得榮縣泥石流的誘發(fā)降雨閾值分析

摘 要：通過收集得榮縣歷史泥石流災(zāi)害事件和縣氣象局近10年小時(shí)降雨資料并進(jìn)行系統(tǒng)分析，分析了得榮縣降雨分布特征與泥石流之間的關(guān)系，建立得榮縣泥石流災(zāi)害降雨強(qiáng)度（I）—降雨歷時(shí)（D）的預(yù)警閾值模型。在此基礎(chǔ)上，提出了得榮縣不同區(qū)域泥石流1、3、24 h降雨閾值參數(shù)建議值，為當(dāng)?shù)卣訌?qiáng)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控氣象預(yù)警提供參考。

關(guān)鍵詞：得榮縣；降雨特征；泥石流；閾值

中圖分類號：S162 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–0-03

得榮縣位于四川省甘孜藏族自治州西南部，地處青藏高原東南緣橫斷山脈南端、川西高原高山狹谷區(qū)，具有高差大、切割深、坡度陡的地形地貌特點(diǎn)?？h域?qū)偕降貋啛釒夂颍哂心杲涤炅可?、蒸發(fā)量大、日照充足等氣候特點(diǎn)。得榮縣所處地理位置較為特殊，形成了全縣整體降雨量稀少、降雨時(shí)間較為集中、短時(shí)強(qiáng)降雨突出、多呈夜雨的特征[1]。特殊的地形地貌和集中的短時(shí)強(qiáng)降雨極易引發(fā)泥石流。

近年來，得榮縣泥石流造成了不同程度的災(zāi)害，對得榮縣人民群眾的正常生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響，制約了當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展。例如，2019年7月30日晚至31日07：00，得榮縣出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，導(dǎo)致國道215線公路得榮瓦卡鎮(zhèn)曲子段和曲宗大橋附近發(fā)生泥石流災(zāi)害，此次災(zāi)害造成公路路基垮塌約20 m，泥石流堆積物約300 m3，造成道路通行中斷。得榮縣在庫地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)內(nèi)約57.44%為泥石流，截至2023年末，在冊地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)230處，其中，泥石流111處，約占全縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的48.26%，可見泥石流災(zāi)害對得榮縣的危害之大。因此，為得榮縣泥石流災(zāi)害制定科學(xué)的預(yù)警閾值，對防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。

1 樣本數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 泥石流災(zāi)害事件

此次調(diào)查主要從地方部門、網(wǎng)絡(luò)、論文期刊、歷史調(diào)查數(shù)據(jù)等渠道收集歷史泥石流災(zāi)害事件82處，共造成9人傷亡，2 379萬元財(cái)產(chǎn)損失。

1.2 氣象數(shù)據(jù)

收集得榮縣近10年多站點(diǎn)實(shí)時(shí)降雨資料。當(dāng)前，得榮縣現(xiàn)有氣象站共計(jì)19個(gè)，其中，2022年新增4個(gè)站點(diǎn)，記錄降雨數(shù)據(jù)僅有1年，此次降雨閾值研究主要依據(jù)原建的15個(gè)有效氣象站點(diǎn)的降雨數(shù)據(jù)。

1.3 降雨特征

得榮縣近10年各氣象站平均降雨量為370.8 mm，

最高年均降雨量為488.4 mm（2018年），最低年均降雨量為277.1 mm（2015年），降雨主要集中于6—9月，每年最大降雨量主要分布于7、8月，約占年降雨量的63.9%。從最近10年的降雨資料來看，降雨有逐漸增大的趨勢[2]。2018年到達(dá)峰值，近5年得榮縣降雨趨于穩(wěn)定。

得榮縣各站點(diǎn)近10年最大小時(shí)降雨量發(fā)生在2021年5月4日瓦卡鎮(zhèn)（S8256站點(diǎn)）07：00，小時(shí)降雨量達(dá)69.1 mm，其他站點(diǎn)最大小時(shí)降雨量主要集中在15～35 mm。最大小時(shí)降雨量發(fā)生在夜間（18：00—翌日06：00）的居多，約占總站點(diǎn)數(shù)的75%；發(fā)生于6、7、8月的居多，約占總站點(diǎn)數(shù)的93.33%。同站同期最大3 h降雨達(dá)188.1 mm，最大24 h降雨達(dá)263.3 mm。本次綜合分析時(shí)，計(jì)算得到得榮縣平均最大1 h降雨量約為14.0 mm，平均最大3 h降雨量約為20.9 mm，平均最大24 h降雨量約為34.4 mm。較大的雨強(qiáng)是形成泥石流的有利水源條件[3]，短時(shí)強(qiáng)降雨為得榮縣泥石流的主要誘發(fā)因素[4]。

結(jié)合得榮縣近10年年降雨等值線圖和上述最大降雨量進(jìn)行分區(qū)，本次以年均降雨量400 mm為界，分南、北兩區(qū)域分別進(jìn)行降雨閾值研究。其中，北區(qū)（降雨集中區(qū)）主要為茨巫鄉(xiāng)、貢波鄉(xiāng)、白松鎮(zhèn)、太陽谷鎮(zhèn)、八日鄉(xiāng)；南區(qū)（降雨稀少區(qū)）主要為徐龍鄉(xiāng)、日雨鎮(zhèn)、奔都鄉(xiāng)、古學(xué)鄉(xiāng)、瓦卡鎮(zhèn)（圖1）。

1.4 泥石流與氣象站位置的關(guān)系

得榮縣地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，氣象站點(diǎn)數(shù)量稀少，當(dāng)前多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)僅存在1個(gè)氣象站點(diǎn)，而各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積均大于

200 km2，若以1個(gè)氣象站代表上百平方千米的氣象資料會存在較大誤差，也會直接影響降雨閾值的分析。且得榮降雨稀少，多存在“山上下雨、山下晴”的情況。為保證降雨與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，盡可能考慮地質(zhì)災(zāi)害與雨量站的空間關(guān)系。整理歷史泥石流地質(zhì)災(zāi)害與各氣象站點(diǎn)位置（圖2），其中，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)距氣象站點(diǎn)5 km內(nèi)的共計(jì)53個(gè)，個(gè)別災(zāi)害點(diǎn)最近雨量站大于10 km。針對災(zāi)害點(diǎn)附近無雨量站的，本次降雨閾值分析采用四川省地質(zhì)專業(yè)監(jiān)測預(yù)警平臺中的就近地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)監(jiān)測預(yù)警雨量計(jì)數(shù)據(jù)代替。

圖1" 得榮縣降雨閾值分區(qū)

圖2" 得榮縣歷史泥石流災(zāi)害與雨量站位置

1.5 研究方法

降雨型地質(zhì)災(zāi)害閾值模型在世界范圍均得到了廣泛運(yùn)用。目前，獲取降水臨界閾值的方法主要包括物理模型和經(jīng)驗(yàn)數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型。物理模型的定義需要準(zhǔn)確、詳細(xì)的巖土力學(xué)參數(shù)，這使得該模型在大范圍研究區(qū)域的實(shí)用性受到了一定程度的限制。而經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型計(jì)算降雨閾值主要通過結(jié)合單獨(dú)或多個(gè)降雨參數(shù)確定降雨與地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性，如累積降雨量和降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)、累積降雨量和降雨強(qiáng)度、泥石流災(zāi)害事件總降雨量等[5-10]。結(jié)合得榮縣降雨特征，發(fā)現(xiàn)該縣主要降雨為短時(shí)強(qiáng)降雨，連續(xù)降雨次數(shù)極少，一年有近300 d不下雨，故此次研究主要選擇降雨強(qiáng)度（I）與降雨歷時(shí)（D）類型模型進(jìn)行分析研究，不考慮前期降雨量。

2 降雨預(yù)警閾值研究

I—D降雨閾值模型主要使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得出地質(zhì)災(zāi)害與降雨之間的關(guān)系，是目前最常用的臨界降雨閾值計(jì)算方法，其中，I為當(dāng)日小時(shí)激發(fā)降雨強(qiáng)度，D為降雨歷時(shí)。將得榮縣82處歷史泥石流地質(zhì)災(zāi)害降雨數(shù)據(jù)在雙對數(shù)坐標(biāo)系上繪制成散點(diǎn)圖，得到當(dāng)日小時(shí)激發(fā)降雨強(qiáng)度與降雨歷時(shí)的關(guān)系，以及3、24 h降雨強(qiáng)度與降雨歷時(shí)的關(guān)系[11]。通過將降雨數(shù)據(jù)導(dǎo)入origin軟件進(jìn)行降雨閾值曲線擬合，結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。

圖3" 各概率I-D降雨模型（1 h）

圖4" 各概率I-D降雨模型（3 h）

圖5" 各概率I-D降雨模型（24 h）

通過分析，采用冪指數(shù)函數(shù)建立降雨閾值曲線，分別得到15%、50%、70%和90%概率下誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的I—D閾值曲線，最后采用頻數(shù)法進(jìn)行降雨閾值的擬合，分別得到1、3、24 h的臨界閾值方程各級別降雨閾值表達(dá)式：I15%=8.6D-0.581、I50%=12.4D-0.581、I70%=

15.7D-0.581、I90%=23.4D-0.581；I15%=13.8D-0.581、I50%=18.6D-0.581、I70%=22.7D-0.581、I90%=32.2D-0.581；I15%=22.2D-0.514、I50%=34.1D-0.514、I70%=39.8D-0.514、I90%=51.4D-0.514。

3 降雨預(yù)警閾值的確定

降雨閾值分析的前提通常是在不考慮地質(zhì)災(zāi)害及其他差異的情況下，僅對降雨進(jìn)行分析，例如，針對泥石流，分析時(shí)不再考慮溝道特征、物源特征等[12-15]。以上分析僅在降雨的差量上體現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。

3.1 北區(qū)降雨預(yù)警閾值

北區(qū)（降雨集中區(qū)）主要為茨巫鄉(xiāng)、貢波鄉(xiāng)、白松鎮(zhèn)、太陽谷鎮(zhèn)、八日鄉(xiāng)，該區(qū)域主要位于縣城北東側(cè)，年均降雨量均在350 mm以上。其中，最小年均降雨量在太陽谷鎮(zhèn)（56441），年降雨量達(dá)354.9 mm；最大年均降雨量在茨巫鄉(xiāng)，年均降雨量達(dá)510.7 mm；該區(qū)域平均年降雨量為428.0 mm。根據(jù)前面研究成果，采取I—D法研究得榮縣地質(zhì)災(zāi)害降雨閾值工作，旨在對此次調(diào)查斜坡中的逐坡進(jìn)行降雨閾值評估，分1、3、24 h進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警建議值如表1所示。

表1" 得榮縣北區(qū)1、3、24 h降雨閾值

降雨強(qiáng)度/（mm/h） 對應(yīng)預(yù)警等級及形式

1 h 3 h 24 h

8.6 13.8 18.6 注意級

12.4 18.6 34.1 警示級

15.7 22.7 39.8 警戒級

23.4 32.2 51.4 警報(bào)級

3.2 南區(qū)降雨預(yù)警閾值

南區(qū)（降雨稀少區(qū)）主要為徐龍鄉(xiāng)、日雨鎮(zhèn)、奔都鄉(xiāng)、古學(xué)鄉(xiāng)、瓦卡鎮(zhèn)；該區(qū)域主要位于縣城南西側(cè)，年均降雨量均在350 mm以下。其中，最小年均降雨量在日雨鎮(zhèn)（S8267），年降雨量僅為218.1 mm；最大年均降雨量在瓦卡鎮(zhèn)，年均降雨量達(dá)307.8 mm；該區(qū)域年平均降雨量為272.0 mm，約為北區(qū)年均降雨量的63.6%。

根據(jù)前面研究成果，采取I—D法研究得榮縣地質(zhì)災(zāi)害降雨閾值工作，旨在對此次調(diào)查的斜坡中，逐坡進(jìn)行降雨閾值評估，分1、3、24 h進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警建議值修正參數(shù)：（1）按照最大1 h降雨量進(jìn)行修正，修正參數(shù)取值為1.616；（2）按照最大24 h降雨量進(jìn)行修正，修參數(shù)取值為1.756；（3）按照年平均降雨量進(jìn)行修正，修正參數(shù)取值為1.574。平均值取1.637，預(yù)警建議值如表2所示。

表2" 得榮縣南區(qū)1、3、24 h降雨閾值

降雨強(qiáng)度/（mm/h） 對應(yīng)預(yù)警等級及形式

1 h 3 h 24 h

5.3 8.4 11.4 注意級

7.6 11.4 20.8 警示級

8.5 13.9 24.3 警戒級

14.3 19.7 31.4 警報(bào)級

4 結(jié)論

（1）得榮縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，截至2023年末，全縣在冊地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)230處，其中，泥石流111處，約占全縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的48.26%，可見泥石流災(zāi)害對得榮縣的危害較大。

（2）得榮縣降雨量稀少，多為夜雨，降雨主要集中于每年汛期7月和8月，降雨量約占年降雨量的64%。從近10年降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，降雨量有增大趨勢，2018年到達(dá)峰值，近5年降雨趨于穩(wěn)定。

（3）得榮縣降雨從空間上來看分布較為不均?？傮w來看，縣域北側(cè)降雨量大于南側(cè)降雨量（約1.6倍），泥石流地質(zhì)災(zāi)害主要集中發(fā)育于縣域北側(cè)降雨集中區(qū)。此次降雨閾值集合降雨特征和泥石流分布特征，作為分區(qū)預(yù)警閾值參考。

（4）北側(cè)降雨集中區(qū)主要包括茨巫鄉(xiāng)、貢波鄉(xiāng)、白松鎮(zhèn)、太陽谷鎮(zhèn)、八日鄉(xiāng)，泥石流藍(lán)色注意級預(yù)警值為

8.6 mm/h、13.8 mm/3 h、18.6 mm/24 h；黃色警示級預(yù)警值為12.4 mm/h、18.6 mm/3 h、34.1 mm/24 h；橙色警戒級預(yù)警值為15.7 mm/h、22.7 mm/3 h、39.8 mm/24 h；紅色警報(bào)預(yù)警值為23.4 mm/h、32.2 mm/3 h、51.4 mm/24 h。

（5）南側(cè)降雨稀少區(qū)主要包括徐龍鄉(xiāng)、日雨鎮(zhèn)、奔都鄉(xiāng)、古學(xué)鄉(xiāng)、瓦卡鎮(zhèn)，泥石流藍(lán)色注意級預(yù)警值為

5.3 mm/h、8.4 mm/3 h、11.4 mm/24 h；黃色警示級預(yù)警值為7.6 mm/ h、11.4 mm/3 h、20.8 mm/24 h；橙色警戒級預(yù)警值為8.5 mm/h、13.9 mm/3 h、24.3 mm/24 h；紅色警報(bào)預(yù)警值為14.3 mm/h、19.7 mm/3 h、31.4 mm/24 h。

（6）地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的不確定性、泥石流樣本數(shù)據(jù)的有限性、縣域降雨不均勻性等都是影響區(qū)內(nèi)降雨預(yù)警預(yù)

（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

報(bào)成功與否的關(guān)鍵因素，建議在后續(xù)工作中不斷優(yōu)化驗(yàn)證模型，并進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

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收稿日期：2024-08-11

作者簡介：張國忠（1989—），男，四川大邑人，工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防治、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、基礎(chǔ)地質(zhì)。