亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的空間分布預(yù)測模型研究

鄧遠(yuǎn)東,郭 健*，易鵬飛

(1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，四川 成都 610059；2.四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610072)

草甸作為川西高原特殊氣候和地形地貌條件下的生態(tài)產(chǎn)物，其在川西高原乃至整個青藏高原生態(tài)系統(tǒng)以及國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了舉足輕重的地位，是我國8大生態(tài)脆弱區(qū)中19大重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域之一，被列入青藏高原山間河谷風(fēng)蝕水蝕生態(tài)脆弱重點(diǎn)區(qū)域。但是，高原草甸生態(tài)系統(tǒng)抗外界干擾能力較弱，人類愈發(fā)強(qiáng)烈的自然改造活動誘發(fā)了大量草甸土溜滑侵蝕事件，導(dǎo)致土壤肥力流失而貧瘠。有數(shù)據(jù)表明，近年來我國亞高山地區(qū)的草甸面積不斷縮小，其中有40%以上的草甸土地已退化為次生裸地或者毫無經(jīng)濟(jì)價值的“黑土灘”，并且草甸退化還在不斷加速。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，川西高原的草甸土溜滑侵蝕現(xiàn)象往往與降雨有關(guān)，并且常先發(fā)生解體，再以細(xì)顆粒的古風(fēng)化帶為滑動面，產(chǎn)生大面積的草甸溜滑侵蝕現(xiàn)象，因此研究亞高山草甸土溜滑侵蝕的水動力作用以及空間分布預(yù)測模型已刻不容緩。

空間分布定量預(yù)測模型主要分為統(tǒng)計分析模型、確定性模型、概率模型、模糊信息優(yōu)化處理模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。針對降雨誘發(fā)的淺層滑動，目前比較公認(rèn)的確定性模型分別是穩(wěn)態(tài)水文條件假定的SHALSTAB模型和非穩(wěn)態(tài)水文條件假定的TRIGRS模型,這兩個模型也被許多學(xué)者引用到實(shí)例研究中。通過將兩個模型的模擬預(yù)測結(jié)果與巴西西南沿海Serra do Mar山脈上廣受降雨影響的侵蝕事件進(jìn)行對比，結(jié)果表明TRIGRS模型和SHALSTAB模型都被證明對預(yù)測降雨誘發(fā)的淺層滑動危險性非常有效。徐沅鑫等應(yīng)用TRIGRS模型模擬四川省廣元市2010年“7·23”特大暴雨過程對邊坡穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明TRIGRS模型在較為陡峭的山地區(qū)域的應(yīng)用效果良好，在坡度較為平緩、人為干擾因素較多的城市區(qū)域存在一定的誤差；García-Ruiz等利用TRIGRS模型模擬研究了烏爾比安山(西班牙北部的伊比利亞山脈)與森林砍伐和土地覆蓋有關(guān)的高山和亞高山地帶淺層滑坡的空間分布情況，認(rèn)為亞高山帶淺層滑移的發(fā)生顯然與草原植被特征有關(guān)；Marin等將TRIGRS模型應(yīng)用于La Arenosa熱帶盆地山區(qū)降雨誘發(fā)的淺層滑動危險性預(yù)測，并利用ROC方法分析了TRIGRS模型的預(yù)測效果，結(jié)果表明TRIGRS模型能很好地預(yù)測因缺少數(shù)據(jù)或參數(shù)存在不確定性情況下淺層滑動的危險性。也有學(xué)者根據(jù)實(shí)際情況對TRIGRS模型進(jìn)行了改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。為了研究黏性土質(zhì)邊坡對降雨的動態(tài)響應(yīng)及其危險預(yù)警系統(tǒng)，許旭堂等針對降雨過程對黏性土質(zhì)邊坡的控制作用，建立了飽和-非飽和滲流偏微分方程，提出了降雨動態(tài)響應(yīng)機(jī)制和監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)的計算方法；He等通過將TRIGRS模型中的降雨入滲模塊和三維斜坡穩(wěn)定性分析模型(Scoops3D)有機(jī)結(jié)合，使TRIGRS模型在甘肅西禮盆地降雨誘發(fā)的淺層滑動空間分布預(yù)測中得到了較高的準(zhǔn)確率，有效地避免了TRIGRS模型的預(yù)測結(jié)果容易過擬合的情況；徐增輝等以延安寶塔區(qū)為例，利用Rosenblueth點(diǎn)估法解決了土壤參數(shù)的不確定性問題，并結(jié)合TRIGRS模型對延安寶塔區(qū)1979—2100年淺層滑坡空間分布情況進(jìn)行了模擬研究，分析了氣候變化對黃土高原淺層滑坡穩(wěn)定性的影響；Hsu等通過將TRIGRS模型和DEBRIS-2D模型相結(jié)合，對臺灣大鳥部落地區(qū)受降雨影響的淺層滑動空間分布統(tǒng)計模型進(jìn)行了研究，并進(jìn)一步分析了后續(xù)泥石流的運(yùn)動特征。

以上研究對降雨誘發(fā)的淺層滑動空間分布預(yù)測均有重要的參考價值，但是考慮到亞高山草甸土特殊的物質(zhì)組成和溜滑侵蝕破壞機(jī)制，目前還缺乏相應(yīng)的空間分布預(yù)測模型?；诖?，本文從斜坡穩(wěn)定性分析和降雨入滲計算兩個方面入手，針對亞高山草甸土淺層溜滑的機(jī)理對TRIGRS模型進(jìn)行了改進(jìn)，研究了適合川西高原生態(tài)脆弱區(qū)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的空間分布預(yù)測模型，并將該模型耦合于GIS平臺構(gòu)建可視化的評價手段，該項研究工作具有重要的科學(xué)與現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)基本概況

本文以川西高原甘孜州雅江縣一帶作為研究區(qū)，其位于甘孜藏族自治州東部，交通便利，是我國五大牧區(qū)之一，區(qū)內(nèi)居民大多數(shù)居住在河谷地帶，少數(shù)散居在山區(qū)牧場。研究區(qū)位于川藏高原東緣的山原地區(qū)，受沙魯里山脈與大雪山脈夾持，整體地勢為南低北高，見圖1。研究區(qū)的中心為典型的川西北丘狀高原地貌，冰川運(yùn)動造就了區(qū)內(nèi)“U”型的冰蝕河谷，河谷兩岸山地堆積物較厚；河谷整體呈東西走向，河床寬闊，地勢起伏不大，但河流下切后留下的流動痕跡在河道中依稀可見。河谷區(qū)坡度變化較大，介于5°～30°范圍內(nèi)，平均高程為3 500 m，相對地形高差約為160 m。

圖1 研究區(qū)地形地貌圖Fig.1 Topographic and geomorphic map of the study area

研究區(qū)的高原氣候特點(diǎn)較為明顯，大多數(shù)地區(qū)霜凍期長、氣溫低、天氣多變、空氣稀薄，只有少數(shù)地區(qū)如深切河谷地帶的霜凍期相對較短，氣候也相對較好。該地區(qū)每年11月開始為雪霜期，到次年3月結(jié)束，多年平均氣溫為5℃，最低溫度可達(dá)-15℃；4月開始天氣轉(zhuǎn)暖，平均氣溫大于5℃，最高氣溫可達(dá)26℃，6～7月多雨。該地區(qū)多年平均降雨量為699.4 mm，多年最大降雨量為1 379.1 mm。

研究區(qū)所在的川西高原存在明顯的土壤垂直性分布，其中土地總面積的29%為分布在川西高山、亞高山森林帶的草甸，其面積高達(dá)1.6×10hm；此外，丘陵和盆緣山地的土地面積占比也比較大，在這些地區(qū)也主要生長山地草甸和灌叢草甸。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)存在大量的草甸土溜滑侵蝕現(xiàn)象(見圖2)，破壞初期，草甸土邊坡整體呈穩(wěn)定狀態(tài)，僅在斜坡的前緣表面產(chǎn)生串狀排列的土層鼓包，由于草甸層下部根系有效的抗拉強(qiáng)度和固定作用，僅能少見鱗片狀剝落的草甸土；到達(dá)一定條件后，斜坡草甸土體向下溜滑直至完全破壞，滑落的草甸土層堆積于斜坡坡腳，而滑源區(qū)殘坡積的碎石土裸露出來，由于缺少草甸再生所需的壤質(zhì)土，滑后的坡體退化成為了次生裸地。

圖2 研究區(qū)草甸土溜滑侵蝕破壞特征Fig.2 Shallow slide erosion characteristics of meadow soil in the study area

2 亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的野外原型調(diào)查與概念模型

2.1 淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)調(diào)查統(tǒng)計

根據(jù)野外調(diào)查，亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕破壞散布于研究區(qū)范圍內(nèi)，并表現(xiàn)出分布廣、規(guī)模小的特點(diǎn)。雖然淺層溜滑侵蝕破壞的發(fā)生在時間上具有較大的不確定性和隨機(jī)性，但是破壞點(diǎn)的空間分布規(guī)律以及其地質(zhì)環(huán)境條件可以通過對大量淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)的調(diào)查統(tǒng)計來獲得?？紤]到通行條件的限制，沿著318國道，野外調(diào)查共統(tǒng)計出研究區(qū)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)20個。將野外調(diào)查的研究區(qū)內(nèi)淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行編錄，編錄數(shù)據(jù)包括淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、坡度、高程、植被覆蓋情況、流域匯水面積和裸露面的層位，見表1。結(jié)合野外調(diào)查的研究區(qū)淺層溜滑侵蝕特征，再進(jìn)一步利用高清遙感圖像對研究區(qū)內(nèi)其他的淺層溜滑侵蝕區(qū)進(jìn)行識別，共統(tǒng)計出研究區(qū)產(chǎn)生淺層溜滑侵蝕的網(wǎng)格點(diǎn)92 750個，最終繪制出了研究區(qū)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕區(qū)分布圖，見圖3。

表1 亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Summary of shallow slide erosion points fromfield survey of subalpine meadow soil

圖3 研究區(qū)內(nèi)實(shí)際淺層溜滑侵蝕區(qū)分布圖Fig.3 Distribution map of the actural shallow slide erosion in the study area

2.2 淺層溜滑侵蝕過程的概念模型

亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕往往以降雨為誘發(fā)條件，具有重力失穩(wěn)與動水壓力驅(qū)動相伴發(fā)生的特點(diǎn)，其淺層溜滑侵蝕過程的概念模型見圖4。亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的過程可概述為：在草甸土層底部有一層透水性差的古風(fēng)化黏土層，當(dāng)降雨強(qiáng)度大于古風(fēng)化層的下滲能力時，供水會在草甸土層底部產(chǎn)生臨時飽和帶，斜坡坡度為側(cè)向流動的產(chǎn)生提供了動力條件，形成了高動水壓力的壤中流，最終促使草甸土發(fā)生解體并逐級溜滑。

圖4 降雨型亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕過程的概念模型Fig.4 Conceptual model of the shallow slide erosion of subalpine meadow soil

3 降雨型亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕空間分布預(yù)測模型的建立

3.1 模型建立的基本思路

針對瞬態(tài)非飽和入滲條件下區(qū)域淺層滑動穩(wěn)定性評價，TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Grid-based Regional Slope-stability Analysis)模型已經(jīng)廣泛得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，本文根據(jù)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕過程的概念模型和地質(zhì)力學(xué)機(jī)理對TRIGRS模型進(jìn)行了改進(jìn)，即將滲透壓力的影響加入到淺層滑動簡化的地質(zhì)力學(xué)模型中，并考慮側(cè)向匯流對TRIGRS水文模型進(jìn)行了修正，建立了適用于降雨型亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕穩(wěn)定性評價的Ad-TSMS(Advanced-TRIGRS for Subalpine Meadow Soil)模型。

3.2 考慮滲透壓力的無限邊坡模型

根據(jù)有效應(yīng)力原理，土體中只有土顆粒之間才能提供抗剪強(qiáng)度或摩擦力，水或空氣之間的摩擦力可忽略不計，故邊坡土體的滑動阻力

τ

的表達(dá)式為

τ

=c

+(

γ

D

cos

β

-

γ

h

cos

β

)tanφ

(1)

式中：φ為土壤的內(nèi)摩擦角(°)；

c

為土壤的有效黏聚力(kPa)；

β

為邊坡坡度(°)；

D

為土壤厚度即土層厚度(m)；

γ

為土壤的容重(g/cm)；

γ

為水的容重(g/cm)；

h

為距滑面以上的地下水水位高度(m)。邊坡土體的下滑(驅(qū)動)力

τ

為飽和土體的重力分力與水的滲透壓力的合力，可表示為

=γ

D

sin

β

cos

β

+

Jγ

h

(2)

式中：

W

為飽和土體的重力(g/cm)；

A

為飽和土的面積(m)；

G

為水的滲透壓力(kPa)；

J

為水力坡度(無量綱)。邊坡穩(wěn)定性系數(shù)

F

為邊坡土體的滑動阻力

τ

與土體的下滑力

τ

的比值。由公式(1)和(2)，

F

可表示為

(3)

將公式(3)整理后，可得：

(4)

當(dāng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)

F

<

1時，表示計算點(diǎn)不穩(wěn)定，將發(fā)生淺層溜滑侵蝕；反之，當(dāng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)

F

≥1時，則表示計算點(diǎn)穩(wěn)定，不發(fā)生淺層溜滑侵蝕。

3.3 考慮側(cè)向補(bǔ)給的水文模式運(yùn)算流程

根據(jù)山地水文學(xué)理論，土層中的飽和徑流總是先發(fā)生在坡腳低洼的匯水區(qū)，而這里也是亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕最常發(fā)生的地帶。TRIGRS水文模型在模擬降雨期間的地下水水位變化時，其模型網(wǎng)格間彼此獨(dú)立，不能有效模擬地形控制下的地下水流的側(cè)向流動，而TOPMODEL模型因為考慮了匯水區(qū)內(nèi)的地形影響，可模擬地下水的側(cè)向流動。因此，本文結(jié)合TOPMODEL模型來改進(jìn)TRIGRS水文模型，具體的考慮側(cè)向補(bǔ)給的水文模式運(yùn)算流程見圖5。水文模式計算開始前，首先讀取集水區(qū)的初始地下水水位作為初始條件，并輸入地表入滲率

(I

)

、水力傳導(dǎo)度

(K

)

、水力擴(kuò)散系數(shù)

(D

)

3個水文參數(shù)和降雨強(qiáng)度延時參數(shù)

;

然后進(jìn)行一維入滲數(shù)值模擬，并計算降雨期間各網(wǎng)格的地下水水位變動；地下水水位計算完成后，最后根據(jù)TOPMODEL模型的基本假設(shè)，即飽和含水層的動力現(xiàn)象可近似為連續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)，利用TOPMODEL模型將同一小集水區(qū)每個網(wǎng)格的地下水水位進(jìn)行修正，直至完成模擬時長后輸出修正后的地下水水位。

圖5 考慮側(cè)向補(bǔ)給的水文模式運(yùn)算流程圖Fig.5 Operation flow chart of hydrological model considering lateral recharge

4 模型驗證與討論

本文基于建立的Ad-TSMS模型開展了研究區(qū)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕穩(wěn)定性評價，并根據(jù)淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)調(diào)查編錄數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗證。

4.1 模型參數(shù)設(shè)置

Ad-TSMS模型運(yùn)算所需的參數(shù)包括邊坡坡度、地形指數(shù)、土壤厚度、其他水土參數(shù)、降雨量等，具體參數(shù)設(shè)置如下：

4.1.1 邊坡坡度

以柵格大小為30 m×30 m的研究區(qū)邊坡坡度分布情況，見圖6。

由圖6可見，研究區(qū)邊坡坡度在河谷地帶最小，隨著地形的爬升，邊坡坡度逐漸增大。

圖6 研究區(qū)邊坡坡度分布圖Fig.6 Slope gradient distribution map of the study area

將研究區(qū)邊坡的坡度分為微坡、緩坡、較陡坡、陡坡和極陡坡5類，統(tǒng)計了所有輸入模型的邊坡坡度，其結(jié)果見表2。

邊坡坡度分類邊坡坡度/(°)柵格數(shù)/個面積占比/%微坡<527 1704.80緩坡[5,15)141 32124.93較陡坡[15,25)158 97628.05陡坡[25,35)150 04726.47極陡坡≥3589 28215.75

由表2可知，研究區(qū)緩坡的面積占比為24.93%，較陡坡的面積占比為28.05%，陡坡的面積占比為26.47%，微坡和極陡坡的面積占比較小，分別為4.80%和15.75%。

4.1.2 地形指數(shù)

圖7 研究區(qū)地形指數(shù)頻率分布圖Fig.7 Topographic index frequency distribution of the study area

4.1.3 土壤厚度

假設(shè)長時間無降雨或降雨強(qiáng)度過小，亞高山草甸土與下層風(fēng)化層之間就不會出現(xiàn)地下水臨時飽和帶，同時假設(shè)古風(fēng)化層表面為滑動面，則網(wǎng)格內(nèi)的土層厚度

D

可以近似地等于第

j

個網(wǎng)格中的地下水水位埋深

Z

，可表示為

(5)

圖8 研究區(qū)土層厚度(Zmax)與地形指數(shù) 的關(guān)系曲線Fig.8 Relationship between soil thickness (Zmax) and

研究區(qū)土層厚度主要集中在0.1～0.4 m之間，其面積占比超過82%，只有在少量地區(qū)如河谷底部土層厚度會超過0.4 m，土層厚度的具體分布比例見表3。

表3 研究區(qū)土層厚度的分布比例Table 3 Soil thickness distribution in the study area

4.1.4 其他水土參數(shù)

Ad-TSMS模型計算所需的其他水土參數(shù)包括土攘的有效黏聚力

c

、土壤的抗剪內(nèi)摩擦角φ、土壤容重

γ

、飽和土垂直導(dǎo)水率

K

、穩(wěn)定降雨前的地表入滲率

I

、水力擴(kuò)散系數(shù)

D

，均通過野外取樣在室內(nèi)試驗獲得，Ad-TSMS模型的水土參數(shù)取值見表4。

表4 Ad-TSMS模型的水土參數(shù)取值Table 4 Water and soil parameters for the computing model

4.1.5 降雨量

野外調(diào)查編錄的研究區(qū)內(nèi)淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)是在多次降雨或一次降雨后發(fā)生的破壞，因不能確定具體產(chǎn)生淺層溜滑侵蝕破壞的時間，故輸入一個完整水文年內(nèi)最大的一場降雨來模擬研究區(qū)內(nèi)淺層溜滑侵蝕破壞發(fā)生的情況。一個完整水文年的降雨數(shù)據(jù)采自當(dāng)?shù)囟嗄昶骄战涤炅?，其中最大的一次降雨過程見圖9。

圖9 研究區(qū)完整水文年最大降雨過程歷時曲線Fig.9 Curve of the maximum rainfall process in the study area

4.2 TRIGRS模型的預(yù)測結(jié)果分析

因降雨入滲后形成的臨時飽和帶需要充分的滲流時間才能達(dá)到一定的飽和高度，在TRIGRS模型運(yùn)算過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)降雨48 h后，大部分網(wǎng)格的

F

值最低，故將相關(guān)參數(shù)輸入TRIGRS模型后，可得到降雨48 h后TRIGRS模型的預(yù)測結(jié)果，見圖10。

圖10 TRIGRS模型的預(yù)測結(jié)果圖Fig.10 Diagram of the TRIGRS model prediction result

由圖10可見，TRIGRS模型的預(yù)測結(jié)果與野外調(diào)查的研究區(qū)內(nèi)實(shí)際淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)編錄數(shù)據(jù)的吻合度較一般。TRIGRS模型共預(yù)測出研究區(qū)產(chǎn)生淺層溜滑侵蝕(

F

<1)的網(wǎng)格數(shù)134 458個，其中處于實(shí)際溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)51 005個，處于實(shí)際溜滑侵蝕區(qū)外的網(wǎng)格數(shù)83 453個。

4.3 Ad-TSMS模型的預(yù)測結(jié)果分析

將相關(guān)參數(shù)輸入Ad-TSMS模型后，可得到降雨48 h后Ad-TSMS模型的預(yù)測結(jié)果，見圖11。

圖11 Ad-TSMS模型的預(yù)測結(jié)果圖Fig.11 Diagram of the Ad-TSMS model prediction result

由圖11可見，Ad-TSMS模型的預(yù)測結(jié)果與野外調(diào)查的研究區(qū)內(nèi)實(shí)際淺層溜滑侵蝕災(zāi)害點(diǎn)編錄數(shù)據(jù)的吻合度較好。Ad-TSMS模型共預(yù)測出研究區(qū)產(chǎn)生淺層溜滑侵蝕(

F

<1)的網(wǎng)格數(shù)194 543個，其中處于實(shí)際溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)81 119個，處于實(shí)際溜滑侵蝕區(qū)外的網(wǎng)格數(shù)113 424個。

4.4 兩種模型預(yù)測結(jié)果的對比與討論

將TRIGRS模型與Ad-TSMS模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比，其對比結(jié)果見表5。

由表5可知，Ad-TSMS模型預(yù)測出研究區(qū)產(chǎn)生淺層溜滑侵蝕的網(wǎng)格總數(shù)整體都超過了TRIGRS模型，在實(shí)際的溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)，Ad-TSMS模型預(yù)測的溜滑侵蝕網(wǎng)格數(shù)超過了TRIGRS模型30 114個，而在實(shí)際的非溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)，Ad-TSMS模型預(yù)測的溜滑侵蝕網(wǎng)格數(shù)也多出了TRIGRS模型29 971個。

表5 兩種模型預(yù)測結(jié)果的對比Table 5 Statistics of the prediction results from twomodels

為了更直觀地比較兩種模型的預(yù)測效果，計算了兩種模型預(yù)測結(jié)果的正確率，其計算結(jié)果見表6。其中，溜滑侵蝕區(qū)預(yù)測正確率是指模型預(yù)測的溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)(

F

<1)網(wǎng)格數(shù)與實(shí)際編錄的溜滑侵蝕區(qū)總網(wǎng)格數(shù)之比，而非溜滑侵蝕區(qū)預(yù)測正確率是指模型預(yù)測的非溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)(

F

≥1)的網(wǎng)格數(shù)與實(shí)際編錄的非溜滑侵蝕區(qū)總網(wǎng)格數(shù)之比。

表6 兩種模型預(yù)測結(jié)果的正確率比較Table 6 Accuracy comparison of the predication resultsfrom the two models

由表6可知，在實(shí)際編錄的溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)，TRIGRS模型的預(yù)測正確率僅為55.0%，而Ad-TSMS模型的預(yù)測正確率達(dá)到了87.5%，其預(yù)測效果遠(yuǎn)好于TRIGRS模型；在實(shí)際編錄的非溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)，TRIGRS模型的預(yù)測正確率為82.4%，Ad-TSMS模型的預(yù)測正確率稍低，為76.1%。

通過比較可知，雖然Ad-TSMS模型在實(shí)際沒有發(fā)生淺層溜滑侵蝕的地區(qū)存在“過擬合”的情況，但由于其在實(shí)際溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)的預(yù)測準(zhǔn)確率非常高，因而通過對TRIGRS模型進(jìn)行改進(jìn)，利用Ad-TSMS模型對研究區(qū)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的空間分布進(jìn)行預(yù)測取得了較好的效果。

5 結(jié) 論

正確預(yù)測亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的空間分布，關(guān)鍵在于把握其淺層溜滑侵蝕的機(jī)理，并根據(jù)其成因機(jī)理建立相應(yīng)的空間分布預(yù)測模型。本文根據(jù)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕空間分布預(yù)測模型的研究，得出以下結(jié)論：

(1) 研究區(qū)所在的川西高原存在大量草甸土淺層溜滑侵蝕破壞現(xiàn)象，淺層溜滑侵蝕破壞特征整體呈現(xiàn)出規(guī)模小、分布廣的特點(diǎn)，其溜滑侵蝕往往以降雨為誘發(fā)條件，具有重力失穩(wěn)與動水壓力驅(qū)動相伴發(fā)生的特點(diǎn)，臨時飽和帶中形成的高動水壓力的壤中流是促使草甸土解體溜滑的根本原因。

(2) 根據(jù)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕過程的概念模型和地質(zhì)力學(xué)機(jī)理改進(jìn)了TRIGRS模型，即將滲透壓力的影響加入到淺層滑動簡化的地質(zhì)力學(xué)模型中，并考慮側(cè)向匯流對TRIGRS水文模型進(jìn)行了修正，建立了適用于降雨型亞高山草甸土淺層溜滑穩(wěn)定性評價的Ad-TSMS模型。

(3) 根據(jù)模型預(yù)測結(jié)果顯示：TRIGRS模型和Ad-TSMS模型預(yù)測出研究區(qū)產(chǎn)生淺層溜滑侵蝕(

F

<1)的網(wǎng)格數(shù)分別為134 458個和194 543個，并且在實(shí)際的溜滑侵蝕區(qū)和非溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)，Ad-TSMS模型預(yù)測出的溜滑侵蝕的網(wǎng)格數(shù)都多于TRIGRS模型；在實(shí)際編錄的溜滑侵蝕區(qū)內(nèi)，Ad-TSMS模型的預(yù)測正確率(87.5%)遠(yuǎn)超過TRIGRS模型的預(yù)測正確率(55.0%)。雖然Ad-TSMS模型在實(shí)際沒有發(fā)生淺層溜滑侵蝕的地區(qū)存在“過擬合”的情況，但利用Ad-TSMS模型對研究區(qū)亞高山草甸土淺層溜滑侵蝕的空間分布進(jìn)行預(yù)測取得了較為理想的效果。