滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度研究：綜述與展望

　　摘要：滑坡運(yùn)動(dòng)路徑具有普遍的復(fù)雜性，體現(xiàn)為側(cè)散、轉(zhuǎn)向、分叉、交織、聚合與并聯(lián)等復(fù)雜行為�；�坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜性增大了滑坡危險(xiǎn)性。因而，滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化和概率分布研究提出了需求。本文系統(tǒng)的梳理和總結(jié)了滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的研究現(xiàn)狀，指出了相關(guān)研究所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，并進(jìn)行了未來(lái)研究展望。總體上，當(dāng)前關(guān)于滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的研究，主要面臨量化研究稀缺、概率分布研究欠缺的問(wèn)題。具體表現(xiàn)在：現(xiàn)有滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化方法難以處理多路徑復(fù)雜行為;現(xiàn)有零星的指標(biāo)不能滿足滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的系統(tǒng)性科學(xué)量化;滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的分布函數(shù)不明、主控因素不清。進(jìn)一步，針對(duì)待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，本文在研究展望中提出：主要通過(guò)分段單路徑化方案，實(shí)現(xiàn)滑坡運(yùn)動(dòng)多路徑復(fù)雜行為的剖面線概化;構(gòu)建基于剖面線的滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化指標(biāo)體系，突破量化難題;基于大量滑坡實(shí)例數(shù)據(jù)，確定滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的分布函數(shù)、查清其主控因素;最終，實(shí)現(xiàn)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的預(yù)測(cè)建模，支撐滑坡危險(xiǎn)性及風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估。

　　關(guān)鍵詞：滑坡;運(yùn)動(dòng)路徑;復(fù)雜度;概率分布;剖面線

　　0引言

　　我國(guó)大陸地區(qū)將地質(zhì)災(zāi)害分為崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降等。因此，在狹義上來(lái)講，滑坡是與崩塌和泥石流等相區(qū)別的地質(zhì)災(zāi)害類型。我們也通常將英文“Landslide”譯為“滑坡”。然而，國(guó)際上“Landslide”這一術(shù)語(yǔ)指“土、石、泥或碎屑等物質(zhì)在重力的主要作用下的運(yùn)動(dòng)”，并按物質(zhì)組成與運(yùn)動(dòng)形式等進(jìn)行了系統(tǒng)性的分類(例如，Varnes,1958,1978;Cruden,1991;CrudenandVarnes,1996;Hungretal.,2001,2014;CrudenandLan,2015)。這一指代更接近“slopemovement”的表義(Varnes,1978)，包括了中文語(yǔ)境中的“崩塌”“滾石”“落石”“滑坡”“泥石流”“碎屑流”“滑坡-碎屑流”“巖崩”等多種形式的災(zāi)害。

　　因此，滑坡這一概念也有更廣義的指代。本文采用廣義的滑坡概念，除狹義的滑坡，也涵蓋了泥石流與碎屑流等災(zāi)害類型�；�坡(Landslide)是發(fā)生數(shù)量最大、分布最廣的地質(zhì)災(zāi)害(例如，中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心),2019;周超等,2020)。

　　一方面，在當(dāng)前地震頻發(fā)、氣候快速變化，特別是人類活動(dòng)增強(qiáng)的背景下，滑坡發(fā)生的時(shí)空頻率和規(guī)模呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì);另一方面，人口增長(zhǎng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展導(dǎo)致滑坡引起的潛在人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失加大(例如，GarianoandGuzzetti,2016;FroudeandPetley,2018;Fanetal.,2019;Haqueetal.,2019;柴波等,2020)。因此，滑坡危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)國(guó)家和地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)有重要意義。滑坡影響范圍預(yù)測(cè)是滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的關(guān)鍵內(nèi)容之一，而滑坡運(yùn)動(dòng)路徑?jīng)Q定了滑坡影響范圍。

　　因此，研究滑坡運(yùn)動(dòng)路徑對(duì)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估有重要意義。滑坡作為一種在多種復(fù)雜因素共同作用下發(fā)生的自然過(guò)程，其運(yùn)動(dòng)路徑具有天然的復(fù)雜性屬性。自然滑坡的真實(shí)運(yùn)動(dòng)路徑與簡(jiǎn)單滑塊倚重力沿平整斜坡向下運(yùn)動(dòng)的理想路徑具有顯著差別。因此，作為一種普遍存在的內(nèi)在屬性，復(fù)雜性成為滑坡運(yùn)動(dòng)路徑研究的不可或缺的重要內(nèi)容之一。

　　然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外有關(guān)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜性的研究仍處于零散狀態(tài)(例如，Lietal.,2020;樊曉一等,2020; 王麗娟等,2020;Schaeferetal.,2021)，對(duì)相關(guān)研究現(xiàn)狀缺少系統(tǒng)性的梳理和總結(jié)，對(duì)相關(guān)研究趨勢(shì)缺少系統(tǒng)性的分析和展望。本文首先介紹了滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的主要類型，并詳細(xì)探討了滑坡路徑復(fù)雜度的重要意義。在全面檢索與收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的梳理和總結(jié)了滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的研究現(xiàn)狀，并指出了相關(guān)研究所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。最后，針對(duì)如何解決滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度研究面臨的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了展望。

　　1研究背景

　　1.1滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的類型

　　滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜性體現(xiàn)在多種行為上。綜合已有的有關(guān)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑描述的研究(例如，NicolettiandSorriso-Valvo,1991;Brunettietal.,2014;Bessette-Kirtonetal.,2020;Schaeferetal.,2021)，本文總結(jié)出6種普遍存在的、基本的滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為，如圖1所示，分別為：1)側(cè)散(spreading);2)轉(zhuǎn)向(turning);3)分叉(splitting);4)交織(braiding);5)聚合(coalescence);6)并聯(lián)(connection)。其中，側(cè)散與轉(zhuǎn)向?yàn)?ldquo;單路徑”復(fù)雜行為，而分叉、交織、聚合與并聯(lián)等則為“多路徑”復(fù)雜行為。

　　單個(gè)滑坡一般以某一種運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為為主，也有可能集多種復(fù)雜行為于一體;而在地震與降雨等事件觸發(fā)的滑坡群中，由于邊坡失穩(wěn)與滑坡大面積發(fā)生，滑坡更有可能集多種復(fù)雜行為于一體。運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜行為在自然滑坡中普遍存在。

　　滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的典型案例包括：四川茂縣新磨村滑坡在末端產(chǎn)生側(cè)散行為(例如，Huangetal.,2019);云南鎮(zhèn)雄高坡村滑坡具有明顯的轉(zhuǎn)向行為(例如，Yinetal.,2017);四川都江堰三溪村滑坡在失穩(wěn)后產(chǎn)生分叉并且具有一定的轉(zhuǎn)向行為(例如，Gaoetal.,2017);貴州水城坪地村滑坡則具有明顯的交織行為(例如，Guoetal.,2020);福建南平強(qiáng)降雨觸發(fā)滑坡具有聚合與并聯(lián)等多種復(fù)雜行為;而造成山河破碎的汶川地震所觸發(fā)的滑坡，其路徑復(fù)雜行為則更加多樣，僅單個(gè)滑坡就可集聚合、分叉、轉(zhuǎn)向、側(cè)散等復(fù)雜行為于一身。

　　1.2滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度研究的意義

　　滑坡危險(xiǎn)性在傳統(tǒng)上包括三大要素：時(shí)間、空間與規(guī)模(例如，Guzzettietal.,2005;Jaiswaletal.,2010;胡瑞林等,2013)。然而，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜性也可增大滑坡的危險(xiǎn)性�；�坡運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜性增大了滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的不確定性，進(jìn)而增大了滑坡危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)與災(zāi)前防控的難度。路徑復(fù)雜與高度不確定的災(zāi)害，相比路徑簡(jiǎn)單易預(yù)測(cè)的災(zāi)害，危險(xiǎn)性更大(Tsuchidaetal.,2019)。實(shí)際的滑坡案例也反映了運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜行為增大了滑坡的危害性。

　　例如：四川茂縣新磨村滑坡不但掩埋了其源區(qū)正下方的新磨村，其在末端的側(cè)散行為也造成了新磨村西北側(cè)的若干房屋損毀(Huangetal.,2019);云南鎮(zhèn)雄高坡村滑坡的轉(zhuǎn)向行為使其下方多個(gè)村莊都處于風(fēng)險(xiǎn)之中(Yinetal.,2017);四川都江堰三溪村滑坡的分叉行為使其左側(cè)溝谷中的居民點(diǎn)也受到威脅(Gaoetal.,2017);貴州水城坪地村滑坡的交織行為則造成判斷其下方受威脅居民點(diǎn)的難度增大(Guoetal.,2020)�；�于滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜性可增大滑坡危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)，本文提出：滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度，作為重要補(bǔ)充，是除時(shí)間、空間和規(guī)模之外，滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的關(guān)鍵要素之一。

　　因此，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度應(yīng)納入滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估之中，具有重要的研究意義。需要指出的是，基于過(guò)程模擬的災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估可同時(shí)實(shí)現(xiàn)災(zāi)害影響范圍與強(qiáng)度規(guī)模的預(yù)測(cè)(例如，Lanetal.,2013;仉義星等,2019);對(duì)災(zāi)害影響范圍的模擬事實(shí)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)災(zāi)害空間分布與運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的評(píng)估。但是，在更多情況下，特別是在區(qū)域性評(píng)估工作中，滑坡空間分布評(píng)估僅給出空間位置上滑坡發(fā)生可能性的高低，并不給出滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的預(yù)測(cè)。

　　因此，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度評(píng)估仍然是通用滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的重要補(bǔ)充。另外，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度與滑坡空間分布之間具有一定相關(guān)性，二者并非完全獨(dú)立。事實(shí)上，滑坡時(shí)間、空間與規(guī)模之間也并非完全獨(dú)立;有眾多因素，比如降雨強(qiáng)度，同時(shí)影響著滑坡發(fā)生的時(shí)間、空間和規(guī)模。因此，一定的相關(guān)性不影響時(shí)間、空間、規(guī)模與運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度同時(shí)作為滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的關(guān)鍵要素。

　　1.3滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度研究的內(nèi)容需求

　　作為滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的關(guān)鍵要素之一，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度面臨以下具體的研究需求。

　　(1)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化

　　對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度進(jìn)行量化，也即：發(fā)展一套復(fù)雜度的計(jì)算方法，用來(lái)定量描述復(fù)雜行為的復(fù)雜程度，以反映復(fù)雜行為帶來(lái)的危害程度，是將運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度納入滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的根本前提。以滑坡規(guī)模作為類比，也同樣需要對(duì)滑坡規(guī)模進(jìn)行量化，以表征滑坡的潛在危害程度。

　　從更嚴(yán)格的意義上來(lái)講，滑坡規(guī)模是對(duì)滑坡強(qiáng)度的描述，綜合大小、位移和速度等特征，可反映滑坡的破壞能力。也有許多研究使用大小(面積與體積)來(lái)量化規(guī)模;如此，便可在滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估中使用滑坡大小來(lái)反映滑坡危害程度。因而，從反映危害程度這一需求出發(fā)，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化是其納入滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的根本前提。 滑坡的時(shí)間、空間和規(guī)模概率的評(píng)估各有常用方法。

　　時(shí)間概率通常根據(jù)觸發(fā)事件比如降雨或地震的重現(xiàn)期進(jìn)行評(píng)估(例如，Lanetal.,2013;伍宇明等,2014);空間概率通常根據(jù)不同災(zāi)害因子的敏感性的空間分布進(jìn)行評(píng)估(例如，蘭恒星等,2002;Lanetal.,2004;Lietal.,2017;李郎平等,2017);規(guī)模概率通�；�于滑坡規(guī)模的概率分布進(jìn)行評(píng)估(例如，Lietal.,2014,2016)，也即根據(jù)研究區(qū)的滑坡規(guī)模概率分布函數(shù)來(lái)評(píng)估特定規(guī)模滑坡的發(fā)生概率。運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度是對(duì)滑坡整體特征的描述，無(wú)法在具體空間位置上，比如柵格單元上，對(duì)其進(jìn)行描述評(píng)估。類似的，滑坡規(guī)模也是描述滑坡的整體特征，其概率評(píng)估是在整個(gè)研究區(qū)之內(nèi)進(jìn)行。

　　因此，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的概率評(píng)估可以參考規(guī)模概率的評(píng)估方式。也即，根據(jù)研究區(qū)的滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布函數(shù)，來(lái)估計(jì)特定復(fù)雜度的發(fā)生概率，這就首先要求對(duì)復(fù)雜度的概率分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此，從應(yīng)用的角度來(lái)講，研究并預(yù)測(cè)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的概率分布，是其納入滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的必然需求。

　　2研究綜述

　　2.1滑坡運(yùn)動(dòng)路徑研究的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

　　作者利用中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)和WebofScience文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用“滑坡”、“運(yùn)動(dòng)”與“路徑”等關(guān)鍵詞的所有可能組合作為主題檢索詞，對(duì)相關(guān)中文和英文文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索。檢索發(fā)現(xiàn)，總共有150多篇中文和英文文獻(xiàn)的主題詞包含了“滑坡”、“運(yùn)動(dòng)”與“路徑”等關(guān)鍵詞的組合。然而，在檢索結(jié)果文獻(xiàn)中，僅有25篇直接或間接地涉及了滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜行為，不到總數(shù)的1/6。研究?jī)?nèi)容主要包括：

　　1)描述具體滑坡實(shí)例的運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜特征(例如，Lanetal.,2008;Xingetal.,2015,2016,2017;Dufresneetal.,2016;McDougall,2017;Michelinietal.,2017;Imaizumietal.,2019;Tsuchidaetal.,2019;Guoetal.,2020;王麗娟等,2020;Schaeferetal.,2021);2)使用模擬手段分析滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜變化(例如，D’Ambrosioetal.,2003;Daietal.,2014;杜鵑等,2015;王玉峰等,2016;Cuomoetal.,2017;Katteletal.,2018;張濤等,2019;周禮等,2019;Chaeetal.,2020)。

　　在檢索結(jié)果中，僅有少數(shù)研究利用簡(jiǎn)單的參數(shù)對(duì)滑坡實(shí)例的運(yùn)動(dòng)路徑特征進(jìn)行了一定的定量分析(例如，Schneideretal.2011;Brideauetal.,2019;胡曉波等,2019;樊曉一等,2020)，占檢索結(jié)果文獻(xiàn)總數(shù)的2.52%�？傮w上，當(dāng)前關(guān)注滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的研究文獻(xiàn)較少，量化研究稀缺，概率分布研究欠缺。以下，就量化和概率分布兩個(gè)方面的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。

　　2.2滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的量化和概率分布研究

　　最常見(jiàn)的對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的定量描述是長(zhǎng)度，也即滑坡的運(yùn)動(dòng)距離(例如，CrudenandVarnes,1996;Lanetal.,2008;詹威威等,2017;樊曉一等,2020;Lietal.,2020;Gaoetal.,2021)。然而，僅僅使用長(zhǎng)度并不能描述滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的復(fù)雜行為。在有關(guān)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的研究中，Schaefer等(2021)分析了泥石流的復(fù)雜“變向行為”(avulsion，包括分流、分叉、散布、交織、轉(zhuǎn)向)的特征及其影響因素。然而，該研究只簡(jiǎn)單地分析了不同變向行為的有利因素，并未對(duì)變向行為進(jìn)行量化描述與分析。事實(shí)上，即使是相同的變向行為，其變向程度也有一定的差別。

　　例如，同樣是轉(zhuǎn)向行為，轉(zhuǎn)向的角度可有大小之分，轉(zhuǎn)向的位置也有前后之分。并且，具體的某個(gè)泥石流可具有多種變向行為，不能簡(jiǎn)單歸為某一種變向類型。胡曉波等(2019)將滑坡運(yùn)動(dòng)路徑縱剖面形態(tài)分為凸面型、階梯型、凹面型、平直型4類，評(píng)價(jià)了其對(duì)滑坡-碎屑流運(yùn)動(dòng)能量消耗的影響，但仍未對(duì)路徑復(fù)雜行為進(jìn)行定量描述。有少數(shù)研究對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為進(jìn)行了定量描述。在提出使用“剖面線(profile)”來(lái)概化滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的基礎(chǔ)上，Li等(2020)進(jìn)一步提出了“彎曲度(tortuosity)”作為描述滑坡運(yùn)動(dòng)路徑特征的定量參數(shù)之一。

　　彎曲度為滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的總長(zhǎng)度與路徑起訖點(diǎn)之間的直線位移的比值�；�坡的真實(shí)運(yùn)動(dòng)路徑可概化為三維空間中的折線，因此其總長(zhǎng)度一定比路徑起訖點(diǎn)之間的直線位移大;也即，彎曲度的值在理論上總大于1。彎曲度與Schneider等(2011)提出的“路徑偏離指數(shù)(pathdeviationindex)”本質(zhì)上類似，但具有更加完備的定義。通常，在運(yùn)動(dòng)路徑總長(zhǎng)度一定的情況下，轉(zhuǎn)向角度越大、轉(zhuǎn)向次數(shù)越多，彎曲度也越大。盡管彎曲度可在一定程度上定量描述滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的轉(zhuǎn)向復(fù)雜行為，但是仍然未見(jiàn)對(duì)側(cè)散、分叉、交織、聚合與并聯(lián)等其他類型的路徑復(fù)雜行為的定量描述研究。

　　總體上，當(dāng)前滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的量化研究依然稀缺，而限制量化研究的主要難點(diǎn)在于缺少有效的復(fù)雜度量化手段�；�坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的量化研究的稀缺，進(jìn)一步導(dǎo)致概率分布研究的欠缺。在提出“彎曲度(tortuosity)”這一與滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為相關(guān)的定量參數(shù)后，Li等(2020)也利用直方圖展示了彎曲度這一參數(shù)的頻率分布。典型案例分析結(jié)果表明，彎曲度可符合冪次分布。然而，總體上，滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜行為的概率分布研究仍然欠缺。仍需在量化側(cè)散、轉(zhuǎn)向、分叉、交織、聚合與并聯(lián)等路徑復(fù)雜行為的基礎(chǔ)上，進(jìn)行各量化參數(shù)的概率分布研究。

　　3關(guān)鍵問(wèn)題

　　本節(jié)基于以上國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的總結(jié)，詳細(xì)分析和指出相關(guān)研究所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　3.1滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化

　　滑坡的真實(shí)運(yùn)動(dòng)路徑覆蓋一定的地表空間范圍。使用“剖面線(profile)”對(duì)路徑進(jìn)行概化，可為描述特別是定量描述路徑特征提供明確的靶標(biāo)對(duì)象。剖面線是滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的中心線，實(shí)際上是使用“有向折線”概化地代表了滑坡的運(yùn)動(dòng)路徑。因此，利用剖面線概化滑坡運(yùn)動(dòng)路徑，并定量描述其復(fù)雜特征，是突破滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度量化難題的有效手段。然而，現(xiàn)有滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化方法仍面臨難以處理多路徑復(fù)雜行為的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

　　對(duì)于崩塌滾石這類單個(gè)巖塊獨(dú)立地沿斜坡滾落運(yùn)動(dòng)的災(zāi)害，在將災(zāi)害體抽象為質(zhì)點(diǎn)之后，其運(yùn)動(dòng)路徑本身就是有向折線(例如，Lanetal.,2007,2010,2015LiandLan,2015)。然而，對(duì)于覆蓋一定地表范圍的滑坡，其運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化面對(duì)很大挑戰(zhàn)。使用人工手動(dòng)的方法進(jìn)行滑坡剖面線的描畫(huà)，一方面耗時(shí)耗力，另一方面會(huì)帶來(lái)難以控制的主觀因素。因此，需要發(fā)展一種通用的滑坡剖面線自動(dòng)提取方法。

　　有研究展示出可以利用地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)反演的受力過(guò)程計(jì)算出大型滑坡的滑坡路徑(Zhaoetal.,2020)，然而這一方法的推廣應(yīng)用受到限制。也有相關(guān)的研究通過(guò)在滑坡多邊形中擬合一條折線來(lái)形成滑坡的“長(zhǎng)度線”(Golovkoetal.,2017)，然而該方法并不能處理滑坡在末端產(chǎn)生爬升等復(fù)雜情況。

　　作者基于多級(jí)分割與連接滑坡高程點(diǎn)的思路提出了一種滑坡剖面線的自動(dòng)提取方法，并形成了開(kāi)源腳本ALPA(Lietal.,2020)，其所提取的剖面線代表了滑坡運(yùn)動(dòng)中心線。然而，這一方法雖能合理地處理具有側(cè)散和轉(zhuǎn)向等單路徑復(fù)雜行為的滑坡，當(dāng)前仍然難以處理具有分叉、交織、聚合與并聯(lián)等多路徑復(fù)雜行為的滑坡。因此，完善現(xiàn)有滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化方法(剖面線自動(dòng)提取方法)，以適用于多路徑復(fù)雜滑坡，是相關(guān)研究亟待解決的第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

　　4研究展望

　　為解決以上滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度研究所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)支撐滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的目標(biāo)，本文建議在未來(lái)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度研究中關(guān)注五個(gè)內(nèi)容：首先研發(fā)完善滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化方法，并構(gòu)建基于剖面線的滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化指標(biāo)體系;在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度量化的基礎(chǔ)上，依次開(kāi)展復(fù)雜度概率分布的分布函數(shù)和主控因素研究，最終建立復(fù)雜度概率分布的預(yù)測(cè)模型。建議的五個(gè)研究?jī)?nèi)容構(gòu)成一個(gè)“層層遞進(jìn)、直達(dá)目標(biāo)”的有機(jī)房屋結(jié)構(gòu)：“底座”解決兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，“梁柱”解決兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，“屋頂”實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)建模。以下對(duì)各建議研究?jī)?nèi)容的可行的實(shí)施思路進(jìn)行簡(jiǎn)要展望。

　　(1)完善滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化方法

　　發(fā)展滑坡剖面線自動(dòng)提取方法，主要完善現(xiàn)有方法，使其具備提取“分叉”、“交織”、“聚合”與“并聯(lián)”等多路徑復(fù)雜行為的能力。作者提出的現(xiàn)有滑坡剖面線自動(dòng)提取方法ALPA采用了多級(jí)分割與連接滑坡高程格點(diǎn)的思路;將最終的所有高程格點(diǎn)子集相連，形成剖面線(Lietal.,2020)。

　　首先，根據(jù)高程格點(diǎn)子集的空間連續(xù)性、邊界分布以及擴(kuò)散特征對(duì)復(fù)雜行為進(jìn)行區(qū)分，甄別出分叉、聚合、并聯(lián)、交織等多路徑復(fù)雜行為，以及側(cè)散、轉(zhuǎn)向等單路徑復(fù)雜行為。其次，針對(duì)各多路徑復(fù)雜行為類型，分別設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分段單路徑化，隨后利用現(xiàn)有方法分段提取進(jìn)而合并形成剖面線。最終，解決現(xiàn)有方法不能處理多路徑復(fù)雜行為的問(wèn)題，為路徑復(fù)雜度的指標(biāo)體系量化奠定基礎(chǔ)。

　　(2)構(gòu)建滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化指標(biāo)體系

　　首先，根據(jù)側(cè)散、轉(zhuǎn)向、分叉、交織、聚合與并聯(lián)等復(fù)雜行為的具體特點(diǎn)，對(duì)各個(gè)復(fù)雜行為有針對(duì)性地選擇各自適用的剖面線特征指標(biāo)，進(jìn)行計(jì)算方法定義與綜合，進(jìn)而為各個(gè)行為分別單獨(dú)構(gòu)建復(fù)雜度的量化指標(biāo)。側(cè)散復(fù)雜度指標(biāo)可包括側(cè)散位置、側(cè)散比例、側(cè)散偏度等;轉(zhuǎn)向復(fù)雜度指標(biāo)可包括轉(zhuǎn)向次數(shù)、轉(zhuǎn)向位置、轉(zhuǎn)向角度等;分叉復(fù)雜度指標(biāo)可包括分叉位置、分叉?zhèn)�數(shù)、分叉長(zhǎng)短等;交織復(fù)雜度指標(biāo)可包括交織位置、交織個(gè)數(shù)、交織面積等;聚合復(fù)雜度指標(biāo)可包括聚合位置、聚合個(gè)數(shù)、聚合長(zhǎng)短等;并聯(lián)復(fù)雜度指標(biāo)可包括并聯(lián)個(gè)數(shù)、并聯(lián)位置、并聯(lián)規(guī)模等。

　　另外，明確各量化指標(biāo)與滑坡危險(xiǎn)性的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)量化指標(biāo)進(jìn)行合理的調(diào)整與篩選，有助于使滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度在滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估中發(fā)揮更大作用。可針對(duì)每個(gè)復(fù)雜度量化指標(biāo)，基于滑坡實(shí)例數(shù)據(jù)，分析其與滑坡威脅范圍等的關(guān)系，從而反映其與滑坡危險(xiǎn)性的關(guān)系。

　　其次，主要利用層次分析法(AHP)，并且結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，確定各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重;綜合各單行為復(fù)雜度指標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)描述滑坡整體的運(yùn)動(dòng)路徑多行為綜合復(fù)雜度指標(biāo)。最終，形成一套從剖面線特征指標(biāo)，到單行為復(fù)雜度指標(biāo)，到多行為綜合復(fù)雜度指標(biāo)的多層級(jí)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的系統(tǒng)性科學(xué)量化，為滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的概率分布研究奠定基礎(chǔ)。

　　(3)確定滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的分布函數(shù)

　　選擇若干典型的滑坡數(shù)據(jù)集，包括長(zhǎng)時(shí)間跨度的歷史數(shù)據(jù)集與地震和降雨等事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)集，作為探索滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的概率分布規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。提取各數(shù)據(jù)集中各滑坡的剖面線，進(jìn)而求取各滑坡的運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度數(shù)據(jù)。根據(jù)各實(shí)例數(shù)據(jù)集的滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)每個(gè)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度指標(biāo)。

　　主要利用直方圖以及累積頻率圖等數(shù)據(jù)探測(cè)方法，篩查可能適用的候選分布函數(shù)，例如均勻分布、正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、帕累托分布等。進(jìn)一步，使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行候選分布函數(shù)的參數(shù)擬合與假設(shè)檢驗(yàn)，使用赤池信息量準(zhǔn)則(AIC)、KS檢驗(yàn)等判斷各候選分布函數(shù)對(duì)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)良度，確定描述各個(gè)復(fù)雜度指標(biāo)的最優(yōu)分布函數(shù)，為滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的預(yù)測(cè)建模與滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估應(yīng)用奠定數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

　　5結(jié)論

　　本文系統(tǒng)的梳理和總結(jié)了滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的研究現(xiàn)狀，指出了相關(guān)研究所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，并進(jìn)行了未來(lái)研究展望。本文提出滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的概率預(yù)測(cè)是對(duì)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的重要補(bǔ)充，并指出量化和概率分布研究是將滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度納入滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的根本前提和必然需求，具有重要的意義。

　　總體上，當(dāng)前關(guān)于滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的研究，主要面臨量化研究稀缺、概率分布研究欠缺的問(wèn)題。具體表現(xiàn)為，兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：現(xiàn)有滑坡運(yùn)動(dòng)路徑的剖面線概化方法難以處理多路徑復(fù)雜行為、現(xiàn)有零星的指標(biāo)不能滿足滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的系統(tǒng)性科學(xué)量化;兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的分布函數(shù)不明、主控因素不清。

　　針對(duì)以上待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，本文展望了未來(lái)研究?jī)?nèi)容及其實(shí)施思路：主要通過(guò)分段單路徑化方案，實(shí)現(xiàn)滑坡運(yùn)動(dòng)多路徑復(fù)雜行為的剖面線概化;構(gòu)建基于剖面線特征描述的滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度的量化指標(biāo)體系，突破量化難題;基于大量滑坡實(shí)例數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和規(guī)律挖掘，確定滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的分布函數(shù)、查清其主控因素;最終，實(shí)現(xiàn)滑坡運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜度概率分布的預(yù)測(cè)建模，支撐滑坡危險(xiǎn)性及風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估。

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　　作者：李郎平1，蘭恒星1,2*

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