雷山县降水型地质灾害特征及风险预警指标

2018-05-03易志学潘齐平

陕西气象 2018年2期

易志学，潘齐平

(1.雷山县气象局，贵州雷山 557199；2 .雷山县国土资源局，贵州雷山 557199)

雷山县地处云贵高原丘陵盆地过渡的斜坡地带，地势东北高，西南低，境内以雷公山最高，海拔2 178 m，最低海拔480 m，境内山峦起伏，河谷纵深，地形破碎，切割深厚，河流下切冲刷强烈，地形复杂。雷公山与境内之猫鼻岭(海拔1 620 m)、桥堂(海拔1 763 m)、脚尧山顶(2 000 m)、雷公坪(2 041 m)呈西南—东北向分布。雷公山脉为长江水系与珠江水系分水岭。境内地形地貌复杂，地层岩性抗风化能力弱，岩结构破碎疏松。受季风和冷暖气流的影响，易发暴雨、干旱等气象灾害。根据贵州省地质灾害调查与区划实施细则[1]划分，雷山县全县范围均为地质灾害高发区。陈百炼[2-3]等人研究指出降水是诱发地质灾害的主要和关键的自然因素；黄懿[4]、周益平[5]、陈永仁[6]等人研究指出地质灾害与当日及前期降水的关系主要有3种类型，即暴雨诱发型、多日中大雨诱发型和连阴雨诱发型；刘艳辉[7]、余莲[8]等人研究指出地质灾害的发生与降雨历时、降雨量及降雨雨型有密切关系,不同雨型的降雨诱发地质灾害的诱发机制具有明显的差异性；高蕊[9]、李明[10]等人研究表明地质灾害与前10天累计降水量有明显的相关性;李亚丽[11]等人研究表明短历时强降水也诱发气象地质灾害发生。在雷山由强降水诱发的气象地质灾害时有发生，由于特殊的地理位置，交通不便，农村人员居住较分散，80%以上的人口居住偏远的高寒地区，受气候、交通、信息的影响，防灾减灾的能力很弱，因此，地质灾害的发生给人民生命财产带来了较大损失。对雷山县近43 a由降水诱发的地质灾害特征进行统计分析，研究其与降水的关系，确定风险预警因子，有针对性地做好气象服务，对防灾减灾工作具有重要意义。

1 资料及方法

气象资料由贵州省黔东南州专业气象台提供。地质灾害资料则由雷山县国土资源局以及雷山民政局提供，资料时长43 a(1971年1月1—2013年12月31)。降水量资料采用雷山气象站1971—2013年降水观测资料统计分析与地质灾害相关的降水特征，还利用2007—2013年水文监测资料和2009—2013年区域自动站资料，判断地质灾害的成灾原因。鉴于目前天气预报主要以6 d的预报准确率较高，统计出地质灾害发生当日前24 h的累计降水量(用R24表示)、以及前5 d累计降水量(用R5表示，不包括地质灾害发生当日前24 h 降水)，采用数理统计方法分析降水量与地质灾害的关系，使得地质灾害气象风险预警等级定量化。

2 降水型地质灾害的特征分析

根据雷山县地质灾害资料和气象、水文雨量资料，分析灾害发生的原因发现，由气象因素诱发的样本共152次。其中，由大风造成的地质灾害3次、低温凝冻造成的地质灾害1次，共占总样本的2.6%；降水诱发的样本为148次，占总样本数的97.4%，称为降水型地质灾害，下面仅研究此类型地质灾害。

2.1 空间分布特征

表1为雷山县各乡镇降水型地质灾害发生情况。由表1可见：近43 a来，由降水而引发的地质灾害为塌方70次、滑坡66次、泥石流12次，经分析，致灾气象因素主要为强降水或连续降水。受特殊气候、地理条件的影响，雷山县降水型地质灾害多发，主要有3个高发中心：永乐镇最多为24次，年均0.56次；方祥乡22次，年均0.51次；大塘镇21次。

表1 1971—2013年雷山县各乡镇

因雷公山脉呈西南—东北向，以雷公山为界，将雷山县地质灾害气象风险易发区分为三大区域。雷公山以东，以大塘、西江、郎德、丹江、望丰5个乡镇为主，这5个乡镇人口密度集中，经济、交通、旅游相对发达，植被面积相对较少，人类干扰因子较大，一旦发生强降水或连续降雨，极易发生地质灾害事件；雷公山以西，主要为方祥乡，该乡地理位置偏僻、交通不便，且降水丰富，防灾减灾的能力较弱；雷公山以南，以永乐、桃江、达地为主，这3个乡镇海拔垂直差异明显，地形破碎，切割深厚，河流下切冲刷强烈，也极易发生降水型地质灾害。

2.2 时间变化特征

2.2.1 年代际变化雷山县43 a降水型地质灾害共计148次，平均3.4起/a，其年代际变化特征见表2。

表2 1971—2013年雷山县降水型

由表2可知，雷山县43 a中降水型地质灾害发生频次呈增加趋势。1971—1980年地质灾害为23次，占43 a降水型地质灾害总数的15.2%；1981—1990年为28次，占总数的18.4%；1991—2000年为41次，占总数的26.9%。进入21世纪后，随着全球气候变化的影响，降水型地质灾害呈明显增加趋势，2001—2013年，降水型地质灾害共60次，占总数39.5%，平均4.6次/a，远高于43 a的平均水平。其中塌方发生频次增加最为明显，从1971—1980年10 a的9次增加到2001—2013年的30次，滑坡从12次增加到21次。更值得关注的是近年来因全球气候变暖，由大风等气象因素影响而导致的局地气象地质灾害也呈明显增多趋势。

2.2.2 月变化图1给出了1971—2013年雷山县降水型地质灾害与月平均降水量的月变化。由图1可看出，降水型地质灾害月变化特征为单峰型：主峰在6月，共发生37次，平均0.86次/a；7月次之，共35次，平均0.81次/a。6月和7月发生共为72次，占全年的48.6%。

由图1可看出，降水型地质灾害与月平均降水量月变化特征相似。4—10月是雷山县的汛期，降水量占全年的83.4%；由降水引发的地质灾害主要发生在4—10月，占全年的91.9%。特别是夏季，暖湿气流旺盛，对流性天气相对多发，易出现强降水，因此易引发地质灾害。

图1 1971—2013年雷山县地质灾害频次与月平均降水量月变化

2.2.3 日变化图2为雷山县1971—2013年降水型地质灾害的日变化。由图2可看出，降水型地质灾害主要发生在夜间(20—08时)，共为110次，占总数的74.3%；白天(08—20时)发生的共38起，占总数的25.7%。

图2 1971—2013年雷山县地质灾害日变化特征

夜间发生的降水型地质灾害又主要集中在01—06时，以05时最多，为19次，占夜间总数的17.3%；其次为04时，共发生17次，占夜间总数的15.5%。夜间发生的降水型地质灾害以塌方和滑坡为主。从诱发地质灾害的原因来看，雷山夜间强降水的多发性非常明显，随着夜间降水强度的增大，地质灾害夜间多发性的特点更为突出。

3 降水型地质灾害的定量预警指标

3.1 前期降水与地质灾害的关系

以往，一般只是针对暴雨临近几小时或者已出现强降水才发布地质灾害预警信息。研究发现，降水型地质灾害的发生不仅与发灾当日短历时强降水雨量有关，而且和前期长历时强降水的累计量也有关系[12]，若仅用当日短历时强雨量作预报因子，则漏报的概率较大，显然不能满足预报业务要求。因此，同时统计计算了43 a雷山县前5日累计降水量(R5)和当日前24 h降水量(R24)与地质灾害发生概率的关系(见表3)。

由表3可看出，降水型地质灾害的发生不仅与R24有关之外，还与R5有着很大关系。当R24愈大时，即使R5很小，地质灾害发生概率同样很大；当R5愈大时，即使R24很小，地质灾害发生概率同样也很大。当R24为大雨时，随着R5的增大，地质灾害发生概率增大为26.2%以上；当R24为暴雨时，地质灾害发生概率达80.0%以上，而当R24达到大暴雨标准时，地质灾害发生概率高达96.7%。在R5≥50 mm时，地质灾害发生概率达50.0%以上，而在R5≥75 mm时地质灾害发生概率高达100%。在R5≥50 mm同时R24为暴雨时，地质灾害发生的概率为90.0%以上；在R5≥50 mm同时R24为大暴雨时，地质灾害发生的概率为100%。可见，在实际业务中，在前期累计降水较大的情况下，必须严密监视天气变化，如果日降水量有可能出现暴雨，则发生地质灾害的风险高。

表3 雷山县前5日累计降水(R5)和当日前24 h累计降水(R24)与地质灾害发生概率

3.2 地质灾害气象风险等级预警指标的确定

根据国家国土资源部和中国气象局的联合规定，地质灾害气象风险预警分为4级，依据雷山县28个区域自动气象站监测数据，结合雷山县地质情况和表3，确定降水型地质灾害的风险等级预警指标。经统计分析雷山县降水与地质灾害的资料，将R5以及R24作为预报因子，确定降水型地质灾害风险等级定量预警指标(表4)。

表4 雷山县降水型地质灾害气象风险等级定量预警指标

由表4可看出，R5及R24的累计降水与地质灾害发生的气象风险程度有着密切关系。当R24等级增大时，地质灾害气象风险等级也相应增大；而当R5增大时，地质灾害气象风险等级也相应增大；当在R5与R24等级同时增大时，地质灾害气象风险等级明显增加。因此，预报员可依据每天未来24 h降水量预报和前5 d的累积降水量，参照此指标预报地质灾害气象风险预警等级。在预报未来几天有持续性强降水时，利用此预警指标可以提前做出地质灾害气象风险预警等级，为防灾减灾争取更多时间。

雷山县地形多变，境内山峦起伏，河谷纵深，地形破碎，切割深厚，河流下切冲刷强烈，地形复杂，各地地质条件不尽相同，有些地区降水量并不大但可能诱发气象地质灾害，另外一些地区则可能降水多也不诱发气象地质灾害。因此仅依据降水指标存在不足，今后还需进一步研究，充分考虑地质条件和人类活动等因素，对指标加以修正。