降雨及库水位联合作用下库岸滑坡预报与风险分析 ——以三峡库区新铺滑坡为例

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三峡库区地质条件复杂,库岸裂隙发育,是我国地质灾害的重灾区,对三峡库区库岸滑坡进行监测和预警是保障人民生命财产安全和维护长江航道通航安全的重要手段。受三峡水库库水位周期性涨落及季节性强降雨的影响,库岸滑坡变形响应机制十分复杂,直接利用数值模型进行建模分析预报精度极低,严重制约滑坡灾害的预警分析。基于上述问题,本文建立了一种顾及降雨及库水位时滞因素的库岸滑坡变形预报模型,并据此对库岸滑坡变形风险阈值进行研究。主要思路如下:(1)首先对三峡库区新铺滑坡的变形响应特征进行分析,定量分析了新铺滑坡位移速率对降雨及库水位变化响应的滞后时间;(2)利用时滞多参数的灰色系统建模原理,在考虑降雨及库水位时滞因素的情况下对滑坡位移速率进行了短期预报;(3)最后采用Copula理论分别建立了滑坡位移速率和库水位及降雨的联合概率分布函数,并利用在险价值方法提取了影响滑坡变形状态的降雨及库水位的阈值为滑坡预警提供参考。本文的主要研究成果和创新点如下:(1)分析了三峡库区库岸滑坡的变形响应特征及机理,通过时滞互相关分析方法定量分析了新铺滑坡位移速率对降雨及库水位变化响应滞后时间。研究结果表明:新铺滑坡位移速率与降雨量显著相关,对降雨的响应滞后时间约5天,滑体中后部受降雨影响更明显;位移速率与库水位高程高度相关,对三峡库区库水位变化的响应滞后时间约31天,滑坡前缘受库水位波动影响更明显,且离长江越近,滞后时间越短。(2)构建了一种顾及降雨及库水位时滞因素的滑坡变形多参数灰色预报模型,并对其预报精度进行了对比分析。算例表明:将时滞参数引入预报模型可明显提高滑坡变形预报精度及可靠性,拟合优度达到0.70,相比GM(1,1)模型和未顾及时滞因素的GM(1,3)模型,新模型的预报精度(RMSE)分别提升了53.8%和58.3%,平均绝对误差百分比(MAPE)分别降低了7.19%和7.47%。(3)提取了诱发三峡库区新铺滑坡位移加速的降雨及库水位风险阈值。利用Copula函数分别建立了滑坡位移速率与库水位及降雨的联合概率分布函数,从概率统计角度分析了库岸滑坡在降雨及库水位作用下的风险阈值。结果表明:当日降雨量达到55mm/d,库水位高程低于147m时,若强降雨持续进行且库水位高程持续保持低位,新铺滑坡位移速率可能进一步加速甚至发生失稳破坏。
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