川東北地區(qū)強(qiáng)降雨誘發(fā)崩滑流災(zāi)害分析

劉艷輝，方志偉，溫銘生，屈伯強(qiáng)

(1.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(國(guó)土資源部地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心)，北京 100081;2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029;3.四川省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，四川成都 610081)

中國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，特別是在地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)，地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，山高坡陡，在汛期強(qiáng)降雨的誘發(fā)作用下，以崩滑流為主的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害往往群集發(fā)生、危害嚴(yán)重。在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)追蹤開(kāi)展強(qiáng)降雨過(guò)程誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)統(tǒng)計(jì)或機(jī)理分析，積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)于提升區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)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。關(guān)于強(qiáng)降雨誘發(fā)崩滑流災(zāi)害分析，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)分析研究工作，在不同地區(qū)開(kāi)展崩滑流災(zāi)害發(fā)生與降雨時(shí)間、空間上的統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析強(qiáng)降雨誘發(fā)崩滑流災(zāi)害的機(jī)制分析，獲取臨界降雨閾值，探討滑坡災(zāi)害的早期預(yù)警問(wèn)題［1～6］。2003年起，中國(guó)大陸開(kāi)展區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)以來(lái)，結(jié)合預(yù)警服務(wù)實(shí)踐，劉傳正等［7～11］在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型方法的研究中，創(chuàng)造性地提出了隱式統(tǒng)計(jì)預(yù)警(臨界降雨判據(jù)模板法)、顯式統(tǒng)計(jì)預(yù)警、動(dòng)力預(yù)警三分法，并在預(yù)警運(yùn)行實(shí)踐中，選取不同典型地區(qū)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)害數(shù)量、規(guī)模、頻次等與降雨之間的相關(guān)關(guān)系，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［12～15］。川東北地區(qū)一直以來(lái)都是中國(guó)大陸崩滑流地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)地區(qū)，是區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警重點(diǎn)關(guān)注地區(qū)。本文以地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的川東北地區(qū)為典型地區(qū)，以2012年6月下旬到7月上旬持續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)崩滑流災(zāi)害過(guò)程為例，通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法，從空間尺度和時(shí)間尺度，分析地質(zhì)災(zāi)害的空間分布、時(shí)間分布與降雨的相關(guān)關(guān)系，得到該區(qū)域降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律特點(diǎn)及臨界降雨判據(jù)，為該地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警研究和實(shí)踐提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)成災(zāi)背景

研究區(qū)位于中國(guó)四川省東北部地區(qū)，行政區(qū)域上包括巴中、達(dá)州、廣元、南充、廣安五個(gè)地級(jí)市，歷年來(lái)該地區(qū)都是地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)(圖1)。據(jù)四川省地質(zhì)環(huán)境總站提供的四川省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃［14～15］，研究區(qū)屬于地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A1、A2)、地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)(B1)范圍內(nèi)，地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)。

崩滑流地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A1):包括廣元、巴中、達(dá)州部分地區(qū)。該區(qū)地貌類型為中山、高山地貌，溝谷狹窄，谷坡陡峻，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)頻繁，斷裂構(gòu)造密集，活動(dòng)性強(qiáng)，地層出露齊全，主要巖石以砂巖、泥巖、片巖、板巖、千枚巖、灰?guī)r、砂頁(yè)巖、礫巖及花崗巖為主，地層巖石變質(zhì)作用強(qiáng)烈，灰?guī)r地區(qū)巖溶作用強(qiáng)烈，地層破碎，山區(qū)地表結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，松散固體物質(zhì)豐富，崩滑流災(zāi)害多發(fā)，年均降雨量800～1300mm。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的密度為7.81處/100km2，是全省平均密度的 1.38 倍［14］。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)及崩滑流災(zāi)害點(diǎn)Fig．1 Distribution of geo-hazards and Prone areas

崩滑流地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)(A2):包括達(dá)州東南部、廣安東部地區(qū)。該區(qū)為華鎣山低山、丘陵地貌，地質(zhì)構(gòu)造為川東褶皺系的西支部分，出露地層以三疊系、侏羅系的砂巖、泥巖、頁(yè)巖、含煤系頁(yè)巖為主，華鎣山背斜核部有寒武系、奧陶系、志留系及二疊系灰?guī)r出露，地層破碎，山區(qū)地表結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，易形成地質(zhì)災(zāi)害。年均降雨量1000～1100mm。該區(qū)域崩滑流災(zāi)害多發(fā)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的密度為11.27處/100km2，是全省平均密度的 1.99 倍［14］。

崩滑流地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)(B1):四川盆地東北部低山、丘陵區(qū)，包括南充市及相鄰的廣元、巴中、達(dá)州、廣安局部區(qū)域。該區(qū)以低山地貌為主，次為深丘、中丘地貌，北部鄰米倉(cāng)山、大巴山中山區(qū)，東部靠華鎣山低山區(qū)，褶皺輕微，巖層產(chǎn)狀平緩，巖性較單一，主要由侏羅系、白堊系的砂巖、泥巖、礫巖組成。年均降雨量850～1100mm。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的密度為11.84處/km2，是全省平均密度的2.09 倍［14］。

2 典型強(qiáng)降雨誘發(fā)災(zāi)害關(guān)系分析

2012年6月底到7月初，川東北地區(qū)經(jīng)歷了連續(xù)的極端強(qiáng)降雨過(guò)程，誘發(fā)了大量崩滑流災(zāi)害，本次對(duì)群發(fā)性崩滑流災(zāi)害與降雨相關(guān)關(guān)系開(kāi)展分析。

2．1 空間分析

據(jù)四川省提供的地質(zhì)災(zāi)害反饋，2012年6月29日～7月11日川東北地區(qū)(巴中、達(dá)州、廣元、南充、廣安)崩滑流群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害653處，崩滑流災(zāi)害點(diǎn)與易發(fā)區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖1，崩滑流災(zāi)害點(diǎn)與雨量空間分布對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 崩滑流災(zāi)害點(diǎn)與雨量空間分布Fig．2 Distribution of geo-hazards and rainfall

據(jù)圖1可見(jiàn)，本次崩滑流群發(fā)災(zāi)害主要集中分布在巴中、南充，特別是南充市災(zāi)害分布最多。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃中，南充南部、廣安西部為地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)，但在高雨量誘發(fā)作用下，南充市(屬地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū))災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量非常多，在汛期地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警中需要高度關(guān)注。

圖3 6月29日～7月11日川東北地區(qū)災(zāi)害數(shù)量與雨量關(guān)系Fig．3 Relationship between geo-hazards and rainfall，from June 29 to July 11

據(jù)圖2可見(jiàn)，本次強(qiáng)降雨過(guò)程具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、總雨量大的特點(diǎn)，局部區(qū)域超過(guò)了400mm。為便于分析，以市為單位，分析災(zāi)害數(shù)量與降雨均值的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖3)，總雨量最高的是巴中和南充(超過(guò)350mm)，其次是達(dá)州和廣元(300mm左右)，廣安最少(小于100mm)。災(zāi)害點(diǎn)最多的是巴中和南充(250～300處)，與雨量基本一致;廣元雨量高，但災(zāi)害點(diǎn)最少;達(dá)州雨量雖多，但災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量偏低，廣安災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量少，與雨量一致。

2．2 時(shí)間關(guān)系

在時(shí)間尺度上，對(duì)巴中、南充、達(dá)州、廣元、廣安的災(zāi)害發(fā)生過(guò)程與降雨過(guò)程分別開(kāi)展分析(圖4)。

從降雨過(guò)程特點(diǎn)分析，巴中、南充的降雨過(guò)程類似，分別在7月4日和7日出現(xiàn)2次極端雨量，巴中市雨量均高于南充市，2次極端降雨后，在7月7～10日又繼續(xù)出現(xiàn)大到暴雨;結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度來(lái)看(圖1)，巴中市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度高于南充市;從地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)際發(fā)生情況來(lái)看，二者災(zāi)害發(fā)生規(guī)律不盡相同。極端降雨日7月4日和7日，南充市出現(xiàn)了大量地質(zhì)災(zāi)害，巴中市相對(duì)較少，隨著7日后續(xù)的持續(xù)大到暴雨，巴中市的災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量多于南充市。因此，在類似的降雨過(guò)程中，南充市的災(zāi)害發(fā)生在前，巴中市的災(zāi)害發(fā)生在后，應(yīng)更關(guān)注南充市的及時(shí)性、巴中市的滯后性。

圖4 6月29日-7月11日不同地區(qū)災(zāi)害與雨量關(guān)系分析Fig．4 Relationship between geo-hazards and rainfall in different regions，from June 29 to July 11

達(dá)州市在7月4日出現(xiàn)極端降雨，與巴中、南充相似，但7日未出現(xiàn)第二次極端降雨，而是在10日出現(xiàn)極端降雨;結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度來(lái)看(圖1)，達(dá)州市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度與巴中市相當(dāng);從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況來(lái)看，達(dá)州市的災(zāi)害發(fā)生規(guī)律與巴中市類似，即第一次極端降雨中(4日)時(shí)，一定數(shù)量的災(zāi)害發(fā)生，第二次極端降雨(10日)來(lái)臨后，地質(zhì)災(zāi)害大量發(fā)生。不可忽視的是，達(dá)州市在4日以前的1日也曾經(jīng)發(fā)生69.0mm的強(qiáng)降雨，但災(zāi)害數(shù)量不多?？梢?jiàn)，達(dá)州市日降雨量達(dá)到69mm時(shí)，尚未達(dá)到臨界閾值，而日雨量達(dá)到92.9mm時(shí)，開(kāi)始達(dá)到臨界閾值，災(zāi)害大量發(fā)生。

廣元市持續(xù)降雨中，先后出現(xiàn)3次強(qiáng)降雨過(guò)程，6月29日(49.0mm)未達(dá)到臨界閾值，無(wú)災(zāi)害發(fā)生，在前期降雨基礎(chǔ)上，7月2日(49.1mm)達(dá)到降雨閾值，部分災(zāi)害發(fā)生，7日～9日(36.0～70.3mm)災(zāi)害大量發(fā)生，并有明顯的滯后效應(yīng)，這一點(diǎn)上與達(dá)州和巴中類似;從地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度來(lái)看，廣元市、巴中市、達(dá)州市的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度也相當(dāng)。

廣安市的過(guò)程雨量相對(duì)較小，持續(xù)降雨中，在3日和4日出現(xiàn)強(qiáng)降雨(分別為25.0mm和29.0mm)，即有災(zāi)害發(fā)生，并存在一定程度的滯后性;從地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度來(lái)看，廣安市也屬于地質(zhì)災(zāi)害高、中易發(fā)區(qū)，其臨界降雨閾值較低，出現(xiàn)強(qiáng)降雨事件時(shí)，需要高度關(guān)注。

3 結(jié)論

根據(jù)以上分別在空間尺度和時(shí)間尺度開(kāi)展的川東北地區(qū)(巴中、達(dá)州、廣元、南充、廣安)典型強(qiáng)降雨誘發(fā)災(zāi)害分析，得到如下初步結(jié)論，可為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警臨界降雨閾值研究和預(yù)警服務(wù)參考，并需不斷修正完善。

(1)川東北地區(qū)一直以來(lái)都是極端降雨事件高發(fā)地區(qū)，地質(zhì)環(huán)境條件脆弱，屬地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)，是每年地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警高度關(guān)注地區(qū)。

(2)川東北地區(qū)的降雨模式常見(jiàn)為數(shù)日持續(xù)降雨、且降雨中出現(xiàn)數(shù)次(2～3日)的極值雨量，在這種降雨模式下，考慮到前期降雨的累積效應(yīng)，需要著重關(guān)注第二次的極值降雨，往往會(huì)誘發(fā)更大量的群發(fā)災(zāi)害過(guò)程，并具有明顯的滯后效應(yīng)，此特點(diǎn)在巴中、達(dá)州、廣元等地表現(xiàn)得尤為明顯。

(3)南充市雖然列為地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)，但遇強(qiáng)降雨條件，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性大，且有少量前期雨量累計(jì)情況下，臨界雨量約為90mm，臨界雨量甚至略低于達(dá)州、巴中等地，達(dá)到臨界降雨閾值時(shí)，發(fā)災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)更高，且即時(shí)發(fā)災(zāi)的特點(diǎn)明顯。

(4)川東北地區(qū)各市臨界雨量不同，在少量前期雨量累計(jì)情況下，廣安最低，約為25mm;其次是廣元，約為50mm;最后是巴中、達(dá)州和南充，約為90mm。

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