2016年多轮强降雨影响下黄冈市地质灾害发育规律浅析

邹 浩, 陈金国, 吴 恒, 王 超

(1.湖北省地质局 第三地质大队,湖北 黄冈 438000; 2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北 武汉 430000)

2016年多轮强降雨影响下黄冈市地质灾害发育规律浅析

邹 浩1, 陈金国1, 吴 恒2, 王 超1

(1.湖北省地质局 第三地质大队,湖北 黄冈 438000; 2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北 武汉 430000)

黄冈市地处大别山南麓,属于低山丘陵地区,地质灾害点多面广,发生频率高,但规模小、分布相对密集。2016年黄冈市梅雨期共遭遇了六轮强降雨天气,在为期33 d的梅雨期中,31 d有降雨,持续性降雨覆盖全市,降水量远超历史同期。尤其“6·19”以来,受几轮持续性强降雨影响,黄冈市发生了近400起地质灾害。以2016年黄冈市发生的地质灾害数量、历年及2016年降雨量为基础统计数据,分析地质灾害发育分布特征,重点评价滑坡基于地理位置、岩性、坡脚、坡高、前缘高程等因素的发育规律,通过引入简单相关系数,计算得出2016年黄冈市滑坡数量与降雨量的相关性。通过分析得出的结论,可为今后黄冈市的地质灾害防治工作提供地质依据。

多轮强降雨;地质灾害;发育规律;黄冈市

中国每年发生的地质灾害数量巨大,影响范围甚广,崩塌、滑坡、泥石流等均有发育,是全世界遭受地质灾害威胁最严重的国家之一。滑坡作为发育数量最多的一种地质灾害,其发生不仅由所处斜坡的基础地质条件决定,而且受多种外界因素的诱发影响。在这些诱发因素中,降雨是其中最重要的因素之一[1]。历史经验表明:降雨量大,滑坡发育的数量随之增大,两者存在一定的线性正比例关系。据《中国典型滑坡》一书所列举的典型滑坡中,降雨引发的滑坡达到90%以上[2-3]。

黄冈市是湖北省地质灾害多发区之一,规模以中小型为主。全市地质灾害分布特点以山地丘陵地貌单元为主的中北部、东北部、如红安县、麻城市、罗田县、英山县最为发育,其次以丘陵岗地地貌单元为主的蕲春县、武穴市、黄梅县地质灾害较为发育,南部及西南部以岗丘、平原为主的浠水、团风、黄州三县(区)地质灾害发育相对较弱。总体来看,全市地质灾害分布集密度和强度自北而南、由东向西呈由强至弱的变化态势。从图1灾害类型上看,黄冈市地质灾害类型主要以滑坡为主,呈规模小,分布范围广的特征,其次为泥石流、崩塌等。

目前针对降雨型滑坡的发育规律研究主要有两种方法:①借助数学统计手段,通过分析降雨量与滑坡发生量的关系,从而总结两者的相关性规律。②通过分析降雨入渗诱发滑坡的物理过程,基于建立的定量分析模型研究两者的关系[4]。降雨入渗导致滑坡的发生,实质在于由于地下水位的升高,引起抗剪强度的大幅降低。内在机理为降雨入渗导致基质吸力降低,从而引起抗剪强度的折减[5-6]。主要通过第1种方法分析2016年滑坡发生数量与降雨量的相关性,从而对黄冈市的地质灾害,特别是滑坡的发育特点有新的认识。

图1 黄冈市地质灾害类型构成图Fig.1 Constitution diagram of types of geological disasters in Huanggang

1 2016年地质灾害发育特征分析

1.1 梅雨期地质灾害概况

2016年黄冈市遭遇多轮强降雨,地质灾害频发,危害巨大。截至2016年12月,黄冈市共发生地质灾害413起,直接经济损失达3 352.6万元,受威胁人数10 322人,威胁资产约2.42亿元。(详见表1)。尤其“6·19”以来,受几轮持续性强降雨影响,6月19日—7月15日,黄冈市发生了近400起地质灾害,是2015年全市地质灾害发生总数的近5倍之多,造成12人死亡、2人失踪、7人受伤。

表1 2016年黄冈市各县(市)发生地质灾害统计表Table 1 Statistics of geological disaster in Huanggang in 2016

1.2 地质灾害发育特征统计分析

(1) 2016年全市主要的灾害类型为滑坡,共350起,占灾害总数的84.74%;泥石流共37起,占灾害总数的8.96%;崩塌25起,占灾害总数的6.05%;地面塌陷1起,占灾害总数的0.24%(图2)。

图2 黄冈市2016年度各县市地质灾害类型统计图Fig.2 Statistical chart of geological disaster types in Huanggang in 2016

(2) 2016年,黄冈市东北部的英山县、罗田县和蕲春县共发生地质灾害207起,占灾害总数的50.12%。各县(市)地质灾害发生数量见图3。

(3) 2016年,黄冈市地质灾害多发生在6月份和7月份,共发生地质灾害384起,占全年总数的93%(图4)。

(4) 统计2016年黄冈市350个滑坡点的地理位置,地层岩性、坡高、坡角、前缘高程等地质要素,归纳总结滑坡发育基于各项要素的一般性规律。

① 地理位置。基于ArcGIS,将350个滑坡点进行经纬度坐标转换,得到2016年黄冈市滑坡点地理位置分布图(图5)。由图5可以发现,2016年黄冈市滑坡分布范围较广,各县市均有滑坡发生,其中红安县、团风县和武穴市北部,蕲春县东北部,英山县南部和东北部为滑坡密集发育的地区;黄州区除龙王山一带以外,麻城市绝大部分地区和黄梅县,滑坡数量都较少,且麻城市滑坡多发生在县域边界附近。

图3 黄冈市2016年度各县市地质灾害数目统计图Fig.3 Statistical map of geological disaster number in Huanggang in 2016

图4 黄冈市2016年度地质灾害发生时间统计图Fig.4 Statistical map of occurrence time of geological disaster in Huanggang in 2016

② 地层岩性。黄冈市位于大别山南麓、长江中游北岸,处于扬子板块和华北板块交界处,区内多出露大别山岩群,包括片麻岩,花岗岩,砂岩、灰岩等。根据岩土强度将区内岩层分为硬质岩(主要为花岗岩、角闪岩等)和相对较软岩(片麻岩等)。其中发育在硬质岩中的滑坡有176起,占总数的38.3%,在软质岩中的有284起,占总滑坡数量的61.7%。

③ 坡角。根据已统计的滑坡点,坡角通常在20°以上,将坡角分为0°～30°,30°～40°,40°～50°,50°～60°,60°～70°,70°～90°六个区间,统计结果详见图6。根据统计的滑坡坡角结果显示:黄冈市滑坡多集中发育在30°～40°和40°～50°区间内。

④ 坡高。根据已统计的滑坡点,2016年黄冈地区发育较多的滑坡坡高一般<30 m。本文将滑坡依据坡高分为0～10,10～20,20～30,30 m以上共4个区间,各区间的滑坡数量见图7。由图7可以看出:在统计的350个滑坡中,多数滑坡的坡高在10～20 m范围内,其次为0～10m,仅有少数滑坡坡高>20 m,约占滑坡总数量的15%。

图5 2016年黄冈市滑坡地理位置分布图Fig.5 Geographical distribution map of landslide in Huanggang in 2016

图6 坡角与滑坡发育数量关系图Fig.6 Relation graph of slope angle and landslide development quantity

⑤ 黄冈市东部和北部位于大别山低山丘陵地带,海拔一般500～800 m;中部为丘陵岗地,海拔100～250 m,南部为狭长的平原湖区,海拔高度在10～30 m。根据统计的滑坡样本,2016年黄冈市发育有滑坡的地方,海拔最低仅为20 m,最高为960 m。滑坡垂直发育范围较广。将滑坡高程划分为0～100 m,100～200 m,200～300 m,300～400 m,400～500 m,500 m以上共六个区间。各区间滑坡数量见图8。滑坡发育多分布在100～200 m高程处,其次为0～100 m处。区内高海拔地区发育的滑坡数量明显较少。

图7 坡高与滑坡发育数量关系图Fig.7 Relation graph of slope height and landslide development quantity

图8 前缘高程与滑坡发育数量关系图Fig.8 Relation graph of leading edge elevation and landslide development quantity

由前文统计分析的滑坡各项要素特征,2016年黄冈市滑坡发育规律统计如下。

1) 岩性:软质岩为主,尤其是片麻岩居多;

2) 坡角:30°～40°为主,其次为40°～50°;

3) 坡高:以0～20 m为主,其次20～30 m,30 m以上极少;

4)前缘高程:滑坡前缘高程以100～200 m为主,其次为0～100 m,整体上看,随高程增加,滑坡数目呈逐渐减少趋势。

2 滑坡发育规律与降雨影响分析

2.1 黄冈市降雨特征分析

2016年黄冈市地质灾害与遭遇的多轮强降雨有密切联系,根据中国气象数据网1981—2010年资料及2015年、2016年黄冈地方气象局资料显示:黄冈各县市年平均降雨量约1 200～1 400 mm,梅雨期间(6—7月)平均降雨量在300～400 mm之间(黄冈各县市年平均降水量如图9所示)。年平均降雨量呈现明显的“北少南多”现象,而梅雨期间降雨量则呈现出相反的趋势,北部的红安,麻城等地梅雨期间降雨量明显比南部的武穴、黄梅降雨量稍大。

图9 黄冈各县(市)年平均降水量直方图Fig.9 Histogram of average precipitation in Huanggang

根据多年降水监测数据显示,黄冈地区日降水量>150 mm的时日均出现在6—7月,年平均频次0.2次,日降水量100～150 mm的天气则出现在5—9月,年平均频次0.88次,日降水量50～100 mm的时日4—11月均有发生。有历史记载以来,各地区的日极端降雨量均超过了200 mm。

2016年黄冈市梅雨期(6月18日—7月21日)共遭遇了六轮强降雨天气,在为期33 d的梅雨期中,31 d有降雨,持续性降雨覆盖全市,降水量远超历史同期,达到了579.2～956.4 mm(全市平均降雨量创历史新高)。其中红安国家气象站和麻城国家气象站出现历史新高,分别达到了291.7 mm(原极值237.1 mm)和333.6 mm(原极值270.4 mm)。

2.2 降雨与滑坡数量的相关性分析

历史资料显示,滑坡灾害多发生在5—10月份(尤其是6—7月),滑坡与降雨在季节上保持良好的同步性。例如1991年7月10日暴雨,1998 年7月4日暴雨均导致黄冈市大量滑坡的发生。2016年6月19日、7月1日两轮特大暴雨诱发当日发生滑坡数量高达上百处,历史资料足以证明,强降雨是导致滑坡发生的主要外部因素。

对于某一区域内的斜坡而言,由于其内在地质条件是确定的,因而外部因素对坡体稳定性影响更大,降雨是常见的诱发滑坡的外部因素。

从滑坡发生的时间来看,2016年6月19日、7月1日和7月2日是滑坡集中发生的时间段,其中仅7月1日一天发生了127起滑坡,其次是在6月19日发生了68起、在7月2日发生了55起,这三天发生的滑坡数量占2016年黄冈市梅雨期滑坡发生总数量的50%以上。2016年6月19日—2016年7月15日的降雨资料,得到了滑坡数量与当日平均降雨量之间的相关性示意图(见图10)。由图可知:滑坡的发生于降雨量的增大具有很好的相关性。

图10 当日降雨量与当日发生的滑坡数量关系示意图Fig.10 Sketch map of the relationship between the amount of rainfall and the number of landslides occurring on the same day

为进一步探讨滑坡的发生与降雨量的相关性大小关系,引入相关系数计算公式。

简单相关系数:

(1)

通过计算统计量t,来进行简单相关系数r的统计检验:

(2)

式中:t服从n-2个自由度的t分布。r≥0.8时,高度相关;0.5≤r<0.8时,中度相关;0.3≤r<0.5时,低度相关;r<0.3时,变量之间的相关程度较低,可视作不相关。

将2016年黄冈市滑坡及降雨资料数据代入式(1)和式(2),计算得到黄冈市当日降雨量与滑坡数量的相关系数(表2)。当日降雨量达到50 mm/d以上时,当日滑坡降雨量与滑坡数量高度相关。

表2 2016年黄冈各县(市)发生地质灾害统计表Table 2 Statistics of geological disaster in Huanggang in 2016

3 结论

根据统计资料,分析了2016年黄冈市降雨与滑坡发育的相关性,主要结论如下:

(1) 2016年梅雨期,黄冈市共遭遇六轮强降雨天气。梅雨期持续时间长,强度大,降雨频繁,影响范围广,持续强降雨导致地质灾害大面积发生具有明显的雨灾同期的季节性分布特征。

(2) 2016年梅雨期,黄冈市地质灾害主要以滑坡灾害为主,滑坡数量远超往年,呈体积小,分布范围广的特征。从地理位置上看,滑坡多发生蕲春、英山、罗田三县,总体上呈南北少,中部多的特征。

(3) 结合滑坡各要素(岩性、坡脚、坡高),统计2016年黄冈市滑坡发育特征如下:软质岩层,尤其是片麻岩表层滑坡发育较多,滑坡坡角多为30°～40°,坡高一般<20 m。

(4) 根据统计分析了2016年黄冈市梅雨期当日降雨量和发生的滑坡数目,发现滑坡和强降雨的出现基本一致,经计算两者的相关性系数,发现降雨量越大,当日降雨量和当日发生的滑坡之间的相关性越好。日降雨量达到50 mm/d以上时,两者间的相关系数达到了0.78以上。

(5) 黄冈市地质灾害点多面广,雨灾同期,危害程度大小不一。地灾防治工作应采取多种手段与措施,最大程度地降低其危害性,如:进一步完善调查评价(汛前排查、汛中巡查、汛后核查)、地质灾害气象预警、应急处置、综合治理四大体系。

[1] 刘艳辉,唐灿,李铁锋,等.地质灾害与降雨雨型的关系研究 [J].工程地质学报,2009,17(5):656-661.

[2] 钟荫乾.滑坡与降雨关系及其预报[J].中国地质灾害与防治学报,1998,9(4):81-86.

[3] 李岳顺.降雨对广西滑坡地质灾害的影响研究——以梧州地区为例[D].南宁:广西大学,2014.

[4] 谢剑明.降雨对滑坡灾害的作用规律研究[D].武汉:中国地质大学(武汉),2004.

[5] 张国超,范付松,赵鑫.间歇性降雨对滑坡稳定性的影响[J].安全与环境工程,2011,18(4):1-6.

[6] 艾志雄,牛恩宽,刘波.降雨诱发滑坡分析[J].灾害与防治工程,2005,59(2):9-11.

Development of Geological Disasters in Huanggang under the Influence ofHeavy Rainfall in 2016

ZOU Hao1, CHEN Jinguo1, WU Heng2, WANG Chao1

(1.ThirdGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Huanggang,Hubei438000; 2.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd,Wuhan,Hubei430000)

Huanggang is located in the south of Dabie Mountain,which belongs to the hilly region of the lower mountains.The geological disasters are more and more numerous,and the frequency is high,but the scale is small and the distribution is relatively dense.In 2016,the meiyu period of Huanggang encountered six rounds of heavy rainfall.During the 33 days of the plum rain,31 days of rain,continuous rainfall covered the whole city,the precipitation was far from historical.Especially since “6·19” has been affected by several rounds of continuous heavy rainfall,there have been nearly 400 geological disasters in Huanggang.Based on the number of geological disasters in Huanggang in 2016,the statistics of rainfall in 2016 and 2016 were the basic statistics.Firstly,the characteristics of geological disaster development distribution are analyzed.Secondly,the development law of landslide based on geographical location,lithology,slope height,elevation and elevation of leading edge is emphasized.Finally,a simple correlation coefficient is introduced to calculate the correlation between the number of landslide and rainfall in Huanggang area in 2016.The conclusion can provide geological basis for the prevention and control of geological disasters in Huanggang.

multi-round heavy rain; Huanggang; geological disaster; development law

P694

A

1671-1211(2017)06-0764-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.018

2017-08-21;改回日期2017-09-18

邹浩(1983-),男,工程师,博士,地质工程专业,从事地质灾害防治与岩土体稳定性评价工作。E-mail:51198186@163.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1659.006.html数字出版日期2017-10-25 16:59

李雯)