基于有效降雨閾值的區(qū)域滑坡災(zāi)害預(yù)警分析

摘 要：為了分析有效降雨閾值在山地丘陵地區(qū)城市滑坡的災(zāi)害預(yù)警作用，建立了短時(shí)-有效降雨閾值模型。在收集遂寧市安居區(qū)2013—2022年降水量和滑坡資料的基礎(chǔ)上，采用降雨閾值模型與普通最小二乘回歸法（ordinary least squares regression，OLSR），分析每個(gè)滑坡點(diǎn)降雨歷時(shí)及降雨強(qiáng)度特征，確定有效降雨系數(shù)k，繪制研究區(qū)滑坡災(zāi)害發(fā)生的臨界降雨I-D閾值曲線，得到基于有效降雨閾值的降雨預(yù)警閾值，并分別以發(fā)生滑坡風(fēng)險(xiǎn)可能性的50%、70%、90%做概率閾值曲線，制定三級(jí)預(yù)警等級(jí)。結(jié)果表明：遂寧市安居區(qū)發(fā)生滑坡的概率閾值曲線方程分別為I50%=46.99×D-0.772、I70%=63.82×D-0.772、I90%=79.98×D-0.772，以此建立的降雨閾值模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際情況相吻合，對(duì)滑坡災(zāi)害的預(yù)警具有較好的可靠性和準(zhǔn)確性。所建立的短時(shí)-有效降雨閾值模型可以應(yīng)對(duì)不同降雨模式，對(duì)區(qū)域滑坡災(zāi)害預(yù)警有一定的參考意義和應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)可為山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)滑坡防災(zāi)減災(zāi)工作提供理論基礎(chǔ)與有益參考。

關(guān)鍵詞：災(zāi)害學(xué)；滑坡；預(yù)警分析；降雨閾值；閾值曲線

中圖分類號(hào)：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10.7535/hbgykj.2025yx01009

Study on the early warning of regional landslide hazard based on the effective rainfall threshold

REN En1， SHI Meiqing1， YAO Wei1， LUO Gang2， ZHANG Jing3

（1.Sichuan Institute of Nuclear Geological Survey， Chengdu， Sichuan 610061， China; 2.Faculty of Geoscience and Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 611756， China;3.Sichuan-Tibet Railway Company Limited，Chengdu， Sichuan 610043，China）

Abstract：In order to analyze the urban landslide hazard warning effect in hilly and mountainous areas， a short-term-effective rainfall threshold model was established. Based on the collection of precipitation and landslide data from 20132022 in Anju District， Suining， the rainfall threshold model and the ordinary least squares regression （OLSR） method were used to analyze the rainfall duration and rainfall intensity characteristics of each landslide site. The effective rainfall coefficient K was determined， the critical rainfall I-D threshold curve for landslide hazard occurrence in the study area was drawn， and the rainfall warning threshold based on the effective rainfall threshold was obtained. The probability threshold curves for the occurrence of landslide risk were developed， with levels of warning corresponding to probabilities of 50%， 70%， and 90%. The results show that the probability threshold curves for landslides in Anju District， Suining， are as follows： I50%=46.99×D-0.772， I70%=63.82×D-0.772， and I90%=79.98×D-0.772， respectively. The predicted results of the rainfall threshold model are consistent with the actual situation， and have good reliability and accuracy for the early warning of landslide hazards. The short-time-effective rainfall threshold model can deal with different rainfall patterns and has some reference and application value for regional landslide hazard warning. At the same time， it can provide theoretical basis and useful reference for landslide hazard prevention and mitigation work in mountainous townships.

Keywords：disasterology; landslides; early warning analysis; rainfall threshold; threshold curve

滑坡災(zāi)害是除地震災(zāi)害外最嚴(yán)重的自然地質(zhì)災(zāi)害，具有全球分布廣、規(guī)模大、破壞嚴(yán)重的特點(diǎn)[1]。大量研究發(fā)現(xiàn)，降雨是滑坡發(fā)生的重要誘因，中國(guó)的滑坡災(zāi)害絕大部分由降雨引發(fā)[2-6]。以中國(guó)西南山區(qū)為例，山地面積超過(guò)86%，在城市化進(jìn)程加速的背景下，越來(lái)越多的城鎮(zhèn)不得不建立在地質(zhì)條件復(fù)雜且艱險(xiǎn)的山地丘陵地區(qū)。這些位于山地丘陵地區(qū)的城鎮(zhèn)更易遭受頻繁的滑坡災(zāi)害侵襲，如：廣安市華鎣山溪口滑坡、重慶市武隆滑坡、丹巴縣建設(shè)街后山特大滑坡等[7-9]。

滑坡災(zāi)害預(yù)警分析通常指在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)，分析滑坡以一定規(guī)模發(fā)生的概率[10]。以往研究通常依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)選取評(píng)價(jià)因子，而為了提高評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的針對(duì)性與適用性則須因地制宜[11-13]。由于降雨是滑坡災(zāi)害發(fā)生的重要誘因，并且具有預(yù)測(cè)性，因此成為滑坡防治監(jiān)測(cè)預(yù)警的重要影響因子[14-15]。降雨特征指標(biāo)對(duì)于剖析滑坡變形或失穩(wěn)的誘發(fā)機(jī)制至關(guān)重要[16]。目前學(xué)者對(duì)于降雨型滑坡有2種研究思路：1）通過(guò)數(shù)值模擬和室內(nèi)、外試驗(yàn)進(jìn)行滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警[17-19]；2）基于往年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立降雨與滑坡災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值模型[20-21]，或概率預(yù)警模型[22]。由于數(shù)值模擬模型對(duì)巖土參數(shù)精度要求較高且難以獲得，學(xué)者們通常采用降雨統(tǒng)計(jì)方法分析區(qū)域降雨與滑坡的關(guān)聯(lián)性[23]。經(jīng)驗(yàn)性降雨閾值統(tǒng)計(jì)方法通過(guò)組合累積降雨量、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)等信息形成不同的關(guān)系曲線，主要包括：1）累計(jì)降雨量-降雨歷時(shí)（E-D）閾值曲線；2）降雨強(qiáng)度-降雨歷時(shí)（I-D）閾值曲線；3）累計(jì)降雨量-降雨強(qiáng)度（E-I）閾值曲線；4）基于降雨誘發(fā)滑坡的總降雨量閾值曲線[24-25]。其中的I-D閾值曲線是通過(guò)關(guān)聯(lián)降雨的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)滑坡發(fā)生潛在風(fēng)險(xiǎn)的一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在目前滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中被廣泛采用，常被用于小型降雨型淺層滑坡的預(yù)警。JIANG等[26]融合衛(wèi)星降雨數(shù)據(jù)、貝葉斯定理和深度學(xué)習(xí)方法，建立了早期滑坡預(yù)警模型，以提高數(shù)據(jù)稀缺山區(qū)滑坡預(yù)警的準(zhǔn)確性和效率。HE等[27]定義了適用于中國(guó)不同季節(jié)和持續(xù)時(shí)間的降雨閾值。GAO等[28]研究了不同持續(xù)時(shí)間的最大滾動(dòng)降雨強(qiáng)度與滑坡或泥石流發(fā)生概率之間的關(guān)系，并據(jù)此建立了相應(yīng)的降雨閾值模型?，F(xiàn)有文獻(xiàn)[29-30]顯示，滑坡預(yù)警研究成果主要集中于偏遠(yuǎn)山區(qū)的滑坡災(zāi)害，而實(shí)際上山地丘陵地區(qū)城市的滑坡災(zāi)害對(duì)社會(huì)存在更嚴(yán)重的潛在影響。

遂寧市安居區(qū)地處典型的多山地丘陵區(qū)域，區(qū)內(nèi)雨季降水量大且集中，極易形成以小型降雨型淺層滑坡為主的滑坡災(zāi)害，對(duì)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。本文采用基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的降雨閾值法[31-34]，分析遂寧市安居區(qū)山地丘陵地區(qū)的降雨歷時(shí)與滑坡之間的關(guān)系，建立了基于有效降雨閾值的滑坡災(zāi)害預(yù)警模型，對(duì)滑坡災(zāi)害的預(yù)警具有較好的可靠性和準(zhǔn)確性。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)背景條件

遂寧市安居區(qū)位于四川盆地中部，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充足。該區(qū)屬于中國(guó)著名的中生代紅層盆地，其內(nèi)丹霞地貌分布較廣[35]。研究區(qū)域地形多樣，以淺丘為主，地勢(shì)為西北部及東北部高、中部至南部低。地質(zhì)構(gòu)造主要沿東西、南北方向延伸，褶皺形態(tài)寬廣平緩，地震少發(fā)，無(wú)大型斷裂構(gòu)造。巖性基本分為砂巖、泥巖2類，由于其空間分布的不均勻性，導(dǎo)致差異性風(fēng)化嚴(yán)重。這種風(fēng)化差異是該區(qū)域頻發(fā)崩塌和滑坡現(xiàn)象的重要巖性控制因素。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中生界侏羅系遂寧組地層（J3s）、侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組下段地層（J3p1）及侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組地層（J2s）和第四系全新統(tǒng)沖積層（Qal4），如圖1所示。巖土體類型主要為半堅(jiān)硬—軟弱的碎屑巖類以及松散巖類，巖體的物理力學(xué)性能較低，表層風(fēng)化嚴(yán)重，易引發(fā)表層滑坡、順層滑坡和水土流失。

1.2 滑坡發(fā)育特征

結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查、遙感解譯、無(wú)人機(jī)攝影、高密度電法物探測(cè)量等方法，在安居區(qū)開(kāi)展滑坡數(shù)據(jù)資料的收集與分析。

采用0.8 m精度的高分衛(wèi)星正射影像、數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)攝影技術(shù)，對(duì)全區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行全面分析。利用無(wú)人機(jī)對(duì)重點(diǎn)斜坡及一般斜坡進(jìn)行調(diào)查，精確識(shí)別隱蔽性強(qiáng)、難以到達(dá)的高位地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域，直觀了解斜坡后緣潛在變形區(qū)域與威脅對(duì)象的位置關(guān)系。由無(wú)人機(jī)航拍數(shù)據(jù)生成的厘米級(jí)分辨率正射影像圖可極大提升工作效率和調(diào)查精度。此外，還采用高密度電阻率法（WGMD-3高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)，由重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所提供）采集野外數(shù)據(jù)源，依據(jù)獲得的剖面視電阻率數(shù)據(jù)繪制等值線圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二維地形反演成像，得到安居區(qū)滑坡災(zāi)害分布圖，如圖2所示。

根據(jù)分析得到研究區(qū)（安居區(qū)，下同）土質(zhì)滑坡合計(jì)85處，分布在淺丘及中丘地貌區(qū)，出露地層時(shí)代主要為侏羅系遂寧組（J3s）?；曼c(diǎn)呈散亂不均勻狀分布在17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和街道，其中橫山鎮(zhèn)高達(dá)21處。多數(shù)滑坡仍處于蠕變變形階段，部分呈牽引式，滑坡滑體厚度在1～13 m不等，淺層滑坡最為發(fā)育，約占滑坡總數(shù)的92.2%。

由安居區(qū)降雨等值線分布圖（見(jiàn)圖3）可看出，研究區(qū)大部分滑坡點(diǎn)主要分布在年降水量1 200～1 300 mm的區(qū)域，占比約88%。而攔江鎮(zhèn)降水量最高，典型滑坡點(diǎn)年降水量超過(guò)1 320 mm，東禪鎮(zhèn)、安居鎮(zhèn)和三家鎮(zhèn)的滑坡點(diǎn)降水量雖低于1 200 mm，最低也有1 150 mm。區(qū)內(nèi)滑坡多呈現(xiàn)為淺層、小型土質(zhì)滑坡特點(diǎn)，地形為低山窄谷，坡度大于25°，多年平均降雨量超200 mm。地質(zhì)環(huán)境和特殊地理位置導(dǎo)致頻繁強(qiáng)降雨，易誘發(fā)滑坡。

對(duì)研究區(qū)32處代表性滑坡點(diǎn)的滑坡災(zāi)害發(fā)生時(shí)間與降雨特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖4所示。由圖可見(jiàn)，滑坡與連續(xù)性或突發(fā)性強(qiáng)降雨密切相關(guān)，降雨是研究區(qū)發(fā)生滑坡的關(guān)鍵觸發(fā)因素。對(duì)滑坡前10天（包括滑坡發(fā)生當(dāng)天）累計(jì)降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（如表 1所示），滑坡當(dāng)天降雨量接近或超過(guò)大雨級(jí)別（24 h降雨達(dá)到50 mm）的占70%，如2、3、4、5、6、7、8號(hào)滑坡，滑坡前1天降雨量接近或超過(guò)大雨級(jí)別的占20 %，如1、9號(hào)滑坡，該類滑坡都屬于短歷時(shí)強(qiáng)降雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。部分滑坡發(fā)生在連續(xù)幾日降雨之后，降雨量均較小，即長(zhǎng)歷時(shí)弱降雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，如10號(hào)滑坡。

2 研究方法

I-D閾值曲線因其在評(píng)估降雨對(duì)滑坡誘發(fā)作用時(shí)所展現(xiàn)的科學(xué)性和實(shí)用性而得到廣泛應(yīng)用[26-28]。該曲線以直觀的表達(dá)形式，揭示了降雨強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間對(duì)滑坡穩(wěn)定性的協(xié)同影響，為滑坡風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估提供了重要依據(jù)。由于降雨強(qiáng)度與降雨歷時(shí)是氣象觀測(cè)中易于獲取的參數(shù)，I-D閾值曲線在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的操作便利性。結(jié)合由野外實(shí)地調(diào)查與遙感解譯、無(wú)人機(jī)攝影、高密度電法物探測(cè)量等方法所得數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，安居區(qū)內(nèi)多為淺表層土質(zhì)滑坡，且小型滑坡數(shù)占總數(shù)的98.09%；中型滑坡數(shù)占總數(shù)的1.91%；無(wú)大型、超大型滑坡。小型淺表層土質(zhì)滑坡對(duì)降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)比對(duì)累計(jì)降雨量更敏感。I-D閾值曲線能夠更為靈敏地反映雨水下滲、土壤飽和等情況；E-D閾值曲線主要關(guān)注降雨量和持續(xù)時(shí)間，但沒(méi)有充分反映降雨強(qiáng)度對(duì)地表徑流和土壤飽和度的直接影響；E-I閾值曲線雖然同時(shí)考慮了降雨量和強(qiáng)度，但沒(méi)有直接反映降雨的持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致在評(píng)估長(zhǎng)時(shí)間降雨對(duì)滑坡風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)時(shí)不夠全面，尤其是在土壤和巖石需要時(shí)間達(dá)到飽和狀態(tài)的情況下；基于降雨誘發(fā)滑坡的總降雨量閾值曲線只考慮了總降雨量，沒(méi)有考慮降雨的分布、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確反映不同降雨模式對(duì)滑坡風(fēng)險(xiǎn)的影響，尤其是在連續(xù)幾天的小雨可能比短時(shí)間內(nèi)的大雨更容易導(dǎo)致滑坡的情況下[34-36]。所以本文研究區(qū)內(nèi)更適合使用I-D閾值曲線。

2.1 降雨閾值研究分析方法

I-D閾值曲線的表達(dá)式為

式中：I為平均降雨強(qiáng)度，mm/h；C為比例常數(shù)；D為降雨歷時(shí)，h；a為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的斜率，也稱標(biāo)度指數(shù)。將1、3、6、24 h降雨歷時(shí)值代入方程，即可計(jì)算獲得不同降雨持續(xù)時(shí)間內(nèi)可能觸發(fā)滑坡災(zāi)害的降雨閾值。

2.2 預(yù)警等級(jí)分級(jí)方法

本文采用最小二乘回歸法（ordinary least squares regression，OLSR）劃分臨界閾值曲線，此方法可描述自變量對(duì)于因變量的均值影響，對(duì)小降雨事件及極端降雨條件進(jìn)行弱化，更符合整體規(guī)律分布趨勢(shì)。

假設(shè)隨機(jī)變量Y的分布函數(shù)為

則Y的第τ分位數(shù)為

式中：中位數(shù)可以表示為Q（1/2），是特殊的分位數(shù)。對(duì)于Y的一組隨機(jī)樣本（y1，y2，…，yn），最小二乘回歸法的原理是使得殘差平方和最小，

即最優(yōu)解為

式中：yi為樣本值；c為任意τ∈（0，1）時(shí)的估計(jì)值。

采用OLSR法對(duì)得到的滑坡I-D閾值曲線表達(dá)式進(jìn)行分析，確定不同概率時(shí)降雨的臨界值，從而得到I-D閾值模型中各級(jí)別的臨界閾值方程。根據(jù)黃發(fā)明等[37]提出的連續(xù)概率滑坡危險(xiǎn)性預(yù)警級(jí)別：中（0.4～lt;0.6）、高（0.6～lt;0.8）和極高危險(xiǎn)區(qū)（0.8～lt;1.0），分別取其中間值作為研究區(qū)誘發(fā)滑坡的I-D閾值曲線分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（50%、70%、90%），進(jìn)而結(jié)合QX/T 487—2019《暴雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)》[38]設(shè)定與之對(duì)應(yīng)的黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警。

3 研究區(qū)全域滑坡災(zāi)害預(yù)警分析與討論

3.1 滑坡I-D閾值模型

建立研究區(qū)降雨型滑坡的I-D閾值模型的關(guān)鍵是確定滑坡地質(zhì)災(zāi)害對(duì)應(yīng)的降雨歷時(shí)，進(jìn)而計(jì)算降雨強(qiáng)度，得出該模型的閾值曲線。

3.1.1 降雨歷時(shí)的確定

遂寧市安居區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域，對(duì)該區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)和滑坡災(zāi)害實(shí)例進(jìn)行綜合分析后發(fā)現(xiàn)，滑坡災(zāi)害的發(fā)生往往與長(zhǎng)歷時(shí)弱降雨密切相關(guān)。然而，考慮到該地區(qū)夏季氣溫較高，蒸發(fā)作用顯著，因此在確定地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的降雨歷時(shí)范圍時(shí)，不宜過(guò)度延長(zhǎng)降雨歷時(shí)的考慮范圍。同時(shí)基于對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡點(diǎn)前10天累計(jì)降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)90%以上的滑坡是由當(dāng)天或前一天的強(qiáng)降雨引發(fā)的，僅有極少數(shù)滑坡是由長(zhǎng)歷時(shí)弱降雨引發(fā)的，且滑坡多為對(duì)降雨敏感性較高的小型淺層土質(zhì)滑坡。綜合以上因素，且研究區(qū)90%以上的滑坡都是在強(qiáng)降雨后3天內(nèi)發(fā)生，故將對(duì)斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響的降雨歷時(shí)范圍設(shè)定為3 d[39]。降雨歷時(shí)起止時(shí)刻是建立閾值模型的關(guān)鍵參數(shù)。降雨歷時(shí)開(kāi)始時(shí)刻之前的降雨對(duì)滑坡影響通常較小，有效降雨量相對(duì)較低。本文針對(duì)遂寧市安居區(qū)氣象特征，定義在降雨歷時(shí)范圍內(nèi)，首次1 h內(nèi)降雨量超過(guò)0.1 mm（含0.1 mm）的時(shí)段被認(rèn)定為降雨歷時(shí)開(kāi)始時(shí)刻，結(jié)束時(shí)刻為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)刻。因此，降雨歷時(shí)總時(shí)長(zhǎng)為降雨歷時(shí)范圍內(nèi)多個(gè)1 h降雨量超過(guò)0.1 mm的連續(xù)降雨時(shí)段總和。這部分降雨量被定義為前期有效降雨量，計(jì)算公式為

式中：Pa0表示災(zāi)害發(fā)生前n 天（包括當(dāng)天）內(nèi)有效降雨量；k為有效降雨系數(shù)，且k≤1;Ri表示該次降雨過(guò)程中第i小時(shí)的降雨量;i為距滑坡發(fā)生時(shí)刻的時(shí)間長(zhǎng)度。

3.1.2 有效降雨系數(shù)k的確定

有效降雨系數(shù)k因不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境差異而取值不同?；贑ROZIER[40]的研究結(jié)果與研究區(qū)氣象和滑坡地質(zhì)條件特征，結(jié)合式（4）計(jì)算分析結(jié)果，本文k取值0.84，進(jìn)而得到研究區(qū)滑坡點(diǎn)降雨歷時(shí)（D）和降雨強(qiáng)度（I）。根據(jù)上述研究區(qū)滑坡與年降水量分布統(tǒng)計(jì)規(guī)律與地層時(shí)代特征，年降水量為1 200～1 300 mm的滑坡數(shù)占比80%，選取出露地層主要為侏羅系遂寧組、少量為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組下段地層的代表性滑坡進(jìn)行計(jì)算。部分代表性滑坡的計(jì)算結(jié)果如表2所示。

根據(jù)研究區(qū)滑坡隱患點(diǎn)降雨特征，從滑坡數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取滑坡隱患點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)記錄完整的20個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，另選取5個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為測(cè)試集。將引發(fā)滑坡的降雨歷時(shí)和降雨強(qiáng)度分別取對(duì)數(shù)值，得到擬合散點(diǎn)下部界線的I-D閾值曲線，如圖5所示，擬合方程為

由圖5可知，90％以上的滑坡隱患點(diǎn)的降雨I-D值均在曲線之上，因此可將該曲線視為“10%概率”閾值。若某個(gè)滑坡隱患點(diǎn)的降雨I-D值位于該曲線以下，則該處發(fā)生滑坡的發(fā)生概率低于10%。當(dāng)滑坡隱患點(diǎn)的降雨I-D值位于該閾值曲線之上時(shí)，引發(fā)滑坡的概率將超過(guò)10%，且隨距離的增加滑坡發(fā)生的可能性也將增大。

3.2 研究區(qū)滑坡災(zāi)害預(yù)警分析

基于滑坡I-D閾值分析，采用OLSR法確定不同發(fā)生概率時(shí)的降雨I-D閾值曲線（如圖6所示），得到各級(jí)（發(fā)生概率分別為90%、70%、50%）降雨閾值，由閾值模型得到各級(jí)臨界降雨閾值擬合方程為

由式（7）—式（9）可知：1）I90%-D表示當(dāng)研究區(qū)降雨強(qiáng)度I≥79.98×D-0.772（1≤D≤72 h）時(shí)，發(fā)生滑坡風(fēng)險(xiǎn)可能性超過(guò)90%，屬于極大概率事件，認(rèn)定為紅色預(yù)警值，且降雨歷時(shí)越短，降雨誘發(fā)滑坡所需要的降雨強(qiáng)度越大；當(dāng)降雨歷時(shí)D=1 h時(shí)，滑坡發(fā)生概率為90%的降雨強(qiáng)度為79.98 mm/h。在地質(zhì)災(zāi)害防控應(yīng)急響應(yīng)措施中，應(yīng)當(dāng)按照防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案確定的路線、地點(diǎn)進(jìn)行有組織的撤離，如發(fā)生災(zāi)害要同時(shí)組織開(kāi)展自救、互救行動(dòng)。2）同理，當(dāng)滑坡隱患點(diǎn)降雨I-D值位于I70%-D閾值曲線上方時(shí)，表示滑坡災(zāi)害發(fā)生可能性超過(guò)70%，對(duì)應(yīng)為橙色預(yù)警。這時(shí)市民、車輛應(yīng)避免靠近邊坡、擋土墻地帶，如發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)異常，應(yīng)當(dāng)立即遠(yuǎn)離并報(bào)警。3）而當(dāng)滑坡隱患點(diǎn)的降雨I-D值位于I50%-D閾值曲線上方時(shí)，表示有50%可能性發(fā)生滑坡災(zāi)害，對(duì)應(yīng)為黃色預(yù)警。這時(shí)應(yīng)當(dāng)告知到受威脅群眾及相關(guān)工作人員，做到思想警惕，行動(dòng)上有所準(zhǔn)備。

在實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害防控應(yīng)急響應(yīng)中，當(dāng)發(fā)布橙色預(yù)警時(shí)應(yīng)當(dāng)組織群眾及時(shí)撤離。由于考慮到交通、人力、地質(zhì)環(huán)境等實(shí)際情況的影響，暫定群眾收到預(yù)警后的撤離時(shí)間為10 min。在設(shè)置閾值時(shí)假設(shè)1 h降雨內(nèi)每分鐘降雨強(qiáng)度相同，可計(jì)算得到研究區(qū)橙色預(yù)警等級(jí)時(shí)前10 min的降雨量為10.64 mm（由式（8）得）。因此，應(yīng)該在1 h降雨強(qiáng)度達(dá)到53.18 mm時(shí)發(fā)布橙色預(yù)警，給群眾預(yù)留足夠的撤離時(shí)間。根據(jù)上述原理可計(jì)算得到不同預(yù)警等級(jí)、不同降雨時(shí)長(zhǎng)的預(yù)警閾值，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

3.3 降雨閾值模型的驗(yàn)證與討論

3.3.1 降雨閾值模型的驗(yàn)證

以遂寧市安居區(qū)作為研究區(qū)，搜集了2013—2022年該區(qū)的氣象和滑坡資料，所采納的數(shù)據(jù)集全面覆蓋了研究區(qū)的降雨模式，并詳盡記錄了滑坡風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的發(fā)生情況。本研究隨機(jī)選取滑坡災(zāi)害中數(shù)據(jù)記錄完整的20個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，另選取5個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為測(cè)試集。5個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)分布在不同地層與不同降雨量的區(qū)域內(nèi)，以確保它們?cè)诘乩矸植?、地質(zhì)條件和降雨特征上的多樣性和代表性。

在對(duì)滑坡災(zāi)害預(yù)警模型進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程中，首先記錄驗(yàn)證點(diǎn)的降雨歷時(shí)與累計(jì)有效降雨值，計(jì)算出降雨強(qiáng)度，代入到降雨閾值模型中，得出每個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)的滑坡發(fā)生概率，其中測(cè)試點(diǎn)滑坡預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況對(duì)比如表 4所示。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，其中1、4、5號(hào)滑坡的預(yù)測(cè)結(jié)果為超過(guò)50%可能性發(fā)生滑坡災(zāi)害，2號(hào)滑坡超過(guò)70%可能性發(fā)生滑坡災(zāi)害，3號(hào)滑坡超過(guò)90%可能性發(fā)生滑坡災(zāi)害。事實(shí)上，當(dāng)降雨I-D值首次達(dá)到I50%-D閾值曲線上方時(shí)，相關(guān)部門應(yīng)及時(shí)發(fā)布黃色預(yù)警，告知到受威脅群眾及相關(guān)工作人員，提高警惕，并采取必要的預(yù)防措施。隨后根據(jù)實(shí)時(shí)降雨情況，及時(shí)更新預(yù)警等級(jí)。

預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際發(fā)生的滑坡情況相吻合，這一結(jié)果不僅證明該降雨閾值模型在預(yù)測(cè)滑坡災(zāi)害方面具有一定的準(zhǔn)確性和可靠性，還表明該模型對(duì)遂寧市安居區(qū)乃至類似地區(qū)滑坡災(zāi)害預(yù)警工作都有一定的參考意義。

3.3.2 討 論

本文定義的降雨強(qiáng)度與常規(guī)的平均降雨強(qiáng)度對(duì)比，更關(guān)注對(duì)滑坡觸發(fā)具有關(guān)鍵影響的降雨事件。針對(duì)遂寧市安居區(qū)滑坡點(diǎn)的工程地質(zhì)條件和歷史降雨氣象數(shù)據(jù)，重視滑坡發(fā)生當(dāng)天及其前幾天的連續(xù)降雨量在滑坡形成過(guò)程中的核心作用。另外，在前人的研究中，降雨歷時(shí)通常以天為單位進(jìn)行計(jì)算，這種方法便于對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度的降雨事件進(jìn)行分析和理解。然而，隨著對(duì)氣候變化和城市化影響的深入研究，以小時(shí)為單位的降雨歷時(shí)計(jì)算對(duì)于理解短期極端天氣事件具有更重要的意義。本文采用小時(shí)為單位來(lái)計(jì)算降雨歷時(shí)，可以提供更為精細(xì)的時(shí)間分辨率，能夠更精確地捕捉和分析這些短期但可能具有重大影響的降雨事件。

本文所構(gòu)建的降雨閾值模型為量化滑坡發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，對(duì)于及時(shí)發(fā)布滑坡預(yù)警至關(guān)重要。在實(shí)踐運(yùn)用中，通過(guò)合理地安裝雨量計(jì)和其他降雨監(jiān)測(cè)設(shè)備、收集降雨數(shù)據(jù)，并結(jié)合有效降雨閾值模型分析，不僅可對(duì)滑坡易發(fā)區(qū)域進(jìn)行降雨型滑坡的預(yù)警，還能夠有效地評(píng)價(jià)和定位高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，合理分配防災(zāi)資源，在整體上增強(qiáng)社會(huì)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和應(yīng)對(duì)能力[15，41]。同時(shí)，由于本文所構(gòu)建的滑坡災(zāi)害預(yù)警模型主要針對(duì)西南地區(qū)紅層丘陵地帶的地質(zhì)環(huán)境和氣候條件，所以對(duì)于類似地區(qū)紅層滑坡具有較好的適用性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以遂寧市安居區(qū)滑坡災(zāi)害作為研究對(duì)象，基于研究區(qū)2013—2022年的氣象和滑坡資料，建立了針對(duì)該研究區(qū)淺層土質(zhì)滑坡的I-D閾值模型。研究成果能夠?yàn)樗鞂幨邪簿訁^(qū)滑坡災(zāi)害的預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)，也可為川渝地區(qū)相似地質(zhì)環(huán)境下的城市滑坡災(zāi)害防控提供參考。具體結(jié)論如下。

1）確定了不同概率下的降雨閾值，參考連續(xù)概率滑坡危險(xiǎn)性預(yù)警級(jí)別，建立了50%、70%、90%發(fā)生概率下誘發(fā)滑坡的I-D閾值曲線，分別為I50%=46.99×D-0.772、I70%=63.82×D-0.772、I90%=79.98×D-0.772。并分別提出應(yīng)對(duì)黃色、橙色、紅色預(yù)警的防范措施。

2）所選取的具有一定的地理分布、地質(zhì)條件和降雨特征的多樣性和代表性的5個(gè)滑坡隱患點(diǎn)，均在超過(guò)預(yù)警值后短時(shí)間內(nèi)發(fā)生滑坡，降雨閾值模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符，證明該降雨閾值模型在預(yù)測(cè)滑坡災(zāi)害方面具有一定的準(zhǔn)確性和可靠性。

3）在構(gòu)建模型過(guò)程中，結(jié)合研究區(qū)域的氣象地質(zhì)特征，借鑒并優(yōu)化了現(xiàn)有模型參數(shù)取值，在保證模型可靠性的前提下，確保了模型的簡(jiǎn)潔性和易操作性。同時(shí)，模型對(duì)遂寧市安居區(qū)這種西南地區(qū)紅層丘陵地帶的滑坡地質(zhì)災(zāi)害，具有良好的適用性及泛化能力。

由于本文研究區(qū)域所發(fā)生的滑坡事件較少，導(dǎo)致可用的數(shù)據(jù)樣本相對(duì)有限，這在一定程度上影響了閾值模型的預(yù)警精度。因此，在今后滑坡災(zāi)害預(yù)警研究中，還需進(jìn)一步研究監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)密度對(duì)滑坡預(yù)警精度的影響。此外，閾值模型在算法設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化方面需進(jìn)一步的迭代與完善，以適應(yīng)多變的地質(zhì)環(huán)境，提高其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。另外，未來(lái)滑坡災(zāi)害預(yù)警研究中應(yīng)加強(qiáng)多學(xué)科交叉融合，特別是結(jié)合遙感技術(shù)與多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)豐富滑坡監(jiān)測(cè)的維度和深度。運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)和理念，構(gòu)建科學(xué)、系統(tǒng)、高效的滑坡災(zāi)害預(yù)警體系，對(duì)提升滑坡預(yù)警的精確度和實(shí)時(shí)性具有重大意義。

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收稿日期：2024-07-16;修回日期：2024-11-21；責(zé)任編輯：王海云

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（42277143）；西南交通大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪工程創(chuàng)新實(shí)踐基地項(xiàng)目（YJG-2022-JD04）

第一作者簡(jiǎn)介：任 恩（1982—），男，河南衛(wèi)輝人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治、生態(tài)修復(fù)工程等方面的研究。

通信作者：石美晴工程師。E-mail： 410385291@qq.com

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