荔浦市斜坡類地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警

張漓黎，何 木，吳 鵬，李隆杰，王 斌

（1.廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院，廣西桂林541002；2.荔浦市自然資源局，廣西荔浦546600）

地質(zhì)災(zāi)害是一種常見的自然災(zāi)害，降雨是地質(zhì)災(zāi)害尤其是斜坡類地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素之一[1]。地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警是基于前期過(guò)程降雨量、預(yù)報(bào)降雨量等氣象因素的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)報(bào)預(yù)警，其理論方法包括隱式統(tǒng)計(jì)預(yù)警、顯式統(tǒng)計(jì)預(yù)警和動(dòng)力預(yù)警等三類[2]。加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警建設(shè)對(duì)于主動(dòng)防治地質(zhì)災(zāi)害具有重要作用。我國(guó)的地質(zhì)災(zāi)害具有較強(qiáng)的隱蔽性、突發(fā)性和破壞性，因此地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警難度大。針對(duì)氣象因素和地質(zhì)環(huán)境的區(qū)域差異特點(diǎn)，我國(guó)不同省市地區(qū)根據(jù)各自特點(diǎn)分別提出了適宜各地區(qū)的預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)[3-6]。

荔浦市位于廣西東北部之桂林市南緣，是廣西地質(zhì)災(zāi)害中高易發(fā)區(qū)。截至2019年6月，荔浦市歷年來(lái)實(shí)際共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害302處，斜坡類地質(zhì)災(zāi)害占比92.38%（其中滑坡138處、崩塌91處、不穩(wěn)定斜坡30處、危巖17處、泥石流3處）。斜坡類地質(zhì)災(zāi)害主要包括滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流。斜坡類地質(zhì)災(zāi)害形成除了地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型等內(nèi)部因素的影響，還受到水、人類活動(dòng)、植被等外部因素的影響。其中水影響因素中的降雨轉(zhuǎn)化成地表水、地下水影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，是最主要的外部誘發(fā)因素。荔浦市95%以上的斜坡類地質(zhì)災(zāi)害是在降雨的誘發(fā)下發(fā)生的。建立健全荔浦市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)對(duì)提高廣大民眾的防災(zāi)抗災(zāi)能力，確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全，減少地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的損失意義重大。由于荔浦市的地質(zhì)環(huán)境模式比較復(fù)雜，因此本文采用顯式統(tǒng)計(jì)預(yù)警方法[7]，研究不同強(qiáng)度降雨誘發(fā)荔浦市地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律，進(jìn)而建立荔浦市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警模型。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

荔浦市地勢(shì)上處于四面環(huán)山，周高中低，中部是起伏的低丘臺(tái)地，一部分是石山峰林，將市境切割成數(shù)塊小盆地。周邊山區(qū)山體標(biāo)高在300～900m間，最高點(diǎn)位于南部新坪鎮(zhèn)境內(nèi)與平樂縣交界的豬頭山，標(biāo)高1300.3m，縣境最低點(diǎn)為荔城鎮(zhèn)荔浦河漫灘，標(biāo)高133m。根據(jù)成因類型可分為構(gòu)造侵蝕地貌、構(gòu)造剝蝕侵蝕地貌、構(gòu)造溶蝕地貌、剝蝕溶蝕地貌和侵蝕堆積地貌。構(gòu)造剝蝕侵蝕—丘陵壟丘谷地、構(gòu)造侵蝕—低山峰脊峽谷地貌分布最廣，分布面積占全市面積的49%；構(gòu)造侵蝕—中低山齒脊峽谷地貌占比最少，為3.1%，分布于調(diào)查區(qū)北東側(cè)及南東部。

荔浦市境內(nèi)出露的地層從老到新計(jì)有寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系及第四系。除二疊系分布極為有限，其余分布較廣，其中泥盆系分布最為廣泛，以蓮花山組（D1l）、信都組(D2x)為最。第四系殘坡積層主要分布于碎屑巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖山區(qū)山體表面及谷地中；殘積層主要分布于純碳酸鹽巖峰林谷地、峰叢谷地區(qū)；沖積、沖洪積層主要分布于修仁至荔浦市城和雙江至馬嶺一帶河流階地。

2 地質(zhì)災(zāi)害與大氣降雨之間關(guān)系

荔浦市荔浦河站多年平均降雨量1469.21mm（后文中所提“平均”或“總量”均為2007～2017年的降雨量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)所得），多集中在3～8月（豐水期），占全年降雨量的72.3%，平均月降雨量6月最多（270.77mm），其次為5月（204.08mm），2月最少（35.11mm）。全市范圍年平均降雨量為1469.2mm，降雨最多年為2015年，降雨量1978.5mm，最少2011年為892mm。受地形的影響，荔浦市境內(nèi)各地降雨量差異較大，降雨量的地域分布有兩個(gè)高值區(qū)和兩個(gè)低值區(qū)，兩個(gè)高值區(qū)分別在縣東南的豬頭山區(qū)（＞1800mm）和架橋嶺東側(cè)（＞1700mm），兩個(gè)低值區(qū)分別在馬嶺鎮(zhèn)附近和青山、杜莫地區(qū)（1200～1300mm）。周圍山區(qū)降雨量多于中央平原丘陵地區(qū)。

荔浦市雨量充沛，年降雨量表現(xiàn)不穩(wěn)定，年際變幅明顯；市內(nèi)一年中降雨量分配不均勻，干濕季明顯，每年9月至次年2月，盛行北風(fēng)，空氣干燥，降雨量少，為干季，6個(gè)月的總平均降雨量為407.4mm，占年均總降雨量的27.7%。3～8月為多雨期，平均降雨量為1061.8mm，占年均總降雨量的72.3%；5月、6月是全年降雨量集中期，多年平均降雨量為518.0mm，占年均降雨量的35.2%，54.6%的暴雨出現(xiàn)在這2個(gè)月里。按日平均降雨量為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，暴雨（50.0～99.9mm）、大暴雨（100～249.9mm）、特大暴雨（250mm及以上）。荔浦市的滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在每年的5～6月份，其它月份甚少發(fā)生，其高發(fā)期與當(dāng)?shù)氐谋┯昶诟叨任呛希▓D1）。

圖1 荔浦市地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與月暴雨次數(shù)之間關(guān)系圖（統(tǒng)計(jì)年份2007～2017年）

3 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警

3.1 誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨量指標(biāo)及降雨量閾值的確定

本文對(duì)群發(fā)性（同一天地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)不少于3處）地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與其發(fā)生當(dāng)日及前十日累計(jì)降雨量運(yùn)用相關(guān)系數(shù)公式，及其統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ凸竭M(jìn)行相關(guān)性分析[9]。分析結(jié)果（表1）表明荔浦市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與當(dāng)日降雨量及災(zāi)害發(fā)生前3日降雨量高度相關(guān)（r＞0.9），之后時(shí)間越長(zhǎng)相關(guān)性越差，說(shuō)明了荔浦市地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前短時(shí)間內(nèi)的降雨量的相關(guān)性較好，而與較長(zhǎng)時(shí)間的降雨量的相關(guān)性不大。選取當(dāng)日降雨量（即預(yù)計(jì)24h降雨量）與前三日累計(jì)降雨量之和（后文稱“三日降雨強(qiáng)度”）作為誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨量指標(biāo)。

表1 荔浦市降雨量與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性分析結(jié)果表

隨著三日降雨強(qiáng)度的增加，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量呈“臺(tái)階式”增多，2處明顯拐點(diǎn)出現(xiàn)在70mm和130mm處。三日降雨強(qiáng)度在小于50mm時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量呈較均勻的增長(zhǎng)趨勢(shì)；三日降雨強(qiáng)度達(dá)到70mm時(shí)，為第1個(gè)拐點(diǎn)，在70～130mm之間，為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的“平臺(tái)期”；當(dāng)三日降雨強(qiáng)度達(dá)到130mm時(shí)，從130～140mm，地災(zāi)數(shù)量突然增加12處，折線呈臺(tái)階式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；三日降雨強(qiáng)度到140mm以上，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量增加緩慢；三日降雨強(qiáng)度達(dá)230mm以上時(shí)，折線呈平臺(tái)狀。三日降雨強(qiáng)度70mm、130mm可作為降雨量閾值，對(duì)應(yīng)3個(gè)降雨量危險(xiǎn)性等級(jí)：低危險(xiǎn)性（＜70mm）、中危險(xiǎn)性（70～130mm）、高危險(xiǎn)性（≥130mm）。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)劃分

荔浦市斜坡類地質(zhì)災(zāi)害以小型為主，中型滑坡、不穩(wěn)定斜坡共4處，占總數(shù)的1.4%。厚度以淺層為主，全部發(fā)生于風(fēng)化殼內(nèi)，組成物質(zhì)為殘坡積含碎石粘性土為主，強(qiáng)風(fēng)化巖石為輔。全市地質(zhì)環(huán)境條件差別較大，各地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、基礎(chǔ)地質(zhì)環(huán)境條件、誘發(fā)因素三大類影響因子劃分為2個(gè)高易發(fā)區(qū)（A1、A2）、11個(gè)中易發(fā)區(qū)（B1-B11）、6個(gè)低易發(fā)區(qū)（C1-C6）及3個(gè)不易發(fā)區(qū)（D1-D3），共4個(gè)等級(jí)，22個(gè)易發(fā)分區(qū)（圖2）。

圖2 荔浦市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)圖

將荔浦市的地質(zhì)災(zāi)害各易發(fā)區(qū)作為基本單元，按各易發(fā)區(qū)信息量值計(jì)算公式[10]：

式中：Ii——不同等級(jí)降雨條件下各區(qū)提供的致災(zāi)信息量值；

Ni——不同等級(jí)降雨條件下易發(fā)區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量；

Si——各分區(qū)面積；

N0——全區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量；

S0——全區(qū)總面積，計(jì)算各地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)的致災(zāi)信息量值。

統(tǒng)計(jì)各易發(fā)區(qū)在不同降雨量臨界值下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的信息量值，按信息量值升序突變值分布特點(diǎn)，把荔浦市的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警劃分為5個(gè)等級(jí)（表2）。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)計(jì)算結(jié)果（表3），將荔浦市按降雨量危險(xiǎn)性等級(jí)與易發(fā)分區(qū)繪制出低危險(xiǎn)性降雨（＜70mm）、中危險(xiǎn)性降雨（70mm～130mm）、高危險(xiǎn)性降雨（≥130mm）地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃圖。

表2 預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 各易發(fā)區(qū)預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)劃分

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）荔浦市5月、6月降雨量超過(guò)全年降雨量的三分之一，暴雨、大暴雨高發(fā)，占全年暴雨次數(shù)的一半以上（54.54%）；地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)期與暴雨期高度吻合。

（2）根據(jù)統(tǒng)計(jì)，荔浦市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生于當(dāng)日降雨量及災(zāi)害發(fā)生前三天累計(jì)降雨量高度相關(guān)，之后時(shí)間越長(zhǎng)相關(guān)性越差，說(shuō)明荔浦市地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前短時(shí)間內(nèi)的降雨量相關(guān)性較好。

（3）根據(jù)三日降雨強(qiáng)度誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的頻次，確定70mm、130mm作為降雨量閾值，把降雨危險(xiǎn)性分為低、中、高危險(xiǎn)性，并把全市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)劃分為5個(gè)等級(jí)。

4.2 建議

由于工作區(qū)面積大，地形地貌變化大，區(qū)內(nèi)立體氣候顯著，降雨量變化較大，由于降雨資料匱乏，僅有一站點(diǎn)日降雨量資料，故使得工作區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)即使發(fā)生在同一時(shí)刻，其降雨強(qiáng)度及降雨過(guò)程也可能存在不一樣，而且由于無(wú)具體至?xí)r段降雨量資料，加上調(diào)查大多災(zāi)害點(diǎn)發(fā)生的時(shí)段時(shí)間也難以確定。建議在高易發(fā)區(qū)加強(qiáng)雨量觀測(cè)，即小時(shí)降雨量的觀測(cè)，以加強(qiáng)過(guò)程降雨量對(duì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的研究。