Comparing and Evaluating Two Physically-Based Models:openlisem and Scoops3d, for Landslide Volume Pr

• 作 者: 马驰洋
• 机 构: 长安大学
• 出 处: 长安大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 潜在破坏面

潜在滑坡体积是表示潜在滑坡量级的重要参数。有了潜在的滑坡体积方量，就可以进行滑坡灾害和风险评估，并且可以制定防灾减灾计划和相应预算。预测潜在滑坡的体积首要任务是预测地下的潜在滑动面，然而由于地下的各种不确定性，获得此信息非常困难，因此也导致了对滑坡体积的预测非常困难。一些基于物理的建模方法可用于预测滑坡体积，这些物理模型通过分析斜坡的稳定性并确定潜在的破坏面来预测滑坡体积。然而，不同的模型在提前预设和最后确定潜在的破坏面时，以及在分析边坡的稳定性时引入了不同的假设，并且不同的模型考虑的造成滑坡的环境因素也不同，因此对滑坡体积的预测也可能不同。另一方面，不同的模型具有不同的输入数据要求，因此成功应用这些物理模型的困难程度也可能不同。
　　本研究的主要目标是比较两种用来预测滑坡体积的基于地理信息系统（GIS）的分布式模型：OpenLISEM和Scoops3D。由于获取输入数据和校验数据的困难性，本研究采用虚拟数据集来进行模型的比较。此虚拟数据通过模拟火山土壤来构造一个火山环境。基于假想的火山环境，此研究开发了三种模拟情景。在情景1中，由于爆裂喷发式火山的发生，火山灰均匀沉降并覆盖了整个地形，由此造成的火山灰厚度为均匀的10米。基于场景1，OpenLISEM和Scoops3D的最佳内部模型参数被确定，并且临界土壤厚度也被计算，此临界土壤厚度作为情景2和3的土壤输入厚度参数。在场景1中滑坡是由于刚刚沉降的不稳定火山灰在重力作用下被触发的，而场景2和3利用了不同的触发因素。在场景2中，滑坡的触发因素为降雨引起的湿润锋入渗，在场景3中，滑坡的触发因素为地下水引起的孔隙水压力。对OpenLISEM和Scoops3D模拟出来的滑坡进行比较，四种比较策略被利用：滑坡数量，位置，体积和面积体积统计关系。
　　研究表明，准备输入数据是应用数值模拟软件的最重要也是最难的部分，但是高质量的输入数据并不意味着模拟结果与真实结果就能吻合。其主要原因是模型无法还原复杂的大自然环境。退而求其次，为了能体现主要的物理现象，模型做出了很多假设来尽可能的贴近大自然环境（比如把斜坡简化成无限边坡模型）。因此在应用数值模拟软件时，应该格外注意当地的自然环境及滑坡特征，从而选择合适的软件应用。通过对模型的内部参数进行敏感性分析，结果表明内部模型参数对滑坡体积预测影响显著。应用这两个模型时，应仔细选择这些参数。在确定临界土壤厚度时发现，一旦潜在的滑坡被清除出地形，OpenLISEM就没有连续的斜坡失稳，而Scoops3D仍然存在斜坡失稳。这表明OpenLISEM比Scoops3D更符合逻辑。通过对三种情景下模型的比较，OpenLISEM和Scoops3D预测出来的滑坡在数量、位置、形态、破坏面形态和体积方面具有很大差异。Scoops3D倾向于得出深层的、方量很大的、破坏面类似球形的滑坡，而OpenLISEM倾向于得出浅层的、放量较小的、折线形破坏面的滑坡。此外在某些情况下，Scoops3D模拟的滑坡体会包含土壤层以下的基岩部分，这种现象再次说明Scoops3D相比于OpenLISEM会产生一些不好的结果。