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评估地震后山区短期-中期干预措施的效果

期刊:nat. hazards earth syst. sci.DOI:10.5194/nhess-23-1409-2023

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创研究的学术论文。以下是对该研究的详细介绍:

主要作者及研究机构

该研究由Di Wang、Ming Wang、Kai Liu和Jun Xie共同完成,他们均来自北京师范大学的国家安全与应急管理学院、减灾与应急管理研究院以及地理科学学院。研究于2023年4月18日发表在期刊《Natural Hazards and Earth System Sciences》上,题为《An assessment of short–medium-term interventions using Caesar-Lisflood in a post-earthquake mountainous area》。

学术背景

该研究的主要科学领域为地质灾害防治与地貌演化。2008年汶川地震引发了大量的滑坡和松散物质,增加了极端降水引发的地质灾害(如山洪、滑坡和泥石流)风险。为减少这些灾害的影响,研究区域已采取了多种干预措施,如修建拦沙坝、堤坝和植被护坡。然而,这些措施的短期和中期效果尚未得到充分评估。因此,研究旨在通过使用Caesar-Lisflood(C-L)模型,模拟并评估这些干预措施在震后山区地貌变化和泥沙输移中的效果。

研究流程

研究分为以下几个步骤:

  1. 情景设置:研究设计了三种情景:(1)无保护情景(UP),即没有任何人为干预;(2)现有保护情景(PP),即在2011-2013年间仅有两座拦沙坝;(3)增强保护情景(EP),即在PP情景的基础上增加了上游植被护坡和下游堤坝。每种情景的地貌变化和泥沙产量通过C-L模型进行模拟。

  2. 模型输入数据预处理:研究使用10米分辨率的数字高程模型(DEM)作为基础数据,并根据不同情景调整了DEM,以反映拦沙坝和堤坝的存在。此外,研究还生成了2011-2013年的小时降雨数据,以捕捉极端降雨事件。

  3. 模型校准:由于研究区域在2015年前无水文观测数据,研究通过模拟2018年的一次山洪事件来校准模型的水文部分。模拟结果与现场观测数据进行了对比,验证了模型的准确性。

  4. 地貌变化模拟与分析:研究使用C-L模型模拟了三种情景下的地貌变化和泥沙产量,并通过定义两个指标(泥沙保存能力和相对效率)来评估干预措施的效果。

主要结果

  1. 地貌变化:模拟结果显示,干预措施显著改变了侵蚀和沉积的空间分布。在无保护情景下,侵蚀和沉积面积最大,而在增强保护情景下,侵蚀和沉积面积最小。拦沙坝和植被护坡的结合在上游区域表现尤为有效。

  2. 泥沙保存能力:泥沙保存能力在增强保护情景下显著提高,尤其是在上游区域。拦沙坝和植被护坡的结合使上游区域的泥沙保存能力提高了161.9%。

  3. 相对效率:干预措施的相对效率随时间逐渐下降,主要原因是拦沙坝的库容逐渐减少。增强保护情景的效果比现有保护情景更为稳定。

结论

研究表明,工程措施(如拦沙坝)与生态工程(如植被护坡)的结合在控制泥沙输移方面具有显著效果。然而,干预措施的效果随时间逐渐减弱,尤其是在缺乏清淤工作的情况下。研究结果为优化地质灾害防治策略提供了科学依据,并强调了植被护坡在长期泥沙控制中的重要性。

研究亮点

  1. 重要发现:研究首次通过C-L模型系统评估了震后山区干预措施的短期和中期效果,揭示了工程措施与生态工程结合的优势。
  2. 方法创新:研究使用C-L模型进行地貌演化模拟,并结合现场观测数据对模型进行了校准,确保了模拟结果的可靠性。
  3. 研究对象的特殊性:研究区域为汶川地震后的山区,具有复杂的地貌和地质灾害背景,研究结果为类似地区的灾害防治提供了参考。

其他有价值的内容

研究还探讨了模型参数的不确定性,并指出泥沙输移公式和降雨数据降尺度方法对模拟结果的影响。未来的研究可以进一步测试不同的泥沙输移公式和降雨数据,以提高模型的准确性。

通过这项研究,作者为震后山区的地质灾害防治提供了科学依据,并为未来的干预措施优化提供了重要参考。

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