湘西自治州山洪地質災害降雨特征分析

鄭逢春，張丹丹，石燕清，朱國光，劉寶光 (湖南省湘西自治州氣象局，湖南吉首 416000)

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湘西自治州山洪地質災害降雨特征分析

鄭逢春，張丹丹，石燕清，朱國光，劉寶光 (湖南省湘西自治州氣象局，湖南吉首 416000)

利用1981—2010年湘西自治州歷次山洪地質災害的降雨資料，對山洪地質災害發生時的降雨特征進行分析。結果表明，近30年湘西自治州山洪地質災害的空間分布呈現中北部大于南部，5—7月出現山洪地質災害的概率非常大。降雨強度、降雨持續時間和降雨量與山洪地質災害的發生密切相關，小時雨強越大，累計雨量越大，發生山洪地質災害的風險越高。6 h降雨量對地質災害發生概率的指示性更好，可以作為地質災害預測的一個參考指標。

山洪地質災害；暴雨；短時強降水；變化特征

湘西自治州總面積15 486 km2，其中山地山原占81.5%，丘陵占10.3%，平原占4.1%，水域占1.6%，其他面積占2.5%，是湖南省內山洪地質災害易發、多發且危害比較嚴重的地區。每年由于降水而引發的山洪地質災害均造成一定的人員傷亡和財產損失，一定程度上制約著湘西社會經濟的發展。

山洪地質災害形成的因素很多[1-2]，但可歸并為自然因素和人為因素兩大部分。脆弱的地質結構在強降雨的作用下，極易引發山洪地質災害。近年來，許多學者對山洪地質災害的成因、特征、預報預警和防治進行了研究[3-7]，但對于湘西自治州山洪地質災害的研究很少。筆者選取1981—2010年州內有記載的山洪地質災害個例的降雨資料，對山洪地質災害發生時的降雨特征進行分析，為今后開展山洪地質災害的預報預警業務提供參考。

1 資料與方法

選取湘西自治州8縣(市)水利水文及國土部門收集、調查的山洪地質災害個例125次，資料時間跨度為1981—2010年。降雨量資料分別來源于湘西自治州8縣(市)氣象臺站1981—2010年逐日雨量資料。

山洪地質災害發生地統計到縣，即同一天發生在同一縣不同鄉鎮的山洪地質災害個例日均計作為一次個例，不同縣的個例則分別計算。降雨強度則用24、6、3 h和任意1 h 4個級別的雨量來表征。

2 湘西自治州山洪地質災害類型

由于州內巖石以火成巖、沉積巖、復質巖居多，巖石結構較為疏松、含鹽分較多，加上山地坡度大，強降雨過程易引發山洪、泥石流和滑坡。同時，由于近年來州內建設步伐的加快，尤其是山地、礦產開發和高速公路的快速發展，使州內的生態和原始植被遭到一定程度的破壞，增大了引發洪澇、泥石流及滑坡等災害的風險。據統計，州內目前有地質災害隱患點708處，直接威脅著全州8個縣(市)、12萬人口的安全。同時，由于地處山區，境內河流大多彎曲狹窄，泄洪能力較差，暴雨發生后易形成洪水、泥沙混合流，堵塞橋涵、沖毀公路河堤和房屋，淹沒村莊房屋和農作物。加之湘西自治州暴雨多發生在夜晚，是人們警惕性最低的時候，在這種情況下，一旦發生山洪地質災害極易造成人員傷亡和財產損失。

圖1 湘西自治州內山洪及各種類型地質災害出現概率

根據多年資料統計，確定湘西自治州山洪地質災害類型主要有山洪、泥石流、滑坡、崩塌、地裂縫、地面塌陷和變形斜坡類型等，其中山洪在暴雨過程中出現的概率最高，為61.68%，其次是滑坡，在強降雨過程中出現概率為27.11%，地面塌陷占5.61%，崩塌占3.73%，地裂縫、變形斜坡等則占1.87%(圖1)。除了暴雨引發的山洪災害外，地質災害類型多樣性是湘西自治州地質災害主要特點之一，其中滑坡所占比例最大。據統計(圖2)，在已發生的地質災害中滑坡占72.8%，在地質災害隱患點中滑坡占77.4%，滑坡已成為自治州的常態自然災害；其次為崩塌、地面塌陷和變形斜坡；地裂縫和泥石流最少。

圖2 湘西自治州內地質災害類型(a)、地質災害隱患點類型(b)及所占比例

2.1 山洪地質災害時間分布特征湘西自治州由于特殊的地理位置和地形條件，是省內山洪地質災害的多發地區之一。一年中，4—11月州內均有山洪地質災害發生的可能，主要出現時段是5—7月。據統計，1981—2010年全州共發生山洪地質災害125次，其中暴雨引發的山洪地質災害121次。5—7月山洪地質災害的日數為113次，占總數的90.4%。其中7月次數最多，達55次，6月次之，為37次(圖3)。5—7月湘西自治州出現山洪地質災害的概率非常大，此時正值主汛期，頻繁出現的暴雨誘發山洪及山體滑坡、泥石流等次生災害，其中大暴雨是山洪地質災害的主要誘因；其他各月山洪地質災害發生的概率較小，尤其是12月—次年3月州內基本沒有山洪地質災害發生；而8—9月出現的次數也較少，這期間為湘西自治州盛夏時期，強降雨頻率明顯低于5—7月，相對而言發生山洪地質災害的概率也較小，從州國土資源局的統計資料來看，此期間山洪地質災害發生的范圍或強度較小，能達到統計標準的個例也相對較少。

圖3 1981—2010年湘西自治州各月山洪地質災害累計出現次數

2.2 山洪和地質災害空間分布特征湘西自治州山洪地質災害在空間上多數分布在河流兩岸第四系覆蓋層較厚地段、風化作用強烈且巖層傾向與坡向一致或含軟弱夾層的高邊坡部位、區域性斷裂沿線、碳酸鹽巖卡斯特地貌發育區以及礦山和鐵路公路沿線等人類工程活動強烈地區。崩塌、滑坡地質災害在州域大部分地區均有分布，是最常見的地質災害。地面塌陷中的地面(巖溶)塌陷主要分布在吉首市馬頸坳—吉首城區—吉鳳工業園—鳳凰縣三拱橋—阿拉一線碳酸鹽巖分布區，該地面(巖溶)塌陷區呈帶狀，地處鳳凰—吉首—古丈區域性斷裂帶上；地面(采空區)塌陷地質災害主要分布在花垣縣鉛鋅礦區、鳳凰縣鉛鋅礦區、古丈縣爛泥田錳礦區。泥石流、地裂縫、變形斜坡分布在州域大部分地區，明顯受地形地貌、地層巖性及構造控制。

從1981—2010年全州8縣(市)累計山洪地質災害個例統計來看，湘西自治州山洪地質災害無論從隱患點分布密度還是災害發生頻次上，均是中北部大于南部。中北部不僅滑坡、泥石流多發區面積大，數量多，且多發區內的崩塌、滑坡、泥石流密度也大于東南部，尤其是北部的永順縣幾乎每年雨季均有多次滑坡、泥石流災害出現。從1981—2010年山洪地質災害分縣發生的次數(圖4)來看，湘西自治州東北部(永順、古丈)較為嚴重，龍山、保靖、吉首、鳳凰較輕，西部和東南部(花垣、瀘溪)出現次數最少。

圖4 1981—2010年湘西自治州各縣山洪地質災害發生次數分布

3 暴雨及短時強降水與山洪地質災害的關系

3.1 暴雨與山洪地質災害相關分析綜上所述，1981—2010年由暴雨引發的山洪地質災害121次，占全州山洪地質災害的96.8%，可見山洪及其誘發的泥石流、滑坡災害的發生與降雨關系密切。降雨是誘發山洪地質災害的重要因素，但山洪地質災害發生與否除與降雨關系密切外，還與地形、地質及礦產開發、地下水汲取、邊坡開挖等人為因素有關。在此僅從降雨角度研究降雨與山洪地質災害的相關關系。

3.1.1降雨量與山洪地質災害相關分析。降雨量大，多數情況下意味著降雨強度高、激發力強，在一定的下墊面條件下，易產生溪河洪水災害、泥石流災害或激發滑坡災害[8]。在相同的條件下，暴雨歷時越長，則累計雨量越大，產生的徑流量大，山洪災害損失也越嚴重。在溪河洪水、泥石流、滑坡3種山洪災害類型中，溪河洪水災害和泥石流災害相似，在下墊面條件滿足的情況下，只要有足夠大的降雨強度和降雨量，溪河洪水和泥石流災害就可發生，降雨歷時越長，所產生的洪量越大，災害損失越大?；聻暮εc降雨歷時的關系明顯，一般而言，滑坡和降雨并不是同時發生，滑坡一般滯后于降雨。同一類型滑坡中深層滑坡較淺層滑坡滯后時間長。由溪河洪水誘發的滑坡災害會隨著降雨歷時而增長，洪流對坡腳的沖刷，滑坡也會越來越多，甚至可能導致堰塞湖體的出現，進一步加重山洪災害。

研究湘西自治州已發生的山洪地質災害與降雨量的關系表明，絕大多數山洪地質災害都是在強降雨過程中或稍后發生的，滑坡、崩塌與降雨之間存在顯著的因果關系。大部分情況下，一次降雨過程的累計降雨量>60 mm、日降雨量>20 mm時，就能誘發小型滑坡和崩塌；一次降雨過程的累計降雨量>100 mm、日降雨量>80 mm時，能誘發山洪、大型滑坡和崩塌，同時降雨量越大，誘發機率也越高(表1)。但在花垣縣鉛鋅礦區，由于開采強度大、范圍廣，已形成大面積的地裂縫，降雨強度不大時也可能導致地質災害的發生。因此，湘西自治州氣象臺在累計雨量達100、150、200 mm及以上時，通過移動MAS短信平臺編發特別提醒短信，對影響鄉鎮、村(組)、地質災害隱患點開展精細化的服務，提醒特別注意防范山洪地質災害，在2010年發生的多起山體滑坡地質災害中指導影響區內居民成功避險，避免了群死群傷事件的發生。

表1 1981—2010年8縣(市)不同級別地質災害發生時的降雨特征

3.1.2降雨強度與山洪地質災害相關分析。高強度的降雨是引起山洪災害最主要的原因之一。溪河洪水災害的發生主要是局地短歷時強降雨迅速匯聚成地表徑流而引發溪溝水位暴漲所致。泥石流的發生與前期降雨，特別是與1 h短時雨強關系密切[9-12]。根據歷史觀測資料，將前期降雨分為直接前期降雨、間接前期降雨以及短歷時雨強3類，并根據主因素分析法確定了間接前期降雨量和直接前期降雨量作為第1主成分對泥石流形成的貢獻較大(44.326%)，最大1 h雨強作為第2主成分在泥石流形成中的激發作用也不可忽視(36.509%)[13]。具有相當大的降雨量和降雨強度才能發生泥石流，降雨量和雨強越大，形成泥石流的機率越高，規模也越大。山洪、滑坡災害的發生也與降雨強度密切相關。

3.2 地質災害日短時強降雨的特征分析分析1981—2010年湘西自治州66個地質災害個例發現，地質災害并不全部是由強降雨引發的，有4個個例地質災害發生前1個月內(包括地質災害發生當日)均無強降雨發生，可以排除降雨引發地質災害的可能性，而其余的62個個例地質災害發生當日或之前均有強降雨發生?？梢?，地質災害發生日及發生前期強降雨的特征，對及時開展地質災害預警服務有明顯的指示作用。

3.2.1日降雨量與山洪地質災害的關系。在由強降雨引發的62個地質災害個例中(圖5)，有40個個例發生當日出現大雨以上強降雨，且前期也有強降雨發生(15 d內降雨總量超過100 mm)，占總個例數的64%，有19個個例雖然地質災害發生當日沒有出現強降雨，但前期均有強降雨發生(15 d內降雨總量超過100 mm)，占總個例數的31%，有3個個例雖然地質災害發生當日出現強降雨，但前期降雨不明顯(15 d內降雨總量少于100 mm)，占總個例數的5%。

圖5 地質災害日降雨類型分布

降雨誘發滑坡在時間上存在2種情況[14]：一種發生在降雨過程中，特別是在降雨強度最大時，如2003年7月9日永順縣永茂鎮日降雨量達237.7 mm，誘發了1萬m3滑坡；另一種是在降雨后一段時間才發生滑坡，如2007年7月22—26日湘西自治州連降暴雨，南部瀘溪縣過程累計雨量188.1 mm，雨后第2天該縣潭溪鎮朱雀洞村發生特大山體滑坡。3.2.21、6 h降雨量與山洪地質災害的關系。62個地質災害個例中，有30個1 h最大降雨量超過25 mm，占總數的48%;有8個1 h最大降雨量為10～25 mm;1 h最大降雨量極值為110.3 mm。62個地質災害個例中，有35個6 h最大降雨量超過50 mm，占總數的56%;有12個6 h最大降雨量為10～50 mm，占總數的19%;兩者共占總數的75%。因此，6 h降雨量接近或超過50 mm對地質災害發生概率的指示性更好，可以作為地質災害預測的一個參考指標。

湘西自治州1981—2010年山洪、泥石流共計發生63起，88.89%的過程日中3 h最大降雨量≥25 mm，68.25%過程日的6 h最大降雨量≥50 mm，而一般降雨型山洪、泥石流僅占發生總次數的11.1%。短時強降雨型山洪、泥石流災害日之前有持續性降雨的占80%，可見，山洪、泥石流災害的發生不僅與當日的短時強降雨有關，也與前期持續性降雨有關。因此，誘發山洪、泥石流災害發生的降雨條件主要有2個：前期持續性強降雨[15]；當日3 h降雨量≥25 mm、6 h降雨量≥50 mm。湘西自治州出現雨強≥50 mm/h的短時暴雨，也極易引發山洪地質災害。因此，當雨強≥50 mm/h，湘西自治州氣象臺也會通過移動MAS短信平臺編發特別提醒短信，對影響鄉鎮、村(組)、地質災害隱患點開展精細化的服務，提醒公眾避險自救。

根據實地調查地山洪地質災害發生的環境條件，結合湘西自治州國土部門提供的全州山洪地質災害隱患分布情況，得出湘西自治州山洪地質災害易發多發區域分布圖。從圖6可看出，湘西自治州山洪地質災害隱患點主要位于中北部縣(市)，南部瀘溪、鳳凰最少，且大多位于其南部。

圖6 湘西自治州山洪地質災害易發多發區域分布

4 結論

(1)5—7月湘西自治州出現山洪地質災害的概率非常大，此時正值主汛期，頻繁出現的暴雨易誘發山洪地質災害。山洪地質災害空間分布上呈現中北部大于南部。

(2)降雨強度、降雨持續時間和降雨量與山洪地質災害的發生有密切關系。小時雨強越大，累計雨量越大，發生山洪地質災害的風險越高。

(3)6 h降雨量對地質災害發生概率的指示性更好，可以作為地質災害預測的一個參考指標。

(4)地質災害隱患點是動態的，開礦、修路、建房等人為因素對地質結構的破壞，也是誘發地質災害的因素之一。在暴雨前及暴雨結束后要及時進行排查，在地質災害預警預報中要將新的隱患點因素考慮進去。

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Analysis of Rainfall Characteristics of Flash Flood and Geological Disastar in Xiangxi Autonomous Prefecture

ZHENG Feng-chun, ZHANG Dan-dan, SHI Yan-qing et al (Hunan Xiangxi Autonomous Prefecture Meteorological Bureau, Jishou, Hunan 416000)

Based on the rainfall data of flash flood and geological disasters in Xiangxi Autonomous Prefecture from 1981 to 2010, the precipitation characteristics of flash flood and geological disasters were analyzed. The results showed that the distribution of flash floods and geological disasters in the central north was larger than that in the southe, mainly occurred during May-July. Rainfall intensity, rainfall duration and rainfall quantity were closely related to the occurrence of flash folld and geological disasters. 6 hours precipitation can be used as a reference index for the prediction of geological disasters.

Flash food and geological disaster; Rainstorm; Short-time heavy precipitation; Variation characteristics

鄭逢春(1978- )，男，湖南平江人，工程師，從事短期預報、決策氣象服務等工作。

2016-09-12

S 16

A

0517-6611(2016)30-0172-04