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环境学院郑春苗团队在地球科学顶级期刊发表降雨型滑坡研究成果

2020-03-12

近日,南方科技大学环境科学与工程学院郑春苗研究团队利用基于边坡水文和土力学耦合的流域尺度降雨型滑坡数值模拟手段,揭示了单次降雨事件中降雨强度动态变化特征对降雨型滑坡发生运移和危险性动态演进的影响机制。研究成果以“降雨强度的动态变化特征影响滑坡发生发展和危险性动态演进(Rainfall intensity temporal patterns affect shallow landslide triggering and hazard evolution)”为题在地球科学领域顶级期刊Geophysical Research Letters 上发表。

降雨型滑坡是世界范围内频发的一种严重自然灾害,常给人类生命财产造成重大损失。降雨事件中降雨强度的动态变化特征影响边坡水文过程和土体力学响应,进而影响滑坡的发生时间和空间分布。目前相关研究多聚焦于降雨事件的平均降雨强度和降雨持续时间对滑坡的控制作用,鲜有降雨强度时间序列的动态变化特征对滑坡的影响机制的相关研究。因此,研究团队主要针对“降雨强度时间序列的动态变化特征如何影响降雨过程中滑坡的发生发展和滑坡灾害危险性的动态演进”核心科学问题展开了研究。

1. 降雨强度动态变化特征改变降雨入渗和滑坡发生规模

研究团队首先建立降雨强度时间序列的定量表征,利用随机过程模拟技术,生成一系列具有不同动态变化特征的降雨时间序列。接着,研究团队利用基于边坡水文和土力学耦合的流域尺度先进降雨型滑坡发生运移和危险性评价模型LHT(Landslide Hydromechanical Triggering),精细模拟不同降雨模式下的降雨入渗、土体强度演化和滑坡的发生运移过程,进而分析刻画降雨过程中滑坡危险性的动态演进特征。研究结果表明,降雨强度的动态变化特征改变降雨过程中的降雨入渗量,影响边坡土体的力学强度和破坏过程,进而控制最终的滑坡规模(图1)。

2. 不同降雨动态变化特征下流域滑坡危险性的动态演进

研究结果亦表明,在相同降雨持续时间和总降雨量的条件下,与滞后型降雨事件(即峰值降雨强度出现在降雨事件后半阶段)相比,先进型降雨事件(峰值降雨强度出现在降雨事件前半阶段)会产生较大的降雨入渗,从而促进滑坡的发生发展,增加局域滑坡发生危险性(图2)。

郑春苗课题组范林峰博士介绍,该研究成果不仅有助于推动降雨型滑坡诱发机理的理论进展,也对预报降雨诱发地质灾害的相关研究具有重要意义,能够为区域滑坡预警体系的建立提供科学依据。

该研究由郑春苗课题组与瑞士苏黎世联邦理工学院环境系统科学系教授Dani Or课题组合作完成。范林峰为论文第一作者和通讯作者,南科大为论文第一通讯单位。

该研究得到了国家自然科学基金青年基金、国家重点研发计划、国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室等的经费支持。

论文链接:

https://doi.org/10.1029/2019GL085994