福建省臺風(fēng)暴雨條件下滑坡規(guī)律性研究

池永翔

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福建 福州 350001)

0 引言

福建屬典型的臺風(fēng)暴雨影響區(qū)域，是我國主要地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)之一，其氣候條件、地質(zhì)背景及地質(zhì)災(zāi)害類型在我國東南沿海地區(qū)具有較強的典型性。山地丘陵占全省陸地面積的90%以上，山坡殘坡積土層廣泛發(fā)育，且厚度大;巖石風(fēng)化裂隙、斷層節(jié)理和軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育;臺風(fēng)登陸次數(shù)多，降雨量大，降雨集中。由于特殊的地質(zhì)環(huán)境條件和氣候條件，滑坡成為福建省的主要地質(zhì)災(zāi)害種類之一，尤其在每年6—10月，臺風(fēng)暴雨引起的大量滑坡給人民的生命財產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的危害。福建省臺風(fēng)暴雨條件下的滑坡具有數(shù)量多、分布廣、規(guī)模小等特點，其主要發(fā)育類型為土質(zhì)滑坡，滑體物質(zhì)以火成巖、碎屑巖的風(fēng)化殘坡土為主，土層較薄;同時，由臺風(fēng)帶來的降雨具有雨強大、路徑性強的特點，臺風(fēng)當(dāng)天或過后短時間內(nèi)，路徑范圍內(nèi)易發(fā)生群發(fā)性小型崩滑塌(何永金，1995;柳侃等，2003;程慶展，2004)。

大量的滑坡發(fā)生在大雨、久雨及特大暴雨之后的事實，說明滑坡的發(fā)生與降雨特別是暴雨之間有著十分密切的關(guān)系。目前，國內(nèi)外學(xué)者對于降雨誘發(fā)的滑坡進(jìn)行了大量的研究工作，但對于臺風(fēng)暴雨這類特殊、極端雨型條件下的滑坡破壞機理卻鮮有研究，缺乏對整個臺風(fēng)暴雨過程中的降雨特點、滑坡規(guī)律的研究(胡明鑒等，2001a，2001b;張友誼，2007;Okura et al，2002;Take et al，2003，2004;White et al，2003;Moriwaki et al，2004)。臺風(fēng)暴雨條件下的滑坡既具有普通降雨型滑坡的特點，又具有其自身的特殊性。通過對臺風(fēng)“莫拉克”新生41個滑坡點進(jìn)行的追蹤調(diào)查和臺風(fēng)過程降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量的關(guān)系分析，找出主要致災(zāi)因素，總結(jié)出臺風(fēng)暴雨條件下滑坡發(fā)生的背景環(huán)境，同時分析臺風(fēng)暴雨各個特征要素與滑坡之間的關(guān)系。

1 基于“追風(fēng)行動”的福建省臺風(fēng)暴雨誘發(fā)滑坡的規(guī)律性分析

福建省臺風(fēng)暴雨具有降雨中心降雨強度大、歷時短、雨量集中的典型特點(莊希澄等，2005;林小紅等，2009)。前人雖然對福建省地質(zhì)災(zāi)害與降雨的關(guān)系做了一定的研究，但大多數(shù)是針對總降雨量、臨界降雨量進(jìn)行的分析，而針對臺風(fēng)暴雨特殊雨型與滑坡之間的相互關(guān)系的研究很少。一般對臺風(fēng)暴雨過后新生滑坡的應(yīng)急調(diào)查，往往是在數(shù)天甚至數(shù)月后才進(jìn)行，在植被發(fā)育迅速、土壤肥沃的自然條件下，很難再獲取滑坡的形態(tài)特征要素，更無法重現(xiàn)原有狀態(tài)。本次研究根據(jù)大量的臺風(fēng)暴雨降雨與滑坡資料，跟蹤了2009年臺風(fēng)“莫拉克”的路徑，對新發(fā)生的滑坡進(jìn)行實地追蹤調(diào)研，及時獲取滑坡體相關(guān)資料，并深入研究臺風(fēng)暴雨與滑坡的相互關(guān)系。

1.1 臺風(fēng)“莫拉克”登陸概況

2009年8月9日16時20分，第8號臺風(fēng)“莫拉克”在霞浦北壁沿海登陸，近中心最大風(fēng)力為12級，以10 km/h左右的速度向偏北方向移動，強度逐漸減弱;19時中心位于霞浦境內(nèi)，風(fēng)力減至11級。于10日7時進(jìn)入浙江境內(nèi)，風(fēng)力為9級。

8月9日8時—10日8時，臺風(fēng)登陸當(dāng)日福建九仙山降水量為205.5 mm(8月份歷史極值在1990年8月20日，為185.7 mm)，超過當(dāng)?shù)?月日降水量歷史極值。福建、浙江、安徽、江西的部分站點過程雨量超過50年一遇，福建東北部和浙江東南部達(dá)300～500 mm，福建柘榮達(dá)708.0 mm。

1.2 臺風(fēng)暴雨的行進(jìn)路徑與滑坡的關(guān)系

臺風(fēng)“莫拉克”中心登陸點位于福建省境內(nèi)東部霞浦縣北壁沿海，受臺風(fēng)正面影響，共造成福建全省41個新增地質(zhì)災(zāi)害點，主要位于受臺風(fēng)正面登陸的寧德市境內(nèi)和臨近的福州市，涉及5個縣(市)區(qū)。臺風(fēng)在環(huán)流上升運動過程中，以接近中心的外圍尤為猛烈，愈近中心，降雨強度就愈強。因此，滑坡分布不僅只發(fā)生在臺風(fēng)中心的霞浦縣，其外圍受影響區(qū)域福鼎市、福安市、柘榮縣甚至永泰縣均發(fā)生不同程度的災(zāi)害。對比臺風(fēng)行進(jìn)路徑與新增災(zāi)害分布情況發(fā)現(xiàn)，滑坡與臺風(fēng)中心登陸區(qū)域及登陸后的運行軌跡具有良好的一致性(圖1、圖2)。

圖1 臺風(fēng)“莫拉克”行進(jìn)路徑圖Fig.1 Map showing track of the typhoon Morakot

圖2 臺風(fēng)“莫拉克”新增滑坡災(zāi)害分布示意圖Fig.2 Sketch showing distribution of new landslides caused by the typhoon Morakot

1.3 臺風(fēng)暴雨條件下滑坡發(fā)生的背景條件

1.3.1 地形地貌 將臺風(fēng)“莫拉克”新生的41個滑坡點投影至福建省地貌圖上(圖2)，可以得出：在臺風(fēng)經(jīng)過的地區(qū)，海拔50～500 m丘陵地帶和500～1 000 m低山地帶災(zāi)害最為發(fā)育，占調(diào)查統(tǒng)計數(shù)的93%;低山地貌有28處，占68%;丘陵臺地地貌有10處，占25%。這主要是由于在此海拔高度范圍溝谷切割大，丘陵低山地帶殘坡積層較厚、分布廣，具備發(fā)生小規(guī)?；碌幕A(chǔ)條件，同時強烈的人類工程活動、發(fā)育的臨空面也是滑坡多發(fā)的外在因素。而在海拔大于1 000 m的中高山和沿海小于50 m的平原臺地滑坡則相對不發(fā)育。

另據(jù)本次工作調(diào)查統(tǒng)計，臺風(fēng)經(jīng)過的地區(qū)滑坡多發(fā)生于25°～45°自然斜坡區(qū);45°以上邊坡多為人工建房開挖邊坡，滑坡數(shù)占總數(shù)的20.3%。

1.3.2 土層厚度 殘坡積層的厚度在一定程度上決定了土質(zhì)滑坡的規(guī)模。新增的地質(zhì)災(zāi)害主要以東南丘陵地區(qū)中小型滑坡為主，小型滑坡占85%以上。從滑體厚度上看，本次新增的41個滑坡點主要以6～10 m厚土層為主，占92.68%;厚度11～15 m僅有1處;厚度4～5 m僅有2處。

1.3.3 母巖巖性 此次調(diào)查的滑坡類型多為土質(zhì)滑坡，其發(fā)育規(guī)模主要與其土層厚度有關(guān)，而土層厚度又與下伏母巖巖性密切相關(guān)。殘坡積土體厚度大的地區(qū)主要分布在福建省中北部，母巖主要以侵入巖為主，加之區(qū)域構(gòu)造及風(fēng)化作用強烈，土體結(jié)構(gòu)松散，故滑坡數(shù)量較多。發(fā)生滑坡處的母巖巖性，以花崗巖類居多，有32處;凝灰?guī)r4處;粉砂巖5處。

1.3.4 植被 在對臺風(fēng)“莫拉克”新生滑坡點現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，滑坡主要發(fā)生在生態(tài)經(jīng)濟林中，原始生態(tài)林幾乎很少發(fā)生。而生態(tài)經(jīng)濟林中又以毛竹危害性最大，這主要是與其種植過程和植被本身的特殊性有關(guān)。毛竹根系淺，枝桿細(xì)而高，頂端枝葉茂密，容易受風(fēng)力影響拉拽根系，擾動表層土體;與此同時，竹林地區(qū)由于長期挖筍，無形中也松動了表層土體，在兩者共同作用下，竹林斜坡地區(qū)地表水下滲容易，因此也更容易發(fā)生表層土體的滑動。

2 臺風(fēng)暴雨降雨特性與滑坡的關(guān)系

對臺風(fēng)“莫拉克”新生滑坡點現(xiàn)場追蹤調(diào)查顯示：臺風(fēng)暴雨條件下滑坡主要發(fā)生于海拔50～500 m丘陵地帶和500～1 000 m低山，且多發(fā)于25°～45°的自然斜坡地帶，并且以淺層土質(zhì)滑坡為主。臺風(fēng)暴雨的特征與福建省相對獨特的地質(zhì)環(huán)境背景之間的聯(lián)系是研究該類型滑坡發(fā)生機理的重要前提。利用臺風(fēng)“莫拉克”期間新生滑坡的調(diào)查資料，結(jié)合歷史臺風(fēng)期間的滑坡資料，研究臺風(fēng)暴雨降雨特性與滑坡的相互關(guān)系，可為其后設(shè)定準(zhǔn)確的降雨模型參數(shù)提供依據(jù)。

2.1 臺風(fēng)暴雨季節(jié)特征與滑坡的關(guān)系

為研究福建省滑坡與臺風(fēng)暴雨之間的關(guān)系，對全省臺風(fēng)暴雨降雨情況與期間發(fā)生的滑坡數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計分析。從季節(jié)性來看，福建省臺風(fēng)暴雨條件下的滑坡集中發(fā)生在7、8、9月，占滑坡發(fā)生總量的75.97%。7—9月是福建受臺風(fēng)影響最重的月份，占多年臺風(fēng)降雨的81.1%;8月份降雨量達(dá)到全年最頂峰;而1—3月福建基本不受臺風(fēng)影響(圖3)。說明福建省的滑坡集中發(fā)生在汛期臺風(fēng)期，且滑坡發(fā)生與降雨時間、降雨天數(shù)、降雨量以及暴雨頻次均有很好的一致性。

2.2 臺風(fēng)暴雨降雨過程與滑坡的關(guān)系

圖3 福建省月平均臺風(fēng)暴雨量與滑坡數(shù)量關(guān)系圖Fig.3 Relationship between monthly average storm rainfall amount and landslides'number

“莫拉克”臺風(fēng)追蹤調(diào)查自登陸開始，即每日對福建省各雨量站降雨量進(jìn)行實時監(jiān)測。從新增滑坡點降雨量可以看出：臺風(fēng)登陸2天前即受臺風(fēng)環(huán)流影響開始，降雨量相對較小，最大僅達(dá)到38 mm/d;其后逐漸增大，到登陸前1天，平均降雨量為85 mm/d，部分縣市為180 mm/d，但在此期間未發(fā)生新增地災(zāi)點;臺風(fēng)登陸當(dāng)天，平均降雨量為265 mm/d，最大值達(dá)到480 mm/d，最小值也達(dá)到133 mm/d，在此期間新增滑坡大規(guī)模發(fā)生(圖4)。因此可以得知，滑坡與臺風(fēng)暴雨的降雨過程密切相關(guān)，當(dāng)福建省受臺風(fēng)環(huán)流影響開始，降雨量相對較小，誘發(fā)滑坡的概率較小;而臺風(fēng)中心登陸境內(nèi)，帶來強降雨影響，從而誘發(fā)大量的滑坡發(fā)生。

同時，根據(jù)對臺風(fēng)暴雨的降雨過程分析可知，大部分降水集中于臺風(fēng)登陸后48 h內(nèi)，而主雨量段往往集中于臺風(fēng)登陸后24 h內(nèi)，降雨量超過總降雨量的50%?！澳恕迸_風(fēng)登陸當(dāng)日降雨量占總降雨量高達(dá)73%以上，而登陸前2天累計降雨量只占總降雨量的26.57%。根據(jù)臺風(fēng)“莫拉克”降雨過程與新增滑坡點數(shù)量的關(guān)系(表1)，新增滑坡全部發(fā)生在臺風(fēng)登陸當(dāng)日，可見臺風(fēng)暴雨的降雨全過程中，臺風(fēng)登陸當(dāng)日的降雨對滑坡起著決定性作用。

2.3 臺風(fēng)登陸當(dāng)日降雨量與滑坡的關(guān)系

在對滑坡災(zāi)害追蹤調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)對于災(zāi)情往往只記錄了發(fā)生日期，而未精確到時間段，降雨量資料亦以天為統(tǒng)計單元，因而臺風(fēng)登陸當(dāng)日降雨量的資料統(tǒng)計無法準(zhǔn)確到臺風(fēng)登陸期間24 h內(nèi)的降雨實情，只能以臺風(fēng)登陸當(dāng)日相對應(yīng)的24 h內(nèi)的降雨量資料來進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計，只能反映一種趨勢(楊麗，2007)。

圖4 “莫拉克”臺風(fēng)各地降雨量圖Fig.4 Chart showing rainfall amount caused by the typhoon Morakot

表1 臺風(fēng)“莫拉克”降雨過程與新增滑坡關(guān)系Table 1 Relationship between rainfall process and new landslides caused by the typhoon Morakot

表2 臺風(fēng)登陸當(dāng)日降雨量及對應(yīng)滑坡數(shù)量統(tǒng)計Table 2 Statistics of rainfall amount and corresponding landslides'number on a typhoon landing day

從表2的統(tǒng)計可以看出：當(dāng)臺風(fēng)登陸當(dāng)天降雨量＜100 mm時，未誘發(fā)滑坡的大量發(fā)生;降雨量達(dá)到100～150 mm后，滑坡數(shù)量出現(xiàn)第一次猛增;當(dāng)降雨量＞150 mm時，滑坡數(shù)量出現(xiàn)第二次猛增。由此可見，100 mm的降雨量可作為臺風(fēng)登陸當(dāng)日滑坡數(shù)量爆發(fā)的降雨量閥值。

2.4 臺風(fēng)登陸當(dāng)日短時降雨量與滑坡的關(guān)系

根據(jù)之前的分析可知，臺風(fēng)登陸過程中，最大降雨量及主要降雨量均出現(xiàn)在臺風(fēng)登陸的當(dāng)日。

根據(jù)1991—2006年降雨統(tǒng)計資料，臺風(fēng)登陸當(dāng)日的強降雨具有集中在當(dāng)日某段時間之內(nèi)的特點，當(dāng)日連續(xù)1、2、3 h極值雨量平均占當(dāng)日總降雨量的27.90%，當(dāng)日連續(xù)2 h極值雨量平均占當(dāng)日總降雨量的47.31%，當(dāng)日連續(xù)3 h極值雨量平均占當(dāng)日總降雨量的59.52%。可見臺風(fēng)登陸當(dāng)日大部分降雨量主要集中在3 h內(nèi)，因此，3 h可作為當(dāng)日降雨強度的峰值(表3)。

表3 臺風(fēng)登陸當(dāng)日短時降雨量極值占當(dāng)日降雨量的比值Table 3 Percentage of extremum of short-time rainfall amount divided into overall rainfall on a typhoon landing day

另根據(jù)資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，臺風(fēng)暴雨短時間內(nèi)極值降雨量的大小也與滑坡的發(fā)生有密切關(guān)系，表4為1、3、6、12 h 極值雨強值的分布。

表4 短時強降雨致災(zāi)參考值Table 4 Statistics of disaster-induced short-time heavy rainfall

因此，可以定量將臺風(fēng)登陸當(dāng)天100 mm降雨量和3 h短時60 mm降雨極值作為臺風(fēng)暴雨誘發(fā)滑坡的臨界降雨量，同時也可以作為初步預(yù)測滑坡發(fā)生的一個降雨值參考指標(biāo)。

3 結(jié)論

通過對福建省臺風(fēng)暴雨特征的詳細(xì)分析，結(jié)合沿“莫拉克”臺風(fēng)路徑對福建省內(nèi)新發(fā)生滑坡進(jìn)行的追蹤調(diào)研，總結(jié)出臺風(fēng)暴雨條件下滑坡發(fā)生的背景環(huán)境，同時分析了臺風(fēng)暴雨各個特征要素與滑坡之間的關(guān)系。

通過對臺風(fēng)“莫拉克”新生41個滑坡點進(jìn)行的追蹤調(diào)查和臺風(fēng)過程降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量的關(guān)系分析得出，滑坡與臺風(fēng)中心登陸區(qū)域及登陸后的運行軌跡具有很強的一致性。臺風(fēng)登陸當(dāng)天的降雨對滑坡起決定性作用，當(dāng)臺風(fēng)登陸當(dāng)日降雨量達(dá)到100 mm的日降雨量或60 mm的3 h極值降雨量時，易觸發(fā)“即雨即滑”群發(fā)式小型淺層土質(zhì)滑坡。

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