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作者及机构
本研究由吉林大学地球探测科学与技术学院的Sen Zhang、Qigang Jiang（通讯作者）、Xitong Xu、Guofang Tao、Zhenchao Zhang、Xin Gao和Chunlong He共同完成，发表于2022年9月27日的期刊《Frontiers in Earth Science》，标题为《Influence of soil mechanical and hydraulic parameters on the definition of rainfall intensity and duration thresholds based on transient rainfall infiltration and grid-based regional slope-stability model (TRIGRS)》。

学术背景
研究领域为地质灾害预测，具体聚焦于降雨诱发浅层滑坡的阈值定义。贵州是中国滑坡高发区，但缺乏完整的滑坡记录，导致传统经验统计方法（empirical-statistical methods）的应用受限。物理模型（physically based methods）可作为补充，其中TRIGRS（瞬态降雨入渗与网格化区域边坡稳定性模型）被广泛用于滑坡预测，但土壤力学和水力参数对其阈值定义的影响尚未系统评估。本研究旨在填补这一空白，通过TRIGRS模型分析不同土壤参数对降雨强度-持续时间阈值（I-D thresholds）的影响，为滑坡预警系统（LEWS）提供理论支持。

研究流程与方法
1. 研究区域与数据准备
- 研究区域为贵州省普安县布者村，地形起伏大，年降水量1443毫米，地质以砂岩、粉砂岩和石灰岩为主，土壤类型为红壤和石灰土。
- 输入数据包括：
- 地形数据：10米分辨率数字高程模型（DEM），通过ArcGIS生成坡度和流向图。
- 土壤参数：通过野外采样（红壤18组、石灰土10组）和实验室测试获取力学参数（黏聚力c、内摩擦角φ、土壤容重γs）和水力参数（饱和导水率ks、水力扩散率D0等）。
- 土壤厚度：基于坡度与厚度的线性关系（公式：y = −0.04617x + 3.3）生成空间分布图。

1. TRIGRS模型设置

   • 模型版本为TRIGRS v2.1，模拟降雨入渗对孔隙水压力和边坡稳定性的影响，采用无限斜坡模型计算安全系数（Factor of Safety, FS）。
     
   • 参数敏感性分析：分别调整c、φ、γs、ks、D0至标准值的0.8–1.2倍，共20组模拟。
     

2. 阈值定义方法

   • 流域尺度（Basin scale）：以临界失稳面积比例（Ac=1%）为判定标准，筛选导致整体不稳定的降雨条件（强度I=2–30 mm/h，持续时间D=2–60 h），拟合幂律方程I = αDβ。
     
   • 坡面单元尺度（Slope unit scale）：基于山脊和河谷划分坡面单元，定义单元内失稳面积比例超过Ac的阈值。
     
   • 网格单元尺度（Grid cell scale）：直接以FS为判定标准，针对单个网格单元定义阈值。
     

主要结果
1. 土壤参数对阈值数量的影响
- 黏聚力c和内摩擦角φ与阈值数量呈负相关（c或φ增大，阈值减少），土壤容重γs则呈正相关（γs增大，阈值增加）。例如，c从标准值的0.8倍增至1.2倍时，临界网格单元数量从13,518降至3,414。
- 水力参数（ks、D0）对阈值数量无显著影响。

1. 阈值位置的变化规律

   • 阈值在I-D图中的位置随c、φ增大而上移（更高强度/更短持续时间触发滑坡），随γs增大而下移。例如，φ为1.2倍标准值时，阈值曲线较基线显著上移。
     
   • ks仅影响阈值的适用时长范围（ks越大，适用时长越宽），D0无显著影响。
     

2. 尺度效应

   • 网格单元尺度的阈值对参数变化最敏感，因其依赖单个网格的FS值；流域和坡面单元尺度因考虑整体行为，稳定性更高。
     

结论与价值
1. 科学价值
- 首次系统量化了土壤力学参数（c、φ、γs）对TRIGRS阈值定义的主导作用，明确了水力参数的次要地位，为模型参数优化提供依据。
- 揭示了不同尺度下阈值定义的敏感性差异，建议在数据稀缺区域优先采用坡面单元尺度以平衡精度与稳定性。

1. 应用价值
   
   • 为贵州等滑坡高发区的预警系统部署提供了物理模型支持，弥补了经验统计方法的不足。
     
   • 提出的多尺度阈值定义方法可推广至其他地质灾害风险评估中。
     

研究亮点
1. 创新性方法：结合多尺度阈值定义与参数敏感性分析，首次全面评估TRIGRS中土壤参数的影响。
2. 实际意义：直接服务于《仙台减灾框架》提出的2030年预警系统覆盖目标，推动地质灾害预警的全球化部署。

其他有价值内容
- 研究公开了数据获取途径（通讯作者邮箱），增强了结果的可重复性。
- 补充视频展示了FS分布随参数变化的动态过程，直观呈现了参数敏感性（见原文Supplementary Material）。

以上报告涵盖了研究的背景、方法、结果、结论及价值，并突出了其创新性和应用潜力。