2016年多輪強降雨影響下黃岡市地質災害發育規律淺析

鄒 浩, 陳金國, 吳 恒, 王 超

(1.湖北省地質局 第三地質大隊,湖北 黃岡 438000; 2.中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北 武漢 430000)

2016年多輪強降雨影響下黃岡市地質災害發育規律淺析

鄒 浩1, 陳金國1, 吳 恒2, 王 超1

(1.湖北省地質局 第三地質大隊,湖北 黃岡 438000; 2.中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北 武漢 430000)

黃岡市地處大別山南麓,屬于低山丘陵地區,地質災害點多面廣,發生頻率高,但規模小、分布相對密集。2016年黃岡市梅雨期共遭遇了六輪強降雨天氣,在為期33 d的梅雨期中,31 d有降雨,持續性降雨覆蓋全市,降水量遠超歷史同期。尤其“6·19”以來,受幾輪持續性強降雨影響,黃岡市發生了近400起地質災害。以2016年黃岡市發生的地質災害數量、歷年及2016年降雨量為基礎統計數據,分析地質災害發育分布特征,重點評價滑坡基于地理位置、巖性、坡腳、坡高、前緣高程等因素的發育規律,通過引入簡單相關系數,計算得出2016年黃岡市滑坡數量與降雨量的相關性。通過分析得出的結論,可為今后黃岡市的地質災害防治工作提供地質依據。

多輪強降雨;地質災害;發育規律;黃岡市

中國每年發生的地質災害數量巨大,影響范圍甚廣,崩塌、滑坡、泥石流等均有發育,是全世界遭受地質災害威脅最嚴重的國家之一。滑坡作為發育數量最多的一種地質災害,其發生不僅由所處斜坡的基礎地質條件決定,而且受多種外界因素的誘發影響。在這些誘發因素中,降雨是其中最重要的因素之一[1]。歷史經驗表明:降雨量大,滑坡發育的數量隨之增大,兩者存在一定的線性正比例關系。據《中國典型滑坡》一書所列舉的典型滑坡中,降雨引發的滑坡達到90%以上[2-3]。

黃岡市是湖北省地質災害多發區之一,規模以中小型為主。全市地質災害分布特點以山地丘陵地貌單元為主的中北部、東北部、如紅安縣、麻城市、羅田縣、英山縣最為發育,其次以丘陵崗地地貌單元為主的蘄春縣、武穴市、黃梅縣地質災害較為發育,南部及西南部以崗丘、平原為主的浠水、團風、黃州三縣(區)地質災害發育相對較弱。總體來看,全市地質災害分布集密度和強度自北而南、由東向西呈由強至弱的變化態勢。從圖1災害類型上看,黃岡市地質災害類型主要以滑坡為主,呈規模小,分布范圍廣的特征,其次為泥石流、崩塌等。

目前針對降雨型滑坡的發育規律研究主要有兩種方法:①借助數學統計手段,通過分析降雨量與滑坡發生量的關系,從而總結兩者的相關性規律。②通過分析降雨入滲誘發滑坡的物理過程,基于建立的定量分析模型研究兩者的關系[4]。降雨入滲導致滑坡的發生,實質在于由于地下水位的升高,引起抗剪強度的大幅降低。內在機理為降雨入滲導致基質吸力降低,從而引起抗剪強度的折減[5-6]。主要通過第1種方法分析2016年滑坡發生數量與降雨量的相關性,從而對黃岡市的地質災害,特別是滑坡的發育特點有新的認識。

圖1 黃岡市地質災害類型構成圖Fig.1 Constitution diagram of types of geological disasters in Huanggang

1 2016年地質災害發育特征分析

1.1 梅雨期地質災害概況

2016年黃岡市遭遇多輪強降雨,地質災害頻發,危害巨大。截至2016年12月,黃岡市共發生地質災害413起,直接經濟損失達3 352.6萬元,受威脅人數10 322人,威脅資產約2.42億元。(詳見表1)。尤其“6·19”以來,受幾輪持續性強降雨影響,6月19日—7月15日,黃岡市發生了近400起地質災害,是2015年全市地質災害發生總數的近5倍之多,造成12人死亡、2人失蹤、7人受傷。

表1 2016年黃岡市各縣(市)發生地質災害統計表Table 1 Statistics of geological disaster in Huanggang in 2016

1.2 地質災害發育特征統計分析

(1) 2016年全市主要的災害類型為滑坡,共350起,占災害總數的84.74%;泥石流共37起,占災害總數的8.96%;崩塌25起,占災害總數的6.05%;地面塌陷1起,占災害總數的0.24%(圖2)。

圖2 黃岡市2016年度各縣市地質災害類型統計圖Fig.2 Statistical chart of geological disaster types in Huanggang in 2016

(2) 2016年,黃岡市東北部的英山縣、羅田縣和蘄春縣共發生地質災害207起,占災害總數的50.12%。各縣(市)地質災害發生數量見圖3。

(3) 2016年,黃岡市地質災害多發生在6月份和7月份,共發生地質災害384起,占全年總數的93%(圖4)。

(4) 統計2016年黃岡市350個滑坡點的地理位置,地層巖性、坡高、坡角、前緣高程等地質要素,歸納總結滑坡發育基于各項要素的一般性規律。

① 地理位置。基于ArcGIS,將350個滑坡點進行經緯度坐標轉換,得到2016年黃岡市滑坡點地理位置分布圖(圖5)。由圖5可以發現,2016年黃岡市滑坡分布范圍較廣,各縣市均有滑坡發生,其中紅安縣、團風縣和武穴市北部,蘄春縣東北部,英山縣南部和東北部為滑坡密集發育的地區;黃州區除龍王山一帶以外,麻城市絕大部分地區和黃梅縣,滑坡數量都較少,且麻城市滑坡多發生在縣域邊界附近。

圖3 黃岡市2016年度各縣市地質災害數目統計圖Fig.3 Statistical map of geological disaster number in Huanggang in 2016

圖4 黃岡市2016年度地質災害發生時間統計圖Fig.4 Statistical map of occurrence time of geological disaster in Huanggang in 2016

② 地層巖性。黃岡市位于大別山南麓、長江中游北岸,處于揚子板塊和華北板塊交界處,區內多出露大別山巖群,包括片麻巖,花崗巖,砂巖、灰巖等。根據巖土強度將區內巖層分為硬質巖(主要為花崗巖、角閃巖等)和相對較軟巖(片麻巖等)。其中發育在硬質巖中的滑坡有176起,占總數的38.3%,在軟質巖中的有284起,占總滑坡數量的61.7%。

③ 坡角。根據已統計的滑坡點,坡角通常在20°以上,將坡角分為0°～30°,30°～40°,40°～50°,50°～60°,60°～70°,70°～90°六個區間,統計結果詳見圖6。根據統計的滑坡坡角結果顯示:黃岡市滑坡多集中發育在30°～40°和40°～50°區間內。

④ 坡高。根據已統計的滑坡點,2016年黃岡地區發育較多的滑坡坡高一般<30 m。本文將滑坡依據坡高分為0～10,10～20,20～30,30 m以上共4個區間,各區間的滑坡數量見圖7。由圖7可以看出:在統計的350個滑坡中,多數滑坡的坡高在10～20 m范圍內,其次為0～10m,僅有少數滑坡坡高>20 m,約占滑坡總數量的15%。

圖5 2016年黃岡市滑坡地理位置分布圖Fig.5 Geographical distribution map of landslide in Huanggang in 2016

圖6 坡角與滑坡發育數量關系圖Fig.6 Relation graph of slope angle and landslide development quantity

⑤ 黃岡市東部和北部位于大別山低山丘陵地帶,海拔一般500～800 m;中部為丘陵崗地,海拔100～250 m,南部為狹長的平原湖區,海拔高度在10～30 m。根據統計的滑坡樣本,2016年黃岡市發育有滑坡的地方,海拔最低僅為20 m,最高為960 m。滑坡垂直發育范圍較廣。將滑坡高程劃分為0～100 m,100～200 m,200～300 m,300～400 m,400～500 m,500 m以上共六個區間。各區間滑坡數量見圖8。滑坡發育多分布在100～200 m高程處,其次為0～100 m處。區內高海拔地區發育的滑坡數量明顯較少。

圖7 坡高與滑坡發育數量關系圖Fig.7 Relation graph of slope height and landslide development quantity

圖8 前緣高程與滑坡發育數量關系圖Fig.8 Relation graph of leading edge elevation and landslide development quantity

由前文統計分析的滑坡各項要素特征,2016年黃岡市滑坡發育規律統計如下。

1) 巖性:軟質巖為主,尤其是片麻巖居多;

2) 坡角:30°～40°為主,其次為40°～50°;

3) 坡高:以0～20 m為主,其次20～30 m,30 m以上極少;

4)前緣高程:滑坡前緣高程以100～200 m為主,其次為0～100 m,整體上看,隨高程增加,滑坡數目呈逐漸減少趨勢。

2 滑坡發育規律與降雨影響分析

2.1 黃岡市降雨特征分析

2016年黃岡市地質災害與遭遇的多輪強降雨有密切聯系,根據中國氣象數據網1981—2010年資料及2015年、2016年黃岡地方氣象局資料顯示:黃岡各縣市年平均降雨量約1 200～1 400 mm,梅雨期間(6—7月)平均降雨量在300～400 mm之間(黃岡各縣市年平均降水量如圖9所示)。年平均降雨量呈現明顯的“北少南多”現象,而梅雨期間降雨量則呈現出相反的趨勢,北部的紅安,麻城等地梅雨期間降雨量明顯比南部的武穴、黃梅降雨量稍大。

圖9 黃岡各縣(市)年平均降水量直方圖Fig.9 Histogram of average precipitation in Huanggang

根據多年降水監測數據顯示,黃岡地區日降水量>150 mm的時日均出現在6—7月,年平均頻次0.2次,日降水量100～150 mm的天氣則出現在5—9月,年平均頻次0.88次,日降水量50～100 mm的時日4—11月均有發生。有歷史記載以來,各地區的日極端降雨量均超過了200 mm。

2016年黃岡市梅雨期(6月18日—7月21日)共遭遇了六輪強降雨天氣,在為期33 d的梅雨期中,31 d有降雨,持續性降雨覆蓋全市,降水量遠超歷史同期,達到了579.2～956.4 mm(全市平均降雨量創歷史新高)。其中紅安國家氣象站和麻城國家氣象站出現歷史新高,分別達到了291.7 mm(原極值237.1 mm)和333.6 mm(原極值270.4 mm)。

2.2 降雨與滑坡數量的相關性分析

歷史資料顯示,滑坡災害多發生在5—10月份(尤其是6—7月),滑坡與降雨在季節上保持良好的同步性。例如1991年7月10日暴雨,1998 年7月4日暴雨均導致黃岡市大量滑坡的發生。2016年6月19日、7月1日兩輪特大暴雨誘發當日發生滑坡數量高達上百處,歷史資料足以證明,強降雨是導致滑坡發生的主要外部因素。

對于某一區域內的斜坡而言,由于其內在地質條件是確定的,因而外部因素對坡體穩定性影響更大,降雨是常見的誘發滑坡的外部因素。

從滑坡發生的時間來看,2016年6月19日、7月1日和7月2日是滑坡集中發生的時間段,其中僅7月1日一天發生了127起滑坡,其次是在6月19日發生了68起、在7月2日發生了55起,這三天發生的滑坡數量占2016年黃岡市梅雨期滑坡發生總數量的50%以上。2016年6月19日—2016年7月15日的降雨資料,得到了滑坡數量與當日平均降雨量之間的相關性示意圖(見圖10)。由圖可知:滑坡的發生于降雨量的增大具有很好的相關性。

圖10 當日降雨量與當日發生的滑坡數量關系示意圖Fig.10 Sketch map of the relationship between the amount of rainfall and the number of landslides occurring on the same day

為進一步探討滑坡的發生與降雨量的相關性大小關系,引入相關系數計算公式。

簡單相關系數:

(1)

通過計算統計量t,來進行簡單相關系數r的統計檢驗:

(2)

式中:t服從n-2個自由度的t分布。r≥0.8時,高度相關;0.5≤r<0.8時,中度相關;0.3≤r<0.5時,低度相關;r<0.3時,變量之間的相關程度較低,可視作不相關。

將2016年黃岡市滑坡及降雨資料數據代入式(1)和式(2),計算得到黃岡市當日降雨量與滑坡數量的相關系數(表2)。當日降雨量達到50 mm/d以上時,當日滑坡降雨量與滑坡數量高度相關。

表2 2016年黃岡各縣(市)發生地質災害統計表Table 2 Statistics of geological disaster in Huanggang in 2016

3 結論

根據統計資料,分析了2016年黃岡市降雨與滑坡發育的相關性,主要結論如下:

(1) 2016年梅雨期,黃岡市共遭遇六輪強降雨天氣。梅雨期持續時間長,強度大,降雨頻繁,影響范圍廣,持續強降雨導致地質災害大面積發生具有明顯的雨災同期的季節性分布特征。

(2) 2016年梅雨期,黃岡市地質災害主要以滑坡災害為主,滑坡數量遠超往年,呈體積小,分布范圍廣的特征。從地理位置上看,滑坡多發生蘄春、英山、羅田三縣,總體上呈南北少,中部多的特征。

(3) 結合滑坡各要素(巖性、坡腳、坡高),統計2016年黃岡市滑坡發育特征如下:軟質巖層,尤其是片麻巖表層滑坡發育較多,滑坡坡角多為30°～40°,坡高一般<20 m。

(4) 根據統計分析了2016年黃岡市梅雨期當日降雨量和發生的滑坡數目,發現滑坡和強降雨的出現基本一致,經計算兩者的相關性系數,發現降雨量越大,當日降雨量和當日發生的滑坡之間的相關性越好。日降雨量達到50 mm/d以上時,兩者間的相關系數達到了0.78以上。

(5) 黃岡市地質災害點多面廣,雨災同期,危害程度大小不一。地災防治工作應采取多種手段與措施,最大程度地降低其危害性,如:進一步完善調查評價(汛前排查、汛中巡查、汛后核查)、地質災害氣象預警、應急處置、綜合治理四大體系。

[1] 劉艷輝,唐燦,李鐵鋒,等.地質災害與降雨雨型的關系研究 [J].工程地質學報,2009,17(5):656-661.

[2] 鐘蔭乾.滑坡與降雨關系及其預報[J].中國地質災害與防治學報,1998,9(4):81-86.

[3] 李岳順.降雨對廣西滑坡地質災害的影響研究——以梧州地區為例[D].南寧:廣西大學,2014.

[4] 謝劍明.降雨對滑坡災害的作用規律研究[D].武漢:中國地質大學(武漢),2004.

[5] 張國超,范付松,趙鑫.間歇性降雨對滑坡穩定性的影響[J].安全與環境工程,2011,18(4):1-6.

[6] 艾志雄,牛恩寬,劉波.降雨誘發滑坡分析[J].災害與防治工程,2005,59(2):9-11.

Development of Geological Disasters in Huanggang under the Influence ofHeavy Rainfall in 2016

ZOU Hao1, CHEN Jinguo1, WU Heng2, WANG Chao1

(1.ThirdGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Huanggang,Hubei438000; 2.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd,Wuhan,Hubei430000)

Huanggang is located in the south of Dabie Mountain,which belongs to the hilly region of the lower mountains.The geological disasters are more and more numerous,and the frequency is high,but the scale is small and the distribution is relatively dense.In 2016,the meiyu period of Huanggang encountered six rounds of heavy rainfall.During the 33 days of the plum rain,31 days of rain,continuous rainfall covered the whole city,the precipitation was far from historical.Especially since “6·19” has been affected by several rounds of continuous heavy rainfall,there have been nearly 400 geological disasters in Huanggang.Based on the number of geological disasters in Huanggang in 2016,the statistics of rainfall in 2016 and 2016 were the basic statistics.Firstly,the characteristics of geological disaster development distribution are analyzed.Secondly,the development law of landslide based on geographical location,lithology,slope height,elevation and elevation of leading edge is emphasized.Finally,a simple correlation coefficient is introduced to calculate the correlation between the number of landslide and rainfall in Huanggang area in 2016.The conclusion can provide geological basis for the prevention and control of geological disasters in Huanggang.

multi-round heavy rain; Huanggang; geological disaster; development law

P694

A

1671-1211(2017)06-0764-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.018

2017-08-21;改回日期2017-09-18

鄒浩(1983-),男,工程師,博士,地質工程專業,從事地質災害防治與巖土體穩定性評價工作。E-mail:51198186@163.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1659.006.html數字出版日期2017-10-25 16:59

李雯)