湖北省降雨型滑坡和泥石流災害特征及其影響

鄭治斌，崔新強

（1.湖北省氣象學會，武漢 430074；2.湖北省氣象服務中心，武漢 430205）

滑坡是斜坡的巖體或土體在重力作用下，當促滑應力超過了抗滑能力，整體或分散地沿軟弱面（帶）向下滑動的現(xiàn)象［1-3］。泥石流是指斜坡上或溝谷中的固體碎屑物質因暴雨或大量冰雪消融水滲入達到飽和，在重力作用下而發(fā)生的特殊洪流［4，5］。降雨、下墊面植被狀況、地質條件、工程活動等是引發(fā)滑坡和泥石流的主要因素［3］，其中降雨是誘發(fā)滑坡和泥石流最活躍、最多變的因素［6］。

滑坡和泥石流災害均屬于地質災害［7，8］，而90%以上地質災害都與降雨有直接或間接聯(lián)系，主要是因降雨滲入巖土體后，使巖土體變形，破壞軟弱帶（面），同時也增加了巖土體的重力勢能［7］。楊曉磊等［9］介紹了滑坡和泥石流災害的國內外研究進展及其關鍵防治技術，提出未來的重點研究方向。研究表明，當坡度為30°左右時滑坡和泥石流災害發(fā)生的可能性最大，在東向和東南向的坡地上滑坡和泥石流最易發(fā)生，山區(qū)林地和坡耕地最易發(fā)生滑坡和泥石流［10，11］。劉希林等［12］對比分析了2000 年和2010年中國滑坡和泥石流災害風險分布及其空間變化，認為中國尚不屬于災害高風險地區(qū)，但隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，中國滑坡和泥石流災害風險將繼續(xù)升高，災害風險形勢嚴峻。趙翃婷等［13］對比分析了2000—2010 年廣東省崩塌、滑坡和泥石流災害風險的時空變化，指出顯著提高的經(jīng)濟社會發(fā)展水平提高了災害風險，并改變了災害風險的分布格局，成為風險時空變化的主要驅動因素。

湖北省地處長江中游、洞庭湖以北，境內地貌類型復雜多樣，有山地、丘陵、崗地和平原［14-16］，其西北部為秦嶺山脈東延部分和大巴山脈東段，西南部是云貴高原的東北延伸部分，主要有大婁山和武陵山［17］，山區(qū)縣（市）占全省總縣（市）數(shù)60%以上。由于地形地貌復雜、地層巖性脆弱、降雨較多，致使湖北省滑坡和泥石流災害發(fā)生頻率高、災情重、汛期凸顯、防治難度大［18］，滑坡和泥石流災害占各類地質災害總數(shù)的99%［19］。其中鄂西山區(qū)是湖北省地質災害的多發(fā)區(qū)，它既是由強降雨猛烈沖擊和長時間陰雨滲浸誘發(fā)的降雨型地質災害［20］，也是地質災害的主要類型。劉長憲等［15］對湖北省滑坡、泥石流相關影響因素進行了分析，指出湖北省受地質環(huán)境條件限制，綜合因素導致地質災害災情嚴重，潛在威脅巨大，特別是隨著公路、鐵路、水電站及小城鎮(zhèn)等的建設，人類工程活動日益加劇，導致地質災害頻發(fā)，汛期尤為強烈。張玉等［18］研究發(fā)現(xiàn)，基于工程地圈系統(tǒng)的地質環(huán)境描述主要包括地形地貌、地層巖性、自然災害、工程活動、大氣降雨等組成要素，工程活動對地質災害的影響很大，鄂西山區(qū)以公路切坡和水庫蓄水為主，易發(fā)生以滑坡和泥石流為主的地質災害，約占全省的80.0%以上。毛以偉等［21］分析了湖北省山洪地質災害的時空分布特征，指出暴雨以上強降雨是滑坡和泥石流災害的主要誘因。金琪等［22］分析了三峽庫區(qū)湖北段1980—2010 年不同時間尺度降水的時間和空間分布特征，得出持續(xù)性降雨與暴雨是影響三峽庫區(qū)湖北段滑坡地質災害發(fā)育的敏感因子，三峽庫區(qū)湖北段滑坡發(fā)生區(qū)域性強，秭歸縣發(fā)生的滑坡地質災害頻次最高，且滑坡地質災害多 發(fā)生 于7 月，12 月、1 月 和2 月 最少。王 澤 鋒等［5］對湖北省泥石流災害統(tǒng)計分析，論述了泥石流形成受地形地貌、地層巖性、人類工程活動、大氣降雨等因素的影響程度。本研究在前人研究的基礎上，分析湖北省降雨型滑坡和泥石流災害特點，重點分析其對湖北省城鎮(zhèn)、交通運輸、農業(yè)、生態(tài)和環(huán)境等的影響，旨在對降雨型滑坡和泥石流災害防治提供參考。

1 資料與方法

降雨量等氣象資料來源于湖北省氣象信息與技術保障中心，滑坡和泥石流災情資料來源于湖北省各地國土資源部門和民政部門發(fā)布的信息。利用F檢驗和統(tǒng)計歸納方法分析湖北省降雨型滑坡和泥石流災害特征。

2 湖北省降雨型滑坡和泥石流災害特點

2.1 突發(fā)性

滑坡和泥石流災害暴發(fā)突然，歷時短，沖擊力強，破壞力大，災害過程從發(fā)生到結束一般僅幾分鐘到幾十分鐘［23］，這種突發(fā)性特點導致災情嚴重，且難于準確預報和有效防范［24］。

2.2 季節(jié)性

滑坡和泥石流災害主要受連續(xù)降雨和暴雨，尤其是特大暴雨等集中降雨的激發(fā)［25］。湖北省滑坡和泥石流災害具有明顯的季節(jié)性［26］，一般發(fā)生在多雨的夏季（6—8 月）。

2.3 周期性

湖北省暴雨等強降雨呈準周期性出現(xiàn)［27］，湖北省滑坡和泥石流災害的發(fā)生和發(fā)展也具有一定的周期性，且其活動周期與暴雨等強降雨的活動周期大體一致［26-28］。

2.4 區(qū)域性

湖北省滑坡和泥石流災害呈明顯的區(qū)域性特點，主要發(fā)生在鄂西南山區(qū)，其中長江三峽、清江河谷為重災區(qū)和次重災區(qū)，江漢平原為無災區(qū)［29］。

3 湖北省降雨型滑坡和泥石流災害時空分布特征

3.1 空間分布

湖北省降雨型滑坡和泥石流災害主要分布于鄂西山區(qū)，其次分布于鄂東南低山丘陵區(qū)及鄂東北低山丘陵區(qū)，鄂北崗地丘陵區(qū)較少，中部平原地區(qū)最少，僅分布于中部平原的邊緣地區(qū)［15］。據(jù)統(tǒng)計，鄂西發(fā)生的滑坡和泥石流災害占全省總次數(shù)的98%［29］。山區(qū)遠多于平原，以鄂西山區(qū)發(fā)生次數(shù)最多，規(guī)模最大，一些重大的、有影響的滑坡和泥石流幾乎都發(fā)生在這些山區(qū)。

湖北省滑坡災害主要分布在中山山區(qū)，占滑坡災害總次數(shù)的72.42%，也是巨型滑坡集中的區(qū)域，崗地和平原分布最少［30］。主要是崗地和平原地勢平坦不易發(fā)生滑坡，而山地丘陵區(qū)域沖溝發(fā)育，易受地表水沖刷和地下水侵蝕而誘導滑坡［31］。

湖北省泥石流災害主要分布于中山山區(qū)，占泥石流災害總次數(shù)的62.30%，平原地區(qū)無泥石流災害［30］。受地形地貌控制和影響，一般處于匯水面積較大、溝谷堆積物豐富、坡降較大的地區(qū)易發(fā)生泥石流。

3.2 時間分布

湖北省降雨型滑坡和泥石流災害不同年份發(fā)生次數(shù)與當年暴雨次數(shù)趨于一致［21］。

湖北省降雨型滑坡和泥石流災害次數(shù)月際變化見表1。由表1 可知，湖北省降雨型滑坡和泥石流災害夏秋季最多，冬春季較少。以6—8 月最集中，占全年發(fā)生總次數(shù)的78%；較嚴重的滑坡、泥石流也集中在夏季的6—8 月，占全年總次數(shù)的92%［21，24，32］。

4 湖北省降雨型滑坡和泥石流致災因子

滑坡和泥石流災害是一種嚴重的突發(fā)性地質現(xiàn)象，其發(fā)生發(fā)展與降雨有密切關系，尤其是持續(xù)性降雨或短時強降雨是引發(fā)滑坡和泥石流災害的主導因素［5］。湖北省地勢高差懸殊，除南邊以外的平原邊緣，地勢逐漸升高，依次有海拔50～200 m 的崗地、200～500 m 的丘陵和500～800 m 的低山帶，在低山帶外側的鄂西山區(qū)還有海拔1 000 m 以上的中山和高山帶。鄂西山區(qū)由于海拔較高，坡陡谷深，垂直高度大，坡度一般在25°以上，為滑坡和泥石流等災害發(fā)生提供了重要位勢條件；地層呈現(xiàn)上為堆積層、下為堅硬層的二元地質結構，為滑坡和泥石流等災害發(fā)生提供了動力條件；人類工程活動為滑坡和泥石流等災害發(fā)生提供了外部條件。

4.1 滑坡和泥石流致災共同因子

湖北省各地區(qū)滑坡和泥石流災害與各地區(qū)年降雨量相關性分析結果見表2。由表2 可知，年降雨量與滑坡和泥石流災害發(fā)生次數(shù)呈正相關，相關系數(shù)多在0.3 以上，鄂西南的滑坡和泥石流災害發(fā)生次數(shù)與年降雨量相關性普遍較好，鄂東南的滑坡災害發(fā)生次數(shù)與降雨量相關性較差，與降雨日數(shù)有關［21］。

表2 湖北省各地區(qū)滑坡和泥石流災害年發(fā)生次數(shù)與各地區(qū)年降雨量相關系數(shù)

湖北省滑坡和泥石流災害月次數(shù)與月暴雨天數(shù)、降雨天數(shù)、降雨量的相關系數(shù)見表3。由表3 可知，湖北省滑坡和泥石流災害月發(fā)生次數(shù)與月降雨量相關性很好，相關系數(shù)都在0.75 及以上，月降雨量愈多，災害發(fā)生頻次越高，表明降雨是湖北省滑坡和泥石流災害的主要誘因；月均暴雨天數(shù)與滑坡和泥石流災害相關系數(shù)都在0.9 及以上，表明暴雨以上強降雨對滑坡和泥石流災害誘發(fā)起主要作用；滑坡與降雨天數(shù)的高值月份有一定對應關系，反映了連陰雨是除降雨量外的又一重要誘因，而泥石流災害則與強降水、連陰雨均有密切關系［21］。

表3 湖北省滑坡和泥石流災害月總次數(shù)與月暴雨日數(shù)、降雨日數(shù)、降雨量的相關系數(shù)

4.2 滑坡致災因子

降雨滲入巖土體，產生靜水壓力，增加巖土體荷載，加大下滑力，同時軟化滑帶，大大降低了抗滑力。當下滑力大于抗滑力時，就發(fā)生了滑坡災害［5］。湖北省降雨豐富且強度大，加劇了溝壑的侵蝕和沖刷，致使山體坡腳被切割、斜坡底部失去支撐，破壞表層土體均衡，導致滑坡發(fā)生［33］。

江河湖泊等地表水體的水位變化、地下水活動及強降雨多發(fā)的氣候條件，在滑坡形成過程中起重要的作用，主要表現(xiàn)為水軟化巖土體，降低巖土體強度，產生水壓力；侵蝕巖土體，對透水巖石產生浮拖力等［34］。

降雨的滲透作用是產生滑坡的最主要外因［35-37］。降雨滲透入土體孔隙或巖石裂縫，同時增加地下水位或水壓產生浮托作用，降低了土石的抗剪強度［37，38］而誘發(fā)滑坡。

地表水的沖刷、侵蝕和軟化裂縫充填物，當雨水滲入不透水層上時，濕潤接觸面，減少其摩擦力和黏聚力，促使滑坡發(fā)生［38，39］。地下水量增加導致巖土體含水量增多，地下水位升高使巖土重量增大、浸濕范圍擴大，地下水流速增大促使土體潛蝕作用加快［40］，均可促使滑坡產生。

4.3 泥石流致災因子

降雨是泥石流發(fā)生的必要條件，并起決定性的作用。連續(xù)降雨形成的地表徑流是泥石流發(fā)生的主要激發(fā)因素之一［41］。在具備合適的地形地貌、豐富的固體物質等外部條件時，前期有效降雨和短時強降雨的共同作用會導致泥石流發(fā)生［5］。降雨型泥石流的形成首先是非飽和固體松散物質因含水量增多而達到飽和狀態(tài)，引起其抗剪強度喪失，此階段與前期實際降雨量有關［42，43］。此時沒有足夠的降雨量，就不會發(fā)生泥石流［44］。其次是在前期降雨使固體松散物質達到或接近飽和狀況下，孔隙水壓力加大，進一步引起固體松散物質內部結構破壞、強度降低，致使泥石流起動；如含水量持續(xù)增多，則增大水壓力，減小有效應力［42］，固體松散物質在匯流沖積作用下就發(fā)生泥石流［18］。

5 滑坡和泥石流災害對湖北省經(jīng)濟社會發(fā)展的影響

5.1 對城鎮(zhèn)的危害

城鎮(zhèn)相對其他區(qū)域而言，經(jīng)濟社會發(fā)展較集中，人口和建筑物密集，醫(yī)院、學校、車站、水電、通信工程等公共基礎設施齊全，如發(fā)生滑坡和泥石流災害，人員傷亡大，經(jīng)濟損失重，一次災害造成數(shù)百萬至數(shù)千萬元直接經(jīng)濟損失的災害事件較為普遍［45］?；潞湍嗍鳛暮笔〕擎?zhèn)的危害主要表現(xiàn)在幾個方面。

1）沖毀建筑，危害生命。城鎮(zhèn)建筑一般對于泥石流和大的滑坡的沖擊缺乏足夠的抗御能力，往往造成毀滅性的災害結果［45］。如1991 年8 月，三峽庫區(qū)巴東老縣城在5 d 降雨97.2 mm 后，5 至6 日11 h內再降暴雨182.9 mm，隨后發(fā)生30 萬m3的泥石流，歷時1 h 36 min，有2 km 的街道變成厚1 m 以上的泥石壩，導致死亡3 人，重傷53 人，損壞房屋259 間，房屋倒塌1 394 間，直接經(jīng)濟損失4 968 萬元［7］。

2）淤埋設施和居民。滑坡和泥石流在移動過程中攜帶了大量的泥沙、石塊等固體物質，不僅具有直接的沖擊毀壞作用，還會對途經(jīng)的城鎮(zhèn)建筑等設施形成阻塞、淤埋而造成危害?；潞湍嗍魍Ｖ挂苿雍?，其搬運的大量泥沙、石塊等固體物質沉積下來，也會對城區(qū)的各種設施產生淤埋危害［45］。如1980 年6 月3 日05：35，遠安縣境內的宜昌地區(qū)殷鹽磷礦礦務局因采礦和暴雨等原因發(fā)生山崩、滑坡，體積135 萬m3，埋沒該礦整個工業(yè)工程及民用建筑物，毀壞建筑物1.1 萬m2、40 套機械設備、12 輛汽車，毀耕地5.4 hm2，死亡304 人，直接經(jīng)濟損失516 萬元。

3）阻塞河道，危害城鎮(zhèn)。大規(guī)模的滑坡和泥石流發(fā)生時，經(jīng)常會在河道中形成臨時性的攔河壩而形成堰塞湖，導致下游城鎮(zhèn)面臨潰壩后被淹的威脅［45］。如2003 年7 月13 日，秭歸縣沙鎮(zhèn)溪千將坪村發(fā)生2 400 萬m3山體滑坡，導致青干河堵塞，造成8千多萬元的直接經(jīng)濟損失，是當年湖北省內發(fā)生的最大地質災害［7］。

5.2 對交通運輸?shù)奈：?/h3>

鐵路方面，主要危害表現(xiàn)在淤埋火車站、毀壞鐵路橋梁和隧道，引發(fā)行車中斷等，造成嚴重的經(jīng)濟損失。如1987 年7 月20 日，廣水市北部地區(qū)降特大暴雨，引發(fā)山洪和山體滑坡，京廣鐵路武勝關東站因路塹塌方，鐵路線被掩埋約30 m，鐵路運輸中斷17 h。

公路方面，主要對山區(qū)公路造成危害［45］。如1996 年6 月湖北省暴雨天氣過程頻繁發(fā)生，6 月2日，通城縣因暴雨誘發(fā)滑坡3 300 余處，毀壞民房243 間，損毀渠道1 200 余處、公路和機耕路298 處、公路橋4 座，沙石壓埋農田超過600 hm2，造成直接經(jīng)濟損失4 300 萬元。

航運方面，主要對內河航運造成嚴重威脅［46］，長江和漢江兩岸是災害多發(fā)區(qū)域。長江中上游兩岸多次發(fā)生大規(guī)模的滑坡和泥石流災害，給長江航運造成嚴重影響［46］。如1985 年6 月12 日秭歸縣發(fā)生大規(guī)?；?，土石總方量3 000 萬m3，入長江的土石堵塞江面1/3，將整個新灘古鎮(zhèn)全部掩埋，長江過水斷面縮小1/3，致使長江斷航7 d。

5.3 對農業(yè)的危害

主要表現(xiàn)在淤埋農田和侵蝕耕地。山區(qū)的耕地多數(shù)位于溝谷出口處形成的沖積扇上，而這些區(qū)域往往也是滑坡和泥石流災害多發(fā)的區(qū)域。攜帶大量泥沙、石塊的泥石流可以在瞬間覆蓋已有耕地和良田，形成一片貧瘠景象，使農田無法耕種。如1982年7 月29 日鄂西北出現(xiàn)突發(fā)性特大暴雨，造成山洪暴發(fā)，谷城縣盛坑鎮(zhèn)小溝村發(fā)生泥石流，房屋全毀1 034 間、半毀500 間，農田 全毀224.4 hm2、半毀100 hm2，死亡38 人，損失大牲畜26 頭，直接經(jīng)濟損失837 萬元。

5.4 對生態(tài)和環(huán)境的影響

1）對氣候、水文環(huán)境的影響。滑坡和泥石流災害造成山地環(huán)境退化，破壞森林植被，由此引起一系列其他災害出現(xiàn)［47］。一是由于滑坡和泥石流災害發(fā)生地區(qū)調節(jié)氣候能力降低，導致災害發(fā)生地區(qū)氣溫變化加劇，風力增大，降水減少，產生干旱災害；如遇暴雨，易形成強大雨水徑流，造成洪水災害，且地表水流失過多，大大減少了對地下水的補給，進而影響到枯水季節(jié)對河流的補給，造成河流枯竭。二是由于泥石流災害地區(qū)失去耕地，沙石滿布，地表荒蕪，加速土地退化。三是由于災害發(fā)生地區(qū)森林植被減少，加重了周邊環(huán)境污染［47，48］。

2）對山地環(huán)境的影響?；潞湍嗍鲿ξ镔|進行搬運，從而不斷重塑湖北省山區(qū)地貌環(huán)境。研究表明，一次大型泥石流活動，可使溝谷下切3～5 m，有的可達10 m 以上，數(shù)十萬乃至數(shù)百萬立方米固體物質被沖出山谷，輸送到堆積區(qū)和主河道［49］。泥石流活動進一步發(fā)展，山地不斷蠶食和肢解，溝谷縱橫，滑坡成片，使湖北省昔日森林密布、林木蔥蔥的青山綠水，演變成為童山禿嶺。

3）對河谷環(huán)境的影響。泥石流發(fā)生后，大量的泥沙和石塊會在河谷形成眾多堆積扇，相互連接，成為一片沙石荒灘，淤埋良田和村莊。1 次大型或特大型黏性泥石流，以整體方式搬運固體物質進入河流，一舉形成天然堆石壩，堵塞河道、壅水成湖，隨著水位升高，水流漫頂過壩，往往導致壩體潰決，形成特大潰決洪流，強烈沖蝕河谷，迅猛地改變河床河谷形態(tài)，嚴重地影響湖北省水資源、土地資源開發(fā)利用和環(huán)境保護［48］。

4）對生態(tài)系統(tǒng)的影響。一般而言，對生態(tài)系統(tǒng)有重要影響的是陽光、溫度、降水等氣候要素。不同氣候帶決定生態(tài)系統(tǒng)的分類，在一定的氣候帶（區(qū)）內，地質構造、地形地貌、地下水等地下因子導致生態(tài)系統(tǒng)的不同，它們通過巖土演化過程復雜而又相互聯(lián)系地影響著生態(tài)系統(tǒng)［50，51］?；潞湍嗍鳛暮ζ茐牧藥r石圈滋生的平衡、穩(wěn)定狀態(tài)，必然導致巖石圈所維系的生態(tài)系統(tǒng)的失衡和破壞。生態(tài)系統(tǒng)一旦遭到滑坡和泥石流破壞之后，往往很難恢復，甚至無法恢復。

6 小結

1）湖北省地質災害以滑坡和泥石流災害數(shù)量最多。湖北省降雨型滑坡和泥石流災害呈現(xiàn)突發(fā)性、季節(jié)性、周期性、區(qū)域性等特點。

2）湖北省降雨型滑坡和泥石流災害主要分布于鄂西山區(qū)，占全省總次數(shù)的98%；以夏秋季最多，冬春季較少；集中在6—8月，占全年發(fā)生總次數(shù)的78%。

3）持續(xù)性降雨或短時強降雨是引發(fā)湖北省滑坡和泥石流災害的主導因素。降雨量與滑坡和泥石流災害發(fā)生次數(shù)呈正相關，災害逐年次數(shù)與洪澇年份也呈正相關。

4）滑坡和泥石流災害影響湖北省經(jīng)濟社會發(fā)展，完善監(jiān)測與預報預警、區(qū)劃與評估，進行科學規(guī)劃與災害治理，強化減災管理與生態(tài)保護等，是減輕災害損失的有效手段。