貴州重大氣象地質災害探討

楊森林，毛顯后

(1.貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550004;2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

貴州重大氣象地質災害探討

楊森林1，毛顯后2

(1.貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550004;2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

通過2000年以來貴州發(fā)生的主要重大地質災害與氣象降雨關系的分析，以地質災害觸發(fā)因子為概念，建立了降雨量“閥值”邏輯模型與因子作用分類，并計算了貴州重大地質災害下的降雨量“閥值”與“閥值”帶。按照得出的氣象地質災害規(guī)律性，提出貴州氣象地質災害工作措施建議。

氣象地質災害;特征;貴州

1 引言

貴州是我國地質災害最嚴重、受威脅人口最多的省份之一。為此，在貴州省已展開的地質災害調查、勘察、治理等工作的基礎上，許多文獻［1-5］從地質災害的區(qū)域發(fā)育規(guī)律、成因機理、防治方法等［1-5］方面進行了大量的研究，進一步促進了地質災害防治工作的發(fā)展。但由于貴州地質環(huán)境的復雜性，時有發(fā)生造成財產損失和人員傷亡的重大地質災害，使我省地質災害防治形勢仍顯得嚴峻。本文從影響重大地質災害的氣象因素入手，探討其發(fā)生規(guī)律、特征與防治措施。

2 資料與方法

本文所用的地質災害資料來源于貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院編寫的《貴州地質災害及其防治》、貴州省國土資源廳發(fā)布的2004—2010年各年度《貴州省地質環(huán)境公報》，日降水資料來源于貴州省氣候中心。

通過選取主要有人員傷亡的重大地質災害點，提取對應發(fā)生時間的當日降雨量和前5 d累計降雨量。在提出地質災害觸發(fā)因子為概念，降雨作用下發(fā)生地質災害的降雨量“閥值”的基礎上，建立觸發(fā)降雨量和地質環(huán)境條件邏輯數(shù)學模型。分析建立作用因子分類與人類工程活動、地質環(huán)境的復雜性歸一，簡化邏輯表達式的降雨量觸發(fā)地質災害發(fā)生的關系。運用建立的邏輯數(shù)學模型，計算重大地質災害下的降雨量“閥值”與“閥值”帶，從而探索貴州氣象地質災害規(guī)律。

3 重大地質災害

3.1 基本概況

相關資料［1，8］顯示，貴州的地質災害在空間上全省各地均有發(fā)生、以中西部較多，在時間上各年份均有發(fā)生、以汛期為高發(fā)期。其中滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫是貴州主要地質災害類型，約占地質災害的95.31%。

造成較大的財產損失和人員傷亡的重大地質災害發(fā)生數(shù)量在整個地質災害發(fā)生數(shù)量的比例約為0.57%，但造成人傷亡和直接經濟損失的災情所占比例卻高達42.03%。這些重大地質災害中，主要災種是崩滑流，占總數(shù)的96.49%，全省各市(州、地)均有發(fā)生。

通過資料整理，僅2000年以來主要的27起重大地質災害就有399人傷亡(詳見表1)，說明重大地質災害造成群死群傷的危害較為嚴重。

3.2 觸發(fā)與觸發(fā)因子

在以往的文獻中，對地質災害發(fā)生因素的謂稱從誘發(fā)一詞改用引發(fā)，筆者認為對突發(fā)性地質災害用觸發(fā)更為恰當。其理由如下：由于造成地質災害的因素主要分為內力地質作用和外力地質作用兩大類，其中，內力地質作用包括造山運動形成的斜坡地形、構造對巖體完整性的破壞、地震活動以及巖石組合等，通常稱為地質環(huán)境條件;外力地質作用包括降雨、地下水活動以及人類工程活動等。

一般情況下，內力地質作用是一個漫長的時間過程，使已有巖體處于相對穩(wěn)定或臨界穩(wěn)定狀態(tài)。同時在外力地質作用下，相對穩(wěn)定的巖體將向臨界穩(wěn)定過渡，而臨界穩(wěn)定巖體則有可能發(fā)生地質災害。當引發(fā)因子所給的量沒有破壞巖體不穩(wěn)定的“閥值”時，臨界穩(wěn)定巖體仍然不會發(fā)生地質災害，但將會使臨界穩(wěn)定巖體在臨界值范圍內向更不穩(wěn)定方向發(fā)展，即這些因素仍然是引發(fā)因素，也是一個過程深化的引發(fā)。

表1 2000年以來主要重大地質災害人員傷亡情況一覽表

往往當某一因素起主要作用，在較短時間內推動了臨界穩(wěn)定巖體向不穩(wěn)定的迅速發(fā)展，造成突發(fā)性地質災害的發(fā)生。其發(fā)展過程時間短，并主要體現(xiàn)了這一因素對臨界穩(wěn)定巖體平衡的破壞，即“一觸即發(fā)”的現(xiàn)象。故對突發(fā)性地質災害發(fā)生的因子的作用，本文稱其為觸發(fā)。

通過2004年以來的突發(fā)地質災害資料統(tǒng)計［6］，貴州每年汛期(5—9月)的地質災害數(shù)量分布明顯較多(如圖1)，汛期也是貴州省降水集中的時期，即降雨是貴州地質災害的主要觸發(fā)因子之一，并代表年度時間發(fā)生分布規(guī)律。

3.3 氣象地質災害

通常有顯著作用的地質災害觸發(fā)因素可分為降雨和人類工程活動兩類。而貴州屬于亞熱帶濕潤季風氣候，雨熱同季、雨量充沛、降水分布和時段極不均勻，特別是中部苗嶺東西兩段的迎風坡，是2個多雨區(qū)。由于持續(xù)降雨，大雨、暴雨觸發(fā)的突發(fā)性、災害性地質災害所占比例在70%以上［2］。在發(fā)生造成較大的財產損失和人員傷亡的重大地質災害時，是社會所關注、政府重視的突出事件，也是地質災害研究的重點對象。

圖1 2004—2010突發(fā)性地質災害發(fā)生時間分布圖

本文統(tǒng)計計算了27處重大氣象地質災害的當日降水及前5 d降水，如圖2所示。其中有81.5%的災點降雨量強度與2004—2010年突發(fā)性地質災害高發(fā)時間分布具有很好的一致性，且造成的人員傷亡占總數(shù)的73.4%。

圖2 2000年以來主要重大地質災害降水情況

4 重大氣象地質災害

4.1 降雨參與地質災害模型

由于巖層組合、地形坡度、裂隙發(fā)育、降雨作用等諸多地質環(huán)境的復雜性和多樣性，各類地質災害各自的引發(fā)因素、發(fā)生機理、種類組合、災情狀況等的差異性，故不能用某種解析方程求出降雨作用下觸發(fā)的臨界值。但降雨作用下觸發(fā)的臨界值有規(guī)律可循，本文以觸發(fā)降雨量和地質環(huán)境條件為基礎，選取當日(當場)降雨量、前第i日累計降雨、人類工程活動對穩(wěn)定巖體平衡的影響、災前地質環(huán)境條件狀況等4項，按照影響地質災害發(fā)生因素關系，列出其間的邏輯關系表達為：

式中：F——觸發(fā)臨界值

Vd——當日(當場)降雨量

Vi——前第 i日降雨(i=1，2，3… )

f——人類工程活動對穩(wěn)定巖體平衡的影響

X——災前地質環(huán)境條件狀況

僅從降雨作用地質災害時間上來說，筆者認為可將地質災害發(fā)生的觸發(fā)作用分為直接型、迭加型、滯后型、擾動型4類，各指標的貢獻作用列于表2。

按照上述標準，將本文所述的27處重大地質災害結合貴州降雨型地質災害發(fā)生規(guī)律，以中雨降雨量(＞10mm)為降雨作用起點分類于表3，共計22處。而沒有降雨作用的地質災害主要為人類工程活動影響，不參加統(tǒng)計。

表2 氣象地質災害因子作用分類表

表3 2000年以來主要重大地質災害氣象作用分類表

4.2 降雨量“閥值”與“閥值”帶

在貴州的降雨作用于地質災害研究中，陳百煉等［7］提及的滑坡等地質災害的發(fā)生并不完全與單日降雨過程同步，存在一定的滯后性，主要集中在降雨后72 h內發(fā)生，得出災害發(fā)生與前3 d、前5 d累積雨量也有較好的相關性。并在汛期貴州地質災害預警預報中應用效果較好［4］，驗證了貴州的降雨作用于地質災害一般規(guī)律，因此本文涉及的地質災害累積降雨量選取了前5 d作分析。

在主要考慮氣象因素的情況下，將人類工程活動與地質環(huán)境的復雜性歸一，用氣象降雨量的疊加得出降雨作用下觸發(fā)的臨界值，將(1)式簡化邏輯關系表達為：

Ffx=Vd+∑Vi(2)

式中：Ffx：降雨量觸發(fā)臨界值;Vd：當日(當場)降雨量;Vi：前第 i日降雨量(i=1，2，3，4，5)。

通過篩選的22處降雨作用的地質災害，由式(2)計算出降雨作用下的地質災害發(fā)生降雨量“閥值”于表4中。

表4 2000年以來主要重大地質災害降雨量“閥值”表(單位：mm)

從表4中看出：Ffx的最小值為13.7、最大值為331，平均值為86.81。說明貴州地質災害所處地質環(huán)境的復雜性和極大的差異性，各種地質災害的降雨量“閥值”組成降雨量“閥值”帶，即13.7～331區(qū)間均有可能在特定的地質環(huán)境條件下發(fā)生不同的地質災害。

4.3 其他因素與降雨量“閥值”帶討論

表4反映出Ffx區(qū)間值跨度極大，除說明貴州地質災害所處地質環(huán)境的復雜性和極大的差異性外，可能還與本文引用的日降雨量等因素有關。

由于貴州山地氣候條件，降雨量的不均勻性不僅表現(xiàn)在年度各月降雨量的較大差異，而且在24 h的降雨也極不均勻。由于降水時空分布的不均勻性，在本文引用的地質災害降雨量中，雖以最近的降雨量站點取值，但也可能存在一定的差別。故所求的降雨量“閥值”帶區(qū)間下限可能偏小，而上限受地質災害選點所制，應無限值。

此外，山地氣候的小時的降雨量會出現(xiàn)很大的差異，甚至可能出現(xiàn)統(tǒng)計24 h的降雨量就是某小時的降雨量，即小時降雨強度對地質災害的發(fā)生有較大影響。因此，如果將(2)式中的V值用小時降雨強度替代，可以得出與實際更相近的地質災害降雨量“閥值”帶。

若再結合人類工程活動與地質環(huán)境因素分類進行定量區(qū)劃，將式(1)進一步確立定量關系，就可以得出貴州地質災害降雨量“閥值”帶分布圖，有待將氣象地質災害預警預報成功率進一步提高。

5 氣象地質災害防治建議

由于貴州地質環(huán)境的脆弱性，以降雨為主要因素的突發(fā)性地質災害多發(fā)，氣象地質災害預警預報工作已成為地質災害減災防災工作的一條重要途徑。深化氣象地質災害預警預報方法研究，開展短時(臨近)氣象地質災害預警運用，對于已發(fā)現(xiàn)的重大地質災害隱患點實行監(jiān)測預警與氣象預報相結合，與地質災害群測群防有機地聯(lián)系起來，進一步提高防災減災有效性。

建立全省統(tǒng)一地質災害數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)服務器，實現(xiàn)重大地質災害預測視頻會商，提高群測群防能力。采用專用服務器，加強縱向溝通與聯(lián)合，建立與省內各市(州、地)和縣鏈接的地質災害信息網絡，進行實時數(shù)據(jù)交換，及時驗證地質災害發(fā)生的情況，進行預測預警的趨勢調整，通過視頻會商系統(tǒng)研修預報預警產品，提高預測預警的可信度。

結合地質災害趨勢預測，將年度趨勢預測作為中長期預警預報，未來24 h地質災害預警為短期，短時(臨近)地質災害預警為災前預報。與地質災害監(jiān)測預警、群測群防網絡組成了地質災害預警預報體系。

［1］ 貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院.貴州地質災害及其防治［M］.貴陽：貴州科技出版社，2009.

［2］ 楊森林，等.貴州地質災害發(fā)育分區(qū)［J］.貴州地質，2011(2)：131-134.

［3］ 郭振春.貴州地質災害的主要類型和誘因及其預防建議［J］. 貴州地質，2003(2)：103-105.

［4］ 楊森林，等.貴州省地質災害氣象預警預報［J］.貴州地質，2010(4)：302-305.

［5］ 楊凌云.貴州地質災害的防治對策［J］.西部探礦工程，2005(10)：203-204.

［6］ 貴州省國土資源廳.貴州省地質災害趨勢預測報告［R］.2011.

［7］ 陳百煉，等.基于GIS的地質災害氣象預警方法初探［J］.中國地質災害與防治學報，2005(5)：93-96.

［8］ 貴州省國土資源廳.貴州省地質環(huán)境公報［R］.2005-2009.

P694

B

1003-6598(2012)02-0007-04

2012-02-22

楊森林(1962—)，男，高工，主要從事水文、工程、環(huán)境地質調查與研究工作。

貴州省重大科技專項經費《貴州典型地質災害成災模式及預警預報關鍵技術研究》項目：黔科合重大專項字［2011］6004資助。