云南省貢山縣“5·25”暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的特征與形成機制

鐵永波, 阮崇飛, 楊 順, 曾 波, 張紅兵, 李富強, 孫金峰, 何振強

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 610081; 2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院,云南 昆明 650041; 3.中國地質(zhì)科學(xué)院 探礦工藝研究所， 四川 成都 611734; 4.中國氣象局 成都高原氣象研究所,四川 成都 610072; 5.云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院, 云南 昆明 650200; 6.甘肅地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計院, 甘肅 蘭州 730050)

暴雨引起的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害具有發(fā)生時間集中、空間分布面廣，危害大等特點，在全球山區(qū)均有發(fā)育[1-5]。近年來，受全球氣候變化影響、局地極端強降雨頻發(fā)及人類工程活動加劇的影響，全球范圍內(nèi)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害日益增多[6-8]。通常情況下，局地強降雨過程是引起群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的主要原因，如1999年委內(nèi)瑞拉北海岸Vargas地區(qū)強降雨誘發(fā)的群發(fā)性泥石流災(zāi)害造成15 000余人死亡，直接經(jīng)濟損失約1億美元[1]；2013年甘肅省天水市“7·25”暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害700余處。其他一些極端因素也會引起群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，如強震除了導(dǎo)致群發(fā)性同震地質(zhì)災(zāi)害外，其形成的大量松散巖土體為群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的形成提供必要條件，2008年汶川地震發(fā)生后至今的10余年間，強震區(qū)因暴雨誘發(fā)的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害仍然在持續(xù)活躍[3]；如我國東南沿海地區(qū)臺風(fēng)過境帶來的強降雨天全也能誘發(fā)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害[4]。

怒江流域是云南省地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地區(qū)之一，歷史上地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[9-12]。研究[13-19]表明，受地形地貌及印度洋暖施氣流的影響，該地區(qū)大型堵江泥石流災(zāi)害極具代表性，歷史上發(fā)生過多起泥石流堵斷怒江引發(fā)鏈式災(zāi)害的事件，其中以貢山縣境內(nèi)泥石流最為典型。2020年5月24日至27日連續(xù)4 d降雨348.2 mm，是貢山縣境內(nèi)有氣象記錄以來最大的持續(xù)強降雨天氣過程，5月25日和26日的集中強降雨導(dǎo)致貢山縣域內(nèi)新增地質(zhì)災(zāi)害208處(截止到2020年6月15日統(tǒng)計數(shù)據(jù))，其中新發(fā)生滑坡121個，崩塌22個，泥石流65條。全縣原有的305處地質(zhì)災(zāi)害隱患點中， 也有120處在此次暴雨影響下有不同程度的活動跡象。據(jù)統(tǒng)計，此次貢山縣“5·25”強降雨引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致全縣9 000余人受災(zāi)，造成直接經(jīng)濟損失約90 000萬元、3人死亡及5人失蹤的災(zāi)情。

1 研究區(qū)概況

貢山獨龍族怒族自治縣(貢山縣)在行政區(qū)劃上屬云南省怒江傈僳族自治州，地處滇西北怒江大峽谷北段，位于東經(jīng)98°08′—98°56′，北緯27°29′—28°23′，東與云南省德欽、維西兩縣相連，南與怒江州福貢縣相鄰，北與西藏自治區(qū)察隅縣接壤，西與緬甸聯(lián)邦毗鄰，國土總面積4 379.24 km2，總?cè)丝?5 498人主要分布有獨龍族、怒族、傈僳族及藏族等少數(shù)民族。貢山縣地處橫斷山系北部高山峽谷區(qū)，屬青藏高原的東南延伸部分，地形崎嶇險峻，山高坡陡，谷深溝窄，溝谷縱橫切割，擔(dān)當(dāng)力卡山、高黎貢山、碧羅雪山三大山系與獨龍江、怒江兩大水系從北向南相間縱列，形成了“三山夾兩江”的高山峽谷地貌，境內(nèi)最高海拔5 128 m，最低海拔1 170 m，海拔高差達3 958 m。由于地處印度洋暖濕氣流和西藏高原冷空氣的結(jié)合部，受地形地貌、大氣環(huán)流等因素的影響，貢山境內(nèi)降水充沛并且時空分布不均，主體氣候類型屬高原溫帶濕潤型山地季風(fēng)氣候，且受高程控制垂直分帶十分明顯，據(jù)貢山縣氣象觀測資料，茨開鎮(zhèn)氣象站(海拔1 500 m)多年平均降水量1 726.5 mm，而獨龍江氣象站(海拔1 489 m)多年平均降水量則高達4 743.5 mm。研究區(qū)雨季可長達9個月，降雨從每年2月中旬起就開始明顯增多，3月下旬左右迎來最大值，此后逐漸減少。據(jù)歷史氣象資料表明，貢山縣境內(nèi)2月至4月的平均降水量可達600 mm，形成了滇西地區(qū)特有的“桃花汛”，受獨特的氣候背景影響，貢山縣境內(nèi)“桃花汛”期間的平均降水量約占全年平均降雨量40%。每年的5月中下旬開始，貢山縣就進入第2個雨季，與南亞和東南亞地區(qū)的大范圍季風(fēng)雨季同步，直至10月才結(jié)束。受青藏、滇緬、印度巨型“歹”字型構(gòu)造體系影響，貢山縣地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石出露相對完整，地層以中生界最為發(fā)育，其次是新生界和古生界，主要地層和巖漿巖、變質(zhì)巖分布均與獨龍江斷裂、怒江斷裂和瀾滄江斷裂三大深大斷裂活動密切相關(guān)，它控制區(qū)域內(nèi)地貌發(fā)育和地殼的穩(wěn)定性，上新世以來，區(qū)域內(nèi)地殼強烈隆升，導(dǎo)致河流深切，發(fā)育多級河流階地，高山與峽谷并行，地震活動較頻繁，是云南西部地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)和頻發(fā)地區(qū)。

2 地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律與成災(zāi)特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害沿河谷集中分布，高位遠程及鏈式災(zāi)害特征明顯

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害排查結(jié)果，此次貢山縣“5·25”暴雨共誘發(fā)新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點208處(圖1)。從空間分布特征看，泥石流主要沿怒江及其主要支流分布，滑坡和崩塌則主要集中分布在G219公路沿線。從地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)的空間分布特征看，此次群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)最嚴重的區(qū)域是G219公路沿線，其中造成人員傷亡的地質(zhì)災(zāi)害主要由分布在G219公路沿線，因滑坡和崩塌掩埋過往車輛而導(dǎo)致。在此次暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害中，高位遠程滑坡和崩塌現(xiàn)象極為普遍，且具有高速運動的特征，這與怒江兩岸坡體上陡下緩的地形地貌有密切關(guān)聯(lián)。此外，流域內(nèi)滑坡或崩塌發(fā)生后在溝道形成的“堵—潰”鏈式災(zāi)害特征也極為常見，在此次暴雨誘發(fā)的泥石流災(zāi)害中，多數(shù)都具有鏈式災(zāi)害的特點。

圖1 貢山縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征

2.2 地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)，以小規(guī)模為主

貢山縣“5·25”暴雨共誘發(fā)的新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點中，滑坡有121處，占總數(shù)的58.2%，崩塌22處，占總數(shù)的10.6%，泥石流65條，占總數(shù)的31.2%，災(zāi)害類型較為集中，主要以滑坡和泥石流為主。此次暴雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害具有典型的群發(fā)性，以行政單元為例，此次暴雨過程中貢山縣5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)境內(nèi)均同時發(fā)生多起地質(zhì)災(zāi)害，且以縣城所在地茨開鎮(zhèn)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多。從地質(zhì)災(zāi)害規(guī)?？?，中型及以上規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害僅有19處，小型占189處，主要以小型為主。

2.3 威脅對象類型多，分散性強

根據(jù)對貢山縣境內(nèi)目前現(xiàn)有的512處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(原有地質(zhì)災(zāi)害隱患點305處，此次新增208處)的排查結(jié)果，縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害直接威脅村莊的有150余處，直接威脅道路交通的有165處，威脅廠礦企業(yè)4處，受威脅人口9 000余人。同時，這些受威脅的村莊、道路、廠礦、居民區(qū)、加油站等對象分散在全縣的5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，26個村委會。

3 成因機制分析

3.1 持續(xù)長時間強降雨過程為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供動力條件

從區(qū)域氣象條件看，5月20日在印度西孟加拉邦沿海登陸的氣旋風(fēng)暴“安攀”(AMPHAN)受高原槽波動影響，22日在登錄孟加拉后減弱云系往北移動與高原上的冷空氣配合東移至滇西地區(qū)，并帶來強降水天氣，為此次貢山縣“5·25”降雨過程奠定了基礎(chǔ)。從貢山縣兩處氣象站降雨量觀測數(shù)據(jù)看，5月26日貢山縣城所在地茨開鎮(zhèn)附近降雨量為85.4 mm，而貢山縣北部的獨龍江鄉(xiāng)5月25日降雨量為102.9 mm，26日降雨量為126.3 mm(圖2)。兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為此次貢山縣強降雨過程的兩處強降水中心，但降雨量差異極為顯著，主要受貢山縣地形、海拔等因素的影響。根據(jù)此次地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查結(jié)果，茨開鎮(zhèn)和獨龍江鄉(xiāng)也是此次群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量最多、危害最為嚴重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，表明強降雨與貢山縣地質(zhì)災(zāi)害之間的高度對應(yīng)關(guān)系。

圖2 貢山縣降雨量特征

但就“5·25”強降雨過程而言，明顯的降雨強度增加是從5月21日開始，5月26日，兩個氣象站所觀測到的雨量均達最大值。以獨龍江鄉(xiāng)觀測數(shù)據(jù)為例，從小時降雨量分布特征上看，在5月25—26日地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)時段內(nèi)，降雨量最為集中，48 h累計降雨229.2 mm，占此次4 d持續(xù)降雨總量的65.8%，但逐小時降雨量變化卻相對平穩(wěn)(圖3)。與西南其他地區(qū)小時降雨幾十毫米誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的短時暴雨相比[20，21]，貢山縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的臨界雨量值具有其獨特性。5月21—25日獨龍江鄉(xiāng)累計降雨量240.3 mm，茨開鎮(zhèn)累計降雨量130.9 mm，前期累積降雨量非常大。

圖3 貢山縣獨龍江鄉(xiāng)2020年5月25日20:00至26日20：00逐小時降雨量分布與特征

從降雨的時間分布特征上看，2020年2月中下旬就開始的“桃花汛”及從5月20日開始的前期降雨為此次貢山縣“5·25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了重要條件。尤其是長達6 d的持續(xù)降雨為地表巖土體含水率的持續(xù)增加直至土體含水率飽和起到了關(guān)鍵作用，在26日降雨強度增大的條件下，最終導(dǎo)致表層強風(fēng)化巖體和地表松散土體在含水率飽和后沿基伏界面滑動而形成災(zāi)害，在此次的排查中也發(fā)現(xiàn)，暴雨誘發(fā)的滑坡滑動面主要發(fā)育在上覆殘坡積粉質(zhì)黏土與全強風(fēng)化下伏基巖分界面。

3.2 深切河谷地形為地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)提供基礎(chǔ)

貢山縣地處怒江大峽谷深切河谷區(qū)，受河流下切的影響，縣境內(nèi)山高、坡陡、谷深，整個縣境內(nèi)98%以上面積為山地，根據(jù)全縣地形坡度統(tǒng)計分析結(jié)果，縣境內(nèi)坡度介于20°～40°之間的地形占比約70%，陡峻的地形坡度不利于地表松散土體的穩(wěn)定性，尤其是在暴雨作用下土體含水率飽和后的穩(wěn)定性更差。此次地質(zhì)災(zāi)害排查結(jié)果顯示，貢山縣境內(nèi)滑坡多發(fā)生在坡度25°～60°之間的斜坡地帶，尤其地形表現(xiàn)為凸型坡的微地貌與滑坡和崩塌的對應(yīng)關(guān)系極為密切(圖4)。

圖4 貢山縣境內(nèi)地形坡度特征

3.3 高植被覆蓋率增大了地質(zhì)災(zāi)害早期識別的難度

根據(jù)對貢山縣植被和土地利用分類分析結(jié)果，貢山縣境內(nèi)植被覆蓋率可高達80%以上，高植被覆蓋率在很大程度上掩蓋了該地區(qū)地表早期發(fā)生的變形破壞跡象，難以通過群測群防或定期的巡查進行早期識別(圖5)。

圖5 貢山縣植被覆蓋特征

雖然此次暴雨誘發(fā)的滑坡多為淺表層滑坡，但因陡坡密林區(qū)難以到達，給地質(zhì)災(zāi)害早期識別帶來極大的難度，增強了地質(zhì)災(zāi)害的隱蔽性。同樣，光學(xué)遙感、InSAR，LiDAR等新技術(shù)手段也會因喬木、灌木和草本形成的垂直結(jié)構(gòu)層阻擋而導(dǎo)致識別的精度極大降低，難以達到有效的早期識別效果。

3.4 人類工程建設(shè)活動增大了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險

近年來，隨著云南省大滇西旅游環(huán)線規(guī)劃實施及貢山縣經(jīng)濟和旅游業(yè)的發(fā)展，境內(nèi)美麗公路、德貢公路及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)通村公路的建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的擾動明顯。一方面，貢山縣境內(nèi)公路坡腳開挖后形成沿公路一側(cè)的臨空面，為滑坡和崩塌的形成提供了有利條件；另一方面，一些邊坡開挖后未進行有效防護等因素也在一定程度上對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生起到了催化作用。根據(jù)對此次群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查結(jié)果表明，約36.5%的地質(zhì)災(zāi)害主要集中分布在公路沿線，說明公路建設(shè)在一定程度上對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育數(shù)量有著積極的影響。除公路切坡失穩(wěn)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害外，許多居民區(qū)的房屋建設(shè)對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響其實并不明顯，造成災(zāi)害的原因主要是受地質(zhì)環(huán)境條件制約，貢山縣村寨多位于泥石流堆積扇和崩滑堆積體上，居民點與地質(zhì)災(zāi)害隱患點之間缺乏足夠安全距離，在本次降雨過程中，120處已知隱患點復(fù)活并造成災(zāi)害的許多都是泥石流對臨近溝口房屋或建筑造成損毀。

4 結(jié) 論

(1) 此次貢山縣群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害以滑坡和泥石流為主，規(guī)模多為小型。崩塌和滑坡主要沿怒江兩岸公路沿線分布，以淺表層崩滑為主；泥石流主要分布在怒江兩岸及支流內(nèi)，多以土力類泥石流啟動模式為主。

(2) 此次暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)出典型的高位遠程及鏈式災(zāi)害特征，滑坡或崩塌發(fā)生后進入溝道轉(zhuǎn)化為泥石流的現(xiàn)象極為普遍，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險防控中應(yīng)充分考慮高位地質(zhì)災(zāi)害的排查，同時充分評估地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的鏈式效應(yīng)及其影響區(qū)范圍。

(3) 貢山縣境內(nèi)植被覆蓋率較高，泥石流發(fā)生后會攜帶大量的漂木沖出，在溝道狹窄處或溝口橋涵處易形成堵塞，對泥石流的瞬時流量會起到放大作用而翻越溝道造成災(zāi)害，在貢山縣泥石流防治工程設(shè)計中要充分考慮堵塞系數(shù)取值的合理性，校核泥石流峰值流量計算結(jié)果，保證泥石流有足夠的過流斷面，從根本上避免災(zāi)害的發(fā)生。

(4) 鑒于貢山縣城后山泥石流現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析，建議對貢山縣城開展大比例尺地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查與評價，將評價結(jié)果與國土空間規(guī)劃有機融合，從源頭上對地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險進行管控?？h城后山已有泥石流防治工程設(shè)防等級急需提升，在對已有治理工程開展修復(fù)和維護的同時，加強工程治理力度，提升泥石流設(shè)防標準和等級。

5 討 論

(1) 持續(xù)型降雨誘發(fā)區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害的臨界雨量值問題探討。從此次貢山縣“5·25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)雨量特征看，具有長歷時前期降雨和持續(xù)強降雨的特點，從前3日累計降雨量和持續(xù)降雨強度及歷時等關(guān)鍵參數(shù)入手，探索貢山縣甚至怒江州境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的臨界雨量值，對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警閾值的確定具有參考意義，但各個參數(shù)值還需要對貢山縣境內(nèi)更多已發(fā)生的歷史地質(zhì)災(zāi)害降雨數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析確定。

(2) 對于貢山縣這類植被覆蓋密度較高、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻發(fā)的區(qū)域而言，如何提前發(fā)現(xiàn)地表坡體變形或識別流域內(nèi)泥石流潛在物源難度極大，需要從地質(zhì)本身角度對地質(zhì)災(zāi)害的成因機制進行分析，通過揭示地形坡度與地表土體厚度的關(guān)系入手，統(tǒng)計分析歷史地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的坡度區(qū)間值，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的微地貌(凸形坡、凹形坡等)特征等參數(shù)進行綜合研判。同時，深入開展地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)與植被類型、覆蓋密度等參數(shù)的關(guān)聯(lián)性研究，揭示地質(zhì)災(zāi)害與植被間的相互影響和作用關(guān)系，形成基于“地質(zhì)+植被”為基礎(chǔ)的高植被覆蓋區(qū)多指標地質(zhì)災(zāi)害早期識別方法與體系。

(3) 從貢山縣“5·25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間上看，降雨量劇增的時間為5月25日，但地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模暴發(fā)的時間是在5月26日，表明貢山縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生相對降雨而言具有一定的滯后性，這可能與該地區(qū)植被覆蓋率高及合理的植被群落結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。當(dāng)雨水從最頂層的喬木到地面土體需要經(jīng)過多層的樹冠攔截，這在很大程度上滯緩了降雨入滲土體或轉(zhuǎn)化為地表徑流的速度，在一定程度上滯緩了土體含水率的飽和及失穩(wěn)速度，從而導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生相對降雨滯后的特點。

致謝：在本文的完成中得到了云南省怒江州自然資源局、貢山縣自然資源局的大力支持，云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院、甘肅地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計院單位其他技術(shù)人員在此次地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查過程中獲得的一手調(diào)查數(shù)據(jù)支撐了論文的研究，在此一并感謝！