降水對(duì)湖北省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度的影響

黃 麗，李 奇，袁華東

(1.武漢地質(zhì)工程勘察院，湖北 武漢 430051;2.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034)

0 引言

降水與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有著極其密切的關(guān)系，多年來很多專家學(xué)者都在研究降水引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的成因機(jī)制，通過多種方法評(píng)價(jià)和預(yù)測降水成災(zāi)的問題［1］。本文采用1999—2008年湖北省59個(gè)縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃項(xiàng)目查明的8 495個(gè)各類地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合1950—2007年76個(gè)縣市常規(guī)地面觀測站的雨量資料及近50年的年均降雨量、月均降雨量和極端降雨量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)在各降水時(shí)段的發(fā)育程度。

1 年平均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度

根據(jù)湖北省降雨資料，將湖北省按年均降雨量劃分為9個(gè)雨量區(qū):＞1 500 mm、1 400～1 500 mm、1 300～1 400 mm、1 200～1 300 mm、1 100 ～1 200 mm、1 000～1 100 mm、900～1 000 mm、800～900 mm和＜800 mm。

結(jié)合災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育與降雨區(qū)統(tǒng)計(jì)圖，對(duì)各年平均降雨量區(qū)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，生成年均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量關(guān)系直方圖、年均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度關(guān)系直方圖(如圖1、圖2)。

根據(jù)直方圖分析得知，滑坡主要發(fā)育在800～900 mm、1 000～1 100 mm、1 400～1 500 mm 三個(gè)雨量區(qū)內(nèi)，共計(jì)發(fā)育滑坡點(diǎn)數(shù)為2 878處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的58.9%;三個(gè)雨量區(qū)滑坡發(fā)育密度分別為4.45處/100 km2、4.07 處/100 km2以及3.23 處/100 km2。

崩塌主要發(fā)育在1 000～1 100mm、1 300～1 400 mm、1 200～1 300 mm三個(gè)雨量區(qū)內(nèi)，共計(jì)發(fā)育崩塌點(diǎn)數(shù)為605處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的59.1%;三個(gè)雨量區(qū)崩塌發(fā)育密度分別為0.93 處/100 km2、0.75 處/100 km2以及0.85 處/100 km2。

圖1 年均降雨量區(qū)與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量關(guān)系直方圖Fig.1 Histogram of quantitative relationship between average annual rainfall zone and geological disasters points

圖2 年均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度關(guān)系直方圖Fig.2 Histogram of density in average annual rainfall and geological disasters points

泥石流主要發(fā)育在1 000～1 100 mm、1 300～1 400 mm、1 400～1 500 mm三個(gè)雨量區(qū)內(nèi)，共計(jì)發(fā)育泥石流69處，占災(zāi)害總數(shù)的56.6%;三個(gè)雨量區(qū)泥石流發(fā)育密度分別為0.09處/100 km2、0.09處/100 km2及0.1 處/100 km2。

不穩(wěn)定斜坡主要發(fā)育在1 000～1 100 mm、1 300～1 400 mm、1 400～1 500 mm三個(gè)雨量區(qū)內(nèi)，共計(jì)發(fā)育不穩(wěn)定斜坡1 233處，占災(zāi)害總數(shù)的63.6%;三個(gè)雨量區(qū)不穩(wěn)定斜坡發(fā)育密度分別為1.76處/100 km2、1.54處/100 km2、1.66 處/100 km2。

2 月平均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度

從圖3可以看出，2、3、4月以及11、12月地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量均發(fā)育較少，且地質(zhì)災(zāi)害分布無明顯規(guī)律;從5月開始，地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量明顯增多，至7月達(dá)到峰值，從8月開始地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量呈遞減趨勢。

7月份發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量1 845處，占全年地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量的43%，而6、7、8三個(gè)月共計(jì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害3 402處，占全年地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量的79.3%，其中:

滑坡:7月份發(fā)生滑坡1 437處，占全年滑坡數(shù)量的42%，而6、7、8三個(gè)月共計(jì)發(fā)生滑坡2 673處，占全年滑坡數(shù)量的78.1%。

崩塌:7月份發(fā)生崩塌133處，占全年崩塌數(shù)量的45.4%，而6、7、8三個(gè)月共計(jì)發(fā)生崩塌221處，占全年崩塌數(shù)量的75.4%。

泥石流:7月份發(fā)生泥石流25處，占全年泥石流數(shù)量的39.1%，而6、7、8三個(gè)月共計(jì)發(fā)生泥石流53處，占全年泥石流數(shù)量的82.8%。

不穩(wěn)定斜坡:7月份發(fā)生不穩(wěn)定斜坡250處，占全年不穩(wěn)定斜坡數(shù)量的39%，而6、7、8三個(gè)月共計(jì)發(fā)生不穩(wěn)定斜坡455處，占全年數(shù)量的70.1%。

從圖4中可以看出，湖北省崩塌、滑坡、泥石流、不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)與雨季時(shí)間存在明顯正比關(guān)系。湖北省雨季往往是4月下旬—5月上、中旬自南向北先后開始，而地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)也是從5月份開始增多，至降水最為集中的6、7月份達(dá)到峰值;7月后地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生數(shù)量也隨著雨量下降而逐漸減少，12月份枯水期地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量降至全年最低值。

圖3 多年月均降雨量與月發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量關(guān)系直方圖Fig.3 Histogram of quantitative relationship between years ofmonthly rainfall and monthly occurring points on geological disasters

圖4 多年月均降雨量與地質(zhì)災(zāi)害密度關(guān)系直方圖Fig.4 Histogram of density in years ofmonthly rainfall and geological disasters

3 最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

3.1 日最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

從湖北省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量分析，地質(zhì)災(zāi)害集中分布于150～200 mm與200～250 mm兩個(gè)日最大降雨量時(shí)段內(nèi)(見圖5)。其中，該時(shí)段共發(fā)育滑坡3 813處，占滑坡總數(shù)的78%;崩塌864處，占崩塌總數(shù)的84.5%;泥石流84處，占泥石流總數(shù)的68.9%;不穩(wěn)定斜坡1 646處，占總數(shù)的84.9%。

圖5 日最大降雨量區(qū)與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量關(guān)系直方圖Fig.5 Histogram of quantitative relationship between maximum daily rainfall zone and geological disasters

從湖北省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度分析(見圖6)，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度最高區(qū)域在＜100 mm降雨量區(qū)域內(nèi)，滑坡發(fā)育密度達(dá)39.47處/100 km2，泥石流和不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害點(diǎn)密度均為5.64處/100 km2。這與湖北省100mm/d以上的暴雨區(qū)分布較少且地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育于暴雨區(qū)有關(guān)。

在其他降雨區(qū)域內(nèi)，滑坡與不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害在100～150 mm降雨區(qū)發(fā)育密度最大，滑坡達(dá)8.66處/100 km2，不穩(wěn)定斜坡為2.27處/100 km2;其次為150～200 mm降雨區(qū)，密度分別為4.61處/100 km2與1.51處/100 km2。

崩塌地質(zhì)災(zāi)害在250～300mm降雨區(qū)內(nèi)點(diǎn)密度最大，達(dá)0.94處/100 km2;其次為150～200 mm降雨區(qū)，災(zāi)害點(diǎn)密度為0.86處/100 km2;300～350 mm降雨區(qū)密度最小，災(zāi)害點(diǎn)密度0.67處/100 km2。災(zāi)害點(diǎn)密度發(fā)育沒有線性規(guī)律。

泥石流災(zāi)害在250～300 mm區(qū)域內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)密度最大，為0.22處/100 km2，其次為300～350 mm降雨區(qū)，災(zāi)害點(diǎn)密度0.13處/100 km2。

圖6 日最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害密度關(guān)系直方圖Fig.6 Histogram of density in maximum daily rainfall zone and geological disasters

3.2 3日最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

從3日最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量關(guān)系直方圖上可知:150～200 mm、200～250 mm、250～300 mm、300～350 mm，4個(gè)時(shí)段短時(shí)降水對(duì)引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流及不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害影響明顯(見圖7)。

從災(zāi)害發(fā)育數(shù)量上看，上述4個(gè)降水時(shí)段內(nèi)，發(fā)育滑坡4 566處，占其總數(shù)93.4%;崩塌965處，占其總數(shù)94.3%;泥石流102處，占其總數(shù)83.6%;不穩(wěn)定斜坡1 756處，占其總數(shù)90.6%。

圖7 3日最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量關(guān)系直方圖Fig.7 Histogram of quantitative relationship between three－daymaximum rainfall and geological disasters

從災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育密度分析(如圖8)，上述4個(gè)降水時(shí)段內(nèi)，滑坡發(fā)育密度分別為 7.38處/100km2、3.6處/100km2、2.43 處/100km2、1.29 處/100 km2;崩塌發(fā)育密度分別為 0.88 處/100km2、0.86 處/100km2、0.62處/100km2、0.35處/100 km2;泥石流的發(fā)育密度則分別為 0.11 處/100km2、0.08 處/100km2、0.04 處/100km2、0.05處/100 km2;不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育密度分別為 1.64 處/100km2、1.18 處/100km2、0.76 處/100km2、1.06處/100 km2。在4個(gè)降水時(shí)段內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度隨著降雨量的增大有明顯減小的趨勢，說明暴雨對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的觸發(fā)臨界值低于150 mm，由此分析認(rèn)為:湖北省地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度與降雨的關(guān)系不是簡單的線性關(guān)系，這與湖北省地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育于鄂西山區(qū)，而降雨強(qiáng)度有區(qū)域性，由西北向南東遞增有直接關(guān)系，同時(shí)也表明地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生并不是僅僅受降雨的影響，往往是受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及人類活動(dòng)等多因素綜合作用所致。

圖8 3日最大降雨量與地質(zhì)災(zāi)害密度關(guān)系直方圖Fig.8 Histogram of density in three-daymaximum rainfall and geological disasters

4 暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

根據(jù)湖北省具體情況，將平均暴雨日數(shù)分為1～2 d、2～3 d、3～4 d、4 ～5 d以及 ＞5 d，5 個(gè)等級(jí)，將最大暴雨日數(shù)分為2～4 d、4～6 d、6～8 d、8～10 d、10 ～12 d、12～14 d以及 ＞14 d，7個(gè)等級(jí)。

4.1 湖北省平均暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

從圖9可知:平均暴雨日數(shù)3～4 d區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡發(fā)育數(shù)量最多，分別為1 691處、507處和756處，分別占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的34.6%、49.6%、39%。在平均暴雨日數(shù)4～5 d區(qū)域內(nèi)泥石流發(fā)育最多，共41處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的33.6%。

圖9 平均暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量關(guān)系直方圖Fig.9 Histogram of quantitative relationship between average number of days of rainstorm and geological disasters

從災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育密度來看:平均暴雨日數(shù)1～2 d區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)育密度最大，為4.3處/100 km2;崩塌、不穩(wěn)定斜坡均在3～4 d區(qū)域內(nèi)發(fā)育密度最大，密度分別為0.88處/100 km2和1.31處/100 km2;泥石流在4～5 d區(qū)域內(nèi)發(fā)育密度最大，為0.09處/100 km2(見圖10)。

4.2 湖北省最大暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度

從圖11可知:最大暴雨日數(shù)4～6 d區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)育數(shù)量最多，達(dá)1 533處，占災(zāi)害總數(shù)的31.4%;崩塌最多發(fā)育于8～10 d區(qū)域內(nèi)，共計(jì)390處，占崩塌總數(shù)的38.1%;泥石流與不穩(wěn)定斜坡最多發(fā)育在10～12 d區(qū)域內(nèi)，發(fā)育31處與584處，分別占總數(shù)的30.4%及 30.1%。

從災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育密度來看:最大暴雨日數(shù)2～4 d區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)育密度最大，為14.54處/100 km2;崩塌在8～10 d區(qū)域內(nèi)發(fā)育密度最大，為0.72處/100 km2;泥石流在12～14 d區(qū)域內(nèi)發(fā)育密度最大，為0.15處/100 km2;不穩(wěn)定斜坡在6～8 d區(qū)域內(nèi)發(fā)育密度最大，為1.31處/100 km2(如圖12)。

圖10 平均暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害密度關(guān)系直方圖Fig.10 Histogram of density in average number of days of rainstorm and geological disasters

圖11 最大暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量關(guān)系直方圖Fig.11 Histogram of quantitative relationship betweenmaximum number of days of rainstorm and geological disasters

圖12 最大暴雨日數(shù)與地質(zhì)災(zāi)害密度關(guān)系直方圖Fig.12 Histogram of density in maximum number of days of rainstorm and geological disasters

5 結(jié)語

(1)降水是引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的外部主導(dǎo)因素之一，降水時(shí)段的長短、雨量的大小制約著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度。

(2)年均降雨量1 000～1 100 mm時(shí)段各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度最高，發(fā)生數(shù)量1 703處，發(fā)育密度1.71處/100 km2。

(3)6、7、8月平均降水量最大，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度也相應(yīng)最高，共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害3 402處，占全年地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的79.3%;7月是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的高峰期，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害1 845處，占全年地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的43%。

(4)暴雨是滑坡、崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害最直接的引發(fā)因素。單日暴雨量在150～250 mm時(shí)段，崩、滑、流等地質(zhì)災(zāi)害最發(fā)育，共發(fā)生6 407處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的75.4%;3日累計(jì)暴雨量在150～350 mm時(shí)段，崩、滑、流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量最大，達(dá)到7 389處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的87%。表明:突發(fā)性崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度與短時(shí)高強(qiáng)度降水和長時(shí)間過程性降水有著極為密切的關(guān)系［2］。

(5)各類地質(zhì)災(zāi)害與降水的關(guān)系不是簡單的線性關(guān)系，地質(zhì)災(zāi)害是在降水、地層巖性、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動(dòng)等多因素共同作用下發(fā)生的［3］。

［1］劉廣潤.劉廣潤院士文集［M］//劉廣潤.地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工作的重要意義及實(shí)施要點(diǎn).武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2010.

［2］許強(qiáng)，等.滑坡時(shí)間預(yù)測預(yù)報(bào)研究［M］.北京:中國大地出版社，2005.

［3］湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.湖北省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社，1990.