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工具与对比 · 2026-10-27 · 8 分钟
用DEM和KMZ在浏览器中计算滑坡临界雨量
学校上方的边坡要下多少雨才会失稳？根据地形模型和研究范围的KMZ，浏览器随暴雨推进计算径流、浅层滑坡概率和泥石流的可能路径，并给出每处住宅、学校、医疗机构和道路的临界雨量。
秘鲁乔西卡基里奥沟的三维模型，从地形中切出并带有土质侧壁：边坡按滑坡概率由绿到深红着色，沟谷中的水为蓝色，并标注了暴露的住宅、学校、卫生所和道路
当雨落在城镇上方陡峭裸露的山坡上，危险不只是水。地面本身会垮塌，起初只是坡面上的小滑坡，可能顺着沟谷演变为泥石流，冲到沟口的房屋。仅靠静态地图，很难向当地居民和决定何时预警的人讲清楚这一点。
这个工具展示它发生的过程。你以KMZ提供研究范围，它从地图获取地形，让暴雨一步步推进：多少雨水形成径流，随着土壤吸收其余雨水哪些边坡变得不稳定，泥石流会从那里流向哪里，以及每处住宅、学校、医疗机构和道路在累计多少雨量时首次受到影响。
要点
- 径流用SCS曲线数，边坡失稳用无限边坡加蒙特卡洛，泥石流用到达角：都是标准、有文献依据的方法。
- KMZ中每个暴露要素都会得到临界雨量及原因：滑坡、泥石流或径流。可导出为CSV和GeoJSON。
- 无雨也会失稳的边坡单独显示：任何雨量阈值都无法描述它们。
- 在浏览器中几秒即可运行，无需IFC模型。结果仅供参考，不能替代正式的风险评估。
乔西卡基里奥沟，40 mm暴雨结束时。地形是真实的，地标为示例而虚构。
需要输入什么
- 研究范围的KMZ或KML：一个表示边界的多边形（名为“研究范围”“边界”“流域”等，或直接取最大的一个），以及表示暴露对象的地标。可读取点、线和多边形，无论是否放在文件夹中。
- 地形：来自地图的起伏，或导入的DEM（GeoTIFF或ASCII栅格）。未加载IFC模型时，由KMZ本身确定场景位置，地图会在研究范围处打开。
- 暴雨：来自内涝面板的预设，或手绘的雨量过程线。
- 土体：水文土壤组、前期湿度、黏聚力、内摩擦角、土层厚度和重度，默认值针对陡坡残积土，可编辑。
暴露要素按文件夹、名称、描述或属性数据识别：“vivienda”“I.E.”“colegio”“posta”“centro de salud”“carretera”“trocha”及其他语言中的同义词。无名称的线视为道路。没有KMZ时，学校、医疗机构、住宅和有名称的道路取自OpenStreetMap。
每一步如何计算
| 环节 | 方法 | 得到什么 |
|---|
| 径流 | SCS曲线数（TR-55），CN取自OpenStreetMap土地覆盖和土壤组 | 迄今降雨中有多少形成径流、多少下渗 |
| 湿度 | 下渗水量除以土体可排水孔隙度，汇集上坡来水的凹地更高 | 逐个网格单元的土层饱和比例 |
| 边坡失稳 | 无限边坡安全系数，对c′、φ′、γ和土层厚度进行200次蒙特卡洛抽样 | 边坡失稳的概率 P(FS < 1) |
| 泥石流 | 从可能失稳处沿最陡方向流动，按到达角（默认12°）停止 | 流体经过的路径和停止位置 |
| 临界雨量 | 要素所在单元首次失稳、被泥石流穿过或超过径流深的那一步 | 每个要素的雨量阈值及其原因 |
曲线数给出截至当时累计雨量对应的径流深[tr55]。未形成径流的部分渗入土中，抬高地下水位；汇集上方大面积来水的凹地上升更快。随后无限边坡模型比较土体强度与其在坡面上的自重，水会降低摩擦[hammond]。土体参数永远无法精确知道，因此每个参数在其取值附近抽样200次，边坡失稳的抽样比例即为其概率。
泥石流从降雨导致失稳的地方开始，沿最陡路径向下。当从源头到前缘的连线比到达角更平缓时便停下；到达角是泥石流所能达到的落差与距离之比的经验值[corominas]。
逐步观看暴雨
时间轴逐步重放暴雨。最初几毫米时只有少数斑块显现；到暴雨结束时，沟谷上方的陡坡变成橙色和红色，泥石流路径从那里延伸到谷底。暴露要素的标签在受到影响的那一步变红。
暴雨第一步。紫色：无雨也会失稳的地面。
累计250 mm之后。雨量达到临界值时标签变红。
另外两个图层显示链条中的各环节。“径流”按迄今形成的径流给地面着色，使水系网络显现。“泥石流”显示可能失稳处产生的流体经过（浅棕）与停止（深棕）的位置。
累计约120 mm时的径流：水系网络清晰可见。
测试全部雨量后的泥石流路径与堆积。
无雨也会失稳的边坡
在示例中，采用默认土体时，有13.6 公顷在下雨之前就会失稳：对这种强度的土体而言过陡，实际中多为岩石或陡崖。模型无法给它们临界雨量，因为根本不需要下雨；若把它们计入，陡崖下的每个要素阈值都会接近零。因此它们以紫色显示，不设阈值，不作为泥石流源，位于其上的要素会被标记。这对应SHALSTAB的“无条件不稳定”类别[shalstab]。在重要位置，土体参数应来自现场调查。
临界雨量表
表格按暴露程度从高到低列出所有暴露要素：受影响时的雨量及原因。示例在默认参数下的结果：
| 要素 | 临界雨量 | 原因 |
|---|
| Carretera Central（路段） | 1 mm | 泥石流 |
| I.E. Inicial 520 | 7 mm | 滑坡 |
| I.E. N° 1201 | 70 mm | 滑坡 |
| Puesto de salud Quirio | 90 mm | 径流 |
| 住宅（三组） | 140 mm | 径流 |
1 mm就受影响的道路，并不是预报1毫米雨就会使其中断：它说明道路经过的单元位于该模型中处于平衡极限的边坡之下，属于最易受影响的类别。这正是表格的价值：先关注什么的排序。用历史事件和当地土体率定后，这类数值就是早期预警雨量阈值的基础。表格可导出为CSV和GeoJSON，后者可在QGIS或Google Earth中打开。
它不能做什么
- 它不预报降雨，也不说明边坡何时失稳。它说明在给定参数下每个地点能承受多少雨。
- 它对整个区域使用单一土体并考虑不确定性，而不是地质图。岩石露头、坡积物和填土对它来说都一样。
- 下渗和地下水作了简化：不考虑随时间的侧向流动，也不考虑两场暴雨之间的排水。
- 全球地形（约30 m）会平滑小沟谷和陡坡。本地DEM能给出更好的坡度。
- 它不能替代正式的风险评估、现场调查或预警系统自身的率定。
参考文献
- Urban Hydrology for Small Watersheds (Technical Release 55) — USDA Natural Resources Conservation Service. 曲线数法，以及按土地覆盖和水文土壤组划分的CN表。
- Level I Stability Analysis (LISA) Documentation for Version 2.0 — Hammond, Hall, Miller & Swetik, USDA Forest Service. 土体参数不确定时的无限边坡安全系数，用蒙特卡洛法评估。
- 浅层滑坡地形控制的物理模型（A physically based model for the topographic control on shallow landsliding） — Montgomery & Dietrich, Water Resources Research 30(4). 由地形和无限边坡求临界雨量；“无条件不稳定”类别。
- 以到达角作为大小滑坡的运动性指标（The angle of reach as a mobility index for small and large landslides） — Corominas, Canadian Geotechnical Journal 33(2). 泥石流和其他滑坡的到达角（H/L）。
用DEM和KMZ在浏览器中计算滑坡临界雨量