雷山縣降水型地質(zhì)災(zāi)害特征及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)

易志學(xué)，潘齊平

(1.雷山縣氣象局，貴州雷山 557199；2 .雷山縣國(guó)土資源局，貴州雷山 557199)

雷山縣地處云貴高原丘陵盆地過(guò)渡的斜坡地帶，地勢(shì)東北高，西南低，境內(nèi)以雷公山最高，海拔2 178 m，最低海拔480 m，境內(nèi)山巒起伏，河谷縱深，地形破碎，切割深厚，河流下切沖刷強(qiáng)烈，地形復(fù)雜。雷公山與境內(nèi)之貓鼻嶺(海拔1 620 m)、橋堂(海拔1 763 m)、腳堯山頂(2 000 m)、雷公坪(2 041 m)呈西南—東北向分布。雷公山脈為長(zhǎng)江水系與珠江水系分水嶺。境內(nèi)地形地貌復(fù)雜，地層巖性抗風(fēng)化能力弱，巖結(jié)構(gòu)破碎疏松。受季風(fēng)和冷暖氣流的影響，易發(fā)暴雨、干旱等氣象災(zāi)害。根據(jù)貴州省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃實(shí)施細(xì)則[1]劃分，雷山縣全縣范圍均為地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)。陳百煉[2-3]等人研究指出降水是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要和關(guān)鍵的自然因素；黃懿[4]、周益平[5]、陳永仁[6]等人研究指出地質(zhì)災(zāi)害與當(dāng)日及前期降水的關(guān)系主要有3種類型，即暴雨誘發(fā)型、多日中大雨誘發(fā)型和連陰雨誘發(fā)型；劉艷輝[7]、余蓮[8]等人研究指出地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨歷時(shí)、降雨量及降雨雨型有密切關(guān)系,不同雨型的降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)制具有明顯的差異性；高蕊[9]、李明[10]等人研究表明地質(zhì)災(zāi)害與前10天累計(jì)降水量有明顯的相關(guān)性;李亞麗[11]等人研究表明短歷時(shí)強(qiáng)降水也誘發(fā)氣象地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。在雷山由強(qiáng)降水誘發(fā)的氣象地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，由于特殊的地理位置，交通不便，農(nóng)村人員居住較分散，80%以上的人口居住偏遠(yuǎn)的高寒地區(qū)，受氣候、交通、信息的影響，防災(zāi)減災(zāi)的能力很弱，因此，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了較大損失。對(duì)雷山縣近43 a由降水誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究其與降水的關(guān)系，確定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警因子，有針對(duì)性地做好氣象服務(wù)，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。

1 資料及方法

氣象資料由貴州省黔東南州專業(yè)氣象臺(tái)提供。地質(zhì)災(zāi)害資料則由雷山縣國(guó)土資源局以及雷山民政局提供，資料時(shí)長(zhǎng)43 a(1971年1月1—2013年12月31)。降水量資料采用雷山氣象站1971—2013年降水觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的降水特征，還利用2007—2013年水文監(jiān)測(cè)資料和2009—2013年區(qū)域自動(dòng)站資料，判斷地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)原因。鑒于目前天氣預(yù)報(bào)主要以6 d的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高，統(tǒng)計(jì)出地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日前24 h的累計(jì)降水量(用R24表示)、以及前5 d累計(jì)降水量(用R5表示，不包括地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日前24 h 降水)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析降水量與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系，使得地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)定量化。

2 降水型地質(zhì)災(zāi)害的特征分析

根據(jù)雷山縣地質(zhì)災(zāi)害資料和氣象、水文雨量資料，分析災(zāi)害發(fā)生的原因發(fā)現(xiàn)，由氣象因素誘發(fā)的樣本共152次。其中，由大風(fēng)造成的地質(zhì)災(zāi)害3次、低溫凝凍造成的地質(zhì)災(zāi)害1次，共占總樣本的2.6%；降水誘發(fā)的樣本為148次，占總樣本數(shù)的97.4%，稱為降水型地質(zhì)災(zāi)害，下面僅研究此類型地質(zhì)災(zāi)害。

2.1 空間分布特征

表1為雷山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況。由表1可見(jiàn)：近43 a來(lái)，由降水而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害為塌方70次、滑坡66次、泥石流12次，經(jīng)分析，致災(zāi)氣象因素主要為強(qiáng)降水或連續(xù)降水。受特殊氣候、地理?xiàng)l件的影響，雷山縣降水型地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，主要有3個(gè)高發(fā)中心：永樂(lè)鎮(zhèn)最多為24次，年均0.56次；方祥鄉(xiāng)22次，年均0.51次；大塘鎮(zhèn)21次。

表1 1971—2013年雷山縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)

因雷公山脈呈西南—東北向，以雷公山為界，將雷山縣地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)區(qū)分為三大區(qū)域。雷公山以東，以大塘、西江、郎德、丹江、望豐5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主，這5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度集中，經(jīng)濟(jì)、交通、旅游相對(duì)發(fā)達(dá)，植被面積相對(duì)較少，人類干擾因子較大，一旦發(fā)生強(qiáng)降水或連續(xù)降雨，極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害事件；雷公山以西，主要為方祥鄉(xiāng)，該鄉(xiāng)地理位置偏僻、交通不便，且降水豐富，防災(zāi)減災(zāi)的能力較弱；雷公山以南，以永樂(lè)、桃江、達(dá)地為主，這3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔垂直差異明顯，地形破碎，切割深厚，河流下切沖刷強(qiáng)烈，也極易發(fā)生降水型地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 時(shí)間變化特征

2.2.1 年代際變化 雷山縣43 a降水型地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)148次，平均3.4起/a，其年代際變化特征見(jiàn)表2。

表2 1971—2013年雷山縣降水型

由表2可知，雷山縣43 a中降水型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻次呈增加趨勢(shì)。1971—1980年地質(zhì)災(zāi)害為23次，占43 a降水型地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的15.2%；1981—1990年為28次，占總數(shù)的18.4%；1991—2000年為41次，占總數(shù)的26.9%。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著全球氣候變化的影響，降水型地質(zhì)災(zāi)害呈明顯增加趨勢(shì)，2001—2013年，降水型地質(zhì)災(zāi)害共60次，占總數(shù)39.5%，平均4.6次/a，遠(yuǎn)高于43 a的平均水平。其中塌方發(fā)生頻次增加最為明顯，從1971—1980年10 a的9次增加到2001—2013年的30次，滑坡從12次增加到21次。更值得關(guān)注的是近年來(lái)因全球氣候變暖，由大風(fēng)等氣象因素影響而導(dǎo)致的局地氣象地質(zhì)災(zāi)害也呈明顯增多趨勢(shì)。

2.2.2 月變化 圖1給出了1971—2013年雷山縣降水型地質(zhì)災(zāi)害與月平均降水量的月變化。由圖1可看出，降水型地質(zhì)災(zāi)害月變化特征為單峰型：主峰在6月，共發(fā)生37次，平均0.86次/a；7月次之，共35次，平均0.81次/a。6月和7月發(fā)生共為72次，占全年的48.6%。

由圖1可看出，降水型地質(zhì)災(zāi)害與月平均降水量月變化特征相似。4—10月是雷山縣的汛期，降水量占全年的83.4%；由降水引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在4—10月，占全年的91.9%。特別是夏季，暖濕氣流旺盛，對(duì)流性天氣相對(duì)多發(fā)，易出現(xiàn)強(qiáng)降水，因此易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 1971—2013年雷山縣地質(zhì)災(zāi)害頻次與月平均降水量月變化

2.2.3 日變化 圖2為雷山縣1971—2013年降水型地質(zhì)災(zāi)害的日變化。由圖2可看出，降水型地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在夜間(20—08時(shí))，共為110次，占總數(shù)的74.3%；白天(08—20時(shí))發(fā)生的共38起，占總數(shù)的25.7%。

圖2 1971—2013年雷山縣地質(zhì)災(zāi)害日變化特征

夜間發(fā)生的降水型地質(zhì)災(zāi)害又主要集中在01—06時(shí)，以05時(shí)最多，為19次，占夜間總數(shù)的17.3%；其次為04時(shí)，共發(fā)生17次，占夜間總數(shù)的15.5%。夜間發(fā)生的降水型地質(zhì)災(zāi)害以塌方和滑坡為主。從誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的原因來(lái)看，雷山夜間強(qiáng)降水的多發(fā)性非常明顯，隨著夜間降水強(qiáng)度的增大，地質(zhì)災(zāi)害夜間多發(fā)性的特點(diǎn)更為突出。

3 降水型地質(zhì)災(zāi)害的定量預(yù)警指標(biāo)

3.1 前期降水與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

以往，一般只是針對(duì)暴雨臨近幾小時(shí)或者已出現(xiàn)強(qiáng)降水才發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警信息。研究發(fā)現(xiàn)，降水型地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅與發(fā)災(zāi)當(dāng)日短歷時(shí)強(qiáng)降水雨量有關(guān)，而且和前期長(zhǎng)歷時(shí)強(qiáng)降水的累計(jì)量也有關(guān)系[12]，若僅用當(dāng)日短歷時(shí)強(qiáng)雨量作預(yù)報(bào)因子，則漏報(bào)的概率較大，顯然不能滿足預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)要求。因此，同時(shí)統(tǒng)計(jì)計(jì)算了43 a雷山縣前5日累計(jì)降水量(R5)和當(dāng)日前24 h降水量(R24)與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率的關(guān)系(見(jiàn)表3)。

由表3可看出，降水型地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅與R24有關(guān)之外，還與R5有著很大關(guān)系。當(dāng)R24愈大時(shí)，即使R5很小，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率同樣很大；當(dāng)R5愈大時(shí)，即使R24很小，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率同樣也很大。當(dāng)R24為大雨時(shí)，隨著R5的增大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率增大為26.2%以上；當(dāng)R24為暴雨時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率達(dá)80.0%以上，而當(dāng)R24達(dá)到大暴雨標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率高達(dá)96.7%。在R5≥50 mm時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率達(dá)50.0%以上，而在R5≥75 mm時(shí)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率高達(dá)100%。在R5≥50 mm同時(shí)R24為暴雨時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率為90.0%以上；在R5≥50 mm同時(shí)R24為大暴雨時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率為100%?？梢?jiàn)，在實(shí)際業(yè)務(wù)中，在前期累計(jì)降水較大的情況下，必須嚴(yán)密監(jiān)視天氣變化，如果日降水量有可能出現(xiàn)暴雨，則發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)高。

表3 雷山縣前5日累計(jì)降水(R5)和當(dāng)日前24 h累計(jì)降水(R24)與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率

3.2 地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)警指標(biāo)的確定

根據(jù)國(guó)家國(guó)土資源部和中國(guó)氣象局的聯(lián)合規(guī)定，地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分為4級(jí)，依據(jù)雷山縣28個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合雷山縣地質(zhì)情況和表3，確定降水型地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)警指標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析雷山縣降水與地質(zhì)災(zāi)害的資料，將R5以及R24作為預(yù)報(bào)因子，確定降水型地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)定量預(yù)警指標(biāo)(表4)。

表4 雷山縣降水型地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)定量預(yù)警指標(biāo)

由表4可看出，R5及R24的累計(jì)降水與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的氣象風(fēng)險(xiǎn)程度有著密切關(guān)系。當(dāng)R24等級(jí)增大時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也相應(yīng)增大；而當(dāng)R5增大時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也相應(yīng)增大；當(dāng)在R5與R24等級(jí)同時(shí)增大時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)明顯增加。因此，預(yù)報(bào)員可依據(jù)每天未來(lái)24 h降水量預(yù)報(bào)和前5 d的累積降水量，參照此指標(biāo)預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)。在預(yù)報(bào)未來(lái)幾天有持續(xù)性強(qiáng)降水時(shí)，利用此預(yù)警指標(biāo)可以提前做出地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級(jí)，為防災(zāi)減災(zāi)爭(zhēng)取更多時(shí)間。

雷山縣地形多變，境內(nèi)山巒起伏，河谷縱深，地形破碎，切割深厚，河流下切沖刷強(qiáng)烈，地形復(fù)雜，各地地質(zhì)條件不盡相同，有些地區(qū)降水量并不大但可能誘發(fā)氣象地質(zhì)災(zāi)害，另外一些地區(qū)則可能降水多也不誘發(fā)氣象地質(zhì)災(zāi)害。因此僅依據(jù)降水指標(biāo)存在不足，今后還需進(jìn)一步研究，充分考慮地質(zhì)條件和人類活動(dòng)等因素，對(duì)指標(biāo)加以修正。

4 小結(jié)與討論

(1)雷山縣降水型地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，主要有3個(gè)高發(fā)中心：永樂(lè)鎮(zhèn)年均0.56次；方祥鄉(xiāng)年均0.51次；大塘鎮(zhèn)年均0.49次。

(2)雷山縣43 a中降水型地質(zhì)災(zāi)害共發(fā)生148次，多年平均為3.4次/a。年代際變化呈明顯增加趨勢(shì)，2001—2013年降水型地質(zhì)災(zāi)害增加趨勢(shì)明顯，共發(fā)生60次，占總數(shù)的39.5%。降水型地質(zhì)災(zāi)害主要為塌方，其次為滑坡，泥石流最少。

(3)雷山縣降水型地質(zhì)災(zāi)害月變化呈單峰型，主峰在6月，7月次之；主要發(fā)生在夜間，集中在01—06時(shí)，05時(shí)最多，其次為04時(shí)。

(4)前期降水R5及R24與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有著密切關(guān)系，可作為降水型地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)警定量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)預(yù)報(bào)R5及R24較大時(shí)，可提前做出地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)警，為防災(zāi)減災(zāi)爭(zhēng)取時(shí)間。

(5)給出的降水型地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警定量指標(biāo)，僅僅考慮了地質(zhì)災(zāi)害資料和氣象、水文雨量的影響，在實(shí)際應(yīng)用中，還有充分考慮地貌植被、人類活動(dòng)、土壤結(jié)構(gòu)等諸多因素，對(duì)預(yù)警等級(jí)加以訂正。

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