基于有效降雨強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警探討

李忠海，趙 越（江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，江西南昌330000）

基于有效降雨強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警探討

李忠海，趙 越（江西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，江西南昌330000）

本文將有效降雨強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警作為主要研究?jī)?nèi)容，以我國(guó)降雨型滑坡預(yù)報(bào)預(yù)警的綜述作為研究基礎(chǔ)，通過(guò)查閱大量有關(guān)有效降雨強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警方面的文獻(xiàn)資料，結(jié)合某地區(qū)的具體降雨情況和歷史滑坡資料，將研究地區(qū)的地層按照高、中、低三個(gè)等級(jí)劃分成不同的滑坡易發(fā)性巖組，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上建立出基于有效降雨強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型，并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，證實(shí)了預(yù)警模型的可行性和實(shí)用性。

有效降雨強(qiáng)度；滑坡災(zāi)害；危險(xiǎn)性預(yù)警

引言

通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料可以得知，有效降雨強(qiáng)度同滑坡災(zāi)害發(fā)生及其危險(xiǎn)性預(yù)警之間有著緊密的聯(lián)系，并且通過(guò)統(tǒng)計(jì)有效降雨強(qiáng)度判斷滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性的研究也越來(lái)越多。筆者將在此基礎(chǔ)上，結(jié)合前人有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分析和評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究，選取歷史上曾經(jīng)多次發(fā)生滑坡的某地區(qū)作為研究對(duì)象，著重圍繞基于有效降雨強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員提供必要的幫助和參考。

1 我國(guó)降雨型滑坡預(yù)報(bào)預(yù)警綜述

所謂的降雨型滑坡，就是由于降雨因子誘發(fā)而產(chǎn)生的滑坡類(lèi)型，根據(jù)相關(guān)的資料表明，在降雨的過(guò)程中或降雨之后，一個(gè)地區(qū)的滑坡發(fā)育程度會(huì)隨著降雨量的增加而不斷增強(qiáng)，換句話(huà)說(shuō)，降雨型滑坡和降雨量呈正比關(guān)系。美國(guó)最早進(jìn)行了降雨型滑坡預(yù)警，主要是研究降雨強(qiáng)度和滑坡的關(guān)系，在對(duì)降雨情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，主要采用了Cannon-Elleon模型和Wieczoic模型，以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

我國(guó)的香港在1984年也開(kāi)展了區(qū)域性的滑坡實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，對(duì)降雨型滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要就是記錄降雨、涌浪等誘發(fā)滑坡的重要數(shù)據(jù)。在2003年，我國(guó)的國(guó)土資源部與氣象局正式開(kāi)展了降雨型滑坡的預(yù)警工作，采用的主要方法是對(duì)地貌進(jìn)行分析，對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在進(jìn)行分析和計(jì)算的過(guò)程中，我國(guó)主要采用了臨界降雨量模型和地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素的概率量化模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的科學(xué)計(jì)算分析。

為了提高預(yù)警的效率和質(zhì)量，我國(guó)采用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)方法，對(duì)滑坡點(diǎn)的降雨參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以此計(jì)算出區(qū)域的降雨臨界值?？茖W(xué)家通過(guò)這一數(shù)據(jù)，可以判斷降雨型滑坡和降水量的關(guān)系。比如，基于地質(zhì)-氣象耦合因素，可以建立相關(guān)的降雨強(qiáng)度模型，通過(guò)圖像的變化，發(fā)現(xiàn)降雨量和時(shí)間比值，然后根據(jù)比值來(lái)確定降雨閾值，對(duì)滑坡災(zāi)害進(jìn)行有效防控和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2 滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型建立分析

2.1 有效降雨強(qiáng)度與滑坡的關(guān)系

通過(guò)對(duì)該地區(qū)部分滑坡點(diǎn)的降雨資料進(jìn)行整合統(tǒng)計(jì)之后，如圖1所示，絕大部分滑坡發(fā)生時(shí)，當(dāng)日降雨量不會(huì)超過(guò)20mm，并且在個(gè)別情況下還會(huì)出現(xiàn)降雨量不足零毫米的現(xiàn)象，另外，有效降雨量大約在10～100mm左右，這也是滑坡滯后的一大典型表現(xiàn)。在此過(guò)程中，有效降雨量對(duì)滑坡起到了決定性的作用，由于持續(xù)的前期降雨大大增加了土體當(dāng)中的含水量，甚至出現(xiàn)了飽水的情況。這也導(dǎo)致及時(shí)當(dāng)日降水非常稀少，但如果前期有效降雨量已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了降雨臨界值，同樣也會(huì)誘發(fā)滑坡。因此，對(duì)于在前期出現(xiàn)連續(xù)降雨類(lèi)型的滑坡、當(dāng)日無(wú)大暴雨類(lèi)型的滑坡，主要是由前期有效降雨量發(fā)揮主導(dǎo)作用。

圖1 研究地區(qū)部分滑坡發(fā)生當(dāng)日降雨量同前期有效降雨量散點(diǎn)圖

2.2 確定模型參數(shù)

在誘發(fā)滑坡降雨的過(guò)程當(dāng)中需要經(jīng)過(guò)前期降雨和關(guān)鍵降雨兩個(gè)階段，在第一階段當(dāng)中，降雨會(huì)大大增加滑坡中土體的含水量，并有效減小抗剪強(qiáng)度，使得孕育滑坡的作用得以充分發(fā)揮；而在第二階段也就是關(guān)鍵降雨階段當(dāng)中，降雨會(huì)直接導(dǎo)致發(fā)生滑坡災(zāi)害，但并非一次降雨就會(huì)導(dǎo)致發(fā)生滑坡，并且在每一次的降雨量當(dāng)中，也僅僅只有一部分降雨量會(huì)對(duì)滑坡的發(fā)生產(chǎn)生觸發(fā)作用，因此將累計(jì)降雨量設(shè)定為臨界降雨量顯然是不合時(shí)宜的。為此，需要通過(guò)利用公式Rc=R0+αR1+α2R2+…+αnRn計(jì)算出有效降雨量，在此公式當(dāng)中，Rc表示的是有效降雨量，而R0則代表當(dāng)前的降雨量，用Rn表示日前降雨量，降雨系數(shù)則用ɑ表示，n代表著降雨的持續(xù)天數(shù)。

2.3 基本步驟

①主要對(duì)研究地區(qū)已有的滑坡點(diǎn)進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)，之后與滑坡災(zāi)害點(diǎn)當(dāng)中的地層巖性特征進(jìn)行充分結(jié)合，在此基礎(chǔ)上將滑坡地質(zhì)災(zāi)害巖組按照高、中、低三級(jí)易發(fā)性進(jìn)行合理分組。②需要分別對(duì)各個(gè)巖組滑坡有效降雨強(qiáng)度與關(guān)鍵降雨強(qiáng)度二者之間的持續(xù)時(shí)間關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，之后可以得到如圖2所示的散點(diǎn)關(guān)系示意圖，并進(jìn)一步得知發(fā)生滑坡的概率分別為10%有效降雨強(qiáng)度閾值線(xiàn)以及25%和50%的閾值線(xiàn)。③立足于有效降雨強(qiáng)度閾值線(xiàn)，按照高、中、低的危險(xiǎn)性等級(jí)劃分出因降雨因素而引起的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)。④通過(guò)使用GIS疊加降雨危險(xiǎn)性等級(jí)和容易發(fā)生滑坡的空間區(qū)劃結(jié)果，其中預(yù)警等級(jí)越高則說(shuō)明越容易發(fā)生滑坡，表1所示預(yù)警等級(jí)的含義與具體防御措施。

表1 預(yù)警等級(jí)的含義與具體防御措施

2.4 實(shí)際效果

本文選取了研究地區(qū)2015年8月11日的降雨量，當(dāng)日降雨量為4.6mm，通過(guò)Rc=R0+αR1+α2R2+…+αnRn公式可以計(jì)算出有效降雨量為44.76mm，而有效降雨強(qiáng)度則為8.39mm/d，持續(xù)天數(shù)為5d時(shí)，通過(guò)將有效降雨強(qiáng)度值同各巖組的實(shí)際有效降雨強(qiáng)度閾值進(jìn)行比對(duì)后我們可以得知，在高易發(fā)巖組當(dāng)中，有效降雨強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的滑坡發(fā)生概率超過(guò)了50%因此屬于高危險(xiǎn)區(qū)，而中易發(fā)巖組當(dāng)中，有效降雨強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的滑坡發(fā)生概率超過(guò)了25%但并未超過(guò)50%，因此屬于中危險(xiǎn)區(qū)；低易發(fā)巖組當(dāng)中，有效降雨強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的滑坡發(fā)生概率沒(méi)有超過(guò)25%因此屬于低危險(xiǎn)區(qū)。這也意味著在8月11日當(dāng)天，研究地區(qū)最容易發(fā)生滑坡災(zāi)害的地區(qū)為高易發(fā)巖組，而實(shí)際上根據(jù)定位顯示在當(dāng)日高易發(fā)巖組當(dāng)中的部分地區(qū)確實(shí)發(fā)生了滑坡現(xiàn)象，因此也進(jìn)一步驗(yàn)證了該模型的有效性。

圖2 高易發(fā)巖組滑坡有效降雨強(qiáng)度閾值

3 建立滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型的重要性

（1）建立滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型可以判定降雨量和滑坡災(zāi)害發(fā)生率的關(guān)系。通過(guò)建立滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型，可以發(fā)現(xiàn)在連綿陰雨的情況下，會(huì)出現(xiàn)暴雨類(lèi)型的滑坡，在前期集中下雨，后期雨水較少的情況下，會(huì)出現(xiàn)滯后性的降雨型滑坡。也就是說(shuō)，滑坡的類(lèi)型和降水的頻率有關(guān)，若前期的降雨強(qiáng)度達(dá)到了臨界的閾值，就會(huì)出現(xiàn)降雨型滑坡，如果沒(méi)有達(dá)到閾值，則滑坡基本不會(huì)出現(xiàn)。相關(guān)的預(yù)警部門(mén)可以依據(jù)這一模型提前做好防護(hù)工作，避免出現(xiàn)災(zāi)害和事故問(wèn)題。

（2）建立滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型可以提高預(yù)警方案的精準(zhǔn)性。在建立預(yù)警模型的過(guò)程中，工作人員必然要從降雨因子入手，不同的降雨量會(huì)對(duì)降雨型滑坡產(chǎn)生不同的影響，滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型的建立可以讓預(yù)警更加具有針對(duì)性。同時(shí)，滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型在建立的過(guò)程中需要綜合考慮地形、巖石構(gòu)造、坡體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)等七項(xiàng)影響因子，在建立模型之后，預(yù)警人員可以掌握當(dāng)?shù)氐娜康乩硇畔ⅲ瑥亩怪贫ǔ鰜?lái)的預(yù)警方案具有全面性、精準(zhǔn)性的特點(diǎn)。

（3）建立滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警模型可以更好地保護(hù)當(dāng)?shù)鼐用竦娜松碡?cái)產(chǎn)安全。預(yù)警人員在建立模型之后，可以在降雨前后發(fā)布預(yù)測(cè)結(jié)果，制定相應(yīng)的預(yù)警體系，并通知當(dāng)?shù)氐木用窦皶r(shí)做好防護(hù)準(zhǔn)備，在很大程度上保障了當(dāng)?shù)鼐用竦陌踩?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，有效降雨強(qiáng)度與滑坡災(zāi)害的危險(xiǎn)性之間有著極為緊密的關(guān)系，通過(guò)統(tǒng)計(jì)有效降雨強(qiáng)度能夠幫助人們準(zhǔn)確得知滑坡災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)以及危險(xiǎn)性程度，從而使得人們能夠采取相應(yīng)的防御措施積極應(yīng)對(duì)，以避免因突然發(fā)生的滑坡災(zāi)害而導(dǎo)致人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅與侵害。

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