寧波暴雨型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)研究

浙江省寧波市氣象局　郭建民　陳有利　朱龍彪浙江省寧波市國(guó)土資源局　張弘懷

寧波暴雨型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)研究

浙江省寧波市氣象局郭建民陳有利朱龍彪
浙江省寧波市國(guó)土資源局張弘懷

地質(zhì)災(zāi)害是指因自然和人為活動(dòng)引發(fā)的危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害。其中崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷具有突發(fā)性性質(zhì)，是突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害直接威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。做好地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警工作、最大限度地減少地質(zhì)災(zāi)害可能造成的損失，對(duì)維護(hù)社會(huì)安定，支持宏觀經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重大的戰(zhàn)略意義。

寧波市地處華東沿海，屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，降水具有明顯的雙峰特征，主要集中在3-7月的“春雨連梅雨”季節(jié)及8-9月的“臺(tái)汛”期，具有雨量集中、降水強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。境內(nèi)多山區(qū)，占全市陸地面積的51.6%，丘陵山區(qū)巖石較為破碎，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)較多，汛期中熱帶氣旋、強(qiáng)對(duì)流等產(chǎn)生的暴雨極易誘發(fā)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度較高的地區(qū)。

自2004年起寧波市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站和寧波市氣象臺(tái)聯(lián)合開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)工作以來(lái)，期間共發(fā)現(xiàn)全市地質(zhì)災(zāi)害（隱患）點(diǎn)302處（表1，數(shù)據(jù)截至2014年底），有記錄的地質(zhì)災(zāi)害共207處（次），年均二十余處（次）（詳情見(jiàn)表3），規(guī)模以小型為主，占總數(shù)的90%以上，災(zāi)害類型以滑坡和崩塌為主。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害與氣象條件關(guān)系密切，從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的月份分布來(lái)看，每年4-10月為寧波市地質(zhì)災(zāi)害最主要的發(fā)生段，具有與強(qiáng)降水過(guò)程同期的特點(diǎn)。強(qiáng)降水特別是暴雨以上降水地質(zhì)災(zāi)害最主要的自然誘發(fā)因素。

表1　突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害（隱患）點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表（截至2014年底）

圖1　地質(zhì)災(zāi)害（隱患）點(diǎn)分布圖

表2　 歷史臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降水排名

一、暴雨特征及與地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

寧波年均降水量在1440毫米，降水日數(shù)162天，降水分布呈西南多東北少、山區(qū)多平原少的特征，經(jīng)分析雨量加密觀測(cè)資料，暴雨區(qū)域主要有三個(gè)，余姚南部和鄞州西部的四明山地區(qū)、奉化西南部和寧海西部的望海崗及周邊地區(qū)、象山港兩岸地區(qū)。暴雨區(qū)、高海拔區(qū)（圖2）、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)（圖1）具有相當(dāng)一致性。暴雨及以上降水主要由三類天氣系統(tǒng)產(chǎn)生，一類是臺(tái)風(fēng)，第二類是梅雨鋒，第三類是短時(shí)強(qiáng)對(duì)流。

臺(tái)風(fēng)暴雨具有強(qiáng)度強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受地形影響大等特點(diǎn)，是寧波重要的降水來(lái)源之一，影響最頻繁的是8-9月，這一時(shí)段是寧波繼梅雨之后的第二個(gè)降水高峰。臺(tái)風(fēng)影響程度除臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、移速、周邊天氣系統(tǒng)、地形、天文潮位等因素外，與臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑緊密相關(guān)，影響最嚴(yán)重的臺(tái)風(fēng)路徑主要有三條：浙江登陸、浙閩邊界到廈門之間登陸北上、緊擦寧波市沿海（東經(jīng)125度以西）北上。歷史上嚴(yán)重影響寧波的臺(tái)風(fēng)包括0509麥莎，0908莫拉克、1211海葵、1323菲特等二十余個(gè)（面雨量及短時(shí)強(qiáng)降水量排名見(jiàn)表2），嚴(yán)重影響臺(tái)風(fēng)多造成大暴雨或特大暴雨多，易形成山洪、滑坡、泥石流、積澇等災(zāi)害。如2004年受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“云娜”影響兩天內(nèi)8處地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、2005年“麥莎”和“卡努”兩臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨誘發(fā)境內(nèi)59處地質(zhì)災(zāi)害。

圖2　年降水量與海拔高度分布圖

梅雨鋒暴雨具有強(qiáng)度相對(duì)不強(qiáng)，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，范圍大，常年平均入梅日為6月13日，出梅日為7月9日，梅雨期26天，梅雨量分布相對(duì)均勻（西南山區(qū)略多于東部沿海），大部分地區(qū)在230-300毫米之間，全市平均梅雨量249.5毫米，占整個(gè)夏季降水量的45.7%，占全年降水量的17.2%，梅雨期內(nèi)降水連續(xù)，可在數(shù)天內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)暴雨天氣，易形成積澇、滑坡等災(zāi)害。特別是對(duì)于土質(zhì)地層，長(zhǎng)時(shí)間大量降水、地表水滲入地下，粘性土完全飽和，粘聚力減少，土體抗剪、抗拉強(qiáng)度降低，并大大增加了粘性土體荷重；對(duì)于巖質(zhì)地層，降水和地表水沿基巖裂隙、節(jié)理滲入，裂隙面摩擦力大大減小，降低基巖的穩(wěn)定性，因此降雨極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展。

強(qiáng)對(duì)流短時(shí)暴雨具有歷時(shí)短，范圍小，但短時(shí)間強(qiáng)度特強(qiáng)，突發(fā)性更明顯等特點(diǎn)，易形成山洪、泥石流、低洼地積水等災(zāi)害。寧波地區(qū)多強(qiáng)對(duì)流發(fā)生，市區(qū)三江口、慈溪余姚交界處、余姚四明山、周公宅、奉化橫山、寧海茶山以及象山部分山區(qū)等都是強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的易生區(qū)域，局地型對(duì)流系統(tǒng)生成發(fā)展快，一般少動(dòng)或緩慢移動(dòng)。如2012年7月16日下午的一次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，鄞州西部地區(qū)3小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到200毫米左右，其中小時(shí)最大雨強(qiáng)達(dá)到90毫米，導(dǎo)致龍觀地區(qū)山洪暴發(fā)。

對(duì)地質(zhì)災(zāi)害（隱患）發(fā)生與當(dāng)日強(qiáng)降雨的分析發(fā)現(xiàn)，兩者具有較好的相關(guān)關(guān)系，當(dāng)降雨量大時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害（隱患）發(fā)生的頻率也高，尤其是與暴雨頻次具有很好的一致性。統(tǒng)計(jì)分析表明，由暴雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害約占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的95%以上，其中臺(tái)風(fēng)暴雨、梅訊期暴雨、強(qiáng)對(duì)流暴雨導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)分別占84%、8%、4%。根據(jù)雨量資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)熱帶氣旋或強(qiáng)對(duì)流等天氣系統(tǒng)的過(guò)程雨量超過(guò)100毫米，寧波境內(nèi)就可能有地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)；過(guò)程雨量超過(guò)200毫米，寧波境內(nèi)多處出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，如2005年的“麥莎”“卡努”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和2009年的“莫拉克”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，2012年的“?？?、2013的“菲特”等，寧波過(guò)程雨量均超過(guò)200毫米，寧波市境內(nèi)出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)均超過(guò)30處；當(dāng)過(guò)程雨量300毫米，山區(qū)均產(chǎn)生山洪或地質(zhì)災(zāi)害。鑒于此，當(dāng)寧波市出現(xiàn)下列降雨特征之一時(shí)，應(yīng)特別注意地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

①小時(shí)雨量大于50毫米；

②日雨量大于100 毫米；

③連續(xù)多日降雨，累計(jì)雨量超過(guò)200毫米；

④連續(xù)干旱，突降暴雨。

需要注意的是，臺(tái)風(fēng)雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，實(shí)時(shí)雨量起主要作用，臺(tái)風(fēng)中后期和之后的2-3天，前期雨量誘發(fā)作用更大。鋒面雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，前期雨量起著主要作用。

二、地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理分析及預(yù)報(bào)方法研究

由于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，寧波市丘陵山區(qū)巖石較為破碎，或上覆松散堆積層較厚，在遇強(qiáng)降雨天氣時(shí)容易引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：

崩塌是區(qū)內(nèi)最主要的地質(zhì)災(zāi)害，除少量為中型外其余均為小型，主要分布在寧海縣、慈溪市和象山縣境內(nèi)的山區(qū)低等級(jí)公路沿線陡坡、礦山邊坡、房前屋后和自然陡崖一帶。

滑坡是僅次于崩塌的又一類主要地質(zhì)災(zāi)害，主要分布在寧?？h和余姚市?；麓蠖喟l(fā)育于低山丘陵、山間盆地邊緣，滑坡體主要由松散殘坡積層和基巖風(fēng)化層組成，幾個(gè)大中型的滑坡基本分布于區(qū)內(nèi)山勢(shì)較大的地段，以土質(zhì)滑坡為主，多發(fā)生在土層厚度大（一般大于3米）的陡坡地，單純巖質(zhì)滑坡少見(jiàn)，人為削坡和汛期強(qiáng)降雨是引發(fā)滑坡的主要因素。

泥石流以小型溝谷型泥石流為主，小部分為坡面泥石流，常與山洪共同發(fā)生，主要分布在寧?？h和余姚市的沿山谷、山坡低凹處。地形坡度較大是發(fā)生崩塌和滑坡的必要條件，陡坡地（15度至25度）易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害、急坡地（25度至45度）可發(fā)生各種地質(zhì)災(zāi)害、懸崖地（大于45度）易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

短時(shí)強(qiáng)降雨期間（主要是臺(tái)風(fēng)影響期間），泥石流和崩塌地質(zhì)災(zāi)害常與降雨同步發(fā)生，大多在降水3小時(shí)內(nèi)發(fā)生，實(shí)時(shí)雨量起主要作用；土質(zhì)滑坡常常在滑坡體后緣出現(xiàn)裂縫、前緣出現(xiàn)鼓脹，造成地質(zhì)災(zāi)害險(xiǎn)情，往往規(guī)模較大，一旦發(fā)生后果也較嚴(yán)重，大多在降水后1至3小時(shí)期間出現(xiàn)險(xiǎn)情，一般最多不超過(guò)強(qiáng)降雨后48小時(shí)。

持續(xù)降雨期間，不易發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，但較易引發(fā)滑坡和崩塌地質(zhì)災(zāi)害，一般在持續(xù)降雨3至7天后發(fā)生，影響期最長(zhǎng)一般不超過(guò)15天。鋒面雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，前期雨量起著主要作用。

2014年開發(fā)了新一代寧波市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)，新系統(tǒng)以自然斜坡為基本預(yù)測(cè)單位，建立降雨、地質(zhì)環(huán)境因子與斜坡成災(zāi)可能性之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，建立降雨、地質(zhì)環(huán)境因子與斜坡成災(zāi)可能性之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系?；贕IS的聯(lián)合概率法和降雨-斜坡耦合法預(yù)報(bào)預(yù)警模型研究，形成1∶10萬(wàn)區(qū)域概率預(yù)報(bào)和點(diǎn)狀動(dòng)力預(yù)報(bào)相結(jié)合的綜合概率預(yù)報(bào)預(yù)警方法。以地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度為基本概率，基于潛勢(shì)度與降雨因素的聯(lián)合概率建立寧波市降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警模型，達(dá)到概率預(yù)報(bào)與地質(zhì)認(rèn)識(shí)的統(tǒng)一。

表3　-1 地質(zhì)災(zāi)害歷年發(fā)生數(shù)

表3　-2 地質(zhì)災(zāi)害誘因分類表

三、結(jié)論

通過(guò)整理寧波的歷史降水?dāng)?shù)據(jù)研究了寧波地區(qū)的降水特征，特別對(duì)強(qiáng)降水特征進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合寧波地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理分析，研究了強(qiáng)降水與地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，得到了以下一些結(jié)論。

1.寧波的暴雨主要由三類天氣系統(tǒng)產(chǎn)生，第一類是臺(tái)風(fēng)暴雨，第二類是梅雨鋒暴雨，第三類是強(qiáng)對(duì)流短時(shí)暴雨。由暴雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害約占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的95%以上，其中臺(tái)風(fēng)暴雨、梅訊期暴雨、強(qiáng)對(duì)流暴雨導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)分別占83%、8%、4%。

2.寧波地區(qū)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生均與降水關(guān)系密切?；碌刭|(zhì)災(zāi)害以土質(zhì)滑坡為主，短時(shí)暴雨或連續(xù)降水等易引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，主要分布在寧?？h和余姚市；泥石流地質(zhì)災(zāi)害常與山洪共同發(fā)生，沿山谷、山坡低凹處在強(qiáng)降雨作用下沖毀房屋、道路等造成災(zāi)害，主要分布在寧海縣和余姚市的沿山谷、山坡低凹處；崩塌地質(zhì)災(zāi)害主要在人工開挖造成的陡坡，在坡度較大、較高、地質(zhì)條件差、巖石軟弱、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、巖石破碎情況下，在強(qiáng)降水時(shí)極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，急需關(guān)注的是山區(qū)簡(jiǎn)易公路邊坡常常有群發(fā)性崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。主要分布在寧?？h、慈溪市和象山縣境內(nèi)的山區(qū)低等級(jí)公路沿線陡坡、礦山邊坡、房前屋后和自然陡崖一帶。

3.寧波市突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害與氣象條件關(guān)系密切，當(dāng)小時(shí)降水超過(guò)50毫米或日降水超過(guò)100毫米或連續(xù)多日降雨累計(jì)雨量超過(guò)200毫米以及連續(xù)干旱后突降暴雨，山區(qū)特別是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)點(diǎn)均易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。