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研究作者与机构
该研究的主要作者为Nilo Lemuel J. Dolojan、Shuji Moriguchi、Masakazu Hashimoto、Nguyen Xuan Tinh、Hitoshi Tanaka和Kenjiro Terada，分别来自日本东北大学（Tohoku University）的土木与环境工程系、国际灾害科学研究所、CTI Engineering International Co., Ltd.以及东北大学文理学院。该研究于2023年6月7日在线发表在《Engineering Geology》期刊上，文章编号为107184。
学术背景
研究领域为工程地质学（Engineering Geology），重点关注强降雨引发的浅层滑坡（shallow landslide）和洪水灾害（flood hazards）。强降雨导致的滑坡和洪水是两种最常见的自然灾害，但大多数研究通常单独分析这两种现象。该研究提出了一种流域尺度（catchment-scale）的多灾害（multihazard）评估方法，通过结合水文学（hydrology）和岩土工程（geotechnical engineering）原理，统一评估滑坡和洪水的发生机制。研究背景包括：日本自2018年以来的三次重大降雨灾害导致至少465人死亡、11,632栋建筑完全损毁、43,962栋建筑部分损毁，经济损失高达数万亿日元。因此，研究旨在通过建模、预测和预报这些灾害的时间和位置，为减灾提供实用且经济有效的解决方案。
研究流程
研究流程包括以下几个主要步骤：
地表流模拟（Surface Flow Modelling）
地表流模拟基于浅水方程（Shallow Water Equations, SWE），采用零惯性（Zero-Inertia, ZI）和局部惯性（Local-Inertia, LI）模型的混合方法，以提高计算效率。ZI模型适用于山区坡地，LI模型适用于平坦区域。混合方法通过坡度阈值（βz = 0.15）将山区和平地区域分开计算。
降雨入渗模拟（Rainfall Infiltration Modelling）
采用一维Green-Ampt模型（Green-Ampt Model）估算降雨入渗。该模型假设土壤均质、初始含水量均匀，并通过湿锋深度（wetting front depth）计算入渗量。模型还考虑了倾斜地表和瞬时降雨的影响。
边坡稳定性分析（Slope Stability Analysis）
边坡稳定性分析采用无限边坡模型（Infinite Slope Model），结合地表流和入渗的影响。假设滑动面深度与湿锋深度一致，通过极限平衡法（Limit Equilibrium Method）计算安全系数（Factor of Safety, FS）。
模型应用与验证（Model Application and Validation）
模型应用于日本丸森町（Marumori Town）流域，该地区在2019年台风海贝思（Typhoon Hagibis）期间遭受了多次滑坡和洪水灾害。研究通过对比模拟结果与观测数据（如河道水位、洪水淹没深度和滑坡分布）验证模型的准确性。
主要结果
1. 地表流与淹没模拟结果
模型成功模拟了河道膨胀和内陆洪水淹没的过程。模拟结果与观测数据高度一致，河道水位的Nash-Sutcliffe效率（NSE）分别为0.977和0.997，均方根误差（RMSE）分别为0.512米和0.210米。洪水淹没深度的模拟结果与实际分布吻合，RMSE为0.43米。
滑坡事件分析结果
以丸森町的小安社区（Koyasu Community）为例，模型预测的滑动面深度为0.86米，与实测值（0.5至1米）一致。模拟结果表明，滑坡可能由不稳定边坡与地表流的相互作用引发。
滑坡与径流分布分析结果
模型通过接收者操作特征曲线（Receiver Operating Characteristic Curve, ROC）评估滑坡预测性能，ROC曲线下面积（AUC）为0.882，表明模型具有较好的分类能力。
结论
研究提出了一种流域尺度的多灾害评估方法，能够有效模拟强降雨引发的浅层滑坡和洪水灾害。模型的简化方法和近似求解在保证计算效率的同时，提供了合理的灾害评估结果。该模型为区域尺度的灾害分析和早期预警系统提供了实用框架，具有重要的科学价值和应用价值。
研究亮点
1. 提出了结合水文学和岩土工程原理的多灾害评估方法，统一分析滑坡和洪水的发生机制。
2. 开发了基于零惯性和局部惯性模型的混合地表流模拟方法，显著提高了计算效率。
3. 通过Green-Ampt模型和无限边坡模型，实现了降雨入渗和边坡稳定性的耦合分析。
4. 模型在丸森町流域的应用验证了其在实际灾害分析中的准确性和实用性。
其他有价值的内容
研究还探讨了滑坡与地表流的相互作用机制，提出了可能的泥石流（debris flow）触发情景。此外，研究通过简单的径流分析（runout analysis），结合地形和形态特征，展示了滑坡后泥石流的潜在分布范围。
以上为该研究的详细学术报告，全面介绍了其背景、流程、结果、结论及亮点。