山東某地區地質災害性降雨閾值分析

摘 要：本文以野外調查、綜合研究等方法，對年、月、日降雨量對地質災害的影響相關性進行分析，以揭示降雨對地質災害的影響。結果表明：研究區地質災害類型主要為降雨型。前15d，當降雨量為250～400mm時是地質災害發生的高頻期。在此基礎上，建立降雨強度-歷時閾值模型并獲得降雨閾值，結合大氣降雨的預測數據，對強降雨天氣的地質災害進行提前預警，以便提前做防范。

關鍵詞：山區；地質災害；降雨閾值

中圖分類號：X 43" " 文獻標志碼：A

降雨型地質災害的降雨閾值分為狹義上的閾值和廣義上的閾值兩種[1]。狹義上的閾值通常是降雨強度-歷時（I-D）閾值，這也是目前應用最廣泛的一種閾值。而廣義上的閾值是研究經驗性降雨閾值模型，主要圍繞降雨量（E）、降雨強度（I）和降雨歷時（D）等指標的其他降雨指標組合的閾值[2]。王婷等[3]采用多級模糊綜合評估模型定量評估了臺風-洪澇-地質災害鏈減災能力。許鵬飛對溫州地區[4]、廖克武等余姚地區[5]，結合區域地形地貌、氣候降雨特點，獲得了相應區域的臺風引發的地質災害類型與特征，并提出了防治對策。有些地區地災災害頻發，對人類工程活動和生產生活影響較大。

本文基于大量的調研數據，采用數理統計的方法，在獲得山東某山區地質災害發育特征的基礎上，結合年、月、日降雨量對地質災害的影響進行研究，以揭示降雨對地質災害的影響。

1 研究區地質災害類型及特征

截至2023年10月，研究區已查明在100處地質災害中，崩塌46處，占災害點總數的46%。滑坡49處，占災害點總數的49%。泥石流5處，占災害點總數的5%。目前在庫風險防范區有30處。

2 結果與分析

2.1 地質災害與年降雨量的關系

統計各災害發生當年的年降雨量，并采用折線圖的形式（圖1），直觀反映地質災害發生與年降雨量間的關系。由圖1可以看出，年平均降雨量在380～3080mm劇烈波動。研究區年降雨量與地質災害點數量相關性較好，地質災害的發生與年降雨量間有較為明顯的相關性，可以發現年降雨量超過20000mm的年份，地質災害發生數量相對較多。根據調查顯示研究區部分地質災害的發生存在一定群發性，還受短期強降雨影響。因此，在統計學意義上研究災害發生與降雨的深層關系是十分必要的。

2.2 地質災害與月降雨量的關系

2013-2023年，研究區月平均降雨量數據和地質災害發生月份統計結果如圖2所示，當研究區月降雨量多時，地質災害發生頻度相應增加，二者具有一定的相關性，5月降雨量多，達到500mm，發生地質災害22個。6月降雨量多，達到540mm，地質災害達到14個。研究區5—6月的降雨量超過全年降雨量的50%，月降水量均超500mm。統計結果發現，超8成的地質災害發生在5—6月。這段時間是研究區降雨多、強度大的時期，期間出現連續多日的強降雨，因此誘發地質災害的概率也隨之增加，發生群發性地質災害數量多。

雖然6月平均降雨量最多，但是災害數量最多的是5月，可見降雨強度雖然對地質災害影響較大，但并不是唯一決定性因素，地質災害的發生可能還受降雨持續時間的影響。降雨持續多日，雖然降雨總量不多，但有效降雨量可能較多，前期降雨對降雨入滲以及地質災害的發生有潛在影響，因此在降雨閾值分析前要計算有效降雨歷時。

2.3 地質災害發生與不同的降雨指標關系

為認識地質災害與日降雨量關系，本文根據調查統計結果分析了1d、3d、6d和11d累積降雨量與地質災害數量的關系，探討地質災害發生與前期降雨量間的關系。

隨著前期降雨量持續時間的增長，累積降雨量越多，地質災害發生概率越大。圖3呈現“雙峰”結構，地質災害與日降雨量關系不明顯，當日降雨量為50～150mm時，地質災害發生頻率較高。而當日降雨量不足50mm時，地質災害也會發生，這表示地質災害的發生可能具有一定滯后性，即當降雨峰值過去后也有發生地質災害的可能。當日降雨量超過200mm，地質災害頻度有增加的趨勢，可能是因為大多數地質災害隱患區日降雨量達到150mm時已經有誘發隱患的風險，但當遇到極端惡劣天氣，日降雨量超200mm時，低易發區域也將發生地質災害。

3 地質災害降雨閾值分析

3.1 前期日累計降雨量-歷時閾值模型

為研究地質災害降雨閾值，建立P-D閾值模型（P為前期日累計降雨量，D為降雨歷時）。對研究區內發生地質災害位置的前期日累計降雨量進行求和，隨后求取其平均值，即P。通過上述方法統計并求出災害發生前12d的日累計降雨量P，繪制圖4，并對圖中11個點進行擬合。擬合的曲線表達式為P=6.1d+112（1≤d≤11），其中擬合曲線的擬合度為0.85，可見該曲線擬合度較好。對曲線F值進行檢驗，檢驗水平P值小于0.01。

圖中的擬合曲線可作為前期日累計降雨量-歷時閾值曲線，可將其看作“50%概率”的閾值曲線，表示可能發生地質災害的某潛在點的前期日累計降雨量隨時間變化曲線趨于上述閾值曲線，即該潛在點約有50%的可能性會發生地質災害。當某位置的的前期日累計降雨量隨時間變化曲線在閾值曲線上方時，表示該位置發生地質災害的概率超過一般概率，前期日累計降雨量隨時間變化曲線離閾值曲線越遠，發生地質災害的概率越大。反之，當某位置的的前期日累計降雨量隨時間變化曲線在閾值曲線下方時，表示該位置發生地質災害的概率低于50%，離閾值曲線越遠，發生概率越低。

已有研究將地質災害劃分為4個預警等級（按照發生的概率），其中級預警與高級預警以“50%概率”的閾值曲線作為分界線。當前期日累計降雨量隨時間變化曲線處于閾值曲線上方時，即為中級預警。當前期日累計降雨量隨時間變化曲線處于閾值曲線下方時，即為高級預警。上述地質災害預警等級的劃分可為其他地區地災預警提供指導。

3.2 降雨強度-歷時閾值模型

根據文獻[1]，關于有效降雨歷時的相關計算，不同降雨歷時降雨量閾值見表1。在所有研究點中，平均降雨強度峰值均小于9mm/h，其中大多數災害點的平均降雨強度都不超過4mm/h，對計算的數據取雙對數進行繪制。如圖5所示，并根據不同概率對結果進行擬合，可以擬合3條線用于劃分預警等級，稱為I-D預警曲線。從圖中可以看出，降雨強度與降雨持時呈現冪函數關系，降雨強度越大，地質災害發生時間越短。降雨強度越小，災害發生時降雨歷時越長。

根據圖5擬合結果，可以看出低概率的地質災害預警域值曲線為I15%=33.7d-0.56，中等概率地質災害預警閾值曲線為I50%=43.1d-0.56，高概率地質災害預警閾值曲線為I85%=54.2d-0.56。用中等概率的地質災害預警曲線對應的降雨量進行預警。

與圖4相同，中等概率的地質災害預警曲線也可參考“50%概率”的閾值曲線，也可作為中等、高等概率的分界線。若某地災潛在點的曲線在閾值曲線上方，則發生概率大于50%，且離得越遠越可能發生。反之，若某地災潛在點的曲線在閾值曲線下方，則發生概率小于50%，且離得越遠發生概率越小。

根據中等概率的地質災害預警域值曲線閾值擬合方程分別計算1h、3h、6h、12h和24h降雨閾值，計算結果見表2，降雨歷時1h、3h、6h、12h和24h降雨強度閾值分別為43.2mm/h、23.4mm/h、15.9mm/h、10.8mm/h和7.4mm/h，對應的降雨量分別為43.2mm、70.3mm、95.7mm、130.1mm和177.0mm。

由地災潛在發生點附近的實時降雨記錄可知，將降雨強度和對應的降雨歷時繪制成曲線。通過對比實時數據繪制的曲線與初始I-D閾值曲線，可對地災進行預報預警，當實時曲線靠近時，便發出警報，必要時須及時轉移疏散影響范圍內的群眾。

4 結論

本文采用野外調查、綜合研究、成果數據庫建設等方法，在獲得研究區山區地質災害發育特征的基礎上，結合年、月、日降雨量對地質災害的影響進行相關關系研究，以揭示降雨對地質災害的影響，并得出以下結論。1）研究區地質災害發生主要為降雨型地質災害，多數地質災害發生在5—6月，5—6月降雨量占全年量的50%，月降水量均超150mm。2）地質災害發生前3d和6d降雨量為250～300mm，前11d降雨量為250～400mm時是地質災害高頻發生段。本文在此基礎上，構建了前期日累計降雨量-歷時閾值模型P=6.1d+112（1≤d≤11）。3）構建了降雨強度-歷時閾值模型，I50%=43.2D-0.56，降雨歷時1h、3h、6h、12h和24h降雨強度閾值分別為43.2mm/h、

23.4mm/h、15.9mm/h、10.8mm/h和7.4mm/h，對應的降雨量域值分別為43.2mm、70.3mm、95.7mm、130.1mm和177.0mm。

參考文獻

[1]李瀟濛.登陸臺風降水誘發地質災害的分析與預報研究[D].成都：成都信息工程大學，2018.

[2]燕曉瑩，閻長虹，郜澤鄭.鎮江地區降雨導致滑坡規律統計分析[J].高校地質學報，2019，25（5）：772-778.

[3]王婷，吳紹洪，高江波，等.區域臺風-洪澇-地質災害鏈減災能力評估[J].災害學，2022，37（4）：193-200.

[4]許鵬飛.“蘇迪羅”臺風引發浙江溫州地質災害類型與特征研究[J].地質災害與環境保護，2017（2）：40-47.

[5]廖克武，丁曉光，潘池泓.臺風\"菲特\"引發的浙江余姚地質災害類型與特征分析[J].中國地質災害與防治學報，2014，25（2）：130-134.