2016年多輪強降雨影響下黃岡市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律淺析

鄒 浩, 陳金國, 吳 恒, 王 超

(1.湖北省地質(zhì)局 第三地質(zhì)大隊,湖北 黃岡 438000; 2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,湖北 武漢 430000)

2016年多輪強降雨影響下黃岡市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律淺析

鄒 浩1, 陳金國1, 吳 恒2, 王 超1

(1.湖北省地質(zhì)局 第三地質(zhì)大隊,湖北 黃岡 438000; 2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,湖北 武漢 430000)

黃岡市地處大別山南麓,屬于低山丘陵地區(qū),地質(zhì)災(zāi)害點多面廣,發(fā)生頻率高,但規(guī)模小、分布相對密集。2016年黃岡市梅雨期共遭遇了六輪強降雨天氣,在為期33 d的梅雨期中,31 d有降雨,持續(xù)性降雨覆蓋全市,降水量遠超歷史同期。尤其“6·19”以來,受幾輪持續(xù)性強降雨影響,黃岡市發(fā)生了近400起地質(zhì)災(zāi)害。以2016年黃岡市發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量、歷年及2016年降雨量為基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù),分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征,重點評價滑坡基于地理位置、巖性、坡腳、坡高、前緣高程等因素的發(fā)育規(guī)律,通過引入簡單相關(guān)系數(shù),計算得出2016年黃岡市滑坡數(shù)量與降雨量的相關(guān)性。通過分析得出的結(jié)論,可為今后黃岡市的地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供地質(zhì)依據(jù)。

多輪強降雨;地質(zhì)災(zāi)害;發(fā)育規(guī)律;黃岡市

中國每年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量巨大,影響范圍甚廣,崩塌、滑坡、泥石流等均有發(fā)育,是全世界遭受地質(zhì)災(zāi)害威脅最嚴重的國家之一?；伦鳛榘l(fā)育數(shù)量最多的一種地質(zhì)災(zāi)害,其發(fā)生不僅由所處斜坡的基礎(chǔ)地質(zhì)條件決定,而且受多種外界因素的誘發(fā)影響。在這些誘發(fā)因素中,降雨是其中最重要的因素之一[1]。歷史經(jīng)驗表明:降雨量大,滑坡發(fā)育的數(shù)量隨之增大,兩者存在一定的線性正比例關(guān)系。據(jù)《中國典型滑坡》一書所列舉的典型滑坡中,降雨引發(fā)的滑坡達到90%以上[2-3]。

黃岡市是湖北省地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)之一,規(guī)模以中小型為主。全市地質(zhì)災(zāi)害分布特點以山地丘陵地貌單元為主的中北部、東北部、如紅安縣、麻城市、羅田縣、英山縣最為發(fā)育,其次以丘陵崗地地貌單元為主的蘄春縣、武穴市、黃梅縣地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育,南部及西南部以崗丘、平原為主的浠水、團風(fēng)、黃州三縣(區(qū))地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育相對較弱?？傮w來看,全市地質(zhì)災(zāi)害分布集密度和強度自北而南、由東向西呈由強至弱的變化態(tài)勢。從圖1災(zāi)害類型上看,黃岡市地質(zhì)災(zāi)害類型主要以滑坡為主,呈規(guī)模小,分布范圍廣的特征,其次為泥石流、崩塌等。

目前針對降雨型滑坡的發(fā)育規(guī)律研究主要有兩種方法:①借助數(shù)學(xué)統(tǒng)計手段,通過分析降雨量與滑坡發(fā)生量的關(guān)系,從而總結(jié)兩者的相關(guān)性規(guī)律。②通過分析降雨入滲誘發(fā)滑坡的物理過程,基于建立的定量分析模型研究兩者的關(guān)系[4]。降雨入滲導(dǎo)致滑坡的發(fā)生,實質(zhì)在于由于地下水位的升高,引起抗剪強度的大幅降低。內(nèi)在機理為降雨入滲導(dǎo)致基質(zhì)吸力降低,從而引起抗剪強度的折減[5-6]。主要通過第1種方法分析2016年滑坡發(fā)生數(shù)量與降雨量的相關(guān)性,從而對黃岡市的地質(zhì)災(zāi)害,特別是滑坡的發(fā)育特點有新的認識。

圖1 黃岡市地質(zhì)災(zāi)害類型構(gòu)成圖Fig.1 Constitution diagram of types of geological disasters in Huanggang

1 2016年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征分析

1.1 梅雨期地質(zhì)災(zāi)害概況

2016年黃岡市遭遇多輪強降雨,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),危害巨大。截至2016年12月,黃岡市共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害413起,直接經(jīng)濟損失達3 352.6萬元,受威脅人數(shù)10 322人,威脅資產(chǎn)約2.42億元。(詳見表1)。尤其“6·19”以來,受幾輪持續(xù)性強降雨影響,6月19日—7月15日,黃岡市發(fā)生了近400起地質(zhì)災(zāi)害,是2015年全市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生總數(shù)的近5倍之多,造成12人死亡、2人失蹤、7人受傷。

表1 2016年黃岡市各縣(市)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計表Table 1 Statistics of geological disaster in Huanggang in 2016

1.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征統(tǒng)計分析

(1) 2016年全市主要的災(zāi)害類型為滑坡,共350起,占災(zāi)害總數(shù)的84.74%;泥石流共37起,占災(zāi)害總數(shù)的8.96%;崩塌25起,占災(zāi)害總數(shù)的6.05%;地面塌陷1起,占災(zāi)害總數(shù)的0.24%(圖2)。

圖2 黃岡市2016年度各縣市地質(zhì)災(zāi)害類型統(tǒng)計圖Fig.2 Statistical chart of geological disaster types in Huanggang in 2016

(2) 2016年,黃岡市東北部的英山縣、羅田縣和蘄春縣共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害207起,占災(zāi)害總數(shù)的50.12%。各縣(市)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量見圖3。

(3) 2016年,黃岡市地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在6月份和7月份,共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害384起,占全年總數(shù)的93%(圖4)。

(4) 統(tǒng)計2016年黃岡市350個滑坡點的地理位置,地層巖性、坡高、坡角、前緣高程等地質(zhì)要素,歸納總結(jié)滑坡發(fā)育基于各項要素的一般性規(guī)律。

① 地理位置。基于ArcGIS,將350個滑坡點進行經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換,得到2016年黃岡市滑坡點地理位置分布圖(圖5)。由圖5可以發(fā)現(xiàn),2016年黃岡市滑坡分布范圍較廣,各縣市均有滑坡發(fā)生,其中紅安縣、團風(fēng)縣和武穴市北部,蘄春縣東北部,英山縣南部和東北部為滑坡密集發(fā)育的地區(qū);黃州區(qū)除龍王山一帶以外,麻城市絕大部分地區(qū)和黃梅縣,滑坡數(shù)量都較少,且麻城市滑坡多發(fā)生在縣域邊界附近。

圖3 黃岡市2016年度各縣市地質(zhì)災(zāi)害數(shù)目統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical map of geological disaster number in Huanggang in 2016

圖4 黃岡市2016年度地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時間統(tǒng)計圖Fig.4 Statistical map of occurrence time of geological disaster in Huanggang in 2016

② 地層巖性。黃岡市位于大別山南麓、長江中游北岸,處于揚子板塊和華北板塊交界處,區(qū)內(nèi)多出露大別山巖群,包括片麻巖,花崗巖,砂巖、灰?guī)r等。根據(jù)巖土強度將區(qū)內(nèi)巖層分為硬質(zhì)巖(主要為花崗巖、角閃巖等)和相對較軟巖(片麻巖等)。其中發(fā)育在硬質(zhì)巖中的滑坡有176起,占總數(shù)的38.3%,在軟質(zhì)巖中的有284起,占總滑坡數(shù)量的61.7%。

③ 坡角。根據(jù)已統(tǒng)計的滑坡點,坡角通常在20°以上,將坡角分為0°～30°,30°～40°,40°～50°,50°～60°,60°～70°,70°～90°六個區(qū)間,統(tǒng)計結(jié)果詳見圖6。根據(jù)統(tǒng)計的滑坡坡角結(jié)果顯示:黃岡市滑坡多集中發(fā)育在30°～40°和40°～50°區(qū)間內(nèi)。

④ 坡高。根據(jù)已統(tǒng)計的滑坡點,2016年黃岡地區(qū)發(fā)育較多的滑坡坡高一般<30 m。本文將滑坡依據(jù)坡高分為0～10,10～20,20～30,30 m以上共4個區(qū)間,各區(qū)間的滑坡數(shù)量見圖7。由圖7可以看出:在統(tǒng)計的350個滑坡中,多數(shù)滑坡的坡高在10～20 m范圍內(nèi),其次為0～10m,僅有少數(shù)滑坡坡高>20 m,約占滑坡總數(shù)量的15%。

圖5 2016年黃岡市滑坡地理位置分布圖Fig.5 Geographical distribution map of landslide in Huanggang in 2016

圖6 坡角與滑坡發(fā)育數(shù)量關(guān)系圖Fig.6 Relation graph of slope angle and landslide development quantity

⑤ 黃岡市東部和北部位于大別山低山丘陵地帶,海拔一般500～800 m;中部為丘陵崗地,海拔100～250 m,南部為狹長的平原湖區(qū),海拔高度在10～30 m。根據(jù)統(tǒng)計的滑坡樣本,2016年黃岡市發(fā)育有滑坡的地方,海拔最低僅為20 m,最高為960 m?；麓怪卑l(fā)育范圍較廣。將滑坡高程劃分為0～100 m,100～200 m,200～300 m,300～400 m,400～500 m,500 m以上共六個區(qū)間。各區(qū)間滑坡數(shù)量見圖8。滑坡發(fā)育多分布在100～200 m高程處,其次為0～100 m處。區(qū)內(nèi)高海拔地區(qū)發(fā)育的滑坡數(shù)量明顯較少。

圖7 坡高與滑坡發(fā)育數(shù)量關(guān)系圖Fig.7 Relation graph of slope height and landslide development quantity

圖8 前緣高程與滑坡發(fā)育數(shù)量關(guān)系圖Fig.8 Relation graph of leading edge elevation and landslide development quantity

由前文統(tǒng)計分析的滑坡各項要素特征,2016年黃岡市滑坡發(fā)育規(guī)律統(tǒng)計如下。

1) 巖性:軟質(zhì)巖為主,尤其是片麻巖居多;

2) 坡角:30°～40°為主,其次為40°～50°;

3) 坡高:以0～20 m為主,其次20～30 m,30 m以上極少;

4)前緣高程:滑坡前緣高程以100～200 m為主,其次為0～100 m,整體上看,隨高程增加,滑坡數(shù)目呈逐漸減少趨勢。

2 滑坡發(fā)育規(guī)律與降雨影響分析

2.1 黃岡市降雨特征分析

2016年黃岡市地質(zhì)災(zāi)害與遭遇的多輪強降雨有密切聯(lián)系,根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)1981—2010年資料及2015年、2016年黃岡地方氣象局資料顯示:黃岡各縣市年平均降雨量約1 200～1 400 mm,梅雨期間(6—7月)平均降雨量在300～400 mm之間(黃岡各縣市年平均降水量如圖9所示)。年平均降雨量呈現(xiàn)明顯的“北少南多”現(xiàn)象,而梅雨期間降雨量則呈現(xiàn)出相反的趨勢,北部的紅安,麻城等地梅雨期間降雨量明顯比南部的武穴、黃梅降雨量稍大。

圖9 黃岡各縣(市)年平均降水量直方圖Fig.9 Histogram of average precipitation in Huanggang

根據(jù)多年降水監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,黃岡地區(qū)日降水量>150 mm的時日均出現(xiàn)在6—7月,年平均頻次0.2次,日降水量100～150 mm的天氣則出現(xiàn)在5—9月,年平均頻次0.88次,日降水量50～100 mm的時日4—11月均有發(fā)生。有歷史記載以來,各地區(qū)的日極端降雨量均超過了200 mm。

2016年黃岡市梅雨期(6月18日—7月21日)共遭遇了六輪強降雨天氣,在為期33 d的梅雨期中,31 d有降雨,持續(xù)性降雨覆蓋全市,降水量遠超歷史同期,達到了579.2～956.4 mm(全市平均降雨量創(chuàng)歷史新高)。其中紅安國家氣象站和麻城國家氣象站出現(xiàn)歷史新高,分別達到了291.7 mm(原極值237.1 mm)和333.6 mm(原極值270.4 mm)。

2.2 降雨與滑坡數(shù)量的相關(guān)性分析

歷史資料顯示,滑坡災(zāi)害多發(fā)生在5—10月份(尤其是6—7月),滑坡與降雨在季節(jié)上保持良好的同步性。例如1991年7月10日暴雨,1998 年7月4日暴雨均導(dǎo)致黃岡市大量滑坡的發(fā)生。2016年6月19日、7月1日兩輪特大暴雨誘發(fā)當日發(fā)生滑坡數(shù)量高達上百處,歷史資料足以證明,強降雨是導(dǎo)致滑坡發(fā)生的主要外部因素。

對于某一區(qū)域內(nèi)的斜坡而言,由于其內(nèi)在地質(zhì)條件是確定的,因而外部因素對坡體穩(wěn)定性影響更大,降雨是常見的誘發(fā)滑坡的外部因素。

從滑坡發(fā)生的時間來看,2016年6月19日、7月1日和7月2日是滑坡集中發(fā)生的時間段,其中僅7月1日一天發(fā)生了127起滑坡,其次是在6月19日發(fā)生了68起、在7月2日發(fā)生了55起,這三天發(fā)生的滑坡數(shù)量占2016年黃岡市梅雨期滑坡發(fā)生總數(shù)量的50%以上。2016年6月19日—2016年7月15日的降雨資料,得到了滑坡數(shù)量與當日平均降雨量之間的相關(guān)性示意圖(見圖10)。由圖可知:滑坡的發(fā)生于降雨量的增大具有很好的相關(guān)性。

圖10 當日降雨量與當日發(fā)生的滑坡數(shù)量關(guān)系示意圖Fig.10 Sketch map of the relationship between the amount of rainfall and the number of landslides occurring on the same day

為進一步探討滑坡的發(fā)生與降雨量的相關(guān)性大小關(guān)系,引入相關(guān)系數(shù)計算公式。

簡單相關(guān)系數(shù):

(1)

通過計算統(tǒng)計量t,來進行簡單相關(guān)系數(shù)r的統(tǒng)計檢驗:

(2)

式中:t服從n-2個自由度的t分布。r≥0.8時,高度相關(guān);0.5≤r<0.8時,中度相關(guān);0.3≤r<0.5時,低度相關(guān);r<0.3時,變量之間的相關(guān)程度較低,可視作不相關(guān)。

將2016年黃岡市滑坡及降雨資料數(shù)據(jù)代入式(1)和式(2),計算得到黃岡市當日降雨量與滑坡數(shù)量的相關(guān)系數(shù)(表2)。當日降雨量達到50 mm/d以上時,當日滑坡降雨量與滑坡數(shù)量高度相關(guān)。

表2 2016年黃岡各縣(市)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計表Table 2 Statistics of geological disaster in Huanggang in 2016

3 結(jié)論

根據(jù)統(tǒng)計資料,分析了2016年黃岡市降雨與滑坡發(fā)育的相關(guān)性,主要結(jié)論如下:

(1) 2016年梅雨期,黃岡市共遭遇六輪強降雨天氣。梅雨期持續(xù)時間長,強度大,降雨頻繁,影響范圍廣,持續(xù)強降雨導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害大面積發(fā)生具有明顯的雨災(zāi)同期的季節(jié)性分布特征。

(2) 2016年梅雨期,黃岡市地質(zhì)災(zāi)害主要以滑坡災(zāi)害為主,滑坡數(shù)量遠超往年,呈體積小,分布范圍廣的特征。從地理位置上看,滑坡多發(fā)生蘄春、英山、羅田三縣,總體上呈南北少,中部多的特征。

(3) 結(jié)合滑坡各要素(巖性、坡腳、坡高),統(tǒng)計2016年黃岡市滑坡發(fā)育特征如下:軟質(zhì)巖層,尤其是片麻巖表層滑坡發(fā)育較多,滑坡坡角多為30°～40°,坡高一般<20 m。

(4) 根據(jù)統(tǒng)計分析了2016年黃岡市梅雨期當日降雨量和發(fā)生的滑坡數(shù)目,發(fā)現(xiàn)滑坡和強降雨的出現(xiàn)基本一致,經(jīng)計算兩者的相關(guān)性系數(shù),發(fā)現(xiàn)降雨量越大,當日降雨量和當日發(fā)生的滑坡之間的相關(guān)性越好。日降雨量達到50 mm/d以上時,兩者間的相關(guān)系數(shù)達到了0.78以上。

(5) 黃岡市地質(zhì)災(zāi)害點多面廣,雨災(zāi)同期,危害程度大小不一。地災(zāi)防治工作應(yīng)采取多種手段與措施,最大程度地降低其危害性,如:進一步完善調(diào)查評價(汛前排查、汛中巡查、汛后核查)、地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警、應(yīng)急處置、綜合治理四大體系。

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Development of Geological Disasters in Huanggang under the Influence ofHeavy Rainfall in 2016

ZOU Hao1, CHEN Jinguo1, WU Heng2, WANG Chao1

(1.ThirdGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Huanggang,Hubei438000; 2.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd,Wuhan,Hubei430000)

Huanggang is located in the south of Dabie Mountain,which belongs to the hilly region of the lower mountains.The geological disasters are more and more numerous,and the frequency is high,but the scale is small and the distribution is relatively dense.In 2016,the meiyu period of Huanggang encountered six rounds of heavy rainfall.During the 33 days of the plum rain,31 days of rain,continuous rainfall covered the whole city,the precipitation was far from historical.Especially since “6·19” has been affected by several rounds of continuous heavy rainfall,there have been nearly 400 geological disasters in Huanggang.Based on the number of geological disasters in Huanggang in 2016,the statistics of rainfall in 2016 and 2016 were the basic statistics.Firstly,the characteristics of geological disaster development distribution are analyzed.Secondly,the development law of landslide based on geographical location,lithology,slope height,elevation and elevation of leading edge is emphasized.Finally,a simple correlation coefficient is introduced to calculate the correlation between the number of landslide and rainfall in Huanggang area in 2016.The conclusion can provide geological basis for the prevention and control of geological disasters in Huanggang.

multi-round heavy rain; Huanggang; geological disaster; development law

P694

A

1671-1211(2017)06-0764-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.018

2017-08-21;改回日期2017-09-18

鄒浩(1983-),男,工程師,博士,地質(zhì)工程專業(yè),從事地質(zhì)災(zāi)害防治與巖土體穩(wěn)定性評價工作。E-mail:51198186@163.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1659.006.html數(shù)字出版日期2017-10-25 16:59

李雯)