基于高清遥感影像的滑坡自动解译方法探索

溃滑型、溃崩型、剥皮型地震崩滑地质灾害在遥感图像上有明显的特征,基于云的多光谱遥感影像边缘检测算法能在最大限度地抑制细小边缘的前提下,比较完整地提取主要边缘。通过对滑坡遥感影像特点的分析和对云模型边缘检测算法的研究,在理论上对滑坡遥感影像的边缘检测进行了初步探索,提出了改进的云模型滑坡边缘检测算法。     

滑坡-碎屑流冲切铲刮效应的颗粒离散元模拟

滑坡-碎屑流运动沿程冲切铲刮作用对滑坡运动性态(如速度、体积、物质组成等)具有重要影响,如何更好的进行模拟是滑坡动力过程分析的重要技术难题。在室内滑坡-碎屑流物理模型试验的基础上,采用三维颗粒流程序(PFC3D)对滑坡-碎屑流运动过程中对松散基底物质的冲切铲刮效应进行数值模拟,重点分析滑坡方量和滑落高度、基底厚度和强度以及地形坡度等因素的影响。结果表明:随着滑坡方量与滑落高度的增大,铲刮能量增加、铲刮作用时间延长,从而增强了铲刮效应;基底厚度的减小与地形坡度的增加均会引起基底物质稳定性降低,从而在同等条件下更易于被冲切铲刮;颗粒离散元方法是滑坡运动模拟分析的一种有效手段,模拟结果对于更好的理解滑坡运动冲切铲刮效应具有重要意义。     

基于深度学习的人工滑坡隐患自动识别新方法

针对植被茂密且地形陡峭地区的人工滑坡隐患识别难题,提出了耦合变化检测与深度学习的人工滑坡隐患自动识别思路,构建了由影像光谱、NDVI、土地利用、高程、坡度和地表覆被变化组成的隐患识别指标体系,建立深度学习卷积神经网络CNN算法,并在植被茂密、地形陡峭的河北省涉县、邢台县和宽城县等地区进行了应用验证,自动识别出2016～2020年间出现的人工滑坡隐患134处。目视验证和野外调查验证结果表明：该方法识别精度为91.9%,F1分数值为93.6%。此方法在广袤地区具有普适性,为滑坡隐患自动识别提供了新思路,为人类工程活动的合理规划提供了科学依据。     

贵州印江岩口滑坡过程的数值模拟分析

在对贵州印江岩口滑坡工程地质背景资料和地质条件进行详细研究的基础上,利用离散元方法建立了滑坡的计算模型,对滑坡滑动的整个过程进行了仿真模拟,着重分析了滑坡后部点、中部点和前部点滑动位移与速度的变化规律以及滑坡的堆积形态,并与实测数据进行了对比。计算结果表明,根据位移和速度的变化,可把整个滑动过程分为4个阶段:即启动加速阶段、高速运动阶段、碰撞减速阶段和缓动夯实阶段;较准确的模拟了滑坡体的灾害影响范围和堆积规模;通过对滑体不同点位移和速度的分析,进一步明确了滑坡为牵引式滑坡和不同点在速度、位移和加速度上的变化规律。研究表明,对滑坡滑动过程的数值模拟可以进一步认清滑坡滑动和转化的本质,这将为合理治理滑坡、估算滑坡体对其下方建筑物的破坏范围和冲击破坏力以及灾害的合理评价提供基本依据。     

基于Landsat遥感影像解译的神农架林区 近30年土地覆盖动态变化

利用神农架林区1987年、2000年、2013年Landsat卫星遥感影像,结合地面调查信息,运用ERDAS软件分别解译出这3个时期地表覆盖类型,同时对比3个时期地表覆盖类型的变化,统计分析出3个时期神农架林区森林变化面积和来源。结果显示1987—2000年森林面积增长缓慢,净增长了14.70 km²,变化主要来自灌丛和草地的转化;2000—2013年期间森林面积增长迅速,净增长了207.49 km²,变化主要来自灌丛、草地和农田的转化。运用遥感技术连续、宏观、动态地监测神农架林区地表覆盖变化,不仅丰富了神农架林区的本底资料,同时也为生态环境监测与生物多样性保护提供了重要的数据。     

基于系统动力学方法的鄱阳湖流域水量平衡过程模拟与分析

以鄱阳湖及其流域为研究对象,采用系统动力学(SD)方法构建了整个流域系统基本要素之间的物理结构和关系,对鄱阳湖流域水量平衡过程进行了模拟分析。以1978—1997年为校核期、1998—2007年为验证期,对鄱阳湖五河流域径流量及湖口水位模拟值与实测值进行比较分析。结果表明SD方法在流域产流、河湖水量交换过程的模拟上能取得较理想的效果。在此基础上,模拟了鄱阳湖流域降水、气温和用水量分别增减10%时,其他相关要素的系统响应。用水量、气温和降水的影响比例约为1∶3∶10,降水通过控制地表径流量、气温通过影响蒸散发和土壤蓄水来影响流域水文水资源过程。研究结果定量揭示了整个流域范围内水量变化的各环节对气候变化和人类活动的响应,反映了流域系统各个组成部分的相互作用。     

基于颗粒流方法的滑坡灾变过程及冲击致灾预测研究

滑坡冲击致灾研究是滑坡风险评价的关键环节。以勉县老道寺镇楼子沟滑坡为研究对象,通过PFC2D双轴压缩试验获取岩土体细观力学参数,建立滑坡模型及冲击模型,模拟了滑坡灾变动力学全过程,对滑坡的运动位移、运动速度、冲击力等动力学指标进行了定量分析;根据力与变形关系,建立建筑物失效模型,对滑坡冲击致灾进行了定量化评价。研究认为,数值模拟方法可为同类滑坡运动过程分析提供参考,同时也为滑坡防灾减灾定量评估提供新思路。     

基于主成分变换的滑坡识别方法及其在2015年尼泊尔地震中的应用

2015年尼泊尔地震以其强大的破坏力诱发了许多滑坡,对居民生命安全、道路房屋等造成极大的威胁,更准确快速的震后滑坡制图对救灾行动起着至关重要的作用。为了解决遥感传统像素级的变化检测方法的结果中大量过度识别,以尼泊尔首都加德满都为研究区,首先利用震前震后两期Landsat-8影像进行主成分变换,然后对变换后包含丰富特征信息的第一主成分(PC1)影像作变化检测,最后利用震后影像的第3主成分、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)、坡度等特征去除变化检测结果中的非滑坡地物。目视解译成果验证表明:基于主成分变换的滑坡识别方法能将研究区93.0%的滑坡识别出来,识别效果较好;滑坡主要发生在研究区东北方向的Sun Koshi河谷一带,主要地形坡度为[20°,50°)。提出的方法能较好地应用于地震引起的大范围滑坡识别,为震后救援和重建工作提供有力帮助。     

基于地震动信号分析的滑坡堵江过程研究——以白格滑坡堰塞湖为例

为精准识别滑坡堰塞湖灾害过程的动态信息进而重构其致灾过程,以2018年两次白格滑坡堰塞湖为例,基于周围测震台站记录的地震动信号,采用Hilbert-Huang变换方法分析不同频段的地震动信号特征,结合现场调查资料,对白格滑坡和堰塞坝溃决运动特征进行分析,还原了较为完整的滑坡堰塞湖致灾过程。结果表明：第一次白格滑坡发生在10月10日22:05:41,持续112 s,第二次滑坡发生在11月3日17:21:15,持续102 s;两次滑坡激发的地震动信号以低频为主(0.008～0.060 Hz),均先出现低频信号且幅值逐渐增大,随后伴随强烈高频信号的产生并迅速增大到峰值再缓慢降低到噪声水平。两次滑坡的运动过程均分为3个阶段：高位滑坡连续滑落阶段/滑坡启动阶段、滑体破碎解体阶段、散落堆积阶段。两次堰塞坝溃决的过程均可分为4个阶段：过流孕育阶段、侵蚀阶段、溃口加速扩展阶段、水沙再平衡阶段。研究成果可为滑坡堰塞湖灾害链的精准识别和灾后救援工作提供参考,也可为滑坡堰塞湖灾害动力特征参数反演提供基础。     

泥石流动力过程及沿程侵蚀研究综述

研究泥石流的动力过程可以反演泥石流灾害的发生和发展过程,便于人们认识灾害的形成规律和特征。首先介绍了国内外泥石流动力模型,包括以Bingham模型、Bagnold膨胀流模型和库伦颗粒流模型为主的单流体模型和多流体模型,然后对泥石流动力过程数值模拟进行了梳理与分析,提出数值模拟中需要注意的问题,特别分析了泥石流沿程侵蚀作用在泥石流动力过程研究中的重要作用。最后,提出了泥石流动力过程研究存在的问题及发展方向。以期为泥石流动力过程的深入研究及防灾减灾提供一定的指导与借鉴。     

泥石流动力学模型和数值模拟研究综述

泥石流体可视为介于挟沙水体和土体之间的过渡性体,它兼具水体和土体的性质,有着不同于两者的固有性质.现有的泥石流动力学模型都是从水沙或者岩土力学模型基础上发展而来的,从描述组成物质和运动的观点来看,可划分为连续介质、离散介质和混合介质模型.前两种模型可以在一定程度上描述某些泥石流物理现象.传统的单流体和多流体模型都属于连续介质模型.离散介质模型主要有离散元模型和动理学模型.混合介质模型能完整反映泥石流的物理本质,但面临的理论和计算问题也最多,正处于初步发展阶段.基于不同的动力模型和数值算法,目前发展了种类较多的数值计算模型.单流体的数值计算模型相对比较成熟,应用也比较广泛.具体的数值计算模型中,数值算法、流变模型、地形数据、边界和初始条件等的处理对数值计算结果有重要的影响,需要根据具体的问题选择合适的数值计算模型.泥石流动力学模型和数值模拟研究的重点在于建立全过程的泥石流动力学模型和模拟,发展非均质的泥石流计算模型,客观反映大尺度颗粒和障碍物的存在对泥石流运动的影响,以及建立合理的泥石流动床物质交换模型.     

Analysis of dynamic wave model for flood routing in natural rivers

Flooding is a common natural disaster that causes enormous economic, social, and human losses. Of various flood routing methods, the dynamic wave model is one of the best approaches for the prediction of the characteristics of floods during their propagations in natural rivers because all of the terms of the momentum equation are considered in the model. However, no significant research has been conducted on how the model sensitivity affects the accuracy of the downstream hydrograph. In this study, a comprehensive analysis of the input parameters of the dynamic wave model was performed through field applications in natural rivers and routing experiments in artificial channels using the graphical multi-parametric sensitivity analysis (GMPSA). The results indicate that the effects of input parameter errors on the output results are more significant in special situations, such as lower values of Manning’s roughness coefficient and/or a steeper bed slope on the characteristics of a design hydrograph, larger values of the skewness factor and/or time to peak on the channel characteristics, larger values of Manning’s roughness coefficient and/or the bed slope on the space step, and lower values of Manning’s roughness coefficient and/or a steeper bed slope on the time step and weighting factor.     

地震输入角度对抽水蓄能高面板堆石坝动反应影响研究

本文采用三维有限元计算方法和沈珠江动本构模型,研究某高烈度区大倾角坝基上高面板堆石坝的动反应特性。首先,讨论了地震波水平输入角度对面板堆石坝动反应的影响,以地震过程中坝顶峰值加速度,坝体最大动位移与最大动应力,面板最大变形值及最大动应力五个指标作为主要评判标准,对比地震波在八个不同水平输入角度下坝体动反应的大小,发现水平输入角度每改变45°,五个指标均随之变化,呈现"W"型变化规律,180°为最不利输入角度,各项指标都处于峰值点。然后,针对处于大倾角坝基上的抽水蓄能高面板坝进行了坝体动反应和坝坡稳定性分析,获得了堆石坝反应加速度随着坝高的增加而增大,以及震后存在残余变形等地震反应特性。最后验证了该工程坝体在地震反应过程中的安全性。研究结果可为高烈度地区倾斜坝基上高面板坝的动反应设计提供参考。     

近场高烈度区新型地锚扶壁式泥石流格栅坝地震响应分析

通过对白龙江流域既有的泥石流防治工程措施进行现场调研,分析了工程防治理念和防治措施上的问题,提出了新型地锚扶壁式泥石流格栅坝.通过将格栅和扶壁墙离散化为质点串,而拉索以弹簧支座的形式代替,取一榀格栅柱为计算单元,建立相应的动力方程.最后将速度脉冲模型与随机地震地面运动模型联合起来生成近场脉冲型地震动,并以此作为激励,对近场脉冲型地震动作用下新型泥石流格栅坝的地震响应进行了分析.     

基于数字遥感影像的呼伦湖水量平衡分析

利用多源、多时相的数字遥感影像和呼伦湖周边地区水文气象资料,采用基于卷积神经网络的高分辨率图像重构方法研究了1999—2019年呼伦湖面积、库容变化情况。结果表明:2003—2012年呼伦湖的面积逐年减小,湖泊水量逐年下降,2003—2012年补给呼伦湖的乌尔逊河与克鲁伦河的多年平均径流量分别为1.30亿m³与1.41亿m³,分别只有1991年以前多年平均径流量的21%与24%;而2003—2012年呼伦湖平均水面年蒸发量为17.5亿m³,平均年湖面降水量为3.25亿m³;地下水补给呼伦湖的年平均水量为5.3亿m³,主要来自新生代玄武岩地下水,哈拉哈河源头火山玄武岩地下水通过熔岩管道集中外泄,据此推断补给呼伦湖的地下水来自跨流域的外源水。     

基于水沙动力过程的泥石流阻塞大河模式及判据研究

根据潜坝壅堵模式的特点,基于异重流理论,给出了泥石流龙头在清水中的运动方程,并提出了有坎宽顶模型的潜坝壅堵上游水位计算式.基于水沙动力过程,以泥石流在坡度变化沟道内的运动方程为基础,考虑堰塞坝和主河水流的相互作用,给出了泥石流在主河中运移距离的计算公式;鉴于泥石流堵塞大河过程中物质流失严重的现象,根据水槽实验数据确定了流失系数;以周必凡提出的泥石流堵断主河总量的计算公式为基础,提出了按流失系数加以修正的泥石流阻塞大河物质总量条件.从而建立了基于动力学方程、物质总量的泥石流阻塞大河综合判据.     

泵站有压输水系统启动过程中蝶阀非定常流场研究

蝶阀广泛应用于有压输水系统,其开启过程是输水系统启动运行的必经阶段。在开启过程中,阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动,具有变压差变截面的特点。本文针对泵站加压输水系统,采用一维/三维耦合计算思路,对蝶阀上下游的管路段按准恒定假设基于伯努利方程、对蝶阀所在的三维流体域基于动网格策略,构建了蝶阀开启过程数值分析方法,提出了模拟计算的动态边界条件及数据更新方式,对蝶阀开启过程非定常特性进行了三维数值模拟。研究结果表明,当阀板转角由0°匀速增大至90°,管道流量在阀板转角0~45°范围内快速增长,在45°时达到额定流量的90%,之后流量增长速度变缓。阀板水力转矩呈先快增后慢减的变化趋势,最大水力转矩出现在阀板转角20°时。从蝶阀前后流场可以看出,在阀板下游具有从两个主涡到流线平顺的演化特征。该研究揭示了蝶阀开启过程中水力瞬变演化机理,为优化蝶阀设计和输水系统稳定运行提供了参考。     

基于SVM方法的小流域泥石流输沙量预测

介绍SVM方法的基本原理及特性,建立基于SVM方法的小流域泥石流输沙量预测模型,用复相关分析法确定了影响流域输沙的3个主要因子:过程降雨量,前期降雨量,泥石流历时。对12组实测资料进行训练,训练值与实测值吻合较好;用训练好的模型对5组实测资料进行预测,预测效果优于神经网络模型。理论分析和实例验证均表明SVM方法可以获得整体最优效果。     

基于ANSYS的拱坝动力及可靠度分析

为研究拱坝在地震荷载作用下可靠度指标的变化规律,基于ANSYS对某一拱坝实例进行模态分析和抗震动力分析后,使用二次响应面法计算拱坝在地震荷载作用下第90个计算步的各点可靠度指标,分析得到在地震荷载作用下坝肩处作为抗拉薄弱部分更应重视,拱坝上游坝面中部的可靠度指标变化规律复杂而非单纯降低。为拱坝动力设计及加固措施提供了理论支持。