降雨和土壤类型的时空分布特征对滑坡诱发及其危险性动态演进的影响研究

Rainfall-induced landslides represent a worldwide ubiquitous and destructive natural hazard, causing tremendous losses to human lives and properties. Rainfall pattern and soil type distribution affect hydrological processes and soil mechanical responses, leading to different triggering time and spatial distribution of landslides. However, the spatiotemporal variabilities of rainfall and soil type and their effects on landslides have not been systematically quantified. This project intends to model rainfall pattern and soil type distribution as stochastic processes and simulate landslide triggering and runout under various rainfall and soil type scenarios employing an advanced landslide model which couples hillslope hydrology and soil mechanics. We will clarify the joint influence of heterogeneous rainfall and soil type on landslides. Based on a real-time landslide hazard assessment framework, we will further investigate the dynamic evolution of landslide hazard during rainfall events. Results of this project will not only advance theoretical progress in triggering mechanisms of rainfall-induced landslides, but also provide scientific basis for the establishment of regional landslide early warning system.

降雨型滑坡是世界范围内频发的一种严重自然灾害，常给人类的生命财产造成重大损失。降雨和土壤类型的时空分布特征共同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。但是，目前的降雨型滑坡模拟未系统量化降雨和土壤类型的时空非均质性及其对滑坡的控制作用。本项目拟利用随机过程模拟技术，定量表征流域尺度降雨和土壤类型的时空非均质性，基于耦合边坡水文和土力学的先进降雨型滑坡模型，精细模拟不同降雨和土壤类型情景下滑坡的诱发和运移过程，分析降雨和土壤类型对滑坡发生发展的协同控制作用，并进一步基于实时的区域滑坡危险性评价方法，刻画降雨过程中滑坡危险性的动态演进特征。项目研究成果将不仅有助于推动降雨型滑坡诱发机理的理论进展，也可为区域滑坡预警体系的建立提供科学依据。

本项目以降雨型滑坡为研究对象，对降雨动态变化特征对滑坡的影响机理和滑坡-地貌演化的互馈机制开展了研究，取得了两项创新成果：（1）基于随机理论，建立了一套生成具有不同动态变化特征的降雨强度时间序列的方法体系，以不同的降雨强度时间序列作为滑坡模型LHT-Perla的输入，分析了滑坡诱发过程的水文-力学过程，揭示了降雨动态变化特征对流域降雨入渗、滑坡诱发-运移、和危险动态演进的影响机理。该研究成果可用于改进传统的基于平均降雨强度-持续时间的降雨阈值曲线，提高流域降雨型滑坡预测预报的精度。该研究成果发表于国际地学顶级期刊Geophysical Research Letters (Fan et al., 2020, Nature Index期刊)。（2）首次建立了基于物理力学机制的降雨型滑坡-地貌演化的耦合模型，考虑滑坡对土壤的剥蚀以及剥蚀区域土壤厚度在基岩风化和土壤扩散影响下逐步恢复的过程，在地貌演化的框架下探讨了历史滑坡对未来滑坡发生发展的影响机制以及历史滑坡的复发概率，揭示了山体滑坡的“记忆性”：在相同的驱动条件下，历史滑坡区域由于受水文扰动的影响，未来发生滑坡的可能性较大，但随着土壤厚度的恢复逐步降低。该研究成果发表于国际地学顶级期刊Water Resources Research (Fan et al., 2021)。上述研究成果提升了对复杂条件下多尺度多因素降雨型滑坡诱发机理、发生发展规律、危险性动态演进的理论认知水平，可为进一步建立高精度实时降雨型滑坡预警平台提供理论基础和技术支撑。