專利名稱：降雨作用下流域滑坡時空預測方法
技術領域：
本項目涉及一種流域尺度的滑坡時空預測方法，通過將基于物理概念的水文模型和無限邊坡穩定性模型相結合，對流域范圍內滑坡災變過程進行三維時空預測，是一種將土力學、水力學與計算機數值模擬相結合的滑坡預警預報方法。
背景技術：
我國滑坡是地質災害多發區，滑坡每年造成巨大的經濟損失和人員傷亡。滑坡作為一種地質災害，嚴重地危害當地居民的生產生活。滑坡的預警預報一直是工程界研究的重點之一，其分析理論越來越豐富，但由于滑坡災害的突發特征及其在運動規律上所表現出的不確定性，有關滑坡預測方面的研究仍沒有達到較高預測精度和通用性。滑坡的產生受多種自然因素以及人類活動的影響，其中降雨是誘發滑坡最重要也是最廣泛的因素。降雨對滑坡的作用主要表現在，雨水的大量下滲，導致斜坡上的土石層含水量增大，地下水位線抬升，甚至在斜坡下部的隔水層上擊水，從而增加了滑體的重量，降低土石層的抗剪強度。因此，如何準確地獲取土石層含水量及地下水位線的時空變化，是求解滑坡體穩定性的基礎。目前，滑坡的預測方法主要集中在簡單邊坡如道路邊坡、水庫邊坡領域，在流域尺度邊坡穩定性時空分布規律的影響相對較少。根據滑坡體穩定性計算方法的不同，滑坡預測模型主要可分為確定性模型與非確定性模型兩類。確定性模型通過力學極限平衡原理來求解不同位置不同深度下穩定性系數，應用最廣的如無限邊坡穩定性模型；非確定性模型主要通過數理統計方法對相關參數進行分析，主要包括指標分析模型、概率統計分析預測模型以及模糊集預測模型等。根據所采用的水文模型類型的不同，滑坡預測模型可分為基于經驗概念水文模型和基于物理概念水文模型兩大類。基于經驗概念的水文模型相對簡單，發展較早，以此基礎建立的滑坡預測模型已經廣泛應用。相比之下，基于物理概念的水文模型模擬信息量豐富，能捕捉多種水文要素的時空變化過程，但由于求解復雜，對計算要求較高，以此基礎建立的滑坡預測模型發展相對較晚。不同的滑坡體穩定計算方法與水文模型相結合，產生了多種類型的滑坡預測模型。這些模型均有各自的優缺點，如非確定性模型一般適用于特定的研究地區，很難提取與滑坡體地質、力學及其他外界條件有關的信息，不能進行很好的物理力學解釋，現有的確定性模型主要缺點在于很難找到一個適合于具有多種不確定因素的復雜介質模型，其中現有的無限邊坡穩定模型采用地表坡度方向作為滑坡體滑動方向，在洼地區域的滑坡穩定性計算趨于安全。傳統的經驗水文模型，在求解時需要對地形進行洼地填充預處理，以滿足水文模型的正常產匯流以及滑坡方向等要求，在運用得當的前提下，能夠提供具有相對精度的結果，適用于某些對過程細節沒有要求的科學研究及工程實踐。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種降雨作用下流域滑坡時空預測方法。為解決技術問題，本發明的解決方案是提供一種降雨作用下流域滑坡時空預測方法，包括以下步驟(1)根據流域的DEM地形數據及土層厚度建立三維網格，向參數輸入模塊輸入不同位置的土壤、植被、氣象數據，生成InHM水文模型所需的邊界條件；(2)根據其邊界條件計算流域內的水文要素時空變化，使用InHM水文模型模擬地表水二維流動和地下水三維流動(模型包括地表水二維流動模擬和地下水三維流動模擬， 兩者共同影響土壤含水量的變化)、任意位置土壤含水量變化和任意位置水力坡度變化的水文要素；(3)改進的無限邊坡穩定模型以水力坡度方向作為滑動面方向建立極限平衡方程，以水力坡度方向作為潛在的滑動方向，并將之用于滑坡計算模塊；根據InHM水文模型生成的水文要素，使用滑坡計算模塊計算流域內任意三維位置的安全系數SF ；若安全系數 SF小于1，則為潛在的滑坡位置；記錄該位置的深度、時間和體積；所述任意點的安全系數SF表示為
權利要求
1.降雨作用下流域滑坡時空預測方法，包括以下步驟(1)根據流域的DEM地形數據及土層厚度建立三維網格，向參數輸入模塊輸入不同位置的土壤、植被、氣象數據，生成InHM水文模型所需的邊界條件；(2)根據其邊界條件計算流域內的水文要素時空變化，使用InHM水文模型模擬地表水二維流動和地下水三維流動、任意位置土壤含水量變化和任意位置水力坡度變化的水文要素；(3)無限邊坡穩定模型以水力坡度方向作為滑動面方向建立極限平衡方程，以水力坡度方向作為潛在的滑動方向，并將之用于滑坡計算模塊；根據InHM水文模型生成的水文要素，使用滑坡計算模塊計算流域內任意三維位置的安全系數SF ；若安全系數SF小于1，則為潛在的滑坡位置；記錄該位置的深度、時間和體積；所述任意點的安全系數SF表示為
2.根據權利要求1所述的降雨作用下流域滑坡時空預測方法，其特征在于，所述步驟 (1)中，建立三維網格時，DEM數據無需進行洼地處理，保留地形的原始特征。
3.根據權利要求1所述的降雨作用下流域滑坡時空預測方法，其特征在于，步驟(2) 中，使用里查茲方程描述地下水在飽和或非飽和土體及孔洞中的流動
4.根據權利要求1所述的降雨作用下流域滑坡時空預測方法，其特征在于，步驟(3) 中，對于任意地點，安全系數的計算從表層逐層計算到底層，選取安全系數最小的層位作為潛在的滑動位置。
5.根據權利要求1所述的降雨作用下流域滑坡時空預測方法，其特征在于，步驟(5) 中，還包括選擇不同降雨特性下流域首次進入不穩定狀態的時間以及完全恢復穩定狀態的時間作為判定標準，通過指數函數擬合降雨過程中和降雨結束后流域安全系數臨界曲線， 將預測區域分為無條件穩定，穩定以及不穩定區域。
全文摘要
本發明涉及流域尺度的滑坡時空預測方法，旨在提供一種降雨作用下流域滑坡時空預測方法。該方法包括使用InHM水文模型、無限邊坡穩定模型、滑坡計算模塊計算流域內任意三維位置的安全系數SF，并通過可視化模塊擬合為指定時間流域安全系數分布圖和指定時間流域滑坡深度圖，并顯示于顯示設備；若存在滑坡，則選擇顯示流域滑坡時間分布圖。本發明可實現對流域滑坡進行快速有效的分析和預測；克服了以往模型在復雜地形需要洼地預處理的不足，保留了自然流域地貌水文響應特性，滑坡體更接近于實際滑坡體形狀，降低預測誤差。同時提高了模型的精度和適用性。適用于簡單邊坡、復雜邊坡及流域尺度的滑坡預測。
文檔編號G06F19/00GK102306233SQ201110161350
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月15日 優先權日2011年6月15日
發明者冉啟華, 蘇丹陽 申請人:浙江大學