閩北山區(qū)（延平區(qū)）地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量研究

楊春發(fā)

（福建東辰綜合勘察院，福建福州350005）

閩北山區(qū)（延平區(qū)）地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量研究

楊春發(fā)

（福建東辰綜合勘察院，福建福州350005）

延平區(qū)是福建省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，降雨是災(zāi)害最重要的誘發(fā)因素。系統(tǒng)分析了區(qū)內(nèi)降雨類型對地質(zhì)災(zāi)害的影響，歷年災(zāi)害、2010年重大地質(zhì)災(zāi)害與降雨的相關(guān)性，總結(jié)了地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量的影響因素。進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量的區(qū)劃，將全區(qū)分為四個區(qū)，給定各分區(qū)的預(yù)報、預(yù)警和警報等三種狀態(tài)下的臨界降雨量，為區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

地質(zhì)災(zāi)害；臨界降雨量；相關(guān)性；預(yù)報；預(yù)警

閩北山區(qū)位于武夷山脈、鷲峰山脈、戴云山脈等三大山脈匯集處，峰巒疊嶂，低山丘陵蜿蜒伸展，山高坡陡，地層巖性多樣，云母片巖、石英片巖分布廣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境條件差。該區(qū)域瀕臨我國東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，降雨強(qiáng)烈密集，常誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，是福建省地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)。每年汛期，區(qū)內(nèi)都會有一些災(zāi)害，如1998年、2006年發(fā)生較大范圍的地質(zhì)災(zāi)害。2010年發(fā)生歷史罕見的滑坡崩塌泥石流，災(zāi)害數(shù)量多，分布范圍廣，給當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活造成嚴(yán)重破壞。因此，分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與降雨關(guān)系，確定地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量成為亟待需要解決的問題。

近十年來，國內(nèi)外專家學(xué)者熱衷于地質(zhì)災(zāi)害與降雨關(guān)系的研究。周丹［1］結(jié)合秦嶺地形及降水區(qū)域氣候特點，分析地質(zhì)災(zāi)害樣本，探討了秦嶺山地臨界量指標(biāo)。張廣平等［2］在分析蘭州市滑坡數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用V-邏輯回歸模型，創(chuàng)建了一種地質(zhì)災(zāi)害滑坡預(yù)警預(yù)報模型。叢威青等［3］將Logistic回歸模型和前期有效降雨量引入到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警領(lǐng)域，結(jié)合泥石流災(zāi)害危險性評價，形成了一套泥石流災(zāi)害多元信息耦合預(yù)警體系。國外學(xué)者將前期有效降雨量作為自變量，利用雨量和泥石流災(zāi)害的歷史記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行泥石流臨界雨量的分析，得到不同降雨情況下泥石流的發(fā)生概率［4-5］。本文基于區(qū)域大量歷史地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計方法分析了地質(zhì)災(zāi)害與降雨量、降雨強(qiáng)度的關(guān)系，實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)，并給定了各區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報、預(yù)警和警報等三種狀態(tài)下的臨界降雨值。成果于2014年提交給當(dāng)?shù)卣?，指?dǎo)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)，實踐中取得了較好效果。

1 雨型對地質(zhì)災(zāi)害的影響

區(qū)內(nèi)降雨類型多樣，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨雨型即降雨歷時、降雨強(qiáng)度和降雨量有密切關(guān)系，延平區(qū)降雨雨型分為持續(xù)強(qiáng)降雨、臺風(fēng)降雨和局地暴雨三種類型，對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害影響具有明顯的差異。

持續(xù)強(qiáng)降雨型是誘發(fā)延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害最常見的一種雨型，分布在每年梅雨季節(jié)即5月—6月。降雨持續(xù)時間較長，一般達(dá)7 d以上，降雨強(qiáng)度不是很大，一般日降雨量為10 mm～50 mm左右，但總降雨量較大，約在150 mm～300 mm之間。該雨型當(dāng)降雨量強(qiáng)度大且達(dá)到一定量時，容易發(fā)生淺層地質(zhì)災(zāi)害且具有瞬時發(fā)災(zāi)的特點。當(dāng)遇到親水性好，滲透力強(qiáng)的第四系松散堆積層時，便可誘發(fā)較大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害，且災(zāi)害發(fā)生時間具有一定的滯后性［6］。

臺風(fēng)降雨持續(xù)時間不長，一般為2 d～3 d，而降雨強(qiáng)度較大，最大日降雨量一般達(dá)100 mm以上。由于雨強(qiáng)大，坡面容易形成較強(qiáng)的地表徑流，對坡體淺表部土體產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用，引起表層或淺部坡體失穩(wěn)。這種雨型往往具有降雨中心雨強(qiáng)大、降雨時間相對較短、影響范圍相對較小的特點，因此其誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的范圍相對集中，常產(chǎn)生群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)害規(guī)模較小，一般為表層或淺層滑坡、崩塌。災(zāi)害時間基本隨著降雨過程的發(fā)生而瞬時發(fā)生，屬“即雨即滑”型［7］。

局地暴雨型降雨持續(xù)時間短，一般為1 d，甚至幾個小時，降雨強(qiáng)度比較大，日降雨量一般達(dá)到暴雨級別（50 mm），降雨范圍小。短時強(qiáng)降雨可以使淺層松散土體迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，孔隙水壓力升高，基質(zhì)吸力下降，抗剪強(qiáng)度下降，是誘發(fā)淺層滑坡的主要因素，產(chǎn)生流滑破壞（俗語中的流鼻涕）且沖蝕現(xiàn)象較為明顯。局地暴雨具有突發(fā)性、局地性的特點，地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生在出現(xiàn)局地暴雨的當(dāng)日當(dāng)?shù)?。?010年6月14日西芹當(dāng)日降雨量238.5 mm，當(dāng)天西芹發(fā)生大規(guī)模流滑災(zāi)害和坡面沖刷［8］。

2 地質(zhì)災(zāi)害與降雨量關(guān)系

2.1 歷年地質(zhì)災(zāi)害與降雨關(guān)系

延平區(qū)歷年均有一些地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)害數(shù)量與降雨量緊密相關(guān)，從本次收集的近17年年降雨量、月降雨量與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系可以很好的反映。

（1）年降雨量與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系。圖1為1997年—2013年年降雨量與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系圖。從圖1可以看出：①總體上延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與降雨有極強(qiáng)的相關(guān)性，即災(zāi)害發(fā)生在降雨充沛的年份，年降雨量越多，發(fā)生災(zāi)害的可能性越大，災(zāi)害數(shù)量越多。如1998年、2006年，尤其在2010年，僅房前屋后災(zāi)害數(shù)量就達(dá)到421處，創(chuàng)區(qū)內(nèi)災(zāi)害歷史之最。②降雨時間段相對集中的年份，災(zāi)害發(fā)生數(shù)量越多，降雨分散的年份，災(zāi)害數(shù)量則較少。如1997年、2012年降雨量多，但降雨分散，這兩年災(zāi)害相對較少。1998年全年降雨高度集中在2月和6月，災(zāi)害較多。

圖1 近17年地質(zhì)災(zāi)害與年降雨量關(guān)系圖

（2）月降雨量與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系。圖2為近17年（即1997年—2013）月平均降雨量與月災(zāi)害關(guān)系圖。從圖2可以看出：①延平區(qū)全年降雨集中在梅雨季節(jié)和雷雨季節(jié)，地質(zhì)災(zāi)害也集中在這兩個季節(jié)發(fā)生，災(zāi)害數(shù)量占全年災(zāi)害總數(shù)的94%。②月份降雨量多，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率高，災(zāi)害數(shù)量多。如4月、5月和6月，月降雨量高于其它月份，期間災(zāi)害數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它月份。③密集、持續(xù)的降雨天氣，災(zāi)害容易發(fā)生。如1997年8月份降雨量雖然小于4月份降雨量，但其高度集中在數(shù)天內(nèi)，因此該月份災(zāi)害數(shù)量也多。

圖2 近17年月平均降雨量與月份災(zāi)點數(shù)關(guān)系圖

2.2 2010年地質(zhì)災(zāi)害與降雨關(guān)系

2010年延平區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，無論涉及的范圍、發(fā)生數(shù)量和災(zāi)害規(guī)模均很大，均為福建省歷史罕見。在這一年里，主要有兩個時間段的地質(zhì)災(zāi)害［9］，一個是2010年4月上旬，局部地區(qū)發(fā)生災(zāi)害；另一個是2010年6月中旬，覆蓋全區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害，范圍、數(shù)量和規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過4月份災(zāi)害。根據(jù)這兩次數(shù)據(jù)資料，統(tǒng)計見圖3、圖4和表1、表2。

圖3 延平區(qū)各氣象站點日降雨量統(tǒng)計圖（2010年6月）

圖4 延平區(qū)各氣象站點日降雨量統(tǒng)計圖（2010年4月）

表1 延平區(qū)2010年6月地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計表

2.2.1 2010年6月降雨量及地質(zhì)災(zāi)害分析

從圖3和表1可以看出：

（1）6月14日各氣象站當(dāng)日降雨量分別為238.5 mm（西芹沙溪口）、76 mm（峽陽）、142 mm（南山大鳳）、174 mm（太平）、159 mm（市區(qū)十里庵），在前幾天幾乎沒有降雨情況下，除峽陽沒地質(zhì)災(zāi)害外，其它地區(qū)均出現(xiàn)災(zāi)害，尤其是西芹災(zāi)害最嚴(yán)重。反映了日降雨量達(dá)到一定數(shù)值時，能夠引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，當(dāng)延平區(qū)日降雨量達(dá)到140 mm時地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性很大。

（2）6月14日8∶00～6月18日11∶00各氣象站時段降雨量分別為358.5 mm（西芹沙溪口）、192.5 mm（峽陽）、218 mm（南山大鳳）、217.5 mm（太平）、261 mm（市區(qū)十里庵），全區(qū)均發(fā)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害。說明時段降雨量達(dá)到195 mm時，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性很大。

（3）6月18日各氣象站當(dāng)日降雨量分別為112 mm（西芹沙溪口）、169 mm（峽陽）、192.5 mm（南山大鳳）、96.5 mm（太平）、178 mm（市區(qū)十里庵），全區(qū)發(fā)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害。6月18日一些地區(qū)當(dāng)日降雨量小于6月14日降雨量，地質(zhì)災(zāi)害卻比6月14日嚴(yán)重的多，說明日降雨量和時段降雨量均對地質(zhì)災(zāi)害影響很大，兩者同時達(dá)到一定數(shù)值時，將會產(chǎn)生強(qiáng)烈的地質(zhì)災(zāi)害。

2.2.2 2010年4月降雨量及地質(zhì)災(zāi)害分析

從圖4和表2可以看出：

（1）4月6日各氣象站當(dāng)日降雨量分別為77.5 mm（西芹沙溪口）、35 mm（峽陽）、45 mm（南山大鳳）、93 mm（太平）、30 mm（市區(qū)十里庵），只有太平鎮(zhèn)發(fā)生1處地質(zhì)災(zāi)害；4月13日各氣象站當(dāng)日降雨量分別為78.5 mm（西芹沙溪口）、92 mm（峽陽）、89.5 mm（南山大鳳）、57 mm（太平）、79 mm（市區(qū)十里庵），在峽陽、西芹、南平市區(qū)、南山等地區(qū)零星發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。以上說明當(dāng)日降雨量達(dá)到78 mm時，延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大。

（2）4月1日～4月6日各氣象站時段降雨量分別為137 mm（西芹沙溪口）、100 mm（峽陽）、130 mm（南山大鳳）、154 mm（太平）、113 mm（市區(qū)十里庵），只有太平鎮(zhèn)零星發(fā)生災(zāi)害，即時段降雨量達(dá)到150 mm時，延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性較大；4月10日～4月13日各氣象站時段降雨量分別為172.5 mm（西芹沙溪口）、209.5 mm（峽陽）、187.5 mm（南山大鳳）、101 mm（太平）、164 mm（市區(qū)十里庵），只有西芹、峽陽、南山等地發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，而時段降雨量164 mm的地區(qū)卻沒有發(fā)生災(zāi)害。通過兩個階段的時段降雨量與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系可以看出，當(dāng)時段降雨量達(dá)到170 mm以上時，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大。

表2 延平區(qū)2010年4月地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計表

3 地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量

近20年延平區(qū)汛期地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)表明，地質(zhì)災(zāi)害與降雨緊密相關(guān)，降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的直接誘導(dǎo)因子。

3.1 地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量影響因素

2010年“6?18”期間延平區(qū)峽陽鎮(zhèn)蔡源村、水東街道紅星村、夏道鎮(zhèn)文田村、塔前鎮(zhèn)隴嶺村等四個村居發(fā)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，其災(zāi)害特征和地質(zhì)環(huán)境條件見表3。由表3可知：（1）不同巖性區(qū)均有可能發(fā)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害。重災(zāi)村的地層分別為石英云母片巖、粉砂巖和花崗巖，由這些母巖風(fēng)化形成的厚層土質(zhì)斜坡在一定條件下均可能失穩(wěn)破壞。（2）地形地貌對地質(zhì)災(zāi)害影響很大。丘陵山區(qū)地形起伏大，斜坡高且坡面陡，越容易發(fā)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害。（3）地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量主要受地形地貌和地層巖性等因素綜合決定。斜坡高且坡面陡，坡體第四系殘積坡土體厚，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的臨界降雨量越小。反之，斜坡低，坡面較緩，斜坡土體薄，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的臨界降雨量則越大［10］。

表3 延平區(qū)2010年“6?18”重災(zāi)村情況統(tǒng)計表

3.2 地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量分區(qū)

綜合區(qū)內(nèi)地形地貌和地層巖性，將全區(qū)臨界降雨量分為4個區(qū)，并根據(jù)前述地質(zhì)災(zāi)害與降雨量關(guān)系，以及由此推導(dǎo)出的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性較大、大和很大時相對應(yīng)的臨界降雨量，賦予各分區(qū)預(yù)報狀態(tài)（地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性較大，通知監(jiān)測人員和威脅住戶注意）、警報狀態(tài)（地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性大，停止作業(yè)，各崗位人員到崗待命）、警報狀態(tài)（地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性很大，無條件緊急疏散，密切觀測）等三種狀態(tài)下的臨界降雨量，見表4。

表4 延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量參考值

Ⅰ區(qū)位于延平區(qū)西北部，地貌為侵蝕剝蝕丘陵、溪河沿岸堆積地貌，地層屬前震旦系、震旦系變質(zhì)巖和侏羅系沉積粉砂巖、砂巖，斜坡表層土體分布厚，粉黏粒含量高，黏性強(qiáng)，粗粒很少，滲透系數(shù)小，降雨入滲難，滲入坡體的地下水也不易排出，誘發(fā)斜坡災(zāi)害的臨界降雨量較高。

Ⅱ區(qū)位于延平區(qū)中部，外形呈橢圓形。該區(qū)地勢較高，地形起伏，地貌屬中低山，海拔多在500 m～1 200 m。區(qū)內(nèi)地層主要有前震旦系、震旦系云母片巖、石英片巖和侏羅系沉積巖粉砂巖。斜坡表層第四系坡殘積土體較厚，粉黏粒含量高，黏聚力大，內(nèi)摩擦角小，滲透系數(shù)小，但自然斜坡高，且坡度陡，較小降雨條件下也容易引起坡面沖刷，引發(fā)淺部滑坡崩塌等災(zāi)害，誘發(fā)災(zāi)害的臨界降雨量小。

Ⅲ區(qū)位于延平區(qū)東北部，近似呈矩形。該區(qū)總體地勢較高，地貌類型屬低山，海拔多在400 m～900 m。地層復(fù)雜多樣，以砂巖、石英片巖為主，局部出露花崗巖、片麻巖。區(qū)內(nèi)自然斜坡坡體較高，坡面較陡，表層分布第四系坡殘積黏性土、砂質(zhì)黏性土及各類母巖砂土狀強(qiáng)風(fēng)化物質(zhì)，總體滲透性強(qiáng)，誘發(fā)災(zāi)害的臨界降雨量低。

Ⅳ區(qū)位于延平區(qū)南部，北部寬南部窄。該區(qū)地勢低，閩江在區(qū)內(nèi)由北向南后折向東流，地貌類型主要為沿河堆積地貌。地層類型多，主要為云母片巖、變粒巖、花崗巖。自然斜坡坡度較緩，表層分布坡殘積黏性土、砂質(zhì)黏性土，以及少量的砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，含一定量的粗顆粒，透水性弱—中等，誘發(fā)災(zāi)害的臨界降雨量高。

4 結(jié) 論

（1）歸納總結(jié)了三種雨型對地質(zhì)災(zāi)害的影響。持續(xù)強(qiáng)降雨型是誘發(fā)延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害最常見的一種雨型，災(zāi)害具有瞬時發(fā)災(zāi)的特點。臺風(fēng)降雨型降雨強(qiáng)度大，具有群發(fā)型災(zāi)害和即雨即滑型特點。局地暴雨型持續(xù)時間短，易誘發(fā)淺層滑坡，產(chǎn)生流滑破壞。

（2）系統(tǒng)分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與降雨的相關(guān)性。通過歷年大量災(zāi)害數(shù)據(jù)，尤其2010年“6?18”災(zāi)害數(shù)據(jù)與降雨資料的對比分析，較好地反映了區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與降雨高度相關(guān)聯(lián)。日降雨量達(dá)到78 mm時，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大；達(dá)到140 mm時地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性很大。時段降雨量達(dá)到150 mm時，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性較大；達(dá)到195 mm時，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性很大。

（3）區(qū)劃延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量。結(jié)合區(qū)內(nèi)歷年災(zāi)害特點、地質(zhì)環(huán)境條件及地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量影響因素，將延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害臨界降雨量劃分為四個區(qū)，并分別給出了預(yù)報、預(yù)警、警報等三種狀態(tài)下的時段降雨量和日降雨量臨界值。

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［8］ 魏 麗.暴雨型滑坡災(zāi)害形成機(jī)理及預(yù)測方法研究［D］.南京：南京信息工程大學(xué)，2005.

［9］ 楊春發(fā).延平區(qū)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報告［R］.福州：福建東辰綜合勘察院，2014.

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Critical Rainfall Amount of Geological Hazards at Northern Mountains in Fujian Province（Yanping District）

YANG Chunfa
（Dong Chen Geotechnical Investigaton Institute Company LTD of Fujian Province，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350005，China）

Yanping district in Fujian province is a geological zone where geological hazards occur very easily，and the most important factor is rainfall.This paper analyzed the impact of the type of rainfall to geological hazards.It analyzed the correlation between geological hazards and rainfall over the years，especially in 2010.This paper divided the critical rainfall of geological hazard into four areas and gave the critical rainfall of each partition in the forecast state，early warning state and alert state.The result could provid basic data and scientific basis for the regional disaster prevention and mitigation.

geological hazard；critical rainfall amount；correlation；forecast state；early warning state

P426.6

A

1672—1144（2016）05—0219—05

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.042

2016－07－26

2016－09－30

2014年福建省廣義地質(zhì)項目（201406）

楊春發(fā)（1976—），男，福建福州人，工程師，主要從事工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究。E－mail：605401649@qq.com