青海東部突發性地質災害降雨預警研究

彭 亮，田 浩，杜文學

(1.青海省水文地質及地熱地質重點實驗室，青海 西寧 810008；2.青海省水文地質工程地質環境地質調查院，青海 西寧 810008)

青海東部突發性地質災害具有范圍廣、數量多、群發突發、災情嚴重等特點，占全省地質災害隱患點總數的54.6%.自2014年以來僅西寧市共發生200余起中、大型滑坡和崩塌地質災害，沖毀、損壞民房3500多間，直接經濟損失超過2億元[1]．據統計，80%以上突發性地質災害均發生在汛期(4—10月)，尤其是主汛期(7—9月)．說明突發性地質災害的發生與降雨量關系密切，開展突發性地質災害降雨監測預警研究工作尤為重要．

我國一直在開展區域性地質災害監測預警[2-7]，國內外很多學者采用區域或單點臨界累計雨量、臨界降雨強度等閾值，從降雨過程、降雨量等方面研究了降雨特征與突發性地質災害發生之間的相關性[8-13]．巨玉文等[14]在山西西部研究了黃土地質災害與降雨的關聯性，劉艷輝等[15-17]在四川雅安初步建成了地質災害監測預警試驗區，結合長期降雨資料，初步研究了雅安地區的日、小時最大降雨量特征，模擬研究降雨過程與地質災害的時空預警．

文中以青海東部突發性地質災害為研究對象，對降水量特征值相關概率進行統計分析，初步得到該區域降雨誘發地質災害的規律特點及臨界降雨閾值，為西寧市地質災害氣象監測預警預報提供參考．

1 研究區地質災害概況

研究區為青海省東部，以西寧市為重點研究區，西寧地處青海省東部、湟水中游河谷盆地，氣候類型為高原半干旱大陸性氣候，具有降水量少但集中、蒸發量大等特點．地貌類型為低山丘陵區和河谷平原區兩種．出露的前第四紀地層為新近系泥巖砂巖互層，第四紀地層主要為上更新世風積黃土和全新世沖洪積粉土、卵石及滑坡堆積黃土狀土、含泥巖塊粉質粘土[18]．

西寧市發育地質災害294處(滑坡184處，崩塌40處，泥石流39處，不穩定斜坡31處)，其中59處地質災害共造成36人死亡，直接經濟損失1.1億元．2019年西寧市(含5區2縣)發育重大地質災害隱患點49處，其中滑坡12處、崩塌3處、泥石流12處、不穩定斜坡20處、黃土濕陷1處、地面塌陷1處，全市重大地質災害隱患潛在威脅130 824人生命及114.12億元財產安全(據2019年青海省突發性地質災害隱患點排查報告統計數據)．

2 典型降雨過程及降雨量

2010年7月6日22時20分，湟源縣出現大范圍的強雷陣雨天氣，強降雨中心位于寺寨地區，小時降雨量32.5 mm，湟水河瞬時洪峰流量450 m3·s-1．湟源縣9個鄉鎮10萬戶6萬余人受災，造成13人死亡、2人失蹤、11人受傷，此次災害造成直接經濟損失達2億元[19]．

2013年8月21日8時—22日8時，青海東北部地區大范圍強降雨，其中大通縣橋頭鎮氣象觀測站8月21日18時—22日07時出現特大暴雨，日降水量達144.9 mm，創該站歷史日降水量極大值，同時也創青海省單站日降水量歷史極大值．本次特大暴雨引發山洪、泥石流等災害，造成1人死亡，2714人受災[20-21]．

2016年8月17日18時—18日8時，湟源縣城降水量為61.9 mm，達到了罕見的大暴雨級別．西寧市區3 h降水量值29.2 mm．這次強降雨導致西寧市城區寧張公路等多處路段積水嚴重，車輛通行困難，引發多處地質災害．

2020年8月28日8時—29日8時，全省749個監測站中，25個監測站出現50 mm以上暴雨，95個監測站出現25 mm以上大雨，116個監測站出現10 mm以上中雨．其中降水中心為西寧市湟源縣波航鄉波航村，降水量達89.6 mm；城鎮最大降水為湟源城關鎮，降水量達71.1 mm．西寧市城北區生物園區的降水量達75.2 mm，達到暴雨量級，其中城北生物園區、城北大堡子村、城中區南山、城中區南酉山、北山美麗園氣象監測站的降水量均超過60 mm，致使西寧城區大面積發生內澇．本次降水引發西寧南北山大范圍發生突發性地質災害．

3 降雨與突發性地質災害的關系

3.1 降雨特征與地質災害相關性

收集分析青海東部西寧市近3年(2017—2019年)降水資料發現，2017、2018和2019年全年降雨量分別為485.0、552.0和536.5 mm，均大于多年平均降雨量414.5 mm，說明近年來西寧市受暖濕化影響明顯，極端天氣增加，降雨量均處于高位.特別是2018年以來，連續2年降水量大于500 mm，突發性地質災害隱患點呈增加趨勢．統計累計降水量大于20 mm的月份為4—10月(汛期)，尤其以7—9月(主汛期)降水量偏多，基本與省內降水量規律一致(圖1)．8月為降水集中時間，近3年(2017—2019年)降水量均大于120 mm，2018年達到136.6 mm，占全年降雨量的26%，當月突發性地質災害明顯增加，說明降雨是西寧市地質災害最主要的引發因素．

圖1 2017—2019年逐月累計降雨量統計Fig 1 Statistical graph of monthly accumulatedrainfall in 2017—2019

統計近3年西寧市突發性地質災害點數量對比發現(圖2)，全年每月均有地質災害發生，主要集中在7—9月，8月最集中.2017年8月發生12起，2018年8月發生30起，2019年8月份發生16起，由此說明降雨是地質災害發生的最直接引發因素．另外需要關注的是5月和11月，分別為主汛期前和主汛期后，和當年降水量有一定的相關性，另外也和高海拔地區的凍脹融沉相關，以及日晝溫差大、灌溉澆水也有一定關系．

圖2 2017—2019年月發生地質災害數量統計Fig 2 Statistical graph of the number of geologicaldisasters in 2017—2019

分析對比2017—2020年8月逐日降水量值，2017年8月降水日18 d，2018年8月降水日21 d，2019年8月降水日13 d，2020年8月降水日17 d，這種連續降水極易引發地質災害，一般連續2 d降水量大于50 mm，地質災害發生的概率陡增(圖3)．強降水一般集中分布在8月下旬(20—31日)，例如2020年8月28日8時—29日8時，全省749個測站中，619個測站出現降水，西寧市城北區生物園區的降水量為75.2 mm，達到暴雨量級，西寧城區大面積發生內澇，5區2縣大范圍發生突發性地質災害．據初步統計，此次降水引發突發性地質災害45處，說明日降水量大于60 mm時，降水引發地質災害概率增加，氣象因素致地質災害發生可能性大，基本上達二級(橙色預警)，當降水量大于 80 mm時，降水氣象因素致地質災害發生可能性很大，達到一級(紅色預警)．

圖3 2017—2020年8月降水量分析Fig 3 Analysis diagram of precipitation in Augustin 2017—2020

3.2 突發性地質災害降雨特征

對2018—2019年西寧市區突發性地質災害日降水量值進行分析，發現7至8月地質災害發生與降水呈密切關系，特別是連續降雨條件下，地質災害呈增加趨勢．在單日降水量取最大值，如2018年8月26日降水量13.6 mm，同時發生3起災害點，2020年8月29日降水量42.6 mm，西寧市區地質災害發生約10起．

4 突發性地質災害降雨量預警閾值指標

青海東部地區是全省暴雨強度較大的地區，據西寧氣象站資料，1 h降水量大于16 mm的暴雨有11次；4 h降水量大于50 mm的暴雨4次；百年一遇24 h最大降水量為66 mm，1 h最大降水量32 mm．暴雨多集中在6—9月，降水量占全年總降水量的80%以上．崩滑災害的發生頻次與月平均降水量呈顯著正相關，滑坡發生時間集中于6—9月，在7月最高，8、9月次之，10月較低．將日降雨量劃分為5個等級，不同級別降水量及發生地質災害的概率見表1．降水量每天小于10 mm，突發性地質災害發生少;降水量每天大于50 mm以上，地質災害發生概率急劇上升至50%以上．

表1 降雨強度與地質災害發生概率值Tab 1 Rainfall intensity and probability valueof geological hazard

按照地質災害發生的發展過程、緊急程度、破壞趨勢和可能造成的危害程度，地質災害監測預警級別分為一級、二級、三級、四級，分別對應地質災害發生風險極高、風險高、風險較高和風險一般等不同程度，依次用紅色、橙色、黃色、藍色表示，其中紅色為最高級別預警[22-25]．

根據青海省氣象局發布的氣象預警標準，結合西寧市歷史地質災害發災時降雨量特征值等成果，初步提出西寧市地質災害監測預警降雨量值(表2)．

表2 青海東部地質災害降雨量監測預警等級Tab 2 Prewarning grade of geological hazard monitoringprecipitation in eastern Qinghai

5 結論

統計分析了青海東部地區突發性地質災害及降雨資料，研究了2017—2019年地質災害與降雨過程、降雨強度、降雨時間等的關系，得出以下結論.

1)青海東部為全省地質災害高易發區，尤其以省會西寧市危害最為嚴重，其中突發性地質災害主要發生在汛期(每年4—10月)，特別是近3年降雨量明顯增加，高于多年平均值，突發性地質災害相應增加，說明突發性地質災害與降雨量關系密切．

2)連續降水極易引發突發性地質災害，一般連續2日降水量大于50 mm，地質災害發生的概率陡增．當日降水量大于60 mm時，降水引發地質災害概率增加，氣象因素導致地質災害發生可能性大，基本上達二級(橙色預警)．

3)結合降雨量與突發地質災害特征值等成果，提出了西寧市地質災害降雨量監測預警閾值．