湖北省五峰縣兩次暴雨特征及對地質災害影響的分析

孫朋杰　陳正洪　萬黎明　張榮

摘要：通過對湖北省五峰縣2016、2017年連續(xù)兩年出現(xiàn)的暴雨洪澇災害情況進行對比，結合現(xiàn)場調查，分析了兩次暴雨過程的降雨特征。結果表明，2017年7月15日暴雨過程范圍較為集中，暴雨強度大，五峰國家氣象站過程降雨量為126.6 mm;2016年7月19日降水分布廣，強度大，五峰國家氣象站過程降雨量為189.3 mm。從日降水量分析，2016年7月19日降水量排在歷史第五位，而2017年7月15日降水量在歷史上排位僅為第19位，但2017年7月15日連續(xù)2 h最大降水量的重現(xiàn)期達到130年一遇，在歷史排位中位于第一位，即此次暴雨屬于“坨子雨”，分布極為不均，局地短時降水強度大。分析2次災害發(fā)生前10 d的降水發(fā)現(xiàn)存在持續(xù)有效降雨，2016、2017年累積雨量分別達到97.4、116.4 mm，連日的陰雨會使土壤水分達到飽和或近飽和狀態(tài)，在后期強降水的作用下，發(fā)生泥石流、滑坡、塌陷等災害。

關鍵詞：暴雨;重現(xiàn)期;地質災害;湖北省五峰縣

中圖分類號：P429? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）11-0035-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.11.009? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

The characteristics of two torrential rains in Wufeng county of Hubei province and their impact on geological disasters

SUN Peng-jie1，CHEN Zheng-hong1，WAN Li-ming2，ZHANG Rong3

（1.Hubei Provincial Meteorological Service Center，Wuhan 430070，China;2.China University of Geosciences，Wuhan 430074，China;

3.China Meteorological Administration Meteorological Cadre Training Institute Hubei Branch，Wuhan 430074，China）

Abstract： By comparing the rainstorm and flood disasters in Wufeng county of Hubei province in 2016 and 2017， combined with the field investigation， the characteristics of rainfall during the two rainstorms were analyzed. The results showed that， the rainstorm event in July 15， 2017， rainstorm process was relatively concentrated， and the rainstorm intensity was large， the rainfall in the Wufeng National Weather Station was 126.6 mm. The rainstorm event in July 19， 2016， was mainly distributed and the intensity was large， the rainfall in the Wufeng National Weather Station was 189.3 mm. From the analysis of daily precipitation， the precipitation ranked the fifth in history on July 19， 2016， and the precipitation of Wufeng on July 15， 2017 was only ranked the 19th in history， but on July 15， 2017， the recurrence period of the maximum 2 consecutive hours of precipitation reached 130 years and ranked the first in the historical ranking. That is， Wufeng's rainstorm event in July 15， 2017， belongs to the "Tuzi rain"， which was extremely uneven in distribution， and the short-term rainfall intensity was large. According to investigate the precipitation of 10 days before of the two disasters， the results indicated that there was continuous effective rainfall， and the accumulated rainfall in 2016 and 2017 reached 97.4 mm and 116.4 mm， respectively. The continuous rain caused the soil water to reach saturation or near saturation， and further led to debris flow， landslide， collapse under the effect of heavy precipitation in the later period.

Key words： rainstorm; reprint period; geological hazards; Wufeng county of Hubei province

隨著全球氣候變暖，近年來世界上大多數(shù)地方強降水事件增多[1-3]。中國大部分地區(qū)降雨時間明顯減少但降雨強度增加，干旱和洪澇頻率增加，其中長江中下游夏季暴雨量及強度均明顯增多[4]，湖北省也表現(xiàn)出降水強度增加的趨勢[5]。

五峰土家族自治縣（以下簡稱五峰縣）位于鄂西南邊陲，屬武陵山支脈，系云貴高原東延部分的尾翼地帶，境內年均降水量1 588 mm，梅雨期降雨大，且多為暴雨、大雨。2017年7月14—15日，五峰縣出現(xiàn)了強降雨，導致山洪暴發(fā)并誘發(fā)多處滑坡、泥石流，對當?shù)氐姆课荨⒌缆贰㈦娏屯ㄓ嵉仍O施產生較為嚴重的危害。其中灣潭鎮(zhèn)受災尤為嚴重，在與外界重要通道北風埡隧道口發(fā)生了約10 000 m3塌方，阻斷了通往灣潭方向的315國道和（原）325省道，原省道沿線也發(fā)生了一定規(guī)模的滑坡、泥石流，導致路面坍塌、交通中斷，嚴重威脅人民生命財產安全。同樣地，在2016年7月19—20日也遭遇強降水，導致交通癱瘓，電力、通訊中斷，大量基礎設施被毀、房屋倒塌、農田被淹，對當?shù)厝嗣袢罕姷纳敭a安全造成了嚴重的威脅。本試驗對五峰縣展開災情調查，采用多種資料對本次五峰縣強降雨事件進行綜合分析評估，以揭示暴雨過程的氣候特征和災害影響，提出對策建議，為今后防范類似的強對流天氣以及山洪地質災害提供借鑒和參考。

1? 資料與方法

1.1? ?所用資料

選取2016年7月19日（降水從7月19日0：00開始持續(xù)至20日8：00截止）和2017年7月15日（降水從2017年7月14日14：00開始持續(xù)至15日10：00截止）湖北省五峰縣兩次暴雨事件。所用資料有國家氣象信息中心提供的中國氣候基本要素監(jiān)測資料和實況降水監(jiān)測資料;湖北省82個國家級氣象臺站自建站以來逐日降水量，五峰氣象站建站以來逐時降水量;五峰縣50個區(qū)域自動站2017年6—7月逐時雨量資料;五峰土家族自治縣防汛辦災情報告;政府網站的相關報道及當?shù)叵嚓P人員詢問資料;現(xiàn)場調查資料。

1.2? 統(tǒng)計分析方法

1.2.1? 極值推算分析? 對五峰縣歷年最大日降水量序列、最大1～4 h降水量序列進行歷史排序，并利用極值I型分布函數(shù)（耿貝爾極值推算）對前10位值的重現(xiàn)期進行推算。

1.2.2? 空間對比分析? 對比2017年7月15日和2016年7月19日強降水情況，將全省國家氣象站的觀測值進行空間比較，明確五峰氣象站在此次降水過程中的排位情況。

1.2.3? 降水量等級劃分? 降水量按24、12 h兩個時間段進行劃分。降雨分為微量降雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨7個等級（GB/T 28592-2012），具體劃分標準見表1。

2? 結果與分析

2.1? 2016、2017年兩次暴雨事件特征分析

2.1.1? 過程降水對比? 發(fā)生在五峰縣2017年7月15日暴雨事件是從2017年7月14日14：00開始至15日10：00截止。從五峰國家氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)看，降水最大時段出現(xiàn)在15日0：00～4：00，其中3：00單小時降水達到46.6 mm，過程雨量為126.6 mm（圖1）。

從五峰縣范圍看，此次降水主要集中在全縣中南部（圖2）。50個區(qū)域自動站中，有4個自動站（三眼泉、灣潭、鎖金山、茶園）12 h降水量在140 mm以上，達到特大暴雨級別，故稱此次降水為局地特大暴雨。4個站均位于灣潭鎮(zhèn)，受災嚴重。

從湖北省范圍看，此次暴雨過程范圍較為集中，暴雨強度大。暴雨區(qū)主要集中在宜昌、恩施兩地，中心區(qū)在五峰縣，江漢平原中東部、鄂東的降水相對較弱，降水量呈現(xiàn)明顯的西多東少的特點（圖3）。

五峰縣在2016年7月19日也遭遇強降水，導致交通癱瘓，電力、通訊中斷，大量基礎設施被毀、房屋倒塌、農田被淹，對當?shù)厝嗣袢罕姷纳敭a安全造成了嚴重的威脅。從五峰國家氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)看，降水從7月19日0：00開始，持續(xù)至20日8：00截止（圖4）。持續(xù)時間較長，過程總雨量為189.3 mm，各時次均有降水，降水小時最大值出現(xiàn)在19日9：00，為19.4 mm。

從五峰縣范圍看，此次降水分布廣，強度大（圖5）。灣潭鎮(zhèn)過程累積降水量達到261 mm。

從湖北省全省范圍可以看到，此次降水過程范圍大，暴雨強度大。暴雨區(qū)呈西南-東北走向，主要集中在荊門、隨州等地，另外，鶴峰、建始、五峰等地的降雨量也在150 mm以上（圖6）。

從兩次過程各時次降水對比看，2016年的降水過程持續(xù)時間較長，過程總雨量為189.3 mm，各時次均有降水，降水小時最大值出現(xiàn)在19日9：00，為19.4 mm。而2017年降水非常集中，過程總雨量為126.6 mm，基本集中在15日0：00～4：00時，最大小時降雨出現(xiàn)在7月15日3：00，單小時降雨量為46.6 mm。

2.1.2? 降水強度對比? 根據(jù)五峰國家氣象站1957—2017年近61年逐年最大日降水序列（表2），五峰縣2017年7月15日降水量為126.6 mm，在歷史上排位第19位，2016年7月19日降水量為147.8 mm，排在歷史第五位。

根據(jù)毛以偉等[6，7]相關研究結果（表3），在鄂西南地區(qū)，當24 h降水量大于102 mm時，災害預報等級為R2級（表示發(fā)生山洪地質災害的可能性大），大于150 mm時，災害預報等級為R3級（表示發(fā)生山洪地質災害的可能性很大）。從灣潭鎮(zhèn)自動氣象站24 h降水看，2016年7月19日降水量為220.7 mm，2017年7月15日降水量為168.0 mm，均達到R3等級。說明這兩次過程降水引發(fā)山洪地質災害的可能很大。

就五峰縣2017年7月15日暴雨事件而言，從日降水總量看，過程雨量排在歷史第19位，但是造成了嚴重的損失。分析原因，可能是小時降水較強，即短時降水強度大。采用耿貝爾極值方法推算了五峰國家氣象站在此次降水過程中連續(xù)1～4 h最大降水量的重現(xiàn)期及歷史排位情況（表4）。連續(xù)2 h最大降水量的重現(xiàn)期達到130年，在歷史排位中位于第一位。可以看出此次暴雨屬于“坨子雨”，即分布極為不均，局地短時降水強度大，這是盛夏（梅雨結束后的一段晴熱高溫時節(jié)）常有的降雨特征。

由此可見，2016年五峰縣7月19日暴雨災害事件是由于長時間持續(xù)性降雨引起，而2017年7月15日暴雨災害事件是由于短時強降雨引起。

2.2? 降雨誘發(fā)地質災害

經過現(xiàn)場調查及研究，發(fā)現(xiàn)因短時強降雨誘發(fā)的災害主要有泥石流、滑坡、崩塌及殘坡積物溜滑等幾類。為有效預防各類地質災害發(fā)生，減輕因降雨誘發(fā)災害導致的人民生命財產損失，有必要對其變形破壞機理展開分析。

毛以偉等[6，7]、陳正洪等[8]的研究表明，降雨可以作為滑坡泥石流群發(fā)的最重要外部因子，同時又可作為內部因子，具有誘導和直接觸發(fā)的綜合作用效果。湖北省滑坡泥石流的地理分布與省內降雨量、降雨時間尤其是暴雨、大暴雨頻次的分布是相吻合的， 說明暴雨及連綿陰雨對觸發(fā)重大的滑坡泥石流起重要的作用。

從連綿陰雨作為滑坡泥石流前期初始累加值方面分析，湖北省全年中7月降水量處于全年最高，占全年降水量的17%。這個分布型在鄂西山區(qū)（含鄂西南、鄂西北）更為明顯。統(tǒng)計了近10年（2007—2016年）6月1日至7月20日（此時段作為氣象部門整個梅雨期降水預報時段）同期累積降水量（圖7），可以看到降水量總體呈現(xiàn)東部、西南部多，北部、西北部少的趨勢。就降水量而言，最多的仍是鄂西南的鶴峰縣、建始縣，五峰縣東南部也屬降水較多區(qū)域。

分析這2次災害發(fā)生的前10 d的降水情況可以發(fā)現(xiàn)（表5），該地區(qū)存在持續(xù)有效降雨，2016、2017年累積雨量分別達到97.4、116.4 mm。連日的陰雨會使土壤水分達到飽和或近飽和狀態(tài)，入滲的水分會對土體結構中的氣體產生驅動作用，對固體骨架也會產生動力作用，在后期強降水的作用下，發(fā)生泥石流、滑坡、塌陷等災害。

通過現(xiàn)場調查可以看到，測區(qū)內地表第四系殘積物發(fā)育，地表為厚度幾十厘米至幾米不等的殘積土覆蓋，部分區(qū)域植被稀疏裸露地表。土壤主要為含碎石粉質黏土，褐色至紅褐色，結構松散，表層有小于0.5 m的黑褐色耕植土，整體強度較低。殘積物結構松散，在強降雨作用下飽水后易失穩(wěn)，向臨空面發(fā)生滑移而堆積在緩坡或溝谷。山頂殘坡積物發(fā)育為泥石流提供了充足的物源。在前期降雨作用下，山頂殘坡積物在飽水情況下不穩(wěn)定而向下發(fā)生滑移，在后期強降雨持續(xù)作用下，河谷雨水沖刷堆積的殘坡積物而暴發(fā)泥石流。

3? 結論

1）2017年7月15日暴雨過程范圍較為集中，暴雨強度大，五峰國家氣象站過程降雨量為126.6 mm;2016年7月19日降水分布廣，強度大，五峰國家氣象站過程降雨量為189.3 mm。

2）從日降水量分析，五峰縣2016年7月19日降水量排在歷史第五位，2017年7月15日降水在歷史上排位僅為第19位，但2017年7月15日連續(xù)2 h最大降水量的重現(xiàn)期達到130年一遇，在歷史排位中位于第一位，即2017年7月15日暴雨屬于“坨子雨”，分布極為不均，局地短時降水強度大。

3）分析2次災害發(fā)生的前10 d的降水可知，存在持續(xù)有效降雨，2016、2017年累積雨量分別達到97.4、116.4 mm，連日的陰雨會使土壤水分達到飽和或近飽和狀態(tài)，在后期強降水的作用下，發(fā)生泥石流、滑坡、塌陷等災害。

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