基于SHAP增强堆叠集成学习的干旱城市区域洪水敏感性制图——以吉达为例

推荐：本研究针对气候变化背景下膨胀土地区浅基础结构的设计难题，通过数值模拟(SEEP/W)分析了La Ni?a事件频率变化对土壤吸力剖面(Hs)和住宅基础差异沉降(ys)的影响。研究发现气候周期变化会使Hsb最大增加60%，导致基础设计参数Δuc变化达0.4 pF，为气候适应性基础设计提供了重要依据。

　　

随着全球气候变化加剧，澳大利亚近年来经历了创纪录的极端天气事件，包括2011-2020年最热十年、2019-20年破纪录热浪以及持续干旱。这些变化与厄尔尼诺-南方振荡(ENSO)现象密切相关，特别是La Ni?a事件的频率和强度增加，导致澳大利亚东部降雨量显著增加。膨胀土对含水量变化极为敏感，会产生显著的收缩或膨胀，进而引发地面运动。这种运动对浅基础轻型结构如水网、人行道和住宅地基构成严重威胁。

澳大利亚标准AS2870(2011)虽然为膨胀土上的住宅基础设计提供了指导，但其假设的线性吸力分布和固定Δu值(1.2 pF)可能过于简化。特别是在气候变化背景下，La Ni?a事件频率增加可能导致更频繁的干湿循环，这对基础设计提出了新的挑战。过去的研究多关注历史气候条件下的土壤行为，对气候变化特别是ENSO循环变化对膨胀土长期行为影响的研究较少。

为此，Bikash Devkota等研究人员在《Journal of Environmental Management》发表研究，通过数值模拟方法评估了La Ni?a频率变化对膨胀土吸力剖面和住宅基础行为的影响。研究以西墨尔本一个高反应性黏土场地为案例，使用SEEP/W软件建立了考虑土壤-植被-大气相互作用的二维有限元模型，并验证了模型的准确性。

研究采用了几个关键技术方法：1)基于现场监测数据(2013-2015年)建立并验证数值模型；2)使用Fredlund等(1994)方法估算非饱和导水率K_unsat；3)采用Penman-Wilson方法计算实际蒸发量；4)分析多种气候情景，包括当前气候、RCP8.5-2090情景以及假设的干湿年组合(如10D3W表示10年干旱后3年湿润)；5)根据AS2870标准计算特征地面运动y_s。

研究结果部分：

1. 1.

   研究场地

   场地土壤主要为黏土，收缩膨胀指数I_ss为5.6-5.9%。使用中子水分仪监测0.35-2.85 m深度土壤含水量，并通过WP4C仪器和滤纸法测量吸力。饱和导水率K_sat随深度从7.73×10^-7 m/s降至1.99×10^-9 m/s。

2. 2.

   模型验证

   模型能准确模拟不同深度(0.35-0.85 m)含水量变化，与现场监测数据吻合良好，最大误差出现在近地表层。

3. 3.

   基础板下长期湿度变化

   模拟显示RCP8.5-2090情景下湿度变化幅度小于当前气候，而3W10D(3年湿润后10年干旱)情景下变化最大。基础边缘湿度变化比中心区显著。

4. 4.

   不同气候情景下的设计吸力剖面

   当前气候下H_s=1.7 m，H_sb=1.5 m，H_sc=0.9 m。在10D4W情景下H_s增加53%至2.6 m；4W15D情景下H_sb增加60%。Δu_c变化达0.2 pF。

5. 5.

   潜在设计影响

   干湿循环顺序显著影响差异沉降。10D4W情景下基础设计需将梁高从310 mm增至680 mm，配筋量显著增加。

研究结论指出，La Ni?a事件与干旱情景组合会显著影响膨胀土吸力剖面，H_s最大可增加94%，H_sb增加60%。这些变化导致基础差异沉降区域(A_b-A_c)增加35.5%，可能引发结构过早破坏。研究强调在基础设计中考虑气候周期变化的重要性，为制定气候适应性设计标准提供了科学依据。

该研究的创新点在于首次量化了La Ni?a频率变化对基础下吸力剖面的影响，揭示了气候周期(而非平均气候变化)对膨胀土行为的决定性作用。成果对澳大利亚及其他膨胀土分布区的基建规划具有重要指导意义，建议将气候周期变化纳入AS2870等设计标准的修订考量。