1 引 言

 

  我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一, 地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生一方面取決于斜坡的基礎(chǔ)地質(zhì)條件,另一方面又受到多種外界因素的誘發(fā)影響。在這些誘發(fā)因素中, 降雨尤其是強(qiáng)降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的最重要因素之一。國內(nèi)外很多學(xué)者從暴雨的頻次、周期變化、降雨歷時、降雨量等多方面研究了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨之間的相關(guān)關(guān)系, 特別是通過降雨量大小與降雨歷時與地質(zhì)災(zāi)害之間的統(tǒng)計(jì)分析, 采用臨界累計(jì)雨量(24h, 1d, 3d, 7d, 15d累計(jì)雨量等)、臨界降雨強(qiáng)度(一般為小時雨量)等閾值, 多個國家和地區(qū)開展了地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域預(yù)警研究與服務(wù)工作, 自2003年起中國大陸啟動了國家級地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作, 為提高全社會的防災(zāi)減災(zāi)意識,有效減輕地質(zhì)災(zāi)害造成損失做出了積極貢獻(xiàn)。

 

  在地質(zhì)災(zāi)害與降雨關(guān)系的研究探索中, 逐漸發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生不僅與降雨歷時、降雨量有關(guān), 同時還與降雨雨型有密切的聯(lián)系, 不同雨型的降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)制具有明顯的差異性。鐘蔭乾認(rèn)為:降雨型滑坡集中分布于久雨暴雨區(qū), 林孝松等研究認(rèn)為:相同地質(zhì)條件下, 暴雨型滑坡與久雨型滑坡的觸發(fā)降雨量存在明顯的差別。

 

  由于地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作是基于氣象預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)進(jìn)行的, 需要從地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域預(yù)報(bào)的角度,深入研究降雨類型與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系, 從而改進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)模型, 提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

 

  本文即通過中國大陸開展的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作中收集的降雨實(shí)況與地質(zhì)災(zāi)害反饋資料, 從地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)的角度, 將誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨雨型分為3種類型:臺風(fēng)降雨、持續(xù)強(qiáng)降雨和局地暴雨, 分析總結(jié)了不同降雨雨型誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)和規(guī)律, 對于地質(zhì)災(zāi)害降雨誘發(fā)機(jī)制與預(yù)警預(yù)報(bào)模型的改進(jìn)完善具有重要意義。

 

  2 不同雨型降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害特征

 

  由于局地暴雨型的降雨和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)分散且難以收集, 本節(jié)以2005年汛期(5 ～ 9月)降雨和地質(zhì)災(zāi)害為例, 研究臺風(fēng)降雨型與持續(xù)強(qiáng)降雨型降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的情況。2005年汛期我國降雨量較常年偏多, 共有7次臺風(fēng)降雨過程和5次持續(xù)強(qiáng)降雨過程, 在我國多個省份誘發(fā)了嚴(yán)重的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。臺風(fēng)降雨往往具有降雨中心雨強(qiáng)大、降雨時間相對較短、影響范圍相對較小的特點(diǎn), 因此其誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的范圍相對集中, 主要沿臺風(fēng)登陸路徑集中分布;持續(xù)強(qiáng)降雨過程具有降雨中心強(qiáng)度相對小、降雨時間持續(xù)較長、影響范圍廣的特點(diǎn), 其誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的范圍較廣, 影響省份多。

 

  3 地質(zhì)災(zāi)害與不同雨型降雨關(guān)系研究

 

  根據(jù)氣象站點(diǎn)降雨實(shí)況資料和地質(zhì)災(zāi)害實(shí)際發(fā)生情況, 分析誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨雨量大小與空間分布情況, 將誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降雨雨型分為3 種類型:臺風(fēng)降雨型、持續(xù)強(qiáng)降雨型和局地暴雨型。以下分別分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間空間分布與不同雨型降雨的相關(guān)關(guān)系, 總結(jié)了不同降雨雨型誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)和規(guī)律。

 

  3.1 臺風(fēng)降雨型降雨與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系

 

  臺風(fēng)降雨型降雨具有如下特點(diǎn):降雨過程持續(xù)時間不長, 一般為2 ～ 3d, 而降雨強(qiáng)度較大, 最大日降雨量一般達(dá)100mm以上。以影響福建省的兩次臺風(fēng)過程“海棠” (影響時間為7月18 ～ 22日)、“泰利”(影響時間為8月31日～ 9月2日)為例, 研究臺風(fēng)降雨型降雨與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之間的關(guān)系。7月18日下午14 點(diǎn), 臺風(fēng)“海棠”在臺灣宜蘭登陸, 19日下午17點(diǎn), 在福建省連江黃岐再次登陸;9 月1日6時, 臺風(fēng)“泰利”在臺灣花蓮登陸, 當(dāng)日14時30分在福建省莆田市再次登陸。福鼎、寧德、福州3個雨量站清晰地顯示了“海棠”和“泰利”臺風(fēng)期間的強(qiáng)降雨過程(圖1), 在“海棠”臺風(fēng)期間, 日雨量顯示, 福鼎站有4 日超過50mm, 最小為63.4mm(7.18), 最大為217.1mm(7.20);寧德站有3日超過50mm, 最小為100.1mm(7.18), 最大為153.3mm(7.22);福州站有2日超過50mm, 最小為12.3.1mm(7.19), 最大為140.7(7.22)。在“泰利”臺風(fēng)登陸期間, 3 個雨量站均僅9 月2 日雨量超過50mm, 福鼎站雨量達(dá)236.8mm;寧德站雨量達(dá)148.2mm;福州站雨量達(dá)168.1mm。

 

  據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 受臺風(fēng)“海棠”帶來的強(qiáng)降雨影響, 福建、浙江兩省境內(nèi)共造成107處崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害, 其中崩塌38處, 滑坡69處, 造成2人死亡, 1人受傷, 直接經(jīng)濟(jì)損失1025.51萬元, 地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生在臺風(fēng)在福建境內(nèi)帶來強(qiáng)降雨的時段和范圍內(nèi)(圖2a)。災(zāi)害規(guī)模較小, 一般為幾方到幾十方, 少數(shù)達(dá)幾百方, 極少數(shù)可超過千方;受臺風(fēng)“泰利”帶來的強(qiáng)降雨影響, 在浙江、福建、江西、湖北等省份誘發(fā)了97處滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害, 同樣具有災(zāi)害點(diǎn)多、規(guī)模小的特點(diǎn), 同時地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間與集中強(qiáng)降雨時間一致, 空間分布上沿臺風(fēng)登陸后運(yùn)移路徑一致。

 

  其誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)可歸納為:多為群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害, 災(zāi)害規(guī)模較小, 一般為表層或淺層滑坡、崩塌。時間與空間分布上來看, 屬“即雨即滑”型, 即地質(zhì)災(zāi)害與降雨在時間上具有較好的對應(yīng)關(guān)系, 地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生滯后時間短, 基本隨著降雨過程的發(fā)生而瞬時發(fā)生;地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)與臺風(fēng)運(yùn)移軌跡也基本一致。這類雨型誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要分布我國的東南沿海, 臺風(fēng)頻繁登陸的地區(qū), 以福建、浙江兩省最為典型。

 

  3.2 持續(xù)強(qiáng)降雨型降雨與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

 

  持續(xù)強(qiáng)降雨型降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害最常見的一種雨型, 具有如下特點(diǎn):降雨持續(xù)時間較長, 一般達(dá)10d以上, 降雨強(qiáng)度不是很大, 一般日雨量為10 ～50mm左右。以2005年5月2 ～ 28日福建省降雨為例分析持續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律。以福建永安雨量站臨近的6個縣市(永安市、大田縣、三元市、明溪縣、清流縣、漳平)的191 處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行分析(圖3), 其中柱狀圖為日降雨量的實(shí)況值, 折線為當(dāng)日地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生個數(shù)。

 

  由圖3可見, 從5月2 ～ 28日的日降雨量柱狀圖可見, 降雨基本連續(xù)發(fā)生, 日雨量超過10mm的有15d之多, 然而降雨強(qiáng)度并不大, 最大雨量為76.3mm, 日雨量超過50mm的僅3d。在整個連續(xù)降雨過程中, 包含一個3d的較強(qiáng)降雨(5月14 ～ 16日的每日雨量均超過70mm, 3d累積雨量為222.9mm)。筆者將整個降雨過程分為3個階段:(1)5月2 ～ 12日:每日雨量均小于50mm, 11d中超過10mm雨量有5日;(2)5月14 ～ 16日:降雨強(qiáng)度大, 3d累積雨量超過200mm;(3)5 月20 ～ 28 日:最大降雨為51mm(5月21日), 9d中超過10mm雨量的有7d。

 

  對應(yīng)于上述降雨過程的3 段劃分, 其誘發(fā)災(zāi)害情況如下:(1)5月2 ～ 12日降雨段, 災(zāi)害發(fā)生情況,5月9日有6處, 5月12日有35處, 5月13日有21處。此過程中最大雨量5月4日降雨量39.8mm, 無災(zāi)害發(fā)生。而5月12 ～ 13日為地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)時段,滯后于連續(xù)降雨過程。(2)5月14 ～ 16日, 日降雨量均較大且數(shù)值接近, 而發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的個數(shù)屬5月15日最多, 5月14日次之, 5月16日最少。(3)5月20 ～ 28日, 5月23、24兩日災(zāi)害最多, 均為6處,而5月21日雨量最大(51mm), 災(zāi)害個數(shù)卻不多。

 

  由以上分析可見, 持續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律:(1)在強(qiáng)降雨過程中(如日雨量大于70mm),地質(zhì)災(zāi)害具有瞬時發(fā)災(zāi)的特點(diǎn);(2)在降雨強(qiáng)度不大的連續(xù)降雨過程中, 地質(zhì)災(zāi)害具有一定的滯后效應(yīng), 即此時降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害需要一定的雨量積累,地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生需要一定的孕育過程;(3)在地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模發(fā)生后, 即使在連續(xù)降雨的條件下, 再誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害仍然需要一定的孕育過程。

 

  目前常用的預(yù)警預(yù)報(bào)模型多是采用臨界累計(jì)雨量作為預(yù)警閾值, 常用累積降雨量Rp的計(jì)算式為:Rp =Σni=1αiRi考慮到持續(xù)型降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的滯后性, 隨著計(jì)算雨量日期的前推, 系數(shù)αi應(yīng)逐漸減小。

 

  同時, 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)過程中, 不僅要考慮到前期降雨情況, 也應(yīng)該考慮到當(dāng)日或前幾日地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生情況。因此, 可以將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)模型抽象為式(1):

 

  T=G+R-L>T0 (1)

 

  其中, T為某斜坡系統(tǒng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害指數(shù);G為地質(zhì)背景環(huán)境條件貢獻(xiàn)的指數(shù);R為降雨貢獻(xiàn)的指數(shù):R=Rn +Rp;Rn為當(dāng)日降雨;Rp為前期降雨;L為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生損耗的指數(shù);T0 為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生所需的臨界指數(shù)。

 

  即, T=G+Rn +Rp -L>T0 (2)

 

  圖3中的降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律可用式(2)解釋如下:(1)瞬時發(fā)災(zāi), 此時降雨強(qiáng)度大, 即Rn較大, 如暴雨;(2)連續(xù)降雨時, 當(dāng)日雨量Rn不是很大, 但前期降雨Rp很大, 滯后效應(yīng)即需要Rp的累積;(3)地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模發(fā)生后, L很大, 損耗了大量的指數(shù)值, 因此需要更多的強(qiáng)降雨方能誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害。

 

  由此可見, 地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅與地質(zhì)環(huán)境背景條件、降雨量的大小(當(dāng)日雨量、前期雨量)有關(guān),還與前期地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生情況有關(guān)。目前, 現(xiàn)有的研究中一般僅考慮了地質(zhì)環(huán)境條件G或降雨量R,卻很少考慮前期地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響L。

 

  3.3 局地暴雨型降雨與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

 

  我國局地暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的情況也比較多,

 

  其降雨具有如下特點(diǎn):降雨持續(xù)時間短, 一般為1d,甚至幾個小時, 降雨強(qiáng)度比較大, 日雨量一般達(dá)到暴雨級別(50mm)。但是, 由于局地暴雨具有突發(fā)性、局地性的特點(diǎn), 局地暴雨的降雨數(shù)據(jù)資料和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的資料相對較少。以2006年6月17日湖南衡陽局地暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害為例進(jìn)行分析。

 

  分析湖南衡陽雨量站降雨情況(圖4), 其中柱狀圖為日降雨量的實(shí)況值, 點(diǎn)狀標(biāo)記為當(dāng)日地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生個數(shù)。6月15 ～ 19日時間段內(nèi), 15、16兩日無降雨, 17日出現(xiàn)局地暴雨(50.6mm), 18日、19日降水也較少, 該雨型屬于局地暴雨型。在6月17日局地暴雨過程中, 誘發(fā)了8起地質(zhì)災(zāi)害, 地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生在出現(xiàn)局地暴雨的當(dāng)日, 即6月17日。局地暴雨型降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律可以歸結(jié)為:地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生集中發(fā)生在出現(xiàn)局地暴雨的當(dāng)日當(dāng)?shù)亍５? 由于局地暴雨型降雨預(yù)報(bào)難度大, 準(zhǔn)確率低, 且誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性非常大, 突發(fā)性強(qiáng), 往往躲避不及, 是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警工作中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

 

  4 結(jié)論

 

  (1)臺風(fēng)降雨型降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害具有“即雨即滑”的特點(diǎn), 即地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨在時間上具有較好的對應(yīng)關(guān)系, 地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生滯后時間短,基本隨著降雨過程的發(fā)生而瞬時發(fā)生;地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生空間位置與臺風(fēng)運(yùn)移軌跡也基本一致。多為群發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害, 災(zāi)害規(guī)模較小, 一般為表層或淺層滑坡、崩塌。

 

  (2)持續(xù)強(qiáng)降雨型降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害, 在強(qiáng)降雨過程中地質(zhì)災(zāi)害具有同步發(fā)生的特點(diǎn);在降雨強(qiáng)度不大但連續(xù)降雨過程中, 地質(zhì)災(zāi)害具有一定的滯后效應(yīng), 即此時降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害需要一定的雨量積累, 地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生需要一定的孕育過程;在地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模發(fā)生后, 誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害雨量閾值提高。

 

  (3)局地暴雨型降雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害往往集中發(fā)生在出現(xiàn)局地暴雨的當(dāng)日當(dāng)?shù)亍?/div>