关键生态因素与滑坡的时空关系及互馈机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘晓 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 兰恒星 |
| 关键词 | 浅层滑坡 生态指标 负向效应 时空规律 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 边坡稳定性受极端降雨、地震等不利条件影响，全球滑坡灾害风险持续显著增加。生态、水文和岩土等自然因素与人类活动因素耦合互馈使滑坡形成过程极其复杂，生态因素是复杂过程中最关键影响因素之一，表现在生态因素多样、区域差异显著和互馈机制复杂等方面。理解生态对滑坡发生过程的正负作用规律，辨别其主控因素和负向效应机理，是目前重要的前沿科学问题和难点。 本研究以关键生态因素与滑坡的时空关系及互馈机制为核心。首先，通过理论梳理和文献回顾的方法厘定了关键生态指标，并基于植被特性递进层次，提出了属性、结构和功能层级化的滑坡分析生态指标体系。其次，对横断山区、黄河流域及东南沿海三个区域的植被类型关键生态属性指标与滑坡特征进行了空间关系分析，获取了生态对滑坡负向效应的分异特征。再次，基于黄河流域植被覆盖度关键生态结构指标分析，阐明了生态对滑坡负向效应的时空规律。最后，基于植被蒸腾速率关键生态功能指标分析，揭示了生态对滑坡负向效应的物理机制。从而解决了关键生态指标不明，以及生态与滑坡时空关系和正负效应不清的问题，并在基于生态措施的滑坡防治方面提供了理论和技术支撑。本研究获得的主要结论如下： （1）基于植被特性递进层次，提出了属性、结构和功能层级化的滑坡分析生态指标体系。针对目前滑坡分析生态指标体系内容不完善、结构不合理问题，本研究全面考虑了植被对边坡稳定性的岩土力学效应、土壤水文效应以及冠层截留效应作用机理，完善了滑坡分析关键生态指标，并根据植被特性的属性、结构和功能递进层次，提出了层级化的滑坡分析生态指标体系。 首先，全面总结了植被对边坡稳定性的岩土力学、土壤水文和冠层截留三大效应有关的生态指标，科学反应了各生态指标通过三大效应加固边坡的作用机理。其次，系统分析了每个生态指标发挥三大效应的时空特征，根据植被特性递进层次（生态属性、结构和功能要素）重建了滑坡分析生态指标体系。通过消除指标冗余和优化体系结构，新型生态指标体系结构更加完善，更具实践应用性，该生态指标体系有助于滑坡风险评估对生态因素的全面考虑。 （2）基于植被类型关键生态属性指标分析，获取了生态对滑坡负向效应的分异特征。针对生态对滑坡负向效应区域分异特征认识不足的问题，本研究以典型滑坡灾害多发区黄河流域、横断山区及东南沿海福建省为例，利用频率统计等方法，指出了不同区域产生负向效应的植被类型，获取了不同区域生态对滑坡负向效应的分异特征。生态与灾害的关系规律既有相似性，又有差异性。黄河流域和横断山区滑坡频率最高的植被类型均为栽培植和草丛。福建省针阔叶林滑坡频率最高，以毛竹阔叶林居首。三大区域内负向效应主要植被类型分别为：黄河流域内草丛和阔叶林，横断山区内草丛和栽培植，福建省内灌丛、栽培植和阔叶林。黄河流域草丛和阔叶林负向效应与干燥黄土坡面植被根劈作用形成裂缝而破坏土体结构有关。横断山区栽培植和草丛负向效应发生区域常见于高陡梯田或斜坡。福建省毛竹林滑坡频率最高且多为小型滑坡与降雨条件下土壤变软和毛竹重力综合作用下的边坡失稳有关。 （3）基于植被覆盖度关键生态结构指标分析，阐明了生态对滑坡负向效应的时空规律。针对生态对滑坡负向效应量化分析欠缺、时空规律不明的问题，本研究基于植被覆盖度和滑坡活动性变化趋势的相关关系，提出了生态对滑坡负向效应的量化指数，阐明了黄河流域植被恢复对滑坡负向效应的三级强度空间规律、三类模式时间规律。 2000-2020年，黄河流域植被覆盖度（VCF）总体呈增加趋势，平均增加梯度约为3.99%，生态恢复显著。VCF增加的滑坡点区域主要分布于黄河流域中游南部，其VCF的增加梯度约10.43%。黄河流域VCF增加梯度的空间模式为由中游中部向四周发散式逐渐降低。黄河流域植被恢复对边坡稳定性负向效应强度表现为由上游向中游逐渐递增的三级强度空间模式，流域上游、中游北部和中游南部分别为“二次函数”、“指数”和“幂函数”的三类时间演化模式。 （4）基于植被蒸腾速率关键生态功能指标分析，揭示了生态对滑坡负向效应的物理机制。针对生态对滑坡负向效应的作用过程和机制不清的问题，本研究分析了黄河流域植被蒸腾速率与土壤水文效应过程参数的关系，发现：在负向效应强烈区，植被蒸腾速率增加导致根际土壤湿度降低到一定阈值后，产生水分胁迫现象，进而降低土壤蒸发应力、基质吸力和边坡稳定性，揭示了生态对滑坡负向效应的物理机制。 负向效应强度随根际土壤湿度增加而先降低后增加，表明了植被负向效应与根际土壤湿度有关。探究其原因发现：生态恢复过程中，植被对边坡的土壤水文加固效应呈现“降低-增加-降低”三段式特征现象，过度生态恢复可能使土壤水文效应进入第三阶段，即引起土壤水分胁迫并对边坡稳定性产生负向效应。边坡稳定性模拟揭示：随植被蒸腾速率增加边坡稳定性指数先增加后降低。在水源有限地区，过度植被恢复导致植被蒸腾过于强烈，区域耗水量超过保水能力，从而破坏土壤强度。生态恢复措施应因地制宜地合理实施，尤其是对于黄土高原等干旱半干旱地区，从而有效防止水土流失和降低滑坡风险。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 140 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199877]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘晓. 关键生态因素与滑坡的时空关系及互馈机制[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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