陽朔縣斜坡類地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警

王 斌，張漓黎

（廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西 桂林 541002）

地質(zhì)災(zāi)害是一種常見的自然災(zāi)害，降雨是地質(zhì)災(zāi)害尤其是斜坡類地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素之一[1]。地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警是基于前期過程降雨量、預(yù)報(bào)降雨量等氣象因素的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)報(bào)預(yù)警，其理論方法包括隱式統(tǒng)計(jì)預(yù)警、顯式統(tǒng)計(jì)預(yù)警和動(dòng)力預(yù)警等三類[2]。加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警建設(shè)對(duì)于主動(dòng)防治地質(zhì)災(zāi)害具有重要作用。我國的地質(zhì)災(zāi)害具有較強(qiáng)的隱蔽性、突發(fā)性和破壞性，因此地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警難度大。針對(duì)氣象因素和地質(zhì)環(huán)境的區(qū)域差異特點(diǎn)，我國不同省市地區(qū)根據(jù)各自特點(diǎn)分別提出了適宜各地區(qū)的預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)[3-6]。

陽朔縣位于廣西北部，桂林市南面，是廣西地質(zhì)災(zāi)害中高易發(fā)區(qū)。截至2020 年6 月，陽朔縣歷年來共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害 419 處，其中滑坡 196 處、崩塌 147 處、不穩(wěn)定斜坡11處、危巖19處、地面塌陷29處、泥石流17處，斜坡類地質(zhì)災(zāi)害（主要包括滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流）占比93.08%。斜坡類地質(zhì)災(zāi)害形成主要受內(nèi)部因素（如地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型等）和外部因素（如水、人類活動(dòng)、植被等）影響較大，其中降雨轉(zhuǎn)化成地表水和地下水是水因素中最主要的外部誘發(fā)因素。陽朔縣95%以上的斜坡類地質(zhì)災(zāi)害是在降雨的誘發(fā)下發(fā)生的。建立陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)對(duì)提高廣大民眾的防災(zāi)抗災(zāi)能力，確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全，減少地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失意義重大。由于陽朔縣地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，因此本文采用顯式統(tǒng)計(jì)預(yù)警方法[7]，研究不同強(qiáng)度降雨誘發(fā)陽朔縣斜坡類地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律，建立陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警模型。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

陽朔縣位于廣西東北部之桂林市南緣，地貌以石山、丘陵為主，山地為輔。東北部和西南部?jī)蓚?cè)地勢(shì)較高，屬海洋山脈(東瑤山)和架橋嶺山脈(西瑤山)的邊緣，山脈走向大致呈西北—東南，是縣內(nèi)主要河溪發(fā)源地。中部為一塊約150km2的山丘，海拔約200～500m。自西北貫穿東南的寬闊地帶屬巖溶地貌，地勢(shì)較低，且自北向南傾斜。境內(nèi)河流大多自西北而流向東南。巖溶區(qū)內(nèi)石山林立，海拔200～500m，相對(duì)高差50～300m。石山間溶蝕洼地、峰林谷地、河流沖積平地交錯(cuò)分布，地勢(shì)較平坦。

陽朔縣以峰林谷地、峰叢洼地地形為主，巖溶地貌占總面積的65.1%，低中山、低山丘陵等非巖溶地貌面積占總面積的34.9%。境內(nèi)地貌根據(jù)成因類型可分為構(gòu)造—侵蝕地貌、構(gòu)造—?jiǎng)兾g地貌、剝蝕—溶蝕地貌、構(gòu)造—溶蝕地貌、侵蝕—溶蝕地貌、溶蝕—堆積地貌和河谷階地—侵蝕堆積地貌。

陽朔縣境內(nèi)出露的地層主要有泥盆系、石炭系及第四系。其中泥盆系分布最為廣泛，以信都組(D2x)為最。第四系殘坡積層主要分布于碎屑巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖山區(qū)山體表面及谷地中；殘積層主要分布于純碳酸鹽巖峰林谷地、峰叢谷地區(qū)；沖積、沖洪積層主要分布于漓江、遇龍河等河流階地。

2 地質(zhì)災(zāi)害與大氣降雨之間關(guān)系

通過統(tǒng)計(jì)陽朔縣2007～2019 年的降雨量數(shù)據(jù)可得，縣多年平均降雨量1586.3mm，多集中在豐水期（3～8 月），平均月降雨量6 月最多，10 月最少（圖1）。降雨最多年為2015年，降雨量2257mm，最少2011年為890mm。近14 年來，月最大降雨量為638.5mm（為2020 年 6 月），最大日降雨量 327.7mm(2020 年 6 月 7日)；最大時(shí)降雨量達(dá)71.3mm(2020年6月7日)，6h最大持續(xù)降雨量達(dá)196.2mm（2020年6月7日）

圖1 陽朔縣各月降雨量（統(tǒng)計(jì)年份2007～2019年）

陽朔縣雨量充沛，年變幅明顯，其中3～8月份為豐水期，歷年月平均降雨量109.8～276.9mm，占全年降水量的73.4%，6月平均月降雨量最多，為314.8mm，10月最少，為52.2mm；5 月、6 月是全年降雨量集中期，47.06%的暴雨出現(xiàn)在這2 個(gè)月中。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，陽朔縣斜坡類地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在每年的5～6 月，其它月份則相對(duì)較少，特別是2020 年6 月6～9 日陽朔縣普降暴雨，滑坡、泥石流、不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量單月增加143 處，滑坡單災(zāi)種增加112 處，其高發(fā)期與當(dāng)?shù)乇┯昶诟叨任呛希▓D2）。

圖2 陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與月暴雨次數(shù)之間關(guān)系圖

3 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警

3.1 誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨量指標(biāo)及降雨量閾值的確定

本文對(duì)群發(fā)性（同一天地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)不少于3處）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與其發(fā)生當(dāng)日及前十日累計(jì)降雨量運(yùn)用相關(guān)系數(shù)公式，及其統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ凸竭M(jìn)行相關(guān)性分析[9]。分析結(jié)果（表1）表明陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與當(dāng)日降雨量及災(zāi)害發(fā)生前4 日降雨量高度相關(guān)（r>0.8），之后時(shí)間越長相關(guān)性越差，說明陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前短時(shí)間內(nèi)的降雨量的相關(guān)性較好，而與較長時(shí)間的降雨量的相關(guān)性不大。因此，選取當(dāng)日降雨量（即預(yù)計(jì)24h降雨量）與前四日累計(jì)降雨量之和（后文稱“四日降雨強(qiáng)度”）作為誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨量指標(biāo)，據(jù)此繪制折線圖3。

表1 陽朔縣降雨量與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性分析結(jié)果表

隨著四日降雨強(qiáng)度的增加，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量呈“臺(tái)階式”增多（圖3），2 處明顯拐點(diǎn)出現(xiàn)在90mm 和140mm 處。四日降雨強(qiáng)度小于60mm 時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量呈較均勻的增長趨勢(shì)；達(dá)到90mm時(shí)，為第1個(gè)拐點(diǎn)，在100～140mm 之間時(shí)，為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的“平臺(tái)期”；以140mm為轉(zhuǎn)折，之后地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量呈現(xiàn)較快的線性增長；至190mm，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量基本停止增加，折線呈平臺(tái)狀。四日降雨強(qiáng)度90mm、140mm 可作為降雨量閾值，四日降雨強(qiáng)度小于90mm 時(shí)對(duì)應(yīng)降雨量危險(xiǎn)性等級(jí)為低危險(xiǎn)性，90～140mm 時(shí)為中危險(xiǎn)性，不小于140mm時(shí)為高危險(xiǎn)性。

圖3 陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與四日降雨強(qiáng)度之間關(guān)系折線圖

3.2 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)劃分

陽朔縣地質(zhì)環(huán)境條件差別較大，各地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境條件、誘發(fā)因素三大類影響因子劃分為4 個(gè)高易發(fā)區(qū)（A1-A4）、5 個(gè)中易發(fā)區(qū)（B1-B5）、7 個(gè)低易發(fā)區(qū)（C1-C7）及4個(gè)不易發(fā)區(qū)（D1-D4），共4 個(gè)等級(jí)20 個(gè)易發(fā)分區(qū)[8]（圖4）。

將陽朔縣的地質(zhì)災(zāi)害各易發(fā)區(qū)作為基本單元，按各易發(fā)區(qū)信息量值計(jì)算公式[10]計(jì)算出各地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)的致災(zāi)信息量值。

式中：Ii——不同等級(jí)降雨條件下各區(qū)提供的致災(zāi)信息量值；

Ni——不同等級(jí)降雨條件下易發(fā)區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量；

Si——各分區(qū)面積；

N0——全區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量；

S0——全區(qū)總面積。

統(tǒng)計(jì)各易發(fā)區(qū)在不同降雨量臨界值下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的信息量值，將信息量值繪制成升序折線圖（圖5），按其分布特點(diǎn)，把陽朔縣的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警劃分為5 個(gè)等級(jí)（表2）。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)計(jì)算結(jié)果，將陽朔縣按降雨量危險(xiǎn)性等級(jí)與易發(fā)分區(qū)繪制出低危險(xiǎn)性降雨（<70mm）、中危險(xiǎn)性降雨（70～130mm）、高危險(xiǎn)性降雨（≥130mm）地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃圖。

圖5 致災(zāi)信息量值分布曲線

表2 預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）陽朔縣降雨主要集中在每年5～6月，這兩個(gè)月暴雨、大暴雨高發(fā)，占全年暴雨次數(shù)的47.06%；地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)期與暴雨期高度吻合。

（2）根據(jù)統(tǒng)計(jì)，陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生于當(dāng)日降雨量及災(zāi)害發(fā)生前四天累計(jì)降雨量高度相關(guān)，之后時(shí)間越長相關(guān)性越差，說明陽朔縣地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前短時(shí)間內(nèi)的降雨量相關(guān)性較好。

（3）根據(jù)四日降雨強(qiáng)度誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的頻次，確定90mm、140mm 作為降雨量閾值，將降雨危險(xiǎn)性分為低、中、高三個(gè)等級(jí)，把全縣地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)劃分為5個(gè)等級(jí)。

4.2 建議

建議新增一定數(shù)量的雨量觀測(cè)站覆蓋陽朔縣高易發(fā)區(qū)，建立信息反饋系統(tǒng)，并通過陽朔縣群測(cè)群防網(wǎng)絡(luò)及時(shí)了解每次降雨過程中地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)點(diǎn)的發(fā)展動(dòng)態(tài)以及新發(fā)生災(zāi)害的情況，積累第一手資料，總結(jié)成功預(yù)防的經(jīng)驗(yàn)，分析存在的問題，逐步修正評(píng)價(jià)參數(shù)與評(píng)價(jià)模型，不斷提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確性。