对崩岗发生为负向影响。     

震区泥石流物源储量评价方法综述

充足的物源是泥石流形成的三大基本条件之一,对物源动储量进行合理的评价,不仅可预测泥石流爆发的规模和频率,同时也是其治理工程设计的重要依据。本文从泥石流分类物源、全流域物源及震后物源三方面总结了目前动储量的评价方法,分析了各方法的评价原理,并指出各类方法存在的不足,得到以下结论:(1)物源总储量的评价方法较多,而动储量评价由于受影响因素较繁多,评价方法相对较少;(2)"5.12"汶川地震后震区物源数量及种类剧增,物源统计易忽略具有隐蔽性的高位震裂物源,震后不同时期各物源对泥石流的贡献不一,应考虑时间及空间的演化效应,根据各类物源的动态演化特征做科学合理的震后物源动储量评价;(3)泥石流物源的动储量评价应考虑一定工程有效期内的不同降雨条件的影响更为合理。     

汶川地震触发的绵远河流域崩塌滑坡的特征

利用地震后ALOS影像自动提取了汶川地震重灾区绵远河流域内的崩塌滑坡,结合野外调查共确定地震触发崩塌滑坡1 073处,面积48.5 km2.其中分布最广、数量最多的是浅层崩滑体;同时由于地震力作用强烈,触发了许多深层、高速、远程滑坡,并形成了大量的滑坡堰塞湖.汶川地震诱发的第二大滑坡文家沟滑坡就位于流域内,该滑坡是本次地震中滑动距离最远的滑坡.地震导致大量的碎屑物质堆积在沟道内或悬挂在斜坡上,为泥石流的发生提供了有利条件.基于GIS的统计分析表明,地震滑坡的空间分布主要受发震断层的控制,流域内的崩塌滑坡受到了映秀-北川断裂和江油-都江堰断裂的双重影响,主要分布于两断裂上盘的一定范围内;地层岩性影响着地震滑坡的类型,岩浆岩、白云岩等硬岩主要发育浅层崩滑体,而上硬下软的地层多发生大型滑坡;大部分崩塌滑坡都发生在海拔1 000～2 000 m的高程内;坡度是崩塌滑坡发生的主要控制因素之一,大部分崩塌滑坡发生在25°～55°的范围内;坡向对滑坡的分布也有一定的影响,背靠震源(发震断层)方向的斜坡比面向震源(发震断层)方向更容易发生滑坡.     

灰色理论在舟曲南屿沟泥石流灾害危险性评价中的应用研究

为分析不同因素对泥石流灾害危险性的影响程度,基于对舟曲南屿沟泥石流灾害影响因素调查结果总结和分析,利用灰色理论分析了泥石流灾害危险性与影响因素间关联程度,并建立了其预判模型。结果表明：沟岸坡度、沟道堵塞程度及冲淤变幅,沟道平均纵坡降和长度,沟道内植被覆盖率、流域面积及人口密度,松散固体物源量和灾害点密度等因素的影响程度较接近;相同区域内不同沟道泥石流灾害危险性程度受沟岸坡度、沟道堵塞程度、冲淤变幅、沟道平均纵坡降及长度等因素影响显著;基于自然和人为因素建立了泥石流灾害易发程度预估模型,其能够为区域内泥流灾害防治工作部署提供依据。     

东北漫岗黑土区浅沟侵蚀发育特征

东北黑土区是中国重要商品粮基地之一,沟道恶性扩张,已成为导致该区土地退化主要原因之一.利用全球定位系统和传统方法测量浅沟形态参数,结合地理信息系统(GIS)平台计算流域尺度的沟蚀现状,分析东北黑土区浅沟侵蚀发育特征,并对比分析其与黄土高原浅沟侵蚀发生的地貌因子之间的异同.研究表明,研究区浅沟分布密度0.56～0.93 km、km2,年侵蚀模数达到118～199 m3/km2,浅沟破坏面积占流域面积比例达0.11%～0.19%,浅沟沟壑密度已经达到中度和强度侵蚀,处于快速发展时期;研究区浅沟的临界汇水面积大于黄土高原,分布的临界坡度小于黄土高原,这主要由黑土区坡长坡缓的特点决定.     

青海省柴达尔-木里地区道路沿线多年冻土分布模拟

以青海省柴达尔-木里铁路、热水-江仓公路沿线两侧约10 km缓冲区为研究区域,以冻土钻孔实测数据为基础,定量分析和评价了经度、纬度、高程、太阳辐射、坡度、坡向、地面曲率等地形-候因子对沿线区域多年冻土分布的影响,建立了以经度、高程、坡度为自变量、多年冻土发生概率为因变量的Logistic模型.借助于GIS软件和DEM数据,完成了道路沿线区域多年冻土分布概率图的绘制和多年冻土分布概率的特征分析.结果表明,极可能多年冻土(概率值为0.75～1)的分布面积为1983 km2,占整个研究区域面积的65%;可能多年冻土(概率值为0.5～0.75)的分布区面积为192 km2,占研究区域面积的6%;季节冻土(概率值＜0.5)的分布区面积为894 km2,占沿线区域面积的29%.     

分形视角下的陕北黄土高原沟壑区城乡居民点分布特征研究——以无定河流域为例

2015年12月召开的中央城市工作会议提出“在中西部地区培育发展一批城市群、区域性中心城市,让中西部地区广大群众在家门口也能分享城镇化成果”。黄土高原是我国水土流失最严重和生态环境最敏感的地区之一,地貌水系特征对其城镇化建设尤为重要。从黄土高原独特的分形地貌入手,以无定河流域为研究对象,探究城乡居民点与地貌水系的耦合关系。分形维数上,通过盒维数法测算出19处小流域沟道水系分形维数,并分析城乡居民点的数量、等级与沟道分形维数的内在联系。空间上,采取缓冲区分析居民点与沟道水系的临近关系并探究水系与居民点等级对应特征。研究发现：在数理分析上,（1）各小流域的分形维数越高,单位面积的居民点数量越多;沟道分形维数一定时,高等级居民点的出现会降低沟道内单位面积低级别居民点数量。（2）河谷沟道的分形维数达到1.223是沟道内出现县城的必要而不充分条件。在空间分析上,（3）城乡居民点分布与分形沟道水系相临近,并且居民点等级分布规律具有自相似性、层级迭代性。基于以上特征探索具有地域特色的镇村体系布局模式,以期为该地区城镇建设提供理论依据。     

天然次生林考虑伐后环境损失的多目标决策评价

山地森林采伐应注重经济、生态和社会效益的有机结合已成为共识.通过选取纯收益、土壤持水价值变化量、凋落物持水价值变化量、土壤养分价值变化量、凋落物养分价值变化量、固碳价值变化量和制氧价值变化量等7个效益指标,运用多目标决策分析方法,定量分析天然次生林5种不同强度(弱度13.0%、中度29.1%、强度45.8%、极强度67.1%和皆伐)采伐作业10 a后的经济和生态效益评价值以及它们的综合效益评价值.结果表明:随着采伐强度的增大,经济效益评价值增大,而生态效益评价值则下降,皆伐的经济效益评价值最大,为0.300,而其生态效益评价值最小,为0.070;弱度择伐的经济效益评价值最小,为0.030,而生态效益最大,为0.670;中度择伐的综合效益评价值最大,为0.713,皆伐的综合效益评价值最小,为0.370.因此,类似试验条件的林区应推行低强度(弱度或中度)择伐经营方式,以实现天然次生林可持续经营.     

长江上游森林生态系统稳定性评价与空间分异特征

长江上游森林生态系统是长江流域的重要生态屏障。以长江上游为研究区域,采用RS、GIS技术,通过建立“干扰-响应”(D-R)生态系统稳定性评价框架和指标体系,开展大尺度森林生态系统稳定性评价研究,并深入分析其空间分布特征。结果表明:①长江上游森林生态系统稳定性整体处于中等偏差的状态,稳定性一般、较差及极差区占整个森林生态系统面积的50.09%;其中,稳定性极差区占6.63%,较差区占19.29%,一般区占24.17%,良好区占26.29%,较好区占23.62%。②长江上游森林生态系统稳定性表现为西北强东南弱的空间分布特征,稳定性与海拔呈近似正相关关系,稳定性较差的区域主要分布在10°-25°坡度区间,25°以上坡度区域稳定性较好。本研究可为长江上游森林生态系统的保护与恢复提供科学依据,进而为长江上游生态环境保护和生态屏障建设提供决策参考。     

地貌信息熵在地震后泥石流危险性评价中的应用

地貌信息熵可以表示流域地貌面受侵蚀的程度,是判断地貌发育演化阶段的量化指标之一。基于流域系统地貌信息熵的原理和方法,采用GIS技术和Matlab、SPSS软件,对"5·12"汶川地震后都江堰市深溪沟流域内41个子流域的面积-高程积分值和地貌信息熵进行计算,研究了各个子流域的地貌发育演化基本特征和泥石流发育情况,并将分析结果和地震后野外实际调查的成果进行了对比研究,结果表明:在烈度为Ⅺ的都江堰深溪沟地震重灾区,地震引发的大量崩塌、滑坡导致松散固体物质广泛堆积于沟道内,不仅为泥石流提供丰富的物源,而且使沟道局部的地貌发生了突变,但通过"地貌信息熵"这种方法无法表达丰富物源的变化和沟道地貌的突变,因此,根据地貌信息熵判断地震后泥石流的危险性具有一定的局限性。为了使地震区泥石流危险性评价的结果更加真实、可靠与可信,必须结合流域的实际情况,对地貌信息熵判定的危险性结果进行综合分析与修正,或者通过多种评价方法进行对比论证和分析。     

三江并流区云南贡山片植被景观类型分布特征

以三江并流区云南贡山片为例,以Landsat ETM+影像为数据源,基于3S技术进行植被景观制图,分析景观类型的分布特征。结果表明:1.研究区是典型的高山峡谷地区,海拔3 000~4 000 m的区域占总面积近一半,坡度25°以上的山地面积占84.82%;景观类型分布受垂直空间分异主导;河流、河漫滩和湖泊等景观主要分布在平缓地段,自然植被景观多分布在25°~45°的陡坡上,人工植被景观分布的坡度范围相对较缓;自然植被景观在各坡向上的分布较为均匀;人工植被景观及积雪/冰川景观、岩石景观等分布则体现出一定的空间分异;2.山地森林植被构成研究区景观的基质类型;由于植被景观的垂直分异,构成基底的各类景观类型的优势度随海拔变化,河谷地段的中山湿性常绿阔叶林、中山-亚高山的铁杉-常绿阔叶混交林、亚高山-高山的云冷杉/落叶松林优势度较高,高山-亚高山以杜鹃灌丛为优势景观类型;3.从斑块粒度上看,小斑块数量最多,占总斑块数的80.87%,中斑块占11.36%,其余均在3%以下;优势自然景观类型具有较大的巨斑块数;巨斑块面积比例最大,达到68.99%,其余斑块大小等级的分布面积比例在3%~9%之间。     

应用三维激光扫描监测崩岗侵蚀地貌变化——以广东五华县莲塘岗崩岗为例

崩岗复杂的地形及其动态发育过程是崩岗监测关注的重点和难点。三维激光扫描技术具有高精度、非接触性、穿透性、快速性等特点,能够突破传统监测手段的空间限制,有效获取崩岗地形的细部特征。在介绍基本原理和应用现状的基础上,利用Leica ScanStation 2三维激光扫描仪,对广东五华县莲塘岗崩岗进行连续3 a共6次实地监测。选择2011-06-03和2012-05-12两次监测结果,通过ArcGIS对数据进行处理分析。结果表明：莲塘岗崩岗体积侵蚀量为1 007 m³/a,年侵蚀量为1 380 t,侵蚀模数为269 268 t/（km²·a）,崩岗中下部位侵蚀强度高于上部。侵蚀最强烈地带出现在中下部海拔高度为111~116 m和116~121 m的崩积锥分布部位,侵蚀量分别为202和178 m³/a,崩积锥土体松散,极易在片流和股流作用下出现侵蚀,崩积锥快速侵蚀导致崩壁加高,使得崩岗呈现出越高越陡的态势。此外,在崩岗下部96~101 m和101~106 m两个区段的侵蚀作用也比较强烈,侵蚀量分别为151和157 m³/a,这一高程区为多条支沟汇合后的主沟道段,每年雨季水力侵蚀十分强烈,沟道侧蚀加宽和下切加深,进一步加速崩岗的重力侵蚀过程,致使莲塘岗崩岗仍处于快速侵蚀和崩壁加高变陡的壮年期阶段。三维激光扫描连续监测结果的对比分析,不但能够定量得到崩岗侵蚀量及地形的变动信息,还可进一步探究侵蚀泥沙的来源及其精细的空间分布特征,是崩岗监测较为理想的先进技术。