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《安全与环境工程》编辑部
2025年11月27日
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2026年01期
“地质灾害风险预警与管控”专题
渐进式优化框架下的地质灾害易发性评价与可解释性分析
刘洋;刘庆丽;吴益平;江君;殷坤龙;为构建乡镇尺度的泥石流易发性精细化建模框架，聚焦位于中国西南亚热带季风气候区的复杂山区，提出了一种基于遗传算法（genetic algorithm,GA）-分类提升（categorical boosting,CatBoost）-沙普利加法解释（Shapley additive explanations,SHAP）的渐进式优化框架。该框架整合了最优流域单元选择、高质量负样本集构建和超参数优化策略。首先，在前处理部分，构建了泥石流影响因素数据库，设计了5种不同汇流累积量阈值的流域单元，并优化了负样本采样策略；随后，在模型构建阶段，采用极端梯度提升（extreme gradient boosting,XGBoost）、轻量梯度提升机（light gradient boosting machine,LGBM）、CatBoost和自然梯度提升（natural gradient boosting,NGBoost）算法作为基础模型，并集成GA超参数优化方法进行最优测试；最后，采用SHAP方法对泥石流影响因素的贡献度进行了量化分析，揭示了西南山区泥石流发生的主要驱动因素。结果表明：汇流累积量阈值为1 000的流域单元表现最佳；CatBoost模型的性能优于其他算法；通过超参数优化后，GA-CatBoost模型的预测性能达到最高，其准确度、F1值和曲线下面积（area under the curve,AUC）分别为0.860、0.880和0.910;SHAP分析显示，岩性、土壤类型和归一化差分植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）是研究区内泥石流发生的最主要影响因素。研究结果可为乡镇级泥石流的风险评估及管理与防控工作提供技术支持和决策参考。
台风暴雨诱发大型凝灰岩滑坡形成机理与动力学特征
王紫剑;张明;李贵仁;平措朗加;刘大金;张昭辉;王虎;吴友银;近年来，我国东南沿海由台风暴雨诱发的大型凝灰岩滑坡频繁发生，造成严重的人员伤亡和财产损失。2019年8月8日，台风“利奇马”引发的暴雨诱发了浙江省永嘉县山早滑坡，导致32人死亡，该事件是近年来浙江省人员伤亡最为严重的地质灾害事件之一。以山早滑坡为例，开展了台风暴雨诱发的大型凝灰岩滑坡的形成机理和动力学特征研究。首先基于山早滑坡的地质环境条件和基本特征，分析了其形成机理，随后利用颗粒流程序（Particle Flow Code,PFC）离散元数值模拟方法，再现了山早滑坡的动力学过程。结果表明：(1)该滑坡的形成机理是降雨通过后缘裂缝优势入渗，使后缘裂缝中地下水水位上升，进而对坡体施加了向外的水平推力和渗透压力，增大了坡体的下滑力；同时，凝灰岩中的泥质夹层受到浸泡后，其剪切强度降低，从而形成了滑带，减小了坡体的抗滑力。(2)该滑坡具有明显的高位滑坡特征，失稳后滑体突然启动并急剧加速，其速度在短时间内达到10 m/s以上，并完全堵塞了山早溪；滑体与地面剧烈碰撞发生动力破碎而碎屑化；前缘滑体速度急剧减小，并在攀爬河谷对面岸坡的过程中逐步停止运动，中部滑体推挤前部急剧减速的滑体、后部滑体推挤、前部滑体向前运动，动能从后部滑体传递至前部滑体；最终，大部分中部滑体超覆前部滑体，后部滑体超覆中前部滑体，因此，后部滑体的运动距离反而最长，中部滑体次之，前部滑体的运动距离最短。研究结果可为东南沿海地区台风暴雨诱发大型凝灰岩滑坡的早期识别、风险评估和防治工程设计提供理论支撑。
三峡库区藕塘滑坡滑带土抗拉与抗剪强度关联机制
王猛;张凯锋;王菁莪;降雨及地下水位上升所引起的滑带土含水率变化是造成其抗剪强度降低与滑坡稳定性下降的重要因素。为研究滑带土在不同含水状态的强度特性，采集三峡库区藕塘滑坡的滑带土作为研究对象，分别使用压力板仪法、盐溶液湿度控制法和双分量空气湿度控制法制备低吸力段、中吸力段与高吸力段的滑带土样品。通过自主研制的非饱和土抗拉、抗剪多功能试验装置测试了不同基质吸力状态滑带土样品的抗拉与抗剪强度，结果表明低吸力段滑带土在拉伸和剪切过程中表现出黏性，而中高吸力段土样拉伸和剪切破坏表现为脆性。土样的单轴抗拉强度与抗剪强度变化趋势与基质吸力变化趋势类似，均随着含水率降低呈非线性单调增大，其中抗拉强度和抗剪强度在221.6 MPa基质吸力状态下分别可达279.8和204.9 kPa。而当土体完全饱和时，土样的抗拉强度与抗剪强度仍分别有46.0和32.3 kPa。滑带土抗拉与抗剪强度的相关性可通过基于吸应力理论的扩展摩尔-库伦强度准则准确描述。基于单轴抗拉强度与吸应力理论计算所得的抗剪强度预测值与通过剪切试验获取的抗剪强度测试值基本吻合，通过该方法测试和计算非饱和滑带土在不同含水率状态抗剪强度可大幅降低时间和试验成本。
基于天-空-地多源信息的水库岸坡时空变形特征分析——以白鹤滩水库蓄水初期的小米地变形体为例
闫国强;李真;何鑫;李小亮;丁霖;马俊伟;章广成;白鹤滩水电站作为世界第二大水电站，自2021年4月5日下闸蓄水后，库区平均水位上涨超过150 m，水电站运行期间库水位变幅约60 m。库水位大幅抬升和周期性涨落诱发了多处库岸变形。以白鹤滩库区小米地变形体为研究对象，联合光学卫星影像、时序合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）、无人机摄影测量、地面调查、三维形变监测雷达、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）等多源监测手段，构建了天-空-地一体化监测网络，基于天-空-地多源监测数据，分析了白鹤滩水库蓄水初期变形体的时空变形特征；通过小波相干分析，查明了位移与库水位和降雨在不同时段、不同周期上的耦合关系。结果表明：自水库蓄水以来，小米地变形体在地形地貌、地层岩性、水库蓄水和降雨等内外动力联合作用下持续变形，变形呈显著的牵引式分区特征，变形量自坡脚向后缘递减；变形体变形与库水位波动的相关性和周期性由前缘向后缘逐渐减弱并伴随时滞，而其与降雨仅在变形体后缘及短周期尺度上表现出弱相干。结合天-空-地多源监测和小波相干分析形成了完整的滑坡时空变形分析技术体系，提升了对复杂地质体变形机制的认知能力，可为库区滑坡的监测预警与风险管控提供技术支撑。
考虑渗透各向异性的动水压力型滑坡变形响应规律
刘艺梁;朱前;李永奕;左清军;樊西丰;宋琨;申高伟;汤罗圣;动水压力型滑坡是三峡水库运行过程中重要的地质灾害类型，其坡体结构松散、孔隙比大、渗透性强，滑体渗透性在不同方向上呈现明显差异。为研究渗透各向异性对动水压力型滑坡变形响应规律的影响，以三峡库区白家包滑坡为研究对象，采用渗透系数比值kx/ky表征渗透各向异性，系统分析了不同滑体渗透系数比值kx/ky和库水位下降速率v作用下滑坡地表位移和变形滞后时间的变化规律。研究结果表明：(1)随渗透系数比值kx/ky增大，滑坡前部浸润线抬升，坡体内外水头差同步增大，指向坡外的动水压力相应增强。(2)当库水位下降速率保持不变时，滑体渗透系数比值越大，滑坡地表位移和变形滞后时间越大；当0.1
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01
倾斜隧道重点排烟模式下排烟效果研究
吴英昊;汪洪焦;钟委;郭炎伟;苏新建;高晓蕾;为研究倾斜隧道内采用重点排烟模式的排烟效果，采用火灾数值模拟软件FDS建立了隧道火灾数值模型，分析了不同隧道坡度、排烟口开启个数对排烟效果的影响，并通过专家打分法和层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）法相结合的方法提出了倾斜隧道重点排烟模式排烟效果的评估模型。结果表明：排烟口流速存在不均匀性，无火源时，排烟口离风机越近流速越大；存在火源时，火源下游排烟口流速随着与风机距离的减小先减小后增大；在上游开启排烟口有利于减小烟气逆流长度，在下游开启排烟口有利于减小烟气层厚度；通过排烟效果评估模型确定了重点排烟模式下不同坡度的最佳排烟口开启方式，即对于较小坡度的隧道火灾，应在火源上下游均开启排烟口，对于较大的坡度，宜仅在下游开启排烟口。
数据驱动的安全仪表系统动态SIL评估方法
郭治沣;王金江;魏振强;叶文聪;汪征;传统安全完整性等级（safety integrity level，SIL）评估方法主要依赖历史故障统计数据进行静态分析。然而，安全屏障在实际运行过程中的性能会因老化、环境侵蚀等因素发生动态退化。为更精准地反映系统全生命周期风险变化，提出一种数据驱动的动态SIL评估方法，通过分层贝叶斯模型融合故障统计数据与实时状态监测数据，实现安全屏障可靠性的动态更新，进而动态校准SIL等级。以某原油储备库储罐安全仪表系统(safety instrumented system，SIS)为例，重点研究第七年到八年期间系统SIL等级动态变化特性。结果表明，储罐液位高高联锁回路的可靠性随时间推移逐渐降低，从而SIL等级逐渐提升。与传统静态方法相比，该方法通过实时监测数据驱动可靠性更新，将误差降低了8.59%。研究可为高风险工业系统的动态安全管理提供了理论支持。
基于改进YOLOv8的香烟小目标检测算法ASW-YOLO
夏晓华;郭涛;李杨;石汉高;袁述皓;近年来，工厂因吸烟而引起的火灾事故频发，为了有效预防火灾隐患，确保人员与财产安全，对禁烟场所进行香烟检测变得尤为重要。针对香烟目标较小，特征不明显，现有目标检测算法对其检测精度不高等问题，提出一种基于改进YOLOv8的香烟小目标检测算法ASW-YOLO。首先设计一种基于传统卷积下采样与ADown模块的模型下采样方式，扩大网络模型的感受野，提高模型对小目标的特征提取能力。其次重构网络结构中的Neck部分，采用SlimNeck设计范式实现高效的特征融合，提高检测的准确性，并通过减少特征通道数量降低模型复杂度。最后修改边界损失函数为Wise-IoU v3，通过动态非单调机制优化损失函数，对小目标的加权处理进行动态优化，并引入梯度增益分配策略，从而提高模型对小目标的检测能力。消融实验及对比实验结果表明，改进的策略使mAP@50和F1值分别提高了10.70%和19.83%，计算量下降了0.5 GFLOPS，取得的效果均优于对比的9个经典模型和6个先进模型，可用于禁烟场合香烟目标的检测。
考虑砂粒径的橡胶-砂混合物热导率及其DT-XGBoost预测模型
沈胜强;张文斌;张涛;热导率是岩土材料工程性质的重要参数之一。与天然岩土体相比，废弃轮胎橡胶具有较低热导率值，是工程隔热的理想候选材料。为明确橡胶-砂混合物的热传导特性，采用热探针测试了不同制备状态的混合物热导率，分析了橡胶掺量、砂粒径、饱和度等对热导率的影响，并基于极致梯度提升（eXtreme Gradient Boosting， XGBoost）决策树框架，构建了橡胶-砂混合物热导率的预测模型。结果表明：添加橡胶可显著降低混合物的热导率，掺量为50%时热导率降幅约60%，热导率与橡胶掺量的关系可用指数函数来描述；增大饱和度可显著提高混合物的热导率，粒径1.0～2.0 mm的粗砂与橡胶混合物的热导率随饱和度呈“先急剧增大，后趋于稳定”的趋势，而粒径0.1～0.5 mm的细砂与橡胶混合物的热导率增速相对平稳；细砂颗粒易形成“砂-砂”接触的传热链，从而提高混合物的热导率；橡胶掺量、饱和度、砂粒径等因素相互关联，共同影响橡胶-砂混合物的传热性能；决策树XGBoost模型计算橡胶-砂混合物热导率的精度高于传统支持向量机（Support Vector Machine， SVM）模型和人工神经网络（Artificial Neural Network， ANN）模型，为预测多因素影响下的橡胶-砂热导率提供了新方法。研究结果可为颗粒类人类工程建筑材料的导热性能评价提供参考。
降雨-库水联合作用下的丹江口库区金岗滑坡机理研究
杨潇;晏鄂川;贾琳;于义军;王水华;降雨和库水位变动是诱发库区堆积层滑坡的重要因素，因库区不同类型滑坡对水动力因素的响应过程存在差异，造成库岸滑坡失稳机理复杂，其致灾模式各异。以丹江口库区内金岗滑坡为例，在滑坡特征及其变形规律研究基础上，厘定了该滑坡的基本地质模型。据此，采用有限元Geo-Studio软件分析降雨和库水位作用下滑坡的稳定性状态，并结合监测成果揭示了丹江口库区此类堆积层滑坡的变形机理。针对金岗滑坡研究发现：①库水对滑坡影响主要集中在前部，以渗透诱发为主，降雨主要影响滑坡中部及后部，以软化土体为主；在降雨-库水作用下，滑坡可能发生前部牵引-后部推移的渐进式滑移破坏；②库水位在快速上升或下降时，坡体内分别形成指向坡内和坡外的动水压力，极大地影响滑坡稳定性，而库水位在人为调控作用下可以减弱这种影响；③滑坡变形机理可概化为库水软化+动水压力型，膨胀性黏土在水浸泡作用下逐渐软化，并因胀缩作用在滑坡表层出现开裂、下沉等现象，而强降雨和库水位骤降对滑坡内部渗流场和应力场的影响是导致其破坏的直接诱因。该研究可为库区堆积层滑坡的形成机制研究提供科学参考。
地质灾害风险区划与综合防治对策
殷坤龙,张桂荣地质灾害不仅给人类生命带来威胁 ,而且对环境、资源、财产等均具有破坏性。由于地质灾害的发生具有区域性、突发性、分布广、频率高等主要特点 ,地质灾害所造成的损失十分严重。我国是世界上地质灾害损失最严重的国家之一 ,现有 4 0 0多个县级城镇、1万多个村庄受到滑坡、崩塌、泥石流等灾害的威胁。虽然 ,我国在地质灾害领域的理论研究和防治水平有了很大提高 ,但灾害威胁依然存在 ,而且越来越严重 ,归纳起来可以概括为三个主要原因 :(1)预防性、区域性研究远远跟不上治理工程需要 ;(2 )治理工程偏重工程技术方面忽略地质灾害发生的地质机理研究 ;(3)人类因素的参与 ,造成自然地质体平衡状态的恶化、自然生态环境的破坏等加速了大区域范围内地质灾害的发生频率和规模。因此 ,作为我国地质灾害综合防治的一条有效道路 ,就是要加强开展地质灾害危险性和风险区划 ,开展预防性研究 ,圈定地质灾害危险性区域和灾害高风险区域 ,为国土规划、减灾防灾、灾害管理与决策提供可靠依据 ,从而达到综合防灾与减灾的目的
环境中抗生素污染物的研究进展
吴青峰;洪汉烈;最近的研究显示,在城市污水、表面水、土壤甚至食物中都检测到了不同种类抗生素的存在,抗生素在环境中的残留问题已经引起了研究者的关注。本文主要介绍了当前国内外抗生素的使用情况、来源,在环境中暴露途径、归趋和对生态的影响等方面的最新研究进展及存在问题,并提出了今后抗生素环境污染研究的主要方向。
海因里希事故致因理论与安全思想因素分析
刘国愈;雷玲;海因里希事故致因理论在安全生产事故研究方面起着重要的作用,该理论指出了事故发生的主要原因是人的不安全行为,并从因果发生的角度阐明了导致伤亡事故的各种因素之间以及这些因素与伤害之间的关系,但在人的不安全行为的思想因素方面没有进行深入的分析,而安全思想恰恰是事故发生不可忽视的层面,人的思想决定人的心理素质和行为表现。本文通过安全哲学的视野,从安全思想、安全意识及安全文化建构的层面探讨了企业员工的安全观,并通过量化分析构建了企业员工的安全思想模型,以期定量地把握企业员工的安全思想状态,提升企业的整体安全意识,从而实现企业对安全生产的科学管理。
基于Pyrosim和Pathfinder的高校学生宿舍火灾人员疏散安全性模拟分析
邹馨捷;萨木哈尔·波拉提;郝明;庞奇志;高校学生宿舍是人群密集的场所,存在较多的火灾安全隐患,因此对高校学生宿舍进行有针对性的火灾人员疏散安全性分析十分必要。以某高校学生宿舍楼为研究对象,运用Pyrosim软件建立火灾扩散模型,模拟分析了高校学生宿舍楼在自动喷淋灭火系统是否失效和着火房间窗户是否关闭等情况下发生火灾时,着火楼层安全出口处烟气能见度、顶棚温度和烟气层高度的变化规律,并结合Pathfinder软件模拟计算出人员疏散到安全地带的时间和整栋楼全部人员完全疏散所需安全疏散时间,综合利用人员疏散可用安全疏散时间和人员疏散所需安全疏散时间对人员疏散安全性进行分析。结果表明:高校学生宿舍楼消防设施是否有效和着火房间窗户是否关闭对人员疏散安全性的影响较大,并提出了消防安全管理措施,以为高校学生宿舍消防安全管理提供依据。
基于模糊综合评价和主成分分析法的岩溶流域水资源承载力评价
陈丽;周宏;水资源承载力评价是水资源合理开发利用和管理的重要基础。岩溶流域水循环过程复杂,水资源的禀赋存在空间异质性,因此基于水资源评价的基础开展水资源承载力评价十分有必要。基于径流模数法计算了长阳县的水资源量,在此基础上结合当地社会经济和生态环境状况,构建了长阳县水资源承载力评价指标体系和指标分级标准,采用模糊综合评价法和主成分分析法对长阳县县域和乡镇的水资源综合承载力进行了评价,并对两种评价方法的评价结果进行了对比。结果表明:2015—2019年长阳县城水资源承载力综合评分值都处于Ⅱ级,水资源综合承载力属于中等水平,且近五年水资源承载力变化趋势整体呈缓慢下降趋势;长阳县各乡镇水资源承载力也均处于Ⅱ级,但其中榔坪镇、资丘镇、大堰乡、都镇湾镇和磨市镇属于中等偏高水平;相较主成分分析法的评价结果,模糊综合评价法更适合岩溶地区水资源承载力评价。依据评价结果分析水资源承载力的提高途径,可为长阳县国土空间规划、"三区三线"的划定提供科学依据,也可为岩溶流域水资源承载力评价提供借鉴。
大学生电信网络安全状况调查分析及防控措施研究——以15所高校大学生为例
姜伟军;李蔚然;采用实证性调查研究方法,对15所高校2 264名大学生的电信网络安全状况进行问卷调查,分析了当代大学生遭遇电信网络诈骗的状况及其原因。调查结果表明:大多数大学生都遭遇过电信网络诈骗,女性大学生的受骗率高于男性大学生,电信网络诈骗在形式上渐趋多样化,大学生的电信网络安全意识不足,在受骗后主动维权的意识较差;大学生自身的价值观偏差与社会阅历浅、高校电信网络安全教育缺失、有关部门监管保障乏力是大学生遭受电信网络诈骗的主要原因。针对以上问题,有针对性地提出大学生电信网络安全教育引导和诈骗防范的对策与措施,即通过开设电信网络安全通识课程、创新电信网络安全教育形式、拓展电信网络安全教育载体、构建多方联动协作机制、加强相关法律法规制度建设等对策与措施,做好大学生的安全教育引导与诈骗防范工作,以助力大学生成长成才。
