地質(zhì)災(zāi)害與不同尺度降雨時(shí)空分布關(guān)系

劉艷輝，唐 燦 ，吳劍波，連建發(fā)

（1.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 1 00081；2.北京中巖大地工程技術(shù)有限公司，北京 1 00044）

0 引言

中國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，汛期強(qiáng)降雨常常誘發(fā)突發(fā)性滑坡泥石流災(zāi)害群集發(fā)生、危害嚴(yán)重。對(duì)群發(fā)地質(zhì)災(zāi)害與不同尺度降雨的相關(guān)關(guān)系開(kāi)展系統(tǒng)分析，對(duì)于提升地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)警水平和防災(zāi)減災(zāi)實(shí)踐，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者從暴雨的頻次、周期變化、降雨歷時(shí)、降雨量、降雨雨型等多方面研究地質(zhì)災(zāi)害與降雨之間的相關(guān)關(guān)系［1-4，9-11］，特別是通過(guò)降雨量大小、降雨歷時(shí)與地質(zhì)災(zāi)害之間的統(tǒng)計(jì)分析，獲取誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的臨界累計(jì)雨量（24h，1d，3d，7d，15d）、臨界降雨強(qiáng)度（一般為小時(shí)雨量）等閾值（Brand，1984；Cannon，1985；Au，1998；Pietro Aleotti，2004；等等），從而用于某些地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警研究與服務(wù)中［5-8］。本文立足于中國(guó)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害特征，以近年來(lái)地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)際發(fā)生情況為例，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害與年降雨量、月降雨量、月暴雨日數(shù)、典型降雨過(guò)程等不同尺度開(kāi)展時(shí)空分布關(guān)系研究，為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供技術(shù)支撐。

1 地質(zhì)災(zāi)害與年均降雨量關(guān)系

我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域空間分布同樣具有東西分區(qū)、南北分帶的特點(diǎn)（圖1）。在東西方向上，以賀蘭山—六盤山—龍門山—哀牢山和大興安嶺—太行山—武陵山—雪峰山兩條線為界，西區(qū)為高原山地，海拔高，切割深度大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要發(fā)育地震、凍融泥石流等地質(zhì)災(zāi)害；中區(qū)為高原、平原過(guò)渡地帶，地形陡峻，切割劇烈，地層復(fù)雜，風(fēng)化嚴(yán)重，活動(dòng)斷裂發(fā)育，主要發(fā)育地震、崩塌、泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；東區(qū)為平原及海岸和大陸架，地形起伏不大，氣候潮濕且降雨量豐富，主要發(fā)育地震、地面變形、崩塌、泥石流、滑坡、河湖災(zāi)害等。在南北方向上，天山—陰山、昆侖—秦嶺和南嶺等巨大山系橫貫中國(guó)大陸，這些山系分布區(qū)域崩塌、滑坡、泥石流和水土流失災(zāi)害嚴(yán)重。它們的相間地帶（大河流域），土地沙化、鹽堿化、黃土濕陷及水土流失、地面變形和巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。

中國(guó)年降水量空間分布的規(guī)律是：從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。全國(guó)平均年降水量650mm左右，東南沿海多年平均降水量可達(dá)1500mm以上，西北地區(qū)卻低于50mm，按正常年降水量，可劃為5個(gè)降水量帶（圖2）：①年降水量大于1600mm帶，主要分布在我國(guó)東南部；②年降水量800～1600mm帶，主要分布在淮河、漢水之南，包括長(zhǎng)江中下游和廣西、貴州、云南、四川大部分地區(qū)；③年降水量400～800mm帶，一般指淮河、漢水以北的秦嶺山地、黃土高原、華北平原、東北平原以及邊緣山地丘陵，并包括青藏高原東南邊緣地區(qū)；④年降水量200～400mm帶，主要分布在內(nèi)蒙古高原和青藏高原東部草原帶，以及西北內(nèi)陸地區(qū)的天山、阿爾泰山迎風(fēng)坡低山帶；⑤年降水量200mm以下地區(qū)，主要分布在西北沙漠或盆地中部。

圖1 崩滑流地質(zhì)災(zāi)害空間分布Fig.1 Spatial distribution of geo-hazards

圖2 中國(guó)多年平均降雨量分布Fig.2 Annual rain fall distribution in China

將地質(zhì)災(zāi)害分布（圖1）與降雨量分布區(qū)劃（圖2）進(jìn)行疊加分析，不同降雨區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度見(jiàn)圖3，多年平均降雨量與多年來(lái)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度具有非常一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即年均雨量從大于1600mm、800～1600mm、400～800mm、200～400mm到＜200mm區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度順次減少，分別為210、51、39、12、1 個(gè)/104km2。

可見(jiàn)，從多年平均情況來(lái)看，降雨是群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要誘發(fā)因素。地質(zhì)災(zāi)害密度最大的區(qū)域，其年均雨量最大（大于1600mm），主要分布在浙江、福建、廣東、廣西等省的部分區(qū)域。

圖3 不同年降雨量區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度Fig.3 Density of geo-hazards in different annual rain fall

2 地質(zhì)災(zāi)害與月降雨量和暴雨日數(shù)的關(guān)系

以2007年5～8月數(shù)據(jù)為例，將地質(zhì)災(zāi)害分布與月降雨量、暴雨日數(shù)的空間分布進(jìn)行對(duì)比，分析其相關(guān)關(guān)系。

（1）2007年5月

2007年5月地質(zhì)災(zāi)害主要分布在湖北西部、重慶東北部、四川大部、廣西東部、安徽南部等地，與月降雨量的分布相比較（圖4），大部分地質(zhì)災(zāi)害主要分布在 200～300mm的降雨范圍內(nèi)，而不是 300～400mm的廣東西南部、云南西南部等地，可見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害的分布與月降雨量具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，而非完全對(duì)應(yīng)。與暴雨日數(shù)的分布來(lái)比較，在暴雨日數(shù)0.5～1d的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布較多，也具備一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？梢?jiàn)，在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，如果月降雨量較大、暴雨日數(shù)較多（如湖北重慶交界地區(qū)），則地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)。

但也有例外情況，如廣東南部、云南西南部，月降雨量達(dá)300mm以上，暴雨日數(shù)也超過(guò)了0.5d或1d，但災(zāi)害點(diǎn)的分布并不是很多，分析其原因主要是與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際降雨過(guò)程有關(guān)，也有可能與地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)不完全有關(guān)系。

（2）2007年6月

2007年6月地質(zhì)災(zāi)害主要分布在湖北西部、四川東部、重慶、湖南西南部、貴州東部、廣西北部、福建沿海及與廣東交界地區(qū)等。從圖5可見(jiàn)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)幾乎全部分布在100～500mm月降雨量區(qū)域；地質(zhì)災(zāi)害的分布與暴雨日數(shù)的分布具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，災(zāi)害點(diǎn)密集的廣西東北部、廣東東北部暴雨日數(shù)最大，達(dá)2～5d，在其它災(zāi)害點(diǎn)密集地區(qū)，暴雨日數(shù)也偏大，一般都達(dá)到1～2d，但在四川大部、貴州北部、甘肅、湖南中部、福建中東部等地，災(zāi)害點(diǎn)較密集，但暴雨日數(shù)小于0.5d。

（3）2007年7月

2007年7月地質(zhì)災(zāi)害主要分布在重慶西部、四川東部、云南大部、安徽東南部等。從圖6來(lái)看，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的分布與月降雨量、暴雨日數(shù)總體上是對(duì)應(yīng)的，即在月降雨量較大地區(qū)（＞200mm）、暴雨日數(shù)較多地區(qū)（＞1日），地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布密集，但局部也存在一定的例外情況，如四川中部局部、云南西部等地區(qū)。

（4）2007年8月

2007年8月地質(zhì)災(zāi)害主要分布在福建沿海、江西南部、湖南東南部、云南大部、四川中部等地區(qū)。從圖7對(duì)比來(lái)看，除廣東沿海、山東沿海、遼寧沿海等地質(zhì)災(zāi)害低發(fā)地區(qū)外，地質(zhì)災(zāi)害的分布與月降雨量、暴雨日數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系比較好，特別是在福建沿海地區(qū)，月降雨量主要是與臺(tái)風(fēng)降雨關(guān)系密切，降雨過(guò)程集中，降雨強(qiáng)度大，地質(zhì)災(zāi)害瞬時(shí)發(fā)生，對(duì)應(yīng)關(guān)系好；在云南、四川、湖南等地，地質(zhì)災(zāi)害主要由持續(xù)強(qiáng)降雨或局地暴雨誘發(fā)，暴雨日數(shù)多，持續(xù)降雨雨量大，同樣是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)。

2007年8月18日5時(shí)40分，臺(tái)風(fēng)“圣帕”在臺(tái)灣沿海登陸，19日凌晨2點(diǎn)，在福建省惠安縣再次登陸，隨后進(jìn)入江西境內(nèi)。受臺(tái)風(fēng)“圣帕”的影響，18日08時(shí)～25日08時(shí)，華南南部、江南南部和西部及廣西西北部等地累積降水量有100～200mm，其中福建東北部、湖南東南部、江西西南部降雨量達(dá)200～400mm，局部地區(qū)超過(guò)400mm，誘發(fā)了大量群發(fā)型崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害（圖7）。從圖中可見(jiàn)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要分布在降雨中心地區(qū)，如福建沿海、湖南東南、江西中部等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系很好。

根據(jù)以上2007年5～8月地質(zhì)災(zāi)害空間分布與月降雨量、暴雨日數(shù)的分析，計(jì)算各分段雨量、暴雨日數(shù)區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的災(zāi)害點(diǎn)分布密度，由圖8曲線可見(jiàn)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布與月降雨量、暴雨日數(shù)的分布并不是完全對(duì)應(yīng)的。

1）總體上具備一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

2）月降水量來(lái)看，除5月降水量外，6～8月災(zāi)害點(diǎn)密度隨降水量的增加明顯增加；月暴雨日數(shù)來(lái)看，這個(gè)關(guān)系體現(xiàn)的不是很明顯；

圖4 2007年5月地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與月降雨量、暴雨日數(shù)分布圖Fig.4 Distribution of geo-hazards and month rain fall and rainstorm s days，in May，2007

3）地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要控制因素是地質(zhì)背景環(huán)境條件，月降雨量與地質(zhì)災(zāi)害對(duì)應(yīng)關(guān)系的好壞，與月降雨量、暴雨日數(shù)空間分布關(guān)系密切，即在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨甚至暴雨時(shí)，災(zāi)害多發(fā)，對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，否則對(duì)應(yīng)關(guān)系不好；

4）降雨站點(diǎn)稀疏，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)不足，一定程度上影響了分析結(jié)果；

圖5 2007年6月地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與月降雨量、暴雨日數(shù)分布圖Fig.5 Distribution of geo-hazards and month rain fall and rainstorm s days，in June，2007

5）地質(zhì)災(zāi)害不僅與月降雨量、暴雨日數(shù)有一定關(guān)系，更多的與降雨過(guò)程關(guān)系密切，因此，拋開(kāi)降雨過(guò)程，僅從大尺度（月）的雨量角度分析災(zāi)害是不夠的。

3 地質(zhì)災(zāi)害與典型降雨過(guò)程關(guān)系

以2006年汛期典型降雨過(guò)程誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行分析。

（1）5月18日，臺(tái)風(fēng)“珍珠”在廣東沿海登陸，帶來(lái)強(qiáng)降水。

圖6 2007年7月地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與月降雨量、暴雨日數(shù)分布圖Fig.6 Distribution of geo-hazards and month rain fall and rainstorms days，in July，2007

受臺(tái)風(fēng)影響，廣東東部、福建大部、浙江南部降雨100～300mm，局部地區(qū)超過(guò)300mm。在福建、廣東兩省分別誘發(fā)了不同程度的地質(zhì)災(zāi)害（圖9），其中具有一定損失的達(dá)13起，造成22人死亡或失蹤?？梢?jiàn)，廣東、福建等東南沿海地區(qū)，在臺(tái)風(fēng)登陸期間，地質(zhì)災(zāi)害的群集發(fā)生主要集中在臺(tái)風(fēng)降雨中心位置，且具有“即雨即滑”的特點(diǎn)。

（2）6月份，福建、湖南、貴州等地受災(zāi)較重。主要有三次強(qiáng)降雨過(guò)程（圖10）：

圖7 2007年8月地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與月降雨量、暴雨日數(shù)分布圖Fig.7 Distribution of geo-hazards and month rainfall and rainstorms days，in August，2007

6月2～10日，江南中東部、華南大部及貴州南部有100～300mm，在浙江、廣西、貴州、湖南、云南5省共誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害121起，占6月份災(zāi)害總數(shù)的36％；

6月13～18日，南方地區(qū)再次出現(xiàn)強(qiáng)降雨過(guò)程，過(guò)程降水量一般有50～150mm，局部超過(guò)150mm，浙江、安徽、湖南、廣西、貴州5省共誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害30起，發(fā)生災(zāi)害占6月份災(zāi)害總數(shù)的9％；

6月23～26日，湖南湘中一帶連續(xù)出現(xiàn)雷暴、暴雨，局地大暴雨，共誘發(fā)群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害51處，占6月份災(zāi)害總數(shù)14％。

圖8 地質(zhì)災(zāi)害密度與月降雨量、月暴雨日數(shù)對(duì)應(yīng)曲線（2007年5～8月）Fig.8 Com paring diagram of geo-hazards and month rainfall and rainstorm s days，from May to August，2007

（3）7月份地質(zhì)災(zāi)害群集出現(xiàn)，是2006年汛期地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的一個(gè)月份。其中，誘發(fā)群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害的主要降水過(guò)程有3次（圖11），占當(dāng)月災(zāi)害總數(shù)的12.0％，未造成人員傷亡。可見(jiàn)，3次強(qiáng)降水過(guò)程中，湖南省均在其內(nèi)，災(zāi)害也最為嚴(yán)重，7月份，湖南省的地質(zhì)災(zāi)害占全國(guó)的74.4％。

圖9 2006年5月降雨過(guò)程與災(zāi)害分布Fig.9 Distribution of geo-hazards and rain fall，in May，2006

圖10 2006年6月降雨過(guò)程與災(zāi)害分布Fig.10 Distribu tion of geo-hazards and rain fall，in June，2006

7月13日，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴“碧利斯”在臺(tái)灣省宜蘭登陸，14日在福建省霞浦再次登陸，18日在云南東部減弱并消失，歷時(shí)共5天，過(guò)程降雨量普遍達(dá)50～200mm。7月14～18日，在福建、湖南、廣東、云南 4省誘發(fā)了具有一定損失地質(zhì)災(zāi)害195起，占降雨誘發(fā)災(zāi)害（875起）的22.3％，死亡失蹤人數(shù)占當(dāng)月死亡失蹤人數(shù)的92.2％。

7月24日，“格美”在臺(tái)灣省臺(tái)東縣沿海登陸，25日在福建晉江沿海再次登陸。“格美”登陸后迅速減弱，27日在江西減弱消失。7月25～29日，部分地區(qū)降雨量達(dá)100～200mm。在福建、湖南、江西3省誘發(fā)了8處地質(zhì)災(zāi)害。造成8人死亡或失蹤，災(zāi)害總數(shù)占當(dāng)月災(zāi)害總數(shù)的7.5％，死亡人數(shù)占當(dāng)月死亡人數(shù)的2.4％。

圖11 2006年7月降雨過(guò)程與災(zāi)害分布Fig.11 Distribu tion of geo-hazards and rain fall，in July，2006

7月7～10日，湖南瀏陽(yáng)、新化、婁底、湘鄉(xiāng)市出現(xiàn)暴雨洪澇災(zāi)害，全省有42站次暴雨，其中8站次大暴雨。7月7日-12日，湖南省具有一定損失地質(zhì)災(zāi)害37處。

（4）8月10日，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”登陸浙江，具有風(fēng)速大、降雨集中的特點(diǎn)。8月10～12日，福建、浙江兩省地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，發(fā)生群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害共58起，造成37人死亡或失蹤（圖12）。地質(zhì)災(zāi)害主要集中發(fā)生在臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)的臺(tái)風(fēng)降雨中心。

從以上典型降雨過(guò)程與災(zāi)害點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系分析來(lái)看，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生隨著典型降雨過(guò)程出現(xiàn)而群集發(fā)生，即在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)出現(xiàn)典型強(qiáng)降雨過(guò)程時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)。

4 結(jié)論

（1）多年平均降雨量與多年來(lái)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度具有較好的正相關(guān)關(guān)系。年均雨量從大于1600mm、800 ～1600mm、400 ～800mm、200 ～400mm到＜200mm區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度順次減少，分別為210、51、39、12、1 個(gè) /104km2。

圖12 2006年8月降雨過(guò)程與災(zāi)害分布Fig.12 Distribution of geo-hazards and rain fall，in August，2006

（2）地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度與月降雨量、暴雨日數(shù)的分布總體上具備一定的正相關(guān)關(guān)系，但是并非完全對(duì)應(yīng)。

（3）地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與降雨過(guò)程關(guān)系更加密切。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生隨著典型降雨過(guò)程出現(xiàn)而群集發(fā)生，即在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)出現(xiàn)典型強(qiáng)降雨過(guò)程時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)。

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