云南省贡山县“5·25”暴雨诱发地质灾害的特征与形成机制

铁永波, 阮崇飞, 杨 顺, 曾 波, 张红兵, 李富强, 孙金峰, 何振强

(1.中国地质调查局 成都地质调查中心, 四川 成都 610081; 2.云南地质工程勘察设计研究院,云南 昆明 650041; 3.中国地质科学院 探矿工艺研究所， 四川 成都 611734; 4.中国气象局 成都高原气象研究所,四川 成都 610072; 5.云南省地质环境监测院, 云南 昆明 650200; 6.甘肃地质灾害防治工程勘查设计院, 甘肃 兰州 730050)

暴雨引起的群发性地质灾害具有发生时间集中、空间分布面广，危害大等特点，在全球山区均有发育[1-5]。近年来，受全球气候变化影响、局地极端强降雨频发及人类工程活动加剧的影响，全球范围内群发性地质灾害日益增多[6-8]。通常情况下，局地强降雨过程是引起群发性地质灾害的主要原因，如1999年委内瑞拉北海岸Vargas地区强降雨诱发的群发性泥石流灾害造成15 000余人死亡，直接经济损失约1亿美元[1]；2013年甘肃省天水市“7·25”暴雨诱发地质灾害700余处。其他一些极端因素也会引起群发性地质灾害，如强震除了导致群发性同震地质灾害外，其形成的大量松散岩土体为群发性地质灾害的形成提供必要条件，2008年汶川地震发生后至今的10余年间，强震区因暴雨诱发的群发性地质灾害仍然在持续活跃[3]；如我国东南沿海地区台风过境带来的强降雨天全也能诱发群发性地质灾害[4]。

怒江流域是云南省地质灾害高发地区之一，历史上地质灾害频发[9-12]。研究[13-19]表明，受地形地貌及印度洋暖施气流的影响，该地区大型堵江泥石流灾害极具代表性，历史上发生过多起泥石流堵断怒江引发链式灾害的事件，其中以贡山县境内泥石流最为典型。2020年5月24日至27日连续4 d降雨348.2 mm，是贡山县境内有气象记录以来最大的持续强降雨天气过程，5月25日和26日的集中强降雨导致贡山县域内新增地质灾害208处(截止到2020年6月15日统计数据)，其中新发生滑坡121个，崩塌22个，泥石流65条。全县原有的305处地质灾害隐患点中， 也有120处在此次暴雨影响下有不同程度的活动迹象。据统计，此次贡山县“5·25”强降雨引发地质灾害导致全县9 000余人受灾，造成直接经济损失约90 000万元、3人死亡及5人失踪的灾情。

1 研究区概况

贡山独龙族怒族自治县(贡山县)在行政区划上属云南省怒江傈僳族自治州，地处滇西北怒江大峡谷北段，位于东经98°08′—98°56′，北纬27°29′—28°23′，东与云南省德钦、维西两县相连，南与怒江州福贡县相邻，北与西藏自治区察隅县接壤，西与缅甸联邦毗邻，国土总面积4 379.24 km2，总人口35 498人主要分布有独龙族、怒族、傈僳族及藏族等少数民族。贡山县地处横断山系北部高山峡谷区，属青藏高原的东南延伸部分，地形崎岖险峻，山高坡陡，谷深沟窄，沟谷纵横切割，担当力卡山、高黎贡山、碧罗雪山三大山系与独龙江、怒江两大水系从北向南相间纵列，形成了“三山夹两江”的高山峡谷地貌，境内最高海拔5 128 m，最低海拔1 170 m，海拔高差达3 958 m。由于地处印度洋暖湿气流和西藏高原冷空气的结合部，受地形地貌、大气环流等因素的影响，贡山境内降水充沛并且时空分布不均，主体气候类型属高原温带湿润型山地季风气候，且受高程控制垂直分带十分明显，据贡山县气象观测资料，茨开镇气象站(海拔1 500 m)多年平均降水量1 726.5 mm，而独龙江气象站(海拔1 489 m)多年平均降水量则高达4 743.5 mm。研究区雨季可长达9个月，降雨从每年2月中旬起就开始明显增多，3月下旬左右迎来最大值，此后逐渐减少。据历史气象资料表明，贡山县境内2月至4月的平均降水量可达600 mm，形成了滇西地区特有的“桃花汛”，受独特的气候背景影响，贡山县境内“桃花汛”期间的平均降水量约占全年平均降雨量40%。每年的5月中下旬开始，贡山县就进入第2个雨季，与南亚和东南亚地区的大范围季风雨季同步，直至10月才结束。受青藏、滇缅、印度巨型“歹”字型构造体系影响，贡山县地质构造复杂，岩石出露相对完整，地层以中生界最为发育，其次是新生界和古生界，主要地层和岩浆岩、变质岩分布均与独龙江断裂、怒江断裂和澜沧江断裂三大深大断裂活动密切相关，它控制区域内地貌发育和地壳的稳定性，上新世以来，区域内地壳强烈隆升，导致河流深切，发育多级河流阶地，高山与峡谷并行，地震活动较频繁，是云南西部地质灾害高发和频发地区。

2 地质灾害分布规律与成灾特征

2.1 地质灾害沿河谷集中分布，高位远程及链式灾害特征明显

根据地质灾害排查结果，此次贡山县“5·25”暴雨共诱发新增地质灾害隐患点208处(图1)。从空间分布特征看，泥石流主要沿怒江及其主要支流分布，滑坡和崩塌则主要集中分布在G219公路沿线。从地质灾害成灾的空间分布特征看，此次群发性地质灾害成灾最严重的区域是G219公路沿线，其中造成人员伤亡的地质灾害主要由分布在G219公路沿线，因滑坡和崩塌掩埋过往车辆而导致。在此次暴雨诱发地质灾害中，高位远程滑坡和崩塌现象极为普遍，且具有高速运动的特征，这与怒江两岸坡体上陡下缓的地形地貌有密切关联。此外，流域内滑坡或崩塌发生后在沟道形成的“堵—溃”链式灾害特征也极为常见，在此次暴雨诱发的泥石流灾害中，多数都具有链式灾害的特点。

图1 贡山县地质灾害发育分布特征

2.2 地质灾害群发，以小规模为主

贡山县“5·25”暴雨共诱发的新增地质灾害隐患点中，滑坡有121处，占总数的58.2%，崩塌22处，占总数的10.6%，泥石流65条，占总数的31.2%，灾害类型较为集中，主要以滑坡和泥石流为主。此次暴雨诱发的地质灾害具有典型的群发性，以行政单元为例，此次暴雨过程中贡山县5个乡镇境内均同时发生多起地质灾害，且以县城所在地茨开镇的地质灾害数量最多。从地质灾害规模看，中型及以上规模地质灾害仅有19处，小型占189处，主要以小型为主。

2.3 威胁对象类型多，分散性强

根据对贡山县境内目前现有的512处地质灾害隐患点(原有地质灾害隐患点305处，此次新增208处)的排查结果，县境内地质灾害直接威胁村庄的有150余处，直接威胁道路交通的有165处，威胁厂矿企业4处，受威胁人口9 000余人。同时，这些受威胁的村庄、道路、厂矿、居民区、加油站等对象分散在全县的5个乡镇，26个村委会。

3 成因机制分析

3.1 持续长时间强降雨过程为地质灾害的发生提供动力条件

从区域气象条件看，5月20日在印度西孟加拉邦沿海登陆的气旋风暴“安攀”(AMPHAN)受高原槽波动影响，22日在登录孟加拉后减弱云系往北移动与高原上的冷空气配合东移至滇西地区，并带来强降水天气，为此次贡山县“5·25”降雨过程奠定了基础。从贡山县两处气象站降雨量观测数据看，5月26日贡山县城所在地茨开镇附近降雨量为85.4 mm，而贡山县北部的独龙江乡5月25日降雨量为102.9 mm，26日降雨量为126.3 mm(图2)。两个乡镇为此次贡山县强降雨过程的两处强降水中心，但降雨量差异极为显著，主要受贡山县地形、海拔等因素的影响。根据此次地质灾害应急排查结果，茨开镇和独龙江乡也是此次群发性地质灾害分布数量最多、危害最为严重的乡镇，表明强降雨与贡山县地质灾害之间的高度对应关系。

图2 贡山县降雨量特征

但就“5·25”强降雨过程而言，明显的降雨强度增加是从5月21日开始，5月26日，两个气象站所观测到的雨量均达最大值。以独龙江乡观测数据为例，从小时降雨量分布特征上看，在5月25—26日地质灾害群发时段内，降雨量最为集中，48 h累计降雨229.2 mm，占此次4 d持续降雨总量的65.8%，但逐小时降雨量变化却相对平稳(图3)。与西南其他地区小时降雨几十毫米诱发地质灾害的短时暴雨相比[20，21]，贡山县境内地质灾害发生的临界雨量值具有其独特性。5月21—25日独龙江乡累计降雨量240.3 mm，茨开镇累计降雨量130.9 mm，前期累积降雨量非常大。

图3 贡山县独龙江乡2020年5月25日20:00至26日20：00逐小时降雨量分布与特征

从降雨的时间分布特征上看，2020年2月中下旬就开始的“桃花汛”及从5月20日开始的前期降雨为此次贡山县“5·25”群发性地质灾害的发生提供了重要条件。尤其是长达6 d的持续降雨为地表岩土体含水率的持续增加直至土体含水率饱和起到了关键作用，在26日降雨强度增大的条件下，最终导致表层强风化岩体和地表松散土体在含水率饱和后沿基伏界面滑动而形成灾害，在此次的排查中也发现，暴雨诱发的滑坡滑动面主要发育在上覆残坡积粉质黏土与全强风化下伏基岩分界面。

3.2 深切河谷地形为地质灾害孕灾提供基础

贡山县地处怒江大峡谷深切河谷区，受河流下切的影响，县境内山高、坡陡、谷深，整个县境内98%以上面积为山地，根据全县地形坡度统计分析结果，县境内坡度介于20°～40°之间的地形占比约70%，陡峻的地形坡度不利于地表松散土体的稳定性，尤其是在暴雨作用下土体含水率饱和后的稳定性更差。此次地质灾害排查结果显示，贡山县境内滑坡多发生在坡度25°～60°之间的斜坡地带，尤其地形表现为凸型坡的微地貌与滑坡和崩塌的对应关系极为密切(图4)。

图4 贡山县境内地形坡度特征

3.3 高植被覆盖率增大了地质灾害早期识别的难度

根据对贡山县植被和土地利用分类分析结果，贡山县境内植被覆盖率可高达80%以上，高植被覆盖率在很大程度上掩盖了该地区地表早期发生的变形破坏迹象，难以通过群测群防或定期的巡查进行早期识别(图5)。

图5 贡山县植被覆盖特征

虽然此次暴雨诱发的滑坡多为浅表层滑坡，但因陡坡密林区难以到达，给地质灾害早期识别带来极大的难度，增强了地质灾害的隐蔽性。同样，光学遥感、InSAR，LiDAR等新技术手段也会因乔木、灌木和草本形成的垂直结构层阻挡而导致识别的精度极大降低，难以达到有效的早期识别效果。

3.4 人类工程建设活动增大了地质灾害发生的风险

近年来，随着云南省大滇西旅游环线规划实施及贡山县经济和旅游业的发展，境内美丽公路、德贡公路及各乡镇通村公路的建设对地质环境的扰动明显。一方面，贡山县境内公路坡脚开挖后形成沿公路一侧的临空面，为滑坡和崩塌的形成提供了有利条件；另一方面，一些边坡开挖后未进行有效防护等因素也在一定程度上对地质灾害的发生起到了催化作用。根据对此次群发性地质灾害的调查结果表明，约36.5%的地质灾害主要集中分布在公路沿线，说明公路建设在一定程度上对地质灾害的发育数量有着积极的影响。除公路切坡失稳引发的地质灾害外，许多居民区的房屋建设对地质灾害发生的影响其实并不明显，造成灾害的原因主要是受地质环境条件制约，贡山县村寨多位于泥石流堆积扇和崩滑堆积体上，居民点与地质灾害隐患点之间缺乏足够安全距离，在本次降雨过程中，120处已知隐患点复活并造成灾害的许多都是泥石流对临近沟口房屋或建筑造成损毁。

4 结 论

(1) 此次贡山县群发性地质灾害以滑坡和泥石流为主，规模多为小型。崩塌和滑坡主要沿怒江两岸公路沿线分布，以浅表层崩滑为主；泥石流主要分布在怒江两岸及支流内，多以土力类泥石流启动模式为主。

(2) 此次暴雨诱发地质灾害表现出典型的高位远程及链式灾害特征，滑坡或崩塌发生后进入沟道转化为泥石流的现象极为普遍，地质灾害风险防控中应充分考虑高位地质灾害的排查，同时充分评估地质灾害引发的链式效应及其影响区范围。

(3) 贡山县境内植被覆盖率较高，泥石流发生后会携带大量的漂木冲出，在沟道狭窄处或沟口桥涵处易形成堵塞，对泥石流的瞬时流量会起到放大作用而翻越沟道造成灾害，在贡山县泥石流防治工程设计中要充分考虑堵塞系数取值的合理性，校核泥石流峰值流量计算结果，保证泥石流有足够的过流断面，从根本上避免灾害的发生。

(4) 鉴于贡山县城后山泥石流现状及发展趋势分析，建议对贡山县城开展大比例尺地质灾害风险调查与评价，将评价结果与国土空间规划有机融合，从源头上对地质灾害风险进行管控。县城后山已有泥石流防治工程设防等级急需提升，在对已有治理工程开展修复和维护的同时，加强工程治理力度，提升泥石流设防标准和等级。

5 讨 论

(1) 持续型降雨诱发区域性地质灾害的临界雨量值问题探讨。从此次贡山县“5·25”群发性地质灾害的诱发雨量特征看，具有长历时前期降雨和持续强降雨的特点，从前3日累计降雨量和持续降雨强度及历时等关键参数入手，探索贡山县甚至怒江州境内地质灾害发生的临界雨量值，对地质灾害的监测预警阈值的确定具有参考意义，但各个参数值还需要对贡山县境内更多已发生的历史地质灾害降雨数据进行统计分析确定。

(2) 对于贡山县这类植被覆盖密度较高、地质灾害发生频发的区域而言，如何提前发现地表坡体变形或识别流域内泥石流潜在物源难度极大，需要从地质本身角度对地质灾害的成因机制进行分析，通过揭示地形坡度与地表土体厚度的关系入手，统计分析历史地质灾害多发的坡度区间值，结合地质灾害易发区的微地貌(凸形坡、凹形坡等)特征等参数进行综合研判。同时，深入开展地质灾害高发区与植被类型、覆盖密度等参数的关联性研究，揭示地质灾害与植被间的相互影响和作用关系，形成基于“地质+植被”为基础的高植被覆盖区多指标地质灾害早期识别方法与体系。

(3) 从贡山县“5·25”群发性地质灾害发生的时间上看，降雨量剧增的时间为5月25日，但地质灾害大规模暴发的时间是在5月26日，表明贡山县境内地质灾害的发生相对降雨而言具有一定的滞后性，这可能与该地区植被覆盖率高及合理的植被群落结构特征有关。当雨水从最顶层的乔木到地面土体需要经过多层的树冠拦截，这在很大程度上滞缓了降雨入渗土体或转化为地表径流的速度，在一定程度上滞缓了土体含水率的饱和及失稳速度，从而导致地质灾害发生相对降雨滞后的特点。

致谢：在本文的完成中得到了云南省怒江州自然资源局、贡山县自然资源局的大力支持，云南省地质环境监测院、云南地质工程勘察设计研究院、甘肃地质灾害防治工程勘查设计院单位其他技术人员在此次地质灾害应急排查过程中获得的一手调查数据支撑了论文的研究，在此一并感谢！