廣西泥石流和滑坡地質災害臨界雨量界定方法

2018-05-16 06:47:26李艷蘭

氣象研究與應用 2018年1期

謝敏，陸甲，李艷蘭，黃卓

（廣西區氣候中心，南寧 530022）

降雨是誘發泥石流和滑坡地質災害的主要因素，合理的界雨量是滑坡和泥石流預報預警的主要依據。關于滑坡泥石流地質災害的臨界雨量，不少國家和地區［1-9］已研究出引發滑坡泥石流的臨界雨量值，為滑坡泥石流預報預警提供了主要依據。然而各地的地質結構和降雨特征不同，誘發地質災害的臨界雨量也有較大的差異，目前難以找到普遍適用的臨界雨量值。廣西是地質災害多發的省區之一，做好滑坡泥石流的預報預警對最大程度減輕人民生命和財產損失具有重要意義。關于廣西地質災害與前期雨量關系的研究，楊軍［10］等人研究了廣西梧州市萬秀區區域降雨型滑坡危險性區劃的降雨臨界值，許英姿［11］等人研究了降雨對廣西碎屑巖地區地質災害的影響，李岳順［12］采用有效雨量模型研究了廣西梧州地區的滑坡地質災害的臨界雨量，黃莉［13］等做了廣西地質災害與氣象因子的風險分析。但這些研究受限于氣象資料的代表性和時間密度，其研究所得出的臨界雨量應用于滑坡泥石流預報預警業務的可操作性仍有限。對此，本文基于廣西加密自動氣象觀測站的逐小時雨量和278個泥石流滑坡地質災害個例資料，利用統計方法確定誘發廣西泥石流滑坡地質災害的臨界雨量，并使用最新災害資料進行相關的檢驗和訂正，嘗試為廣西泥石流滑坡地質災害的預報預警提供主要依據。

1 資料和方法

1.1 泥石流

（1）收集泥石流個例資料和降雨資料。收集到133次泥石流災害發生時間和地點，以及2017年汛期發生的7次泥石流，根據泥石流災害發生時間和地點，選取距離最近的雨量站作為代表站，提取泥石流災害發生前的逐時降雨資料。

（2）針對歷次泥石流災害進行臨界雨量組合確定，最終以災害發生前期1h最大雨強和24h最大雨強做為指標。

（3）繪制臨界雨量基準值確定圖。分別以1h最大雨強（H1）為縱坐標、以24h雨強（H24）作為前期有效雨量為橫坐標投射到坐標軸上，得到泥石流臨界雨量基準值確定圖。

（4）檢驗和修訂。根據2017年汛期發生的2次泥石流災害，對上述第（3）點廣西泥石流致災臨界雨量基準線進行驗證和修訂。

1.2 滑坡

（1）資料收集。收集到百色市132個有明確時間和地點記錄的降雨誘發的單體或區域性滑坡記錄，以及2017年6次有明確時間和地點記錄滑坡事件；取距滑坡最近的自動氣象站的逐小時雨量。

（2）根據文獻《誘發區域性滑坡的降雨閾值》［14］的方法確定降雨持續時間D和雨強I。確定歷時D時，需要確定起止時刻，滑坡發生的時刻為截止時刻。在只知道滑坡發生日期的條件下，近似用當日最后一次降雨結束時刻為其截止時刻。確定某一時刻T，若T之前的歷次降雨過程的有效降水量之和小于T時刻至D結束時刻之間的歷次降雨過程有效降雨量之和的10%，則以T時刻作為D的開始時刻。有效降雨量，有效雨量表達式為：

Ra表示有效雨量；Rb表示災害發生當日及前期的降雨量（災害發生當日b＝0，災害發生前n天，b＝n）；K為遞減系數，據張書余的研究，廣西的經驗系數為0.7；

n對于不同的泥石流溝、不同的滑坡都不同，K和n都需要通過統計確定。

（3）將滑坡事件所對應的平均雨強和歷時標注在I-D雙對數坐標平面內。

（4）假定I-D閾值滿足冪指數函數，找出雨強I和降雨歷時D的關系式。

（5）以2017年的滑坡個例進行檢驗與修訂。

2 結果分析

2.1 泥石流

按上述資料和方法處理后，得到激發泥石流和不激發泥石流的臨界雨量基準線（圖1）：

圖1 泥石流臨界雨量基準值

當 H24＜152mm時，該線表達式為 H1＝-0.2872H24＋83.55；

當 H24≥152mm時，該線的表達式為 H1＝39.9mm。該線為泥石流發生的危險基

準線，分界線右上側為發生泥石流的危險區域，左下側為安全區。

2017年汛期，廣西陽朔縣和靈川縣出現的泥石流災害，其發生前24h雨強大于152mm，1h雨強大于39.9mm（表1），達到泥石流危險警戒區，與實際情況相符，說明修訂后的臨界雨量基準線是合理的，基本滿足廣西泥石流短期預報的要求。

表1 2017年廣西泥石流致災臨界雨量檢驗

2.2 滑坡

利用廣西百色市滑坡個例及其對應的雨量資料按上述1.2方法處理后，得到誘發滑坡的I-D閾值曲線（圖2）。線條上側區域為發生滑坡的危險區域，下方區域為安全區域。假定I-D閾值滿足冪指數函數，根據滑坡事件的下限確定冪指數函數的a和b參數，得到百色市降雨閾值曲線I＝11.31D-0.7，適用范圍為降雨歷時1～188小時。該閾值高于Guzzetti等得到的全球降雨閾值I＝2.20D-0.44，同時高于桂西北區域降雨閾值I＝5.05D-0.57，符合區域閾值高于全球閾值的規律。