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  • 2023年, 41卷, 第02期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 高原型喀斯特主要丘陵类型、形成机制与贵州喀斯特地貌分区刍议
    代彬, 彭韬, 张信宝, 莫小妹, 王世杰
    2023, 41(02): 155-168. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000738
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    喀斯特地貌类型和分区受气候、构造、地质背景等多种因素影响，仅以峰林、峰丛等形态组合为基础的地貌分区，难以完全反映贵州复杂的喀斯特地貌。以往的分区工作忽略了除典型锥峰、塔峰外大量分布的“馒头山”丘陵(穹丘)的重要性，其形态特征、空间分布以及形成演化机制等尚不清楚。本文根据贵州喀斯特地貌野外考察结果，结合室内资料综合分析，探讨了贵州不同喀斯特丘陵类型的空间分布规律、形成机制以及与气候、地质(岩性和岩相)等环境背景的内在联系，并结合已有石漠化分区方案，初步提出贵州高原喀斯特地貌分区方案。主要认识如下：(1)锥峰、塔峰、穹丘喀斯特丘陵和常态山非喀斯特丘陵是贵州高原主要的四种丘陵类型。(2)锥峰、塔峰的形成受表层岩溶带溶蚀机制控制，穹丘坡地形态与土壤蠕移有关。(3)贵州除非喀斯特区外，喀斯特区分为锥峰、塔峰喀斯特地貌区，穹丘喀斯特地貌区和喀斯特峡谷地貌区三个大区。(4)锥峰、塔峰喀斯特地貌区包含黔中西部北亚热带浅碟型峰丛(锥峰)洼地区和黔南南亚热带漏斗型峰丛(锥峰、塔峰)洼地区两个亚区。(5)穹丘喀斯特地貌区包含黔东北中亚热带褶皱构造穹丘槽谷区，黔北中亚热带不纯碳酸盐岩穹丘洼地区，黔西北暖温带穹丘洼地、盆地区，黔西西南季风常态山、穹丘洼地、盆地区，黔中东部北亚热带不纯碳酸盐岩穹丘-常态山洼地区五个亚区。(6)喀斯特峡谷地貌区为北盘江深切峡谷多丘陵形态立体分布区。本研究可为喀斯特地区生态建设、区域经济社会高质量可持续发展等提供科学依据。
  • 中国南北过渡带典型流域输沙变化及其驱动因素
    张珮萱, 田鹏, 穆兴民, 赵广举, 张雅童
    2023, 41(02): 169-179. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000739
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    南北过渡带是中国重要的地理-生态过渡带。南北过渡带主要河流的径流量和输沙量发生显著变化，直接影响了流域生态治理、水资源开发利用。前期研究多集中于南北过渡带的某一流域，针对整个区域河流输沙量时空变化特征及驱动因素仍缺乏较系统深入的研究。本文基于1961—2016年渭河、汉江和嘉陵江三个典型流域56个代表性水文站实测输沙资料，采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验分析流域输沙时空变化特征，结合双累积曲线法定量评估输沙变化影响因素。研究结果表明：(1)三个典型流域内各水文站年输沙量减小趋势均达到极显著水平(P<0.01),咸阳、皇庄以及北碚站2010—2016年的年均输沙量与20世纪60年代相比，减幅超过84%;(2)各站输沙序列主要在20世纪60年代末和1990年左右发生突变；(3)研究区多年平均输沙模数呈现西高东低的空间分布，且随时间变化整体呈现减小趋势，主要侵蚀产沙区包括渭河上游、汉江丹江干流沿岸、汉中盆地周边地区、嘉陵江干流中下游及其支流西汉水、白龙江中下游、涪江上游区域；(4)人类活动是河流输沙量减少的主要驱动因素，对输沙变化的贡献率均超过94%;渭河流域输沙量减少主要受水土保持治理影响，汉江和嘉陵江流域则与生态工程以及梯级水利工程建设有关。本研究可为南北过渡带不同区域水土流失防治以及流域综合治理提供科学依据。
  • 贵阳市花溪区2008—2018年景观生态风险时空动态
    贾语非, 王秀荣
    2023, 41(02): 180-191. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000740
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    贵州省贵阳市花溪区是“国家级生态示范区”,具备生态保护典型性及文旅产业代表性。近二十年来，发展文旅产业和快速城镇化给花溪区带来了一系列生态风险。研究花溪区生态风险变化，对合理指导城镇发展意义重大。当前有关花溪区生态风险的相关研究仅阐述了景观类型及生态风险的时空变化情况，对其变化原因分析不足，缺乏实践指导意义。本文基于花溪区景观生态风险评价结果，结合土地利用动态度模型及相关政策，采用空间统计学方法对其2008—2018年景观类型的相互转移、景观生态风险的空间分布及空间自相关特征进行分析，结果表明：(1)花溪区耕地面积显著减少，建设用地面积快速增加。耕地及乔灌地向建设用地转化以及耕地、乔灌地之间的相互转化是景观类型转变的主要模式。人类活动引起的景观转化对总体景观格局的影响不断增强。(2)花溪区高生态风险区域随城市建设向区域西北侧转移，分布更为集中，低生态风险区域稳定分布在东、北及西南侧，较为分散，总体景观生态风险空间分布呈现高建设强度区域生态风险高、山区城郊生态风险低的特征；低生态风险区域面积先下降后上升，较高、高生态风险等级区域的面积先上升后下降，较低、中等生态风险区域变化相对稳定。(3)花溪区景观生态风险空间自相关性显著，局部自相关模式以高-高及低-低单元聚集为主，同时低-高及高-低聚集单元持续存在，区域空间异质性持续增强，人地矛盾突出。基于以上结论，本研究提出了统筹集约发展、合理推行建设，保护基本农田、支持第一产业，重视水文过程、把控岸线开发等建议。本研究可为贵州花溪区安全合理进行城镇发展提供指导，为后续相关研究提供借鉴。
  • 近60年渭河流域极端降水和洪水演变特征
    刘吉峰, 靳莉君, 张永生
    2023, 41(02): 192-203. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000741
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    渭河流域地处中国西北地区东部，是气候敏感区和生态环境脆弱区，极端降水事件往往引发洪水、泥石流等灾害。现有研究主要集中在降水引发的流域径流变化，而极端降水和洪水变化规律有待挖掘。本文基于1961—2021年气象水文资料，选用8个极端降水指数、4个代表水文站年最大洪峰流量，采用百分位阈值法、Kriging空间插值法、线性回归法、滑动平均法、小波分析法，分析了渭河流域极端降水和洪水时空演变特征、周期特征以及2021年极端降水和洪水特性。结果表明：(1)近60年渭河流域极端降水总量和暴雨频次显著增加的同时，极端降水强度亦有所增强，而弱降水事件减少。极端洪水整体呈不显著减少趋势。极端降水和洪水均在2000年以后显著增加，特别是极端降水总量和暴雨频次较多年均值偏多12%～22%,并且各极端降水指数极大值均出现在2000年以后。(2)极端降水和洪水年内分布不均，前者主要集中在7月和8月，后者除“七下八上”期外，9月也是多发期。(3)各极端降水指数均呈现由上游向下游递增的分布，中游南部极端降水普遍强于北部。流域内大部分站点极端降水指数呈增加趋势，显著增加地区位于中游周至—临潼区间以及长武—宁县。(4)极端降水和洪水存在多个周期变化特征，且极端洪水周期年代际特征显著。(5)2021年渭河流域极端降水强度、大雨以上降雨日数均为近61年来之最，华县站出现2012年以来最大洪水过程，咸阳站出现1935年有实测资料以来9月份同期最大洪水。研究结果可为渭河流域水旱灾害防御以及治理规划提供参考依据。
  • 典型砒砂岩土壤浆体流变特性
    周琳, 胡斐南, 许晨阳, 王金晓, 雷雪儿
    2023, 41(02): 204-215. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000742
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    黄土高原砒砂岩区基岩裸露，碎屑物源充足，一旦遇水成泥，极易形成坡面泥流。过去的研究主要关注坡面泥流(挟沙水流)的前期失稳触发机制和最终泥沙搬运量，忽略了对泥流运动过程及演化规律的研究。本研究以四种典型砒砂岩土壤为研究对象，将其制备成不同固体体积浓度的泥浆体，采用流变仪对各试样进行旋转剪切，分析典型砒砂岩土壤浆体流变特性变化规律及剪切速率和固体浓度对其流变参数的影响。结果表明：(1)当砒砂岩土壤浆体中固体浓度较高时，随着剪切速率增加，砒砂岩土壤浆体剪切应力增加、黏度减小，表现出剪切变稀的特点；当固体浓度减小，偏土类(紫色、棕色)砒砂岩土壤浆体先出现剪切变稀向剪切增稠的转变；(2)随着固体体积浓度增加，四种砒砂岩土壤浆体的剪切应力和黏度均增加，偏土类(紫色、棕色)砒砂岩土壤浆体的流变参数变化存在明显的体积浓度拐点(C_v=0.41);(3)在高浓度样品中，偏土类(紫色、棕色)砒砂岩土壤浆体的剪切应力和黏度受固体体积浓度影响较大；在低浓度样品中，偏砂类(红色、白色)砒砂岩土壤浆体的剪切应力和黏度受固体体积浓度影响较大。本研究可为进一步理解砒砂岩遇水后的流动规律和评估砒砂岩区泥流活动提供一定的理论参考。
  • 粘性泥石流龙头形态与阻力模型适用性研究
    李彦稷, 李浦, 胡凯衡
    2023, 41(02): 216-227. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000743
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    泥石流运动阻力是泥石流动力学的核心问题。泥石流内部多种流变类型和应力过程并存，目前各类阻力模型难以准确描述其运动阻力。本文基于原位监测与数值模拟方法，针对宾汉模型、湍屈模型、Voellmy模型、膨胀塑流模型四种不同的阻力模型，分析粘性泥石流龙头形态特征与阻力模型的适用性；基于Euler (时间过程线)和Lagrange (空间过程线)两种视角，将数值计算结果与蒋家沟实测粘性泥石流龙头形态数据进行比较；进一步改变粘性泥石流的密度和底床坡降，分析四种阻力模型计算结果对这两个基本参数的敏感性。结果表明：(1)综合考虑了固液两相混合流屈服摩阻、粘性应力和分散应力的膨胀塑流模型适用于描述粘性泥石流的运动阻力。(2)宾汉模型计算结果与实测数据相差较大，而膨胀塑流模型计算结果并未随密度变化产生差异，但受坡度影响较大，与实测数据较为吻合；湍屈模型、Voellmy模型计算得到的速度几乎不受坡降变化影响，与实际泥石流不符，初步分析可能与湍流阻力项中残留层的计算受坡降影响有关。本文可为泥石流灾害风险评估和防治工程设计过程中的阻力模型选取提供参考。
  • 组合式格栅装置解决泥石流重力式拦砂坝的淤积问题
    谢湘平, 王小军, 谭懿飞, 张宇航, 黄宏鑫
    2023, 41(02): 228-242. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000744
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    重力式拦砂坝因坝后淤积、库容不足，泥石流拦蓄作用失效，后续翻坝泥石流坠砸下游坝基，是拦砂坝损毁的主要成因之一。采用工程措施清淤调库，提高拦砂坝淤积满库后的可持续利用，是泥石流防治工程设计中面临的实际问题。本文通过理论分析、模型实验等研究方式分析了重力式拦砂坝的满库状态，设计了鱼脊型格栅装置或组合格栅装置，构建新型拦砂坝体系，研究了泥石流的调控效果。结果表明：(1)重力式拦砂坝库容内的泥沙堆积体形成的缓坡段与组合式格栅装置共同作用可实现对泥石流的调控；在小流量的水石流情况下缓坡段的自然分选作用明显，而在流量较大的稀性泥石流条件下组合格栅的拦粗排细作用效果显著；(2)组合格栅的拦粗排细率与其作用的泥石流固体物质颗粒级配参数f_c′呈先增大后减小的抛物线关系；在水石流和泥石流条件下，f_c′分别达到41.5%和36.9%时，拦粗排细率达到最大，即组合格栅的拦粗排细效果最优；(3)新型拦砂坝体系对泥石流泥沙总分离率与粗颗粒分离率均与形成泥石流的固体物质颗粒级配参数f_c呈正比关系；泥石流初始容重越大，调控后容重减小越明显。本研究为继续发挥满库后的重力式拦砂坝的泥石流调控作用提供了方案，具有重要的工程实践意义。
  • 基于FEM-SPH耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究
    涂正楠, 吴羿君, 冯君, 罗晗玲, 杨涛
    2023, 41(02): 243-253. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000745
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    挡土墙发生较大位移时，墙后土体往往出现裂缝，应用传统有限元法(FEM)计算墙后土体受力变形时存在困难。FEM-SPH的耦合方法结合了FEM的高精度、高效率和SPH粒子处理大变形的能力，可以较好地模拟裂缝的衍生与发展演化。本文介绍了SPH方法的基本原理与FEM-SPH的耦合方法，使用FEM-SPH自适应耦合算法对平动位移模式下挡土墙墙后土体的裂缝衍生与墙后土压力进行了三维数值计算，并与试验结果进行了对比，结果表明：(1)FEM-SPH方法可以较好地模拟挡土墙墙后土体的裂缝衍生；(2)墙后滑坡推力峰值在距离墙顶2/3处；(3)挡土墙平动模式下，张拉裂缝与剪切裂缝交替出现，张拉裂缝的出现由远挡墙向近挡墙的顺序衍生，剪切裂缝的出现由土体下端向上端的顺序衍生。研究结果可以为解决岩土体大变形问题提供新的思路。
  • “三区三州”乡村振兴的路径研究——以四川省甘孜藏族自治州为例
    袁野, 杨雪婷, 邱孝枰, 徐云, 陈国阶
    2023, 41(02): 254-265. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000746
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    中国“三区三州”深度贫困区自然条件差、经济基础弱，生计脆弱性高。由于自然条件恶劣、区域可进入性差，导致数据难以获取，当前对西部民族山区乡村振兴路径的研究较为不足。评估生计脆弱性有助于理解脱贫边缘人群的脆弱特征，为梯度推进乡村振兴提供科学依据。本文以“三区三州”脱贫典型区域——四川省甘孜藏族自治州为例，基于可持续生计理论构建生计脆弱性评估指标体系，监测全州及县域生计脆弱性时序变化趋势与空间分异特征，并据此分区分类施策。结果表明：(1)2008—2020年甘孜州生计脆弱状况逐渐改善，精准扶贫取得明显成效；(2)生计脆弱性与海拔梯度同向变化，脆弱性较低的区域集中于甘孜州南部，较高的区域分布在北部和中部；(3)利用三分位数将典型年份县域生计脆弱性划分为3个等级，并根据等级变化情况，将甘孜州划分为巩固型、过渡型和发展型3类区域，分别提出以“守”“调”“攻”为特征的乡村振兴实现路径。本研究可以为区域乡村振兴战略的提出与实施提供参考。
  • 生态脆弱山区农村居民点安全韧性评价及空间优化——以重庆市秀山土家族苗族自治县隘口镇为例
    吴成凤, 闵婕, 翁才银, 信桂新
    2023, 41(02): 266-279. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000747
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    生态脆弱山区农村居民点空间布局优化，是巩固脱贫攻坚成果与乡村振兴有效衔接的重要路径。目前生态脆弱山区中的集中连片特困区缺乏相关研究以供参考，且已有关于乡村韧性的研究较少以安全韧性为视角对农村居民点的空间布局进行优化，缺乏对安全韧性概念的解析以及对特色区域的研究。本文以生态脆弱山区的秀山县隘口镇为例，基于ArcGIS和Fragstats4.2平台，运用景观格局指数、核密度分析法和安全韧性评价模型，分析农村居民点空间分布现状，测度农村居民点安全韧性等级，结合安全韧性等级、村规、地灾防范点及村域实际情况，优化农村居民点空间布局，提出发展建议。结果表明：(1)隘口镇农村居民点分布现状与地势走向基本一致，且数量多、面积小、集中度低；(2)农村居民点安全韧性水平整体较高，呈东北高、西南低的分布态势，韧性水平为极安全和安全的斑块744个，占斑块总数的41.10%;(3)优化后的隘口镇农村居民点可分为城乡融合型、集聚提升型、保留发展型、特色保护型(生态保护和特色产业)及搬迁撤并型等5种类型。将安全韧性评价方法与研究区农村居民点空间优化分区相结合，可为提升生态脆弱山区农村居民的居住安全、有效巩固脱贫攻坚成果提供科学参考。
  • 基于X-多层感知器耦合模型的滑坡易发性评价——以贵州省松桃自治县为例
    曾营, 张迎宾, 张钟远, 柳静, 朱辉
    2023, 41(02): 280-294. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000748
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    滑坡易发性评价是区域滑坡灾害风险评估的基础。当前主要滑坡易发性评价方法主要采用单一数据驱动模型，在实际应用中易出现漏报、误报问题。本文针对单一数据驱动模型的弊端，提出结合多层感知器(Multi-Layer Perceptron, MLP)构建耦合模型进行滑坡预测分析；选取贵州省松桃苗族自治县作为研究区，借助ArcGIS软件平台，将高程、坡度、坡向与起伏度等12个因子作为评价指标因子；采用归一化频率比(NFR)模型与信息量(I)模型对研究区进行易发性评价，再分别与MLP模型结合成为NFR-MLP、I-MLP耦合模型并开展滑坡区预测分析；将得到的易发性结果分为高、较高、中等、较低、低易发区五类；结合区划结果频率比、接受者操作特征曲线(ROC)线下面积AUC值以及新典型滑坡实例，检验模型的精确度与可靠性。结果表明：(1)精确度大小为：I-MLP耦合模型>I模型>NFR-MLP耦合模型>NFR模型。因MLP模型具备高度的容错性和鲁棒性，致使X-MLP耦合模型更加适应复杂多变的环境因素；(2)I-MLP耦合模型预测性能较为出众，相较于单一模型精度提升5.7%。本研究结果可为研究区地质灾害防治提供一定指导建议。
  • 四川雅安市宝兴县和平沟泥石流防治工程成效考察
    宋国虎, 杨桢贤, 张继, 杨军
    2023, 41(02): 295-306. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000749
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    和平沟位于四川省芦山地震灾区雅安市宝兴县北部的硗碛乡境内，沟内防治工程历经约10余年运行，发挥了巨大的减灾作用。但随着防治工程的运行，工程有效性逐步降低。2020年“8·16”强降雨后防治工程基本失效，泥石流冲出沟口形成灾害。本文通过现场实地调查，分析和平沟泥石流的致灾机制与防治工程运行效果，探讨针对已实施防治工程泥石流的防灾减灾思路。结果表明：(1)治理工程完成后，拦挡工程经历了“发挥效益→逐步淤积→库内沟床抬高→新崩滑物源形成→拦砂坝逐步淤满→翻坝→泥石流翻坝规模放大→致灾”过程；(2)“8·16”泥石流前15日有效累计降雨量达到204.5 mm,当次激发小时雨强为25 mm/h,是本次泥石流的关键激发因素；(3)拦挡工程满库运行，泥石流翻坝后会产生流量及规模产生放大效应，泥石流入射速度较初始速度增加约8.45倍；(4)排导槽在运行过程中表现出“沟底冲刷侵蚀→侧墙基础掏蚀→侧墙悬空→侧墙失稳倾倒”的破坏模式；(5)国土空间规划中应充分考虑地质安全以及防治工程设防标准承载能力。同时，对于已实施防治工程的泥石流沟仍不能放松警惕，在防灾减灾中需密切关注其防治工程有效性，及时消除隐患。