北京市斜坡災害與降雨量相關性分析

任凱珍 胡福根 王 冀 韓建超

（1.北京市地質災害防治研究所，北京 100120；2.北京市氣候中心，北京 100089）

0 引 言

北京市位于華北平原西北邊緣，地勢西北高東南低，西部和北部為崇山峻嶺，東南為平原。山區(qū)面積10 417.5 km2，占總面積的62%。北京市有多座1 000 m以上的山峰，海拔最高的為東靈山（2 303 m）。由于地質構造復雜，修房建路等人類工程活動比較普遍，加上夏季降水集中，使得斜坡災害成為北京市較為常見的地質災害。斜坡災害具有突發(fā)性、隱蔽性、規(guī)模小、破壞性強、預警難度大等特點，是山區(qū)地質災害防治工作的難點和重點。斜坡災害的誘發(fā)因素中，人類工程活動、降雨、地震是主要因素，而北京斜坡災害的發(fā)生主要以降雨為誘因。多長時間的降雨對北京地區(qū)斜坡變形有影響目前還主要停留在定性和經(jīng)驗判斷上。為此，本文選取懷柔區(qū)2021年汛期斜坡災害發(fā)生數(shù)量、房山區(qū)灰青澗滑坡變形數(shù)據(jù)和其前1～30 d 24 h 降雨量進行統(tǒng)計分析，分析斜坡變形與不同時長降雨量的相關性，為北京市斜坡災害預警研究提供參考。

1 發(fā)育概況

2021 年，北京共發(fā)育突發(fā)地質災害隱患點5 052 處，其中斜坡災害隱患4 136處，占比8成。據(jù)近十年災害數(shù)據(jù)統(tǒng)計，北京發(fā)生的突發(fā)地質災害幾乎全部為斜坡災害，且9 成以上的突發(fā)地質災害發(fā)生在汛期；空間上，主要分布在道路沿線，其次為居民點的房前屋后，與人工切坡密切相關，嚴重威脅山區(qū)人民生命財產(chǎn)安全。如房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)莊戶臺村臺兒港溝口西北側邊坡在2016 年8 月開始時有小規(guī)模落石，之后后緣危巖裂縫持續(xù)變大發(fā)生崩塌，方量9 500 m3，造成17 間房屋坍塌或損壞，直接經(jīng)濟損失140萬元（圖1）。

圖1 莊戶臺崩塌及損毀房屋情況

2 斜坡災害發(fā)生與降雨相關性分析

2021 年汛期（6 月1 日至9 月31 日），北京市共出現(xiàn)降雨過程62 次，比2020 年同期偏多3 成，平均降雨量627.4 mm，較常年同期和近十年同期分別偏多7成和6成，為近20 年最多，誘發(fā)了124 起突發(fā)地質災害，全部為斜坡變形破壞，其中懷柔區(qū)災害最多，共發(fā)生51起，占比41%。為此，本研究選取懷柔區(qū)2021年度汛期斜坡災害發(fā)生數(shù)量和降雨情況作為研究樣本，開展了斜坡災害發(fā)生數(shù)量和降雨相關性分析。

2021 年汛期，懷柔山區(qū)平均降雨量827.5 mm，較常年同期偏多1 倍，累計過程最大點降雨量九渡河站1 088.3 mm，共造成斜坡災害51起。為探尋降雨時長與斜坡變形的相關性，本文對2021年懷柔區(qū)斜坡災害數(shù)量分別與災害發(fā)生前1～30 d降雨量數(shù)據(jù)進行了分析統(tǒng)計，計算過程為：

（1）搜集了懷柔區(qū)2021年汛期斜坡災害發(fā)生數(shù)據(jù)和汛期24 h山區(qū)平均降雨量數(shù)據(jù)。

（2）統(tǒng)計了懷柔山區(qū)汛期58 次降雨（按照當天8 時至次日8時計算）發(fā)生后1～30 d災害發(fā)生數(shù)量。

（3）計算了懷柔區(qū)上述樣本24 h 降雨量分別與其后1～30 d災害發(fā)生累計數(shù)量的相關系數(shù)（圖2）。

圖2 24 h降雨量和其后1～30 d斜坡災害數(shù)量相關性統(tǒng)計圖

根據(jù)計算結果發(fā)現(xiàn)，斜坡災害發(fā)生與其前1～5 d的降雨相關性最大，相關性等級為中度。上述計算結果，與北京市斜坡災害發(fā)生一般都相對滯后，且調查分析影響斜坡變形的降雨時段一般為一周內相吻合。

3 典型滑坡變形與降雨相關性分析

為了探尋滑坡變形和降雨之間的相關性，研究小組在房山區(qū)灰青澗滑坡體安裝了3臺裂縫位移監(jiān)測儀，開展了10個月的監(jiān)測（圖3）。

圖3 滑坡范圍及變形監(jiān)測位置示意圖

房山區(qū)灰青澗滑坡體長約160 m、寬約100 m、坡高261 m，坡度為30°，呈半圓凸形，主滑方向為125°，為碎石土滑坡，主滑帶為坡積物下伏基巖面，潛在方量約8萬m3。該滑坡體于2016 年開始變形，后緣壁明顯，至今已高達20～30 m；坡體多處開裂，坡腳處有小型垮塌，主要為附近采煤致坡腳卸荷，加之汛期降雨沖蝕致坡體變形。2021 年1月29日至11月29日，灰青澗滑坡3處裂縫均發(fā)生了一定程度的位移變形，其中監(jiān)測點3在2021年汛期發(fā)生了局部垮塌，而監(jiān)測點1 和監(jiān)測點2 仍處于初始變形和等速變形階段。因監(jiān)測點3 的變形過程相對完整，且變形量相對較大，因此本次研究選取監(jiān)測點3作為研究對象。

2021 年1 月29 日至11 月29 日監(jiān)測期間，監(jiān)測點3 累計位移1 766.6 mm。主要有4 個加速變形階段，分別為2021年2月18-21日，最大變形速率99.6 mm/d；2021年7月16 日至8 月7 日，最大變形速率136.8 mm/d；2021 年8 月13-28 日，最大變形速率31.9 mm/d；2021 年9 月17 日至10月16日，最大變形速率75.4 mm/d（圖4）。

圖4 監(jiān)測點3位移速率和24 h降雨量統(tǒng)計圖

為了進一步掌握該滑坡變形和降雨時長的相關性，本文分析了該滑坡體監(jiān)測點3 變形速率分別和變形前1～30 d 24 h降雨量的相關性，計算過程為：

（1）搜集了該滑坡體汛期監(jiān)測點3 地表裂縫位移和24 h降雨量數(shù)據(jù)。

（2）計算了該滑坡體監(jiān)測點3在汛期內的位移變化速率。

（3）分析了24 h降雨量分別和降雨發(fā)生之后的30 d內監(jiān)測點3變化速率的相關性（圖5）。

據(jù)圖5 顯示，該滑坡體監(jiān)測點3 的位移變化速率與前6 d 降雨量相關度最大，為中度相關。因此，在研究該滑坡體變形與降雨量之間的關系時，應重點關注斜坡變形前6 d內的降雨量。同時，該結論與斜坡災害發(fā)生數(shù)量與降雨相關性的結論互相印證。

圖5 灰青澗滑坡24 h降雨量和其后1～30 d斜坡變形相關性統(tǒng)計圖

4 結 論

本文以斜坡災害為研究對象，通過統(tǒng)計分析斜坡災害發(fā)生和典型斜坡變形分別與其前1～30 d降雨量的相關性得出：北京地區(qū)斜坡災害的發(fā)生主要與災害發(fā)生前一周內降雨量的相關性最大。因此，在汛期開展斜坡災害預警工作時，建議重點關注一周內降雨量對斜坡變形的影響。