黄 雯，方 琼，王国卫，李明波

(湖南省地质环境监测总站，湖南长沙 410007)

0 引言

降雨是大部分滑坡主要的诱发因素。相对于其它影响因子，降雨有两个突出的特点:一，降雨具有明显的随机性，不同时间降雨会不同，而其他物质结构条件则是相对稳定的;二，不同物质结构条件下，相同降雨量引发滑坡的概率相差很大［1］。很多国家的学者都在努力寻找不同条件下降水量与滑坡发生的关系，Onodera等以降雨过程总量作为发生滑坡的依据，提出日本过程降水量超过150mm时大量滑坡会发生滑动;Brand等对香港的滑坡与降雨资料进行了统计分析，得出香港绝大多数滑坡是由短历时强降雨诱发的，提出以小时降雨量作为发生滑坡的临界值［2］。一个地区往往有一个临界降雨量，达到或超过这个强度，就会诱发大量的滑坡。本文以茶陵县地质灾害调查的数据为基础，分析导致茶陵县不同区域滑坡发生的临界降雨量，并得出茶陵县地质灾害气象预警区划图，为防灾减灾的实践提供一定的理论依据。

1 茶陵县基本概况

茶陵县位于湖南东部，湘江支流洣水流域，总面积2507km2。茶陵县多年平均降水量1467.9mm，降水集中在4～6月，三个月降水量占全年总降水量的46%。日降水量最大为270.7mm。

茶陵县西北、东南山地矗立，地势逐渐向中部倾斜，形成一个向西南敞开的丘陵性盆地。县内可分为山地、丘陵、平原三个地貌类型，所占面积比例分别为55.44%、40.44%、4.12%。县内地形切割大、坡陡沟深，小褶皱及其次级断裂较发育，岩体较破碎，构造裂隙发育，岩石风化严重，碎屑物质丰富，残坡积、重力堆积、冲洪积等成因类型的松散土体分布较广。工程地质岩组主要为较坚硬-软质的厚层红层碎屑岩组，坚硬块状花岗岩组，坚硬至软质厚层-薄层浅变质岩组。

洣水及其大小支流在县内总长969.15km，流域面积2495km2，属山区雨源型，80%的流量靠降水补给，季节性变化大。

随着茶陵县社会经济的快速发展，县内各类工程建设日益增多，人类工程经济活动主要为交通建设、采矿活动、农民住房扩改建及水利建设等。

2 茶陵县滑坡特征

滑坡是茶陵县分布最广、危害最大的地质灾害类型。据全县20个乡(镇)的地质灾害调查统计，县内共有滑坡288处，面密度11.49处/100km2，总体积591.69 ×104m3。

2.1 滑坡基本特征

县内滑坡以规模小型为主，全县288处滑坡中，规模中型9处，小型279处，分别占滑坡总数的3.12%和96.88%;县内滑坡以土质滑坡为主，全县土质滑坡245处，占滑坡总数的85.07%;碎块石滑坡29处，占滑坡总数的10.07%，岩质滑坡14处，占滑坡总数的4.86%。县内滑坡以浅层滑坡为主，厚度一般2～6m，共283处，占滑坡总数的98.26%;中层滑坡5处，占滑坡总数的1.74%。

2.2 滑坡的诱发因素

县内滑坡以综合因素诱发为主，共229处，占全县滑坡的79.51%。综合因素包括自然因素和人为因素。人类工程活动破坏了斜坡原有的平衡稳定条件，在降雨作用尤其是暴雨下斜坡上松散残坡积土发生整体下滑［3］。

3 茶陵县降雨诱发滑坡的临界值初步研究

3.1 年平均降水量与滑坡的关系

从茶陵县年平均降水等值线与滑坡点的叠加图(图1)可以看出，总体上县年平均降水东南部和北部山地相对较高，中部洣水流域的盆地降水相对较低。茶陵县有2个降水集中区。一个分布在北部的火田镇，年平均降水量在1050～1250mm，另一个分布在东南部的浣溪镇、湖口镇和马江镇，年平均降雨量在1250～1650mm。据统计，降水集中区区间内滑坡发生数量较少，仅有59处，占总数的20.49%;在年均降雨量小于1050mm的降水区间内滑坡发生数量较多，达239处，占调查点总数的79.51%。这说明多年平均降水量与滑坡发生的数量间无明显的相关性，突发性降水或者持续强降水才是滑坡发生的主要因素［4］。

图1 茶陵县年均降水量等值线与滑坡灾害点分布的叠加图Fig.1 The overlay map of average annual rainfall contours and landslide distribution in Chaling county

3.2 月平均降水量与滑坡的关系

从图2可以看出，茶陵县汛期往往是3月下旬或4月中上旬开始，而滑坡数量也是从3月份或4月份开始增多，至5、6月份降雨量迅速增多达到峰值时，滑坡的数量也达到最多;7月上、中旬大部分地区雨季结束，滑坡数目减少;受台风影响暴雨增多，8月还是存在一定数量的滑坡;至9月份以后滑坡数量明显减少。这说明茶陵县滑坡主要发生在汛期，滑坡与各月的月平均降水量关系密切，基本上成正比分布，也就是说，县内滑坡的发生与降雨强度和过程降雨量均有关。

图2 茶陵县滑坡数目与月均降水量的关系Fig.2 Relationship of average monthly rainfall and amount of landslides in Chaling county

3.3 降雨引发滑坡的临界值分析

茶陵县的降雨形式主要有持续性降雨和台风外围云系引起的暴雨两种形式，台风影响区主要分布在茶陵县东南部，而非台风影响区主要分布在茶陵县北部。县内滑坡发生概率与降雨量的不同指标的相关性差异较大，台风影响区的滑坡发生与暴雨的相关性较大，而非台风影响区则与持续性降雨的相关性较大［5］，所以我们认为茶陵县的临界降雨量可以分为两项指标进行考虑，一个为降水过程的过程雨量，另一个为短时降雨量，两项参数中的某一项超过某个临界值时，滑坡成灾的可能性大大增加。

本次研究基于茶陵县地质灾害调查，以地质灾害调查中具有准确发灾时间的滑坡为样本，采用回放法，选取离发灾点最近的3个自动雨量站，统计灾害发生当日的最大小时降雨量以及灾害发生前1日或2日的累积降雨量(因降水过程而异)，将数据按下述公式计算。

式中，Rij临界为典型区域地质灾害临界雨量值的短时降雨量指标，Rij为第j个滑坡对应的i个发灾日的最大小时降雨量。

式中，Lij临界为典型区域地质灾害临界雨量值的过程降雨量指标，Lij为第j个滑坡对应的i次降水过程的最大平均降雨量。

根据滑坡样本的相对地理坐标值和计算出的临界降雨量值，经Sufer的Grid命令生成网格文件，再利用Sufer软件的等值线图功能做出茶陵县滑坡发生的短时临界降雨量图(图3)和过程临界降雨量图(图4)。

从图3可以看出，茶陵县短时临界降雨量中心主要分为三块，北部山地区花岗岩分布较广的八团乡，中部人类工程活动集中的腰陂镇、思聪乡、尧水乡及其洣江乡，西南部的红层较为发育的浣溪镇，这些地方短时降雨量超过45mm/h就可能引发滑坡;而县西部边缘和东部边缘的狭长地带，如界首镇、枣市镇和虎踞镇位于全县高短时临界降雨量区，滑坡不发育，短时降水量达到85mm/h才可能引发滑坡。

图3 茶陵县滑坡发生的短时临界降雨量图Fig.3 Short-time critical rainfall which causes the landslides in Chaling county

从图4可以看出，茶陵县短时临界降雨量中心和过程临界降雨量中心基本重合，这些区域降水与地质灾害联系较为密切，过程降雨量超过65mm就可能引发地质灾害。而县西部边缘和东部边缘的狭长地带为高过程临界降雨量，过程降雨量要超过105mm，才可能引发滑坡。

图4 茶陵县滑坡发生的过程临界降雨量图Fig.4 Process critical rainfall which causes the landslides in Chaling county

4 茶陵县滑坡气象预警区划

4.1 滑坡气象预警模型的建立

本文采用地质-气象信息耦合的滑坡气象预警模型，将地质环境条件与气象条件结合起来［6］，基本模型见下式:

其中Gw(k)为第k点滑坡气象预警概率量化指标，a(k)为第k点滑坡易发概率量化指标，其与地层岩性、地形地貌、地质构造、人类活动等因素有关;Rc(k)为第k点滑坡降雨信息因素概率量化指标，其与临界降雨量以及汛期(4～9月)平均降雨量和日暴雨发生频次有关。

4.2 滑坡气象预警概率量化方法

基于以上的模型，通过ArcGIS进行空间分析，对茶陵县滑坡气象预警进行量化计算，形成滑坡气象预警的概率分布图。然后采用ArcGIS自然断点法进行分类，完成了滑坡气象预警不同等级阈值选取［7］(表1)。

表1 Gw(k)值与预警等级的对照表Table 1 The standards of different Gw(k)values in early-warning system

4.3 滑坡气象预警区划

采用单元网格法，在1∶10万行政区图上对全县进行网格化，每个网格单元面积为1km×1km，面积不足一个单元格的，按标准单元格进行计算处理。将相同级别的最小单元进行合并，并对边界进行平滑，绘制滑坡气象预警分级分区图(图5)。图5将全县分为三个大区，六个小区域，其中Ja区为一级预警区，位于茶陵县中南部，东北部，主要为人类工程活动强烈的浣溪乡、思聪乡和洣江流域的湖口乡、舲舫乡和严塘镇以及北部花岗岩分布的八团乡，面积为367.5km2;Jb为二级预警区，主要分布在除1级预警区外人类工程活动较强烈的马江乡、腰陂镇以及北部的火田镇，面积为732.4 km2;Jc为三级预警区，主要分布在茶陵县的东部和西部，面积为1407.1km2。

图5 茶陵县滑坡气象预警分级分区图Fig.5 Zoning map of meteorological-earling warning of landslides in Chaling county

5 结论

(1)茶陵县小型滑坡地质灾害常常群集发生，点多面广，在集中短时强降雨的诱发作用下，特别是在地质环境条件脆弱的地区，往往出现即雨即滑。

(2)将茶陵县地质环境条件与降雨条件相结合，将临界降雨量分为过程降雨量和短时降雨量两个指标考虑，通过分析历史滑坡和降雨量的关系，确定了茶陵县不同区域滑坡的临界降雨量值，茶陵北部八团乡，中部腰陂镇、思聪乡、尧水乡及其洣江乡，西南部的浣溪镇短时降雨量超过45mm/h或者过程降雨量超过65mm就可能引发滑坡;而县西部东部边缘地带的界首镇、枣市镇和虎踞镇等地短时降雨量达到85mm/h或过程降雨量达到105mm才可能引发滑坡。

(3)利用地质和气象耦合的滑坡预警预报方法，实现了茶陵县滑坡气象预警的区划，提高了茶陵县滑坡预测的空间精度。

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