降雨引發(fā)的永泰縣滑坡時空特征分析*

謝建芳 何興林 費婷婷

(1.福建省福州市永泰縣氣象局， 福建 福州 350700，2.福建省福州市氣象局，福建 福州350007；3.福建農(nóng)林大學，福建 福州 350007)

0 引言

永泰縣地處福建中部，福州市西部，以丘陵山地地貌為主，地形起伏較大，臺風、局地暴雨較多，巖石風化嚴重，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災害隱患多。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，近30年滑坡隱患點達116處。

近年來，國內(nèi)有關(guān)降雨型滑坡災害的研究取得一定進展。沈軍等[1]采用貝葉斯后驗概率分析法對湖南省古丈縣2016年7月17日群體滑坡的地質(zhì)環(huán)境與降水誘發(fā)成因進行研究；胡濤等[2]對貴州省思南縣滑坡臨界雨量進行研究；方喆敏[3]根據(jù)有效降水，降雨強度和歷時關(guān)系經(jīng)驗函數(shù)，擬合得出上饒市滑坡災害降水閾值；丁少林[4]對福建省臺風降雨型滑坡滲流場規(guī)律進行總結(jié)及流-固耦合分析；李嘉靖等[5]以福州主要陸域區(qū)為對象，基于植被覆蓋度、高程、坡度、坡向、巖性、距斷裂距離和距水系距離共7個影響因子，采用邏輯回歸模型和隨機森林模型進行滑坡易發(fā)性評價等?，F(xiàn)階段有關(guān)滑坡災害的時空分布特征研究取得了不少進展，但是滑坡災害屬地性特征明顯，現(xiàn)有資料有關(guān)永泰縣的特征研究偏少，且相關(guān)文獻主要是從地質(zhì)學角度分析，較少從氣象學角度進行，一定程度影響研究效果。同時，現(xiàn)有的研究空間分辨率較大，準確率有待提高。本文主要從氣象學中降雨因子角度，分析降雨與滑坡的相關(guān)性關(guān)系，既彌補這方面研究的不足，也為后期的永泰縣滑坡災害預警研究提供參考。

1 資料來源

本文使用的數(shù)據(jù)為永泰縣1992—2021年永泰縣逐日降雨數(shù)據(jù)?；聻暮c數(shù)據(jù)來源于永泰縣自然資源與規(guī)劃局提供的《福建省永泰縣2022年地質(zhì)災害防治方案》。

2 區(qū)域概況

永泰縣地理坐標25°39′56″～26°04′21″N，118°07′08″～119°12′30″E,區(qū)域內(nèi)主要是中低山地，海拔高度500～1000m，落差300～500m，部分達1000m以上。地勢大致以大樟溪為界分為西南和東北兩部分。西南部山勢高大雄偉，海拔高度自西向東起伏下降。東部葛嶺、塘前一帶地勢漸緩，而后接入福州平原，東北部山勢較緩，海拔600～800m。永泰縣處大型火山環(huán)狀構(gòu)造的中心部，構(gòu)造形跡上以北東東向、北西向和南北向為主斷裂。新構(gòu)造運動較活躍，地震頻繁，溫泉遍布，溝谷深切，地質(zhì)環(huán)境復雜。

永泰縣屬亞熱帶季風氣候，主要受東南季風影響，水汽充沛，年降雨量1526.0mm ，5—8月是每年暴雨洪澇集中期。特殊的氣候環(huán)境和地形，導致永泰縣地質(zhì)災害頻發(fā)。

3 降雨的分布特征

3.1 雨量監(jiān)測站分布情況

永泰縣轄21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有雨量監(jiān)測站點，其中同安鎮(zhèn)、紅星鄉(xiāng)、蓋洋鄉(xiāng)、赤錫鄉(xiāng)、東洋鄉(xiāng)、白云鄉(xiāng)、大洋鎮(zhèn)、丹云鄉(xiāng)、盤谷鄉(xiāng)、霞拔鄉(xiāng)等站點海拔高度均在500m以上。

3.2 降雨時間分布特征

統(tǒng)計永泰縣1992—2021年平均月降雨量、月暴雨日數(shù)、滑坡次數(shù)(圖1)。由圖1可見，5—8月降雨量最為集中，平均累計848.3mm，占年降雨量的52.2%。降雨量最大的是6月，平均為238.2mm。5—8月也是暴雨集中時段，共出現(xiàn)111次暴雨，占年暴雨總次數(shù)的74.5%。其中，8月出現(xiàn)暴雨次數(shù)最多，共36次?；聻暮?shù)量集中時段為6—9月，累計次數(shù)為81次，占全年總數(shù)的 69.8%，滑坡次數(shù)最多的月份是7 月，為27次。月降雨量、月暴雨日數(shù)、滑坡次數(shù)三者集中時段統(tǒng)一，證明滑坡與降雨間存在一定內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

圖1 1992—2021年平均月降雨量、月暴雨日數(shù)、滑坡次數(shù)統(tǒng)計

3.3 降雨量空間分布特征

永泰縣處于戴云山脈向東延伸之丘陵地帶，地理概貌為“八山一水一分田”?？h內(nèi)海拔落差大，海拔最高為西南面的嵩口鎮(zhèn)東湖尖，海拔1638.0m，海拔最低為東南面塘前鄉(xiāng)官烈村，海拔僅10m。受地形影響，高海拔山區(qū)年雨量高于低海拔沿溪一帶鄉(xiāng)鎮(zhèn)；受季風影響，東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)年雨量高于西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)年雨量。年降雨最大值為1745.6mm，出現(xiàn)在丹云鄉(xiāng)，最小值為1390.1mm，出現(xiàn)在東洋鄉(xiāng)。年降雨量大值區(qū)主要集中在海拔500m以上的高海拔山區(qū)(圖2)。

圖2 1992—2021年永泰縣平均年降雨量空間分布圖

4 滑坡分布特征

4.1 滑坡的時間分布特征

1992—2021 年永泰縣滑坡隱患點116個，隨時間變化不均。1992—2005年滑坡次數(shù)變化平穩(wěn)，2006—2016年滑坡次數(shù)總體呈上升趨勢，且出現(xiàn)個別年份突增的現(xiàn)象,如2015年以后，災害數(shù)量明顯增大，到 2016年達到最大?；聻暮O端性特征在近10年越發(fā)顯著(圖3)。

圖3 1992—2021年逐年滑坡次數(shù)

4.2 滑坡空間分布

1992—2021年，先后出現(xiàn)116處以上中、小型滑坡事件，區(qū)域內(nèi)未出現(xiàn)大型滑坡?；率录疃嗟泥l(xiāng)鎮(zhèn)是紅星鄉(xiāng)、霞拔鄉(xiāng)、赤錫鄉(xiāng)；滑坡事件最少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是塘前鄉(xiāng)、嵩口鎮(zhèn)、蓋洋鄉(xiāng)。

滑坡事件和年降雨量有一定的關(guān)聯(lián)，通常滑坡事件多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)年降雨量大，如盤谷鄉(xiāng)、紅星鄉(xiāng)、大洋鎮(zhèn)，白云鄉(xiāng)等(圖4)。少部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)滑坡事件和年降雨量呈反相關(guān)，如東洋鄉(xiāng)、霞拔鄉(xiāng)、洑口鄉(xiāng)等年降雨量少，但是滑坡事卻出現(xiàn)頻繁。說明滑坡事件不僅和降雨量密切相關(guān)，但可能也受地形等地質(zhì)構(gòu)造因素影響。東洋鄉(xiāng)、霞拔鄉(xiāng)雖年降雨量較小，但平均海拔均在560m以上，又處斷層多的地方，所以滑坡事件多。塘前鄉(xiāng)則由于地勢平緩、海拔低，雖然年降雨量較大，卻未出現(xiàn)滑坡事件。此外，嵩口鎮(zhèn)北部海拔200m左右，南部最高海拔1745m以上，雨量監(jiān)測站點設(shè)在北部，現(xiàn)有年雨量數(shù)據(jù)代表性較差，加上地勢偏遠，災害監(jiān)測力度小，因此滑坡事件僅為1個。

圖4 1992—2021年永泰縣平均年雨量和滑坡點空間分布

4.3 滑坡的高度分布特征

滑坡隱患點分布和海拔高度呈正相關(guān)關(guān)系。通過對1992—2021年滑坡隱患點的高程分布統(tǒng)計可見，滑坡事件主要分布在500m以上的山區(qū)，共有75個，占滑坡總災害數(shù)的64.7%。其中，600～800m 范圍內(nèi)的滑坡災害點數(shù)量最多，達到 57個，占滑坡總災害數(shù)的49.1%。0～200m的災害數(shù)量最少，僅有24個，占滑坡總災害數(shù)的20.7%(表1)。

表1 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔高度和滑坡次數(shù)統(tǒng)計

5 降雨和滑坡的關(guān)系

滑坡災害受降雨影響來自兩方面，一方面是當日的降雨，另一方面是災害發(fā)生前的累計降雨。

5.1 滑坡和當日雨量的關(guān)系

表2統(tǒng)計滑坡事件和當日降雨量的分布區(qū)間，由表2可見，5.9%的滑坡災害發(fā)生當日無降雨，14.7%的滑坡災害發(fā)生當日24h內(nèi)降雨0～10mm，14.7%的滑坡災害發(fā)生當日24小時內(nèi)降雨10～25mm，5.9%的滑坡災害發(fā)生當日24小時內(nèi)降雨25～50mm，58.8%的滑坡災害發(fā)生當日24小時內(nèi)降雨50mm以上。這表明滑坡與當日降雨量關(guān)系密切。

表2 滑坡事件和當日雨量分布區(qū)間占比

5.2 滑坡和前期累計降雨量的關(guān)系

表3分析永泰縣滑坡事件與發(fā)生當日及前10天降雨量相關(guān)關(guān)系。采用Pearson相關(guān)系數(shù)計算方法解析[6]，規(guī)定數(shù)組一為滑坡事件的發(fā)生，數(shù)組二為滑坡事件前1～10天的降雨量(R1～R10)?；率录?天的降雨量為R1，滑坡事件前2天的累計降雨量為R2，滑坡事件前3天的累計降雨量為R3，依此類推。數(shù)組一和數(shù)組二的線性相關(guān)越強，Pearson相關(guān)系數(shù)就越接近1(線性遞增)或-1(線性遞減)。一般認為相關(guān)系數(shù)小于0.3為無相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)0.3～0.7為弱相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)大于0.7為強相關(guān)性。通過分析可見，滑坡事件和不同前期累計降雨量存在相關(guān)，相關(guān)性先升后降，前3天累計降雨量R3相關(guān)系數(shù)0.666，與滑坡事件關(guān)聯(lián)最大。

表3 滑坡事件和前10天降雨量的相關(guān)系數(shù)

6 結(jié)論

本文以永泰縣降雨和滑坡的時空分布規(guī)律為基礎(chǔ)，分析研究永泰縣降雨和滑坡的關(guān)系，得到以下結(jié)論。

①從月平均降雨量、暴雨日數(shù)和滑坡災害數(shù)量集中時段可以看出，降雨是永泰縣滑坡的關(guān)鍵誘因，而暴雨是誘發(fā)降雨型滑坡的主要因素。

②年雨量空間分布不均。永泰縣高海拔山區(qū)年雨量高于低海拔沿溪一帶鄉(xiāng)鎮(zhèn)，東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)年雨量高于西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)年雨量。

③滑坡次數(shù)隨時間分布不均。1992—2005年滑坡次數(shù)變化平穩(wěn)，2006—2016年滑坡次數(shù)總體上升，且近10年個別年份出現(xiàn)突增。

④滑坡事件主要出現(xiàn)在永泰縣中北部、城峰鎮(zhèn)周邊、洑口鄉(xiāng)等地，且大多和年降雨量相關(guān)。少數(shù)滑坡事件和年降雨量關(guān)聯(lián)性小，主要受地形等地質(zhì)構(gòu)造影響。

⑤滑坡隱患點分布和海拔高度呈正相關(guān)?；率录饕植荚?00m以上的山區(qū)，占滑坡總災害數(shù)的64.7%。

⑥滑坡災害受降雨影響來自兩方面，一方面是58.8%的滑坡災害發(fā)生當日出現(xiàn)降雨，另一方面來自災害發(fā)生前的累計降雨。通過Pearson相關(guān)系數(shù)計算方法對滑坡和降雨進行解析，滑坡事件發(fā)生前3天累計降雨量與滑坡事件關(guān)聯(lián)最大。