渝東北地區(qū)強降雨誘發(fā)地質災害險情分析

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(1.重慶市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 208水文地質工程地質隊，重慶 400700； 2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

渝東北地區(qū)強降雨誘發(fā)地質災害險情分析

趙鵬1，楊沛霖1,2，蔣莉1，杜春蘭1

(1.重慶市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 208水文地質工程地質隊，重慶 400700； 2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

渝東北一直以來都是地質災害高發(fā)地區(qū)，地質環(huán)境條件脆弱，極端降雨事件頻發(fā)，是區(qū)域地質災害預警高度關注地區(qū)。以2014年8月底至9月初持續(xù)強降雨誘發(fā)地質災害過程為例，運用統(tǒng)計方法，從空間和時間角度，分析地質災害的空間分布、時間分布與降雨的相關關系，得到該區(qū)域降雨誘發(fā)地質災害的規(guī)律特點及臨界閾值。結果表明：①奉節(jié)、云陽、巫山屬于地質災害高易發(fā)區(qū)，巫溪、開縣屬于地質災害中等易發(fā)區(qū)，其他地區(qū)屬于低易發(fā)區(qū)；②渝東北地區(qū)的降雨模式常見為持續(xù)強降雨型(奉節(jié))和暴雨型(云陽、巫山、巫溪及開縣)；③渝東北地區(qū)各區(qū)縣臨界雨強不同，奉節(jié)臨界雨強為90 mm/d，險情特點有明顯滯后性；云陽臨界雨強為85 mm/d，巫山臨界雨強為80 mm/d，巫溪、開縣臨界雨強推薦值為(100±5)mm/d；在持續(xù)強降雨作用且不小于30 mm/h的雨強下，險情伴隨發(fā)生概率極高。渝東北地區(qū)強降雨誘發(fā)地質災害險情分析成果，可為系統(tǒng)全面提出一套預警閾值、指導減災防災工作提供技術支撐。

渝東北地區(qū)；強降雨；地質災害；險情；臨界雨強

1 研究背景

山城重慶地質環(huán)境復雜，屬于中亞熱帶濕潤季風型氣候，汛期雨量充沛，立體氣候明顯，多災害性天氣和暴雨。一直以來就有十滑九雨之說，關于強降雨與地質災害關系的分析，很多學者已開展了大量研究工作，其中高華喜等[1]研究降雨與滑坡相關性，發(fā)現(xiàn)暴雨與滑坡的偏相關系數(shù)高達0.8，滑坡活動時間與暴雨相吻合或者滯后；張珍等[2]結合重慶地區(qū)577個滑坡進行統(tǒng)計分析，可知滑坡的活動強度與降雨量呈正比例關系，暴雨當天發(fā)生滑坡的概率很高；劉艷輝等[3]把川東北降雨模式歸類為數(shù)日持續(xù)降雨且降雨中出現(xiàn)數(shù)次的(2～3 d)極值雨量，二次極值降雨往往會誘發(fā)群發(fā)性災害；劉禮領等[4]通過對暴雨型滑坡研究，認為不能單純考慮雨強而忽略裂隙存在的重要性。與此同時，謝劍明等[5]、陳正洪等[6]、陳靜靜等[7]、伍宇明等[8]、喬建平等[9]、趙衡等[10]、陳蓓青等[11]、謝放[12]、鐘蔭乾[13]、林孝松等[14]針對不同地區(qū)開展了大量地質災害預警預報的降雨閾值研究，深入探討了降雨與地質災害活動之間的關系。

本文以地質災害高發(fā)的渝東北地區(qū)為典型地區(qū)，以2014年8月31日至9月2日持續(xù)強降雨誘發(fā)地質災害險情過程為例，通過統(tǒng)計方法，從空間尺度和時間尺度，分析地質災害的空間分布、時間分布與降雨的相關關系，得到該區(qū)域降雨誘發(fā)地質災害的規(guī)律特點及臨界降雨判據(jù)，為該地區(qū)的區(qū)域地質災害預警研究和防災減災提供技術支撐。

2 重慶8·31區(qū)域強降雨誘發(fā)地質災害概況

重慶市地質環(huán)境復雜，地質災害分布廣泛、突發(fā)性強、危害性大。重慶市每年因地質災害造成人員死亡為40～60人，直接經(jīng)濟損失為(3～5)億 元，占全市自然災害損失的20%以上。特別是渝東北地區(qū)的奉節(jié)、云陽、巫山、巫溪、開縣，更是地質災害高易發(fā)區(qū)域。據(jù)重慶市國土部門組織專家調查， 截至2014年8月份，渝東北地區(qū)有地質災害隱患點2 270處，其中滑坡2 075處，危巖102處，泥石流47處，不穩(wěn)定斜坡33處，塌陷13處；災害規(guī)?！? 000×104m3的26處，≥100×104m3且<1 000×104m3的194處，(10～100)×104m3的900處，≤10×104m3的1 150處。

2014年8月30日至9月2日，渝東北地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)強降雨的天氣，奉節(jié)、云陽、巫山、巫溪、開縣等地區(qū)均出現(xiàn)了日最大降雨量380 mm的極端天氣，造成了32人死亡，10人失蹤，129人受傷，7 024間房屋垮塌，直接經(jīng)濟損失約5.8 億元，導致多地出現(xiàn)滑坡、危巖、泥石流等地質災害，造成人員傷亡、道路中斷、房屋沖毀，水、電、氣等基礎設施被毀，影響人民群眾的正常生活。地質災害已嚴重威脅著人民群眾的生命財產(chǎn)安全(災情見表1)，影響并制約著全市特別是渝東北地區(qū)經(jīng)濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展。

表1 渝東北強降雨作用下各區(qū)縣災情Table 1 Hazard situation of some counties under heavy rainfall in northeast Chongqing

2.1 地質災害分區(qū)

渝東北地質災害分區(qū)見圖1。其中，地質災害高易發(fā)區(qū)包括奉節(jié)、云陽、巫山部分地區(qū)。該區(qū)地貌類型為中低山地貌，地質構造復雜，斷裂密集，長江橫貫中部，山巒起伏，溝壑縱橫。主要出露地層有須家河組砂巖、頁巖，沙溪廟組泥巖，蓬萊鎮(zhèn)組砂巖、泥巖，棲霞組灰?guī)r，巴東組泥巖、灰?guī)r、砂巖等。據(jù)統(tǒng)計,1951—2014年年均降雨量1 097.2 mm，日最大降雨量403.4 mm。該區(qū)域的地質災害隱患點發(fā)育密度1.64處/(10 km2)，是渝東北平均密度的2.34倍。

圖1 渝東北地質災害分區(qū)Fig.1 Zoning of geologic hazards in northeast Chongqing

地質災害中易發(fā)區(qū)包括巫溪、開縣部分地區(qū)。該地區(qū)為中低山地貌，構造復雜，斷裂密集，山巒起伏，溝壑縱橫。主要出露地層有沙溪廟組砂巖、泥巖，嘉陵江組灰?guī)r等。年均降雨量為1 022～1 728 mm，日最大降雨量280.5 mm。該區(qū)域的地質災害隱患點發(fā)育密度0.43處/(10 km2)。

地質災害低易發(fā)區(qū)包括萬州、忠縣等。該地區(qū)為中低山丘陵地貌，山巒起伏，溝壑縱橫。主要出露三疊紀、侏羅紀和二疊紀沙巖、頁巖、泥巖、灰?guī)r、白云巖。

2.2 地質災害分類

據(jù)圖2可見，渝東北8·31強降雨誘發(fā)地質災害類型中，滑坡發(fā)生頻率占全部險情隱患點的92%，凸顯汛期開展好滑坡排查工作的重要性。其中，8·31持續(xù)強降雨作用下奉節(jié)、云陽、巫山、巫溪等地區(qū)地質災害險情分布最多，類型復雜，頻發(fā)率高。

圖2 8·31區(qū)域強降雨誘發(fā)災(險)情類型Fig.2 Types of hazard (risk) induced by 8·31 heavy rainfall

3 渝東北強降雨誘發(fā)地質災害的關系分析

3.1 地質災害點空間分布

截至2014年9月2日，渝東北地區(qū)(奉節(jié)、云陽、巫山、巫溪、開縣等)災(險)情地質災害隱患點2 270處。據(jù)圖3可見，本次災(險)情隱患點重點集中在奉節(jié)、云陽、巫山、巫溪等地區(qū)，其中奉節(jié)、巫山災(險)情最為嚴重。

本次極端強降雨過程規(guī)模也是空前的，具有持續(xù)時間長(約8 d)、降雨強度大等特點，局部區(qū)域持續(xù)有效降雨量超過610.3 mm(奉節(jié)竹園監(jiān)測點)。結合圖3分析可知，以區(qū)縣為橫軸，縱向對比降雨量(mm)、地質災害災(險)情(個)，總降雨量巫溪最高，奉節(jié)、巫山、云陽次之(均超過350 mm)。

圖3 2014年8月26日—9月4日渝東北地質災害災(險)情與降雨量關系Fig.3 Relationship between geologic hazard (risk) and rainfall in northeast of Chongqing from August 26 to September 4 in 2014

表2 奉節(jié)典型地質災害點2014年8月22日—9月2日的降雨量與災情發(fā)生日期Table 2 Rainfall at typical geologic hazard points in Fengjie from August 22 to September 2 in 2014 and the starting date of disasters

注：降雨類型按降雨強度劃分，即中雨(10～24.9 mm/d)，大雨(25～49.9 mm/d)，暴雨(50～100 mm/d)，大暴雨(100～250 mm/d)，特大暴雨(≥250 mm/d)；加下劃線數(shù)字對應日期為險情發(fā)生日期，黑體數(shù)字為大暴雨或特大暴雨，表3同此

3.2 地質災害點的時間分布規(guī)律

張珍等[2]對重慶地區(qū)近幾十年內的577個滑坡發(fā)生月份進行統(tǒng)計分析，其中汛期滑坡發(fā)生概率占98.2%，6—8月份期間滑坡發(fā)生次數(shù)占一年中總滑坡的88.5%。2014年8月31日正值洪水期，渝東北區(qū)域爆發(fā)了極端強降雨，根據(jù)8·31持續(xù)強降雨致災情況分析，整理并提取54個典型地質災害點作為研究對象(奉節(jié)、云陽、巫山、巫溪及開縣)(見圖4)，將地質災害災(險)情誘因劃分為2類：持續(xù)強降雨型、暴雨型。

圖4 2014年8月22日—9月2日災(險)情與降雨量關系Fig.4 Relationship between geologic hazard (risk) and rainfall from August 22 to September 2 in 2014

3.2.1 持續(xù)強降雨型

奉節(jié)是8·31持續(xù)強降雨過程中險情個數(shù)最多、發(fā)育密度大的一個區(qū)縣，通過對表2的分析，可知在滑坡發(fā)生之前都遭受持續(xù)高強度降雨(超過5 d)，累計持續(xù)降雨量約217.6 mm(奉節(jié)紅土降雨量監(jiān)測點)；其中在大雨雨強作用下險情發(fā)生1處，暴雨雨強作用下險情發(fā)生1處，大暴雨雨強作用下險情發(fā)生4處，中—小雨雨強作用下險情發(fā)生9處。分析得到如下結論：①當降雨強度較小且持續(xù)降水量較大時，導致災(險)情發(fā)生；②當前期經(jīng)持續(xù)低強度降雨，一旦出現(xiàn)暴雨、大暴雨或特大暴雨時，在當日和次日誘發(fā)險情概率高達93.3%；③持續(xù)降雨(累計降雨量超過220 mm)時，在暴雨、大暴雨或特大暴雨作用下，次日誘發(fā)險情概率為100%；④經(jīng)歷7 d持續(xù)強降雨，在中—小雨雨強作用下誘發(fā)災(險)情9處，有明顯滯后性。

3.2.2 暴雨型

云陽在8·31持續(xù)強降雨過程中險情發(fā)育程度僅次于奉節(jié)，通過對表3的分析，可知地質災害點在滑坡發(fā)生之前都遭受持續(xù)高強度降雨(超過5 d)，累計持續(xù)降雨量約204.7 mm(云陽縣城降雨量監(jiān)測點)；其中在大雨雨強下險情發(fā)生1處，暴雨雨強下險情發(fā)生6處，大暴雨雨強下險情發(fā)生2處，特大暴雨作用下險情發(fā)生5處，中—小雨雨強下險情發(fā)生2處。分析得到如下結論：①當降雨強度較小且持續(xù)降水量較大時，易誘發(fā)災(險)情發(fā)生；②當前期持續(xù)低強度降雨，一旦出現(xiàn)暴雨、大暴雨或特大暴雨，在當日和次日誘發(fā)險情概率高達93.8%；③持續(xù)降雨(累計降雨量超過200 mm)且在暴雨或大暴雨作用下，當日誘發(fā)險情概率為81.3%；④經(jīng)歷7 d持續(xù)強降雨，在中—小雨雨強作用下誘發(fā)災(險)情2處，險情的爆發(fā)有明顯滯后性。

表3 云陽典型地質災害點2014年8月22日—9月2日的降雨量與災情啟動Table 3 Rainfall at typical geologic hazard points in Yunyang from August 22 to September 2 in 214 and the starting date of disasters

圖5 各區(qū)縣臨界雨強與滑坡前累計降雨量關系Fig.5 Relationship between critical rainfall intensity and accumulative rainfall before landslide of some counties

4 降雨閾值

4.1 降雨閾值規(guī)律

不同區(qū)域的降雨閾值差異較大，導致這種差異的因子有地層、巖性、易發(fā)分區(qū)以及各地降雨規(guī)律。接下來，重點針對降雨規(guī)律和險情的關系進行統(tǒng)計研究。

采用統(tǒng)計分析方法，結合表1與圖5分析可知，奉節(jié)臨界雨強為90 mm/d，險情活動前期出現(xiàn)1～2次暴雨，預警雨量為240 mm(滑坡前10 d累計降雨量)，險情特點有明顯滯后性，青蓮鄉(xiāng)、石崗鄉(xiāng)、巖灣鄉(xiāng)等地區(qū)屬于暴雨型險情區(qū)；同理可知，云陽臨界雨強為85 mm/d，預警雨量為200 mm(滑坡前10 d累計降雨量)，險情特點有明顯及時性(達到臨界雨強即誘發(fā)險情)；巫山臨界雨強80 mm/d，預警雨量為180 mm(滑坡前10 d累計降雨量)；巫溪、開縣由于統(tǒng)計量有限，得到的臨界雨強準確性有待考證，結合易發(fā)分區(qū)與降雨特征，給出巫溪、開縣臨界雨強推薦值為(100±5)mm/d。

根據(jù)圖5可知，在渝東北8·31強降雨過程中，云陽、巫山、巫溪、開縣等地區(qū)大部分區(qū)域均屬于暴雨型險情區(qū)。對上面結論對比分析發(fā)現(xiàn)，渝東北巫山地區(qū)臨界雨強略低于云陽、奉節(jié)地區(qū)。汛期巫山排查應該排在首位，奉節(jié)、云陽、巫溪等地也不容忽視，應予以高度重視。

圖6 為2014年9月1日各時刻渝東北各區(qū)縣降雨強度分布。根據(jù)圖6可知,奉節(jié)(青蓮、石崗、巖灣、大樹鎮(zhèn))、云陽(魚泉、江口、南溪、桑坪)、巫山龍溪、巫溪(花臺、蒲蓮)、開縣(敦好、白橋、鹿硐)等地均出現(xiàn)不小于30 mm/h的雨強，在地質災害頻發(fā)的地區(qū)一旦出現(xiàn)如此高強度強降雨，險情伴隨發(fā)生概率極高。因此，根據(jù)不同地區(qū)致災差異，在汛期密切關注氣象變化，定期組織排查險情，同時高度重視地質災害易發(fā)區(qū)駐守工作，同時向群眾普及防災知識，開展好群策群防工作，完善預警體系。

圖6 2014年9月1日各時刻渝東北各區(qū)縣降雨強度分布Fig.6 Distribution of rainfall intensity of some counties on September 1 in 2014 in northeast Chongqing

4.2 實例驗證

據(jù)重慶地勘快訊2015年第14期可知，入汛以來，受到持續(xù)強降雨的影響，氣象監(jiān)測顯示巫山縣于6月15日至17日出現(xiàn)連續(xù)3 d的強降雨，最大日降雨量57 mm，累計降雨量108 mm。6月21日，巫山縣巫峽鎮(zhèn)龍江村紅巖子滑坡后緣發(fā)生拉裂，前部出現(xiàn)小型滑塌。重慶市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208水文地質工程地質隊駐守人員接到險情報告后，迅速開展地質調查，編制調查簡報和應急預案，指導群測群防人員布置簡易監(jiān)測點，講解巡查監(jiān)測重點，并給當?shù)卮甯刹亢屠习傩罩v解滑坡避險知識和撤離路線。6月24日滑坡中后部拉裂縫急劇擴張，逐步貫通，208水文地質工程地質隊駐守人員立即發(fā)出臨滑預警。巫山縣國土房管局啟動應急預案，組織撤離滑坡區(qū)1戶2人和影響區(qū)56戶196人，并通知了海事等相關部門。6月25日18：25，滑坡發(fā)生整體移動，滑移方量23萬m3，未造成人員傷亡。與此同時，巫山縣巫峽鎮(zhèn)跳石村1組干井子滑坡受持續(xù)強降雨影響，自2007年8月出現(xiàn)拉裂變形，之后持續(xù)發(fā)展，近年變形加速。后緣出現(xiàn)水平寬0.8～3 m，整體下錯1～3 m?；掠仪安繌娮冃螀^(qū)已發(fā)生局部滑塌，危及9戶64人、長江主航道及過往船只安全，以及涌浪影響區(qū)煤碼頭及電站安全。

紅巖子滑坡的啟動，再次印證降雨型滑坡的滯后性特點，滑坡啟動發(fā)生于持續(xù)強降雨后第4—第8天；3 d持續(xù)降雨108 mm便導致滑坡啟動，紅巖子滑坡啟動關鍵在于降雨入滲作用，同時不可忽略地層巖性、地形地貌等地質因子的影響。受持續(xù)強降雨作用，干井子滑坡后緣拉裂縫加劇，表明持續(xù)強降雨對已有隱患點滑坡啟動有影響。

5 結 論

對渝東北持續(xù)強降雨與地質災害險情發(fā)生的關系研究，具有一定防災減災意義。建議在國土部門等統(tǒng)一領導下，有計劃、系統(tǒng)、全面地在渝東北地區(qū)易發(fā)區(qū)、多發(fā)區(qū)建立地質環(huán)境監(jiān)測站，找到不同地區(qū)，在不穩(wěn)定條件下發(fā)生險情的降雨規(guī)律，為預防、預報地質災害提供更好的服務。得到如下結論，研究成果可為地質災害預警預報服務，提供的臨界雨強及降雨規(guī)律還需要在未來防災工作中得以校核、完善。

(1) 洪水期，渝東北地質環(huán)境條件復雜，持續(xù)強降雨作用強烈，屬于重慶市地質災害高發(fā)區(qū)，值得引起高度重視。

(2) 渝東北8·31強降雨作用下，奉節(jié)、云陽、巫山屬于地質災害高易發(fā)區(qū)，巫溪、開縣屬于地質災害中等易發(fā)區(qū)，其他地區(qū)屬于低易發(fā)區(qū)。此次地質災害災(險)情統(tǒng)計，滑坡發(fā)生頻率高達92%。

(3) 渝東北地區(qū)的降雨模式主要表現(xiàn)為持續(xù)降雨型(滯后性)和暴雨型：持續(xù)降雨型險情為前期持續(xù)低強度降雨，一旦出現(xiàn)暴雨、大暴雨或特大暴雨，在當日和次日誘發(fā)險情概率高達93.3%，考慮到前期降雨的累積效應，需要著重關注二次的極值降雨或臨界雨；暴雨型險情為持續(xù)降雨(累計降雨量超過200 mm)且在暴雨或大暴雨作用下，當日誘發(fā)險情概率為81.3%。

(4) 持續(xù)降雨型險情區(qū)奉節(jié)臨界雨強90 mm/d，險情有明顯滯后性；暴雨型險情區(qū)云陽臨界雨強為85 mm/d，巫山臨界雨強為80 mm/d，巫溪、開縣臨界雨強推薦值為(100±5) mm/d；在持續(xù)強降雨作用且不小于30 mm/h的雨強下，險情伴隨發(fā)生概率極高。

(5) 降雨強度相同的情況下，滑坡發(fā)生有先后，由于持續(xù)強降雨是災情啟動因子之一，在降雨和地層巖性等地質因子耦合作用下，易發(fā)險情；另一方面，雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)代表局部區(qū)域降雨量是真實可信的。

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(編輯：羅 娟)

Situation of Geologic Hazards Induced by Heavy Rainfall inNortheast Chongqing

ZHAO Peng1，YANG Pei-lin1,2，JIANG Li1，DU Chun-lan1

(1.208 Branch of Hydrogeology & Engineering Geology,Chongqing Bureau of Geology and Minerals Exploration,Chongqing 400700,China；2.College of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074,China)

The northeast of Chongqing City has always been a high incidence area of geologic hazard due to fragile geological environment and frequent extreme rainfalls.It is also a highly concerned area of early warning on the regional geologic hazard.With the geologic hazard induced by continuous heavy rainfall from the end of August to early September in 2014 as a background,the relationship between spatio-temporal distribution of geologic hazards and rainfall are analyzed by using statistical methods from the point of view of space and time.The characteristics of geologic hazards induced by rainfall and the threshold of rainfall in this region are obtained.Results show that 1) Fengjie,Yunyang,and Wushan are highly prone to geologic hazards; while Wuxi and Kaixian are moderately prone to geologic hazards,and other areas belong to low prone areas; 2) rainfall pattern in northeast Chongqing is commonly divided into continuous heavy rainfall (Fengjie) and storm (Yunyang,Wushan,Wuxi and Kaixian); 3) critical rainfall intensities of counties in northeast Chongqing are different.The critical rainfall intensity of Fengjie is 90 mm/d,and hazard characteristic obviously lags behind,while the critical rainfall intensity of Yunyang and Wushan is 85 mm/d and 80 mm/d,respectively.The recommended value of critical rainfall intensity of Wuxi and Kaixian is (100±5) mm/d.Under the effect of both continuous heavy rainfall and rainfall intensity not less than 30 mm/h,the occurrence probability of hazard is extremely high.The analysis on the situation of geologic hazard induced by heavy rainfall in northeast Chongqing provides technical support for a set of early-warning thresholds and guides the work of disaster prevention and reduction.

northeast Chongqing; heavy rainfall; geologic hazard; hazard situation; critical rainfall intensity

P319.56

A

1001-5485(2017)10-0050-07

2016-04-05；

2016-05-19

重慶市國土資源和房屋管理局科技計劃項目(CQGT-KJ-2014042)

趙 鵬(1983-)，男，山東泰安人，高級工程師，碩士，主要從事危巖發(fā)育機理的研究工作，(電話)13627617208(電子信箱)zhaopeng1002@163.com。

楊沛霖(1991-)，男，河南商丘人，碩士研究生，研究方向為巖土工程，(電話)15223104793(電子信箱)985546459@qq.com。

10.11988/ckyyb.20160309 2017,34(10):50-56