降雨引發的永泰縣滑坡時空特征分析*

謝建芳 何興林 費婷婷

(1.福建省福州市永泰縣氣象局， 福建 福州 350700，2.福建省福州市氣象局，福建 福州350007；3.福建農林大學，福建 福州 350007)

0 引言

永泰縣地處福建中部，福州市西部，以丘陵山地地貌為主，地形起伏較大，臺風、局地暴雨較多，巖石風化嚴重，區域內地質災害隱患多。據調查統計，近30年滑坡隱患點達116處。

近年來，國內有關降雨型滑坡災害的研究取得一定進展。沈軍等[1]采用貝葉斯后驗概率分析法對湖南省古丈縣2016年7月17日群體滑坡的地質環境與降水誘發成因進行研究；胡濤等[2]對貴州省思南縣滑坡臨界雨量進行研究；方喆敏[3]根據有效降水，降雨強度和歷時關系經驗函數，擬合得出上饒市滑坡災害降水閾值；丁少林[4]對福建省臺風降雨型滑坡滲流場規律進行總結及流-固耦合分析；李嘉靖等[5]以福州主要陸域區為對象，基于植被覆蓋度、高程、坡度、坡向、巖性、距斷裂距離和距水系距離共7個影響因子，采用邏輯回歸模型和隨機森林模型進行滑坡易發性評價等。現階段有關滑坡災害的時空分布特征研究取得了不少進展，但是滑坡災害屬地性特征明顯，現有資料有關永泰縣的特征研究偏少，且相關文獻主要是從地質學角度分析，較少從氣象學角度進行，一定程度影響研究效果。同時，現有的研究空間分辨率較大，準確率有待提高。本文主要從氣象學中降雨因子角度，分析降雨與滑坡的相關性關系，既彌補這方面研究的不足，也為后期的永泰縣滑坡災害預警研究提供參考。

1 資料來源

本文使用的數據為永泰縣1992—2021年永泰縣逐日降雨數據。滑坡災害點數據來源于永泰縣自然資源與規劃局提供的《福建省永泰縣2022年地質災害防治方案》。

2 區域概況

永泰縣地理坐標25°39′56″～26°04′21″N，118°07′08″～119°12′30″E,區域內主要是中低山地，海拔高度500～1000m，落差300～500m，部分達1000m以上。地勢大致以大樟溪為界分為西南和東北兩部分。西南部山勢高大雄偉，海拔高度自西向東起伏下降。東部葛嶺、塘前一帶地勢漸緩，而后接入福州平原，東北部山勢較緩，海拔600～800m。永泰縣處大型火山環狀構造的中心部，構造形跡上以北東東向、北西向和南北向為主斷裂。新構造運動較活躍，地震頻繁，溫泉遍布，溝谷深切，地質環境復雜。

永泰縣屬亞熱帶季風氣候，主要受東南季風影響，水汽充沛，年降雨量1526.0mm ，5—8月是每年暴雨洪澇集中期。特殊的氣候環境和地形，導致永泰縣地質災害頻發。

3 降雨的分布特征

3.1 雨量監測站分布情況

永泰縣轄21個鄉鎮，每個鄉鎮均有雨量監測站點，其中同安鎮、紅星鄉、蓋洋鄉、赤錫鄉、東洋鄉、白云鄉、大洋鎮、丹云鄉、盤谷鄉、霞拔鄉等站點海拔高度均在500m以上。

3.2 降雨時間分布特征

統計永泰縣1992—2021年平均月降雨量、月暴雨日數、滑坡次數(圖1)。由圖1可見，5—8月降雨量最為集中，平均累計848.3mm，占年降雨量的52.2%。降雨量最大的是6月，平均為238.2mm。5—8月也是暴雨集中時段，共出現111次暴雨，占年暴雨總次數的74.5%。其中，8月出現暴雨次數最多，共36次。滑坡災害數量集中時段為6—9月，累計次數為81次，占全年總數的 69.8%，滑坡次數最多的月份是7 月，為27次。月降雨量、月暴雨日數、滑坡次數三者集中時段統一，證明滑坡與降雨間存在一定內在關聯。

圖1 1992—2021年平均月降雨量、月暴雨日數、滑坡次數統計

3.3 降雨量空間分布特征

永泰縣處于戴云山脈向東延伸之丘陵地帶，地理概貌為“八山一水一分田”。縣內海拔落差大，海拔最高為西南面的嵩口鎮東湖尖，海拔1638.0m，海拔最低為東南面塘前鄉官烈村，海拔僅10m。受地形影響，高海拔山區年雨量高于低海拔沿溪一帶鄉鎮；受季風影響，東部鄉鎮年雨量高于西部鄉鎮年雨量。年降雨最大值為1745.6mm，出現在丹云鄉，最小值為1390.1mm，出現在東洋鄉。年降雨量大值區主要集中在海拔500m以上的高海拔山區(圖2)。

圖2 1992—2021年永泰縣平均年降雨量空間分布圖

4 滑坡分布特征

4.1 滑坡的時間分布特征

1992—2021 年永泰縣滑坡隱患點116個，隨時間變化不均。1992—2005年滑坡次數變化平穩，2006—2016年滑坡次數總體呈上升趨勢，且出現個別年份突增的現象,如2015年以后，災害數量明顯增大，到 2016年達到最大。滑坡災害極端性特征在近10年越發顯著(圖3)。

圖3 1992—2021年逐年滑坡次數

4.2 滑坡空間分布

1992—2021年，先后出現116處以上中、小型滑坡事件，區域內未出現大型滑坡。滑坡事件最多的鄉鎮是紅星鄉、霞拔鄉、赤錫鄉；滑坡事件最少的鄉鎮是塘前鄉、嵩口鎮、蓋洋鄉。

滑坡事件和年降雨量有一定的關聯，通常滑坡事件多的鄉鎮年降雨量大，如盤谷鄉、紅星鄉、大洋鎮，白云鄉等(圖4)。少部分鄉鎮滑坡事件和年降雨量呈反相關，如東洋鄉、霞拔鄉、洑口鄉等年降雨量少，但是滑坡事卻出現頻繁。說明滑坡事件不僅和降雨量密切相關，但可能也受地形等地質構造因素影響。東洋鄉、霞拔鄉雖年降雨量較小，但平均海拔均在560m以上，又處斷層多的地方，所以滑坡事件多。塘前鄉則由于地勢平緩、海拔低，雖然年降雨量較大，卻未出現滑坡事件。此外，嵩口鎮北部海拔200m左右，南部最高海拔1745m以上，雨量監測站點設在北部，現有年雨量數據代表性較差，加上地勢偏遠，災害監測力度小，因此滑坡事件僅為1個。

圖4 1992—2021年永泰縣平均年雨量和滑坡點空間分布

4.3 滑坡的高度分布特征

滑坡隱患點分布和海拔高度呈正相關關系。通過對1992—2021年滑坡隱患點的高程分布統計可見，滑坡事件主要分布在500m以上的山區，共有75個，占滑坡總災害數的64.7%。其中，600～800m 范圍內的滑坡災害點數量最多，達到 57個，占滑坡總災害數的49.1%。0～200m的災害數量最少，僅有24個，占滑坡總災害數的20.7%(表1)。

表1 各鄉鎮海拔高度和滑坡次數統計

5 降雨和滑坡的關系

滑坡災害受降雨影響來自兩方面，一方面是當日的降雨，另一方面是災害發生前的累計降雨。

5.1 滑坡和當日雨量的關系

表2統計滑坡事件和當日降雨量的分布區間，由表2可見，5.9%的滑坡災害發生當日無降雨，14.7%的滑坡災害發生當日24h內降雨0～10mm，14.7%的滑坡災害發生當日24小時內降雨10～25mm，5.9%的滑坡災害發生當日24小時內降雨25～50mm，58.8%的滑坡災害發生當日24小時內降雨50mm以上。這表明滑坡與當日降雨量關系密切。

表2 滑坡事件和當日雨量分布區間占比

5.2 滑坡和前期累計降雨量的關系

表3分析永泰縣滑坡事件與發生當日及前10天降雨量相關關系。采用Pearson相關系數計算方法解析[6]，規定數組一為滑坡事件的發生，數組二為滑坡事件前1～10天的降雨量(R1～R10)。滑坡事件前1天的降雨量為R1，滑坡事件前2天的累計降雨量為R2，滑坡事件前3天的累計降雨量為R3，依此類推。數組一和數組二的線性相關越強，Pearson相關系數就越接近1(線性遞增)或-1(線性遞減)。一般認為相關系數小于0.3為無相關性，相關系數0.3～0.7為弱相關性，相關系數大于0.7為強相關性。通過分析可見，滑坡事件和不同前期累計降雨量存在相關，相關性先升后降，前3天累計降雨量R3相關系數0.666，與滑坡事件關聯最大。

表3 滑坡事件和前10天降雨量的相關系數

6 結論

本文以永泰縣降雨和滑坡的時空分布規律為基礎，分析研究永泰縣降雨和滑坡的關系，得到以下結論。

①從月平均降雨量、暴雨日數和滑坡災害數量集中時段可以看出，降雨是永泰縣滑坡的關鍵誘因，而暴雨是誘發降雨型滑坡的主要因素。

②年雨量空間分布不均。永泰縣高海拔山區年雨量高于低海拔沿溪一帶鄉鎮，東部鄉鎮年雨量高于西部鄉鎮年雨量。

③滑坡次數隨時間分布不均。1992—2005年滑坡次數變化平穩，2006—2016年滑坡次數總體上升，且近10年個別年份出現突增。

④滑坡事件主要出現在永泰縣中北部、城峰鎮周邊、洑口鄉等地，且大多和年降雨量相關。少數滑坡事件和年降雨量關聯性小，主要受地形等地質構造影響。

⑤滑坡隱患點分布和海拔高度呈正相關。滑坡事件主要分布在500m以上的山區，占滑坡總災害數的64.7%。

⑥滑坡災害受降雨影響來自兩方面，一方面是58.8%的滑坡災害發生當日出現降雨，另一方面來自災害發生前的累計降雨。通過Pearson相關系數計算方法對滑坡和降雨進行解析，滑坡事件發生前3天累計降雨量與滑坡事件關聯最大。