黄明奎，马 璐

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074)

重庆市地质灾害气候性诱发机理分析

黄明奎，马 璐

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074)

气候异常已成为全球环境、工程建设与运营面临的主要问题，也是诱发山区地质灾害的主要因素之一。重庆是我国地质灾害发生最严重的地区之一，为了研究重庆地区地质灾害气候性诱发机理，在统计分析了重庆1950年以来的地质灾害和气象资料的基础上，分析了重庆市气温、降雨强度等气候变化特征以及地质灾害与气候变化的耦合特征，并研究了重庆市地质灾害的气候性诱发机理，揭示了气候变化特别是极端气候对地质灾害的影响规律，结果可为地质灾害的预测、预防和治理提供技术参考。

地质工程；地质灾害；气候变化；耦合；诱发机理

0 引 言

重庆是我国地质灾害发生最严重的地区之一，平均每年因地质灾害造成的直接经济损失超过4亿元人民币[1]。近年来，随着气候的变暖，极端气候频繁出现加剧了一些地质灾害的发生[2]，引起了国内外对气候与地质灾害的广泛关注。殷志强等[3-4]研究了极端天气气候事件对地质灾害的影响，并以不同时间尺度的地质灾害为研究对象，分析了地质灾害诱发因素与气候变化的响应关系。邢林啸等[5]以2008年极端冰雪气候条件为背景，研究了我国南方中低纬度地区极端冰雪气候对地质灾害的影响；李奋生等[6]通过野外实地考察和遥感影像分析汶川地震驱动的地质灾害，得到了以降雨为主的气候因素是导致震后汶川地区地质灾害发生的直接诱发因素。从以上分析可知，现有的地质灾害的研究主要局限在地质灾害的分布规律，形成机理、趋势预测以及自身发生机理等方面。但随着全球气候变暖和极端气候频繁出现，地质灾害发生的数量呈现出成倍增长的趋势，然而有关气候异常对地质灾害的诱发作用目前还缺乏系统的研究，已不能满足当前防灾减灾体系的构建。因此，笔者基于重庆市地质灾害与气候资料的统计研究，在分析重庆市气温变化特征、降雨强度变化特征以及地质灾害与气候变化的耦合特征的基础上，研究了重庆市地质灾害的气候性诱发机理，揭示了气候变化特别是极端气候对地质灾害的影响规律，结果可为地质灾害的预测、预防和治理提供技术参考，为重庆市气候性地质灾害防灾减灾体系的构建提供技术支撑。

1 资料来源与处理分析

根据2013年政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的第五次评估报告[7]：1950年以后，由于全球气候变暖及人类活动的影响，极端气候开始发生变化，地球海平面的上升速度高于过去两千年。地质灾害的发生与气候变化有着密切的关系，同时也是气候变化引起地球表层系统调整的一种重要作用方式[8]。因此，为了研究分析重庆地质灾害气候性诱发机理，笔者重点对重庆地区1950年以来的地质灾害及气候资料进行统计分析，以此为基础，开展研究重庆气候性地质灾害诱发机理。其中，气象资料来自《重庆统计年鉴》[9]及重庆市沙坪坝气象局监测资料；地质灾害数据来自《重庆市人民政府公报》及重庆市国土资源和房屋管理局资料，并按灾种、年表、地点对地质灾害进行详细分类，在统计中分山崩、地面裂缝、地面变形、地震和山移等5种类型。在灾种归类过程中，将地陷划归为地面变形，并将同一时间各灾种引发的派生地质灾害并入其中，避免重复计算。如将地震派生出的地震山崩、地震地裂、地震地陷等灾害只归类为地震灾害，而不另行计算。

气候资料的分析采用国际气象学流行的百分位法[10]，地质灾害频数采用数理统计的方法并结合5年滑动曲线平均法从不同的角度进行分析。

2 地质灾害气候性诱发机理分析

2.1 1950年以来重庆气温特征分析

为了较完整的分析1950年以来重庆地区气温的变化规律，将气温朝前延伸25年进行统计，其结果如图1。从气温5年滑动平均曲线(图1中粗曲线)可以看出：在1925—2013年间重庆的年均气温经历了明显的升温-降温-升温3个阶段，即：从20年代中期到50年代初期气温滑动平曲线为波动上升阶段；50年代中期到80年代中期则呈现明显的降温阶段；80年代中期至今则呈现极为明显的升温阶段。也就是说，重庆近百年来气温呈现出一个明显的以30年左右为周期的冷暖交替特征。以此规律为依据可以预测，在21世纪10年代中期将是重庆气温从一个升温期进入下一个降温期转折点，并于在21世纪40年代中期达到降温低值。事实上，在统计分析重庆市气温变化中已发现，自2007年起，重庆市气温的增温速率已开始减小，并于2010年增温速率首次出现负值。经计算，2007年以前的20年中重庆市气温的增温速率每10年达到了0.432 ℃，而2007—2013年增温速率仅为0.179℃/10a。 大家熟悉的2008年中国南方特大冰雪冻灾，2009年11月至2010年1月低温暴雪袭击北半球，这些气候事件笔者认为均是放缓增温逐渐过渡到冷周期的信号。

图1 重庆年均气温曲线Fig. 1 Annual average temperature curve of Chongqing

虽然从气候周期波动规律上表明重庆自21世纪10年代将进入下一个降温期，但由于近30年气温的快速增长使之处于近年来的最高温度阶段，且目前重庆气温仍旧以较微弱的增温速率增长，加之气候冷暖交替往往有长达数年的过渡阶段，因此，降温气候并不能立即减弱升温事件发生的频率与强度，而将呈现出更为强烈的气候 “两极化”状态。即：一是极端高温事件和极端低温事件的发生频率与强度均将增大；二是在同一地区、不同时间呈现不同的极端天气，或者在同一时间、不同地区呈现不同的极端天气。如2014年4月重庆主城区白天34.5 ℃高温，夜间却下起冰雹。这些气候现象为气候性地质灾害的发生创造了条件。

2.2 1950年以来重庆降雨强度特征分析

降雨是诱发地质灾害发生重要的气候性影响因素。为了分析地质灾害的气候性诱发机理，将重庆市1951—2013年间重庆年均降水强度按照年际变化绘制标准化曲线(如图2，图2中虚直线为线性拟合曲线，曲线为三项式拟合曲线)，以分析重庆市的降雨强度变化特征。

从拟合曲线变化趋势来看，1950年以来，重庆市降水强度呈现明显的先降后增特征，即：50年代到80年代降雨强度都处于下降趋势，自90年代以后降水强度开始上升，特别在进入21世纪后上升幅度显著。从现有的降雨强度趋势曲线可以看出，同气温变化规律类似，重庆地区降水强度每隔约30年有一次年代际周期震荡，50年代到80年代的震荡幅度较小，80年代后震荡幅度较为强烈。因此，可预测今后重庆地区的降水强度将呈现增强趋势。

图2 重庆市降雨强度的时间变化Fig. 2 Temporal variation of rainfall intensity in Chongqing

2.3 1950年以来重庆地质灾害与气候耦合特征分析

为了分析地质灾害发生随时间的变化规律，现将灾害发生的时间投影到以时间为横坐标的统计图中以形成地质灾害频数—时间图(图3)。从图中可以看出，从50年代至80年代中期重庆地质灾害滑动平均曲线(图3中粗曲线)较为缓和，80年代中期以后，曲线开始陡增，且增加趋势不断加剧，表明重庆在这一时期地质灾害不断增加，呈现出较为活跃的态势。

对比重庆地区气温变化特征图(图1)、降雨强度时间变化图(图2)与地质灾害频数-时间图(图3)可以发现，地质灾害的发生频数与气候的变化密切相关，二者在一定程度上具有相同的变化趋势，即地质灾害高发期出现在气候的升温阶段，地质灾害低发期则出现在气候的降温阶段。在2008年以后，重庆地质灾害呈现出下降趋势，而气温则自2007年起，增温速率已开始衰减过渡进入降温阶段，且地质灾害发生较气温变化具有一定的滞后性，这说明气温变化对地质灾害发生的影响不容忽视，二者在时间序列呈现出较好的耦合性特征。

图3 重庆市地质灾害时间——频数统计直方图Fig. 3 Statistical histogram of geological disaster time-frequency in Chongqing

2.4 地质灾害气候性诱发机理分析

从前面分析可知，地质灾害的发生与气候变化具有密切的关系，是气候变化的外在响应。随着全球气候的变暖，重庆气温自20世纪80年代末期进入快速增长期，引起极端气候事件发生频率增大。据统计，从1997年到2011年仅15年间，重庆就发生了9起强度较大的极端气候事件(具体情况详见表1)，引发了较为严重的地质灾害。

表1 重庆市极端气候与地质灾害统计Table 1 Statistics of extreme climatic and geological disaster in Chongqing

从表1中可以看出，气候对地质灾害的发生十分重要，极端气候事件往往在年内或年际间进行叠加以灾害链形式出现，导致地质灾害的发生频数对气候变化的响应呈现出强弱交替的变化特征，即在极端高温干旱的年份，地质灾害的发生的频数低于正常年份的平均地灾数，随着次年的多雨洪涝气候的发生，地质灾害便以数倍甚至数十倍的速率增长，远远超过正常年份的平均值。这说明气候特别是极端气候对地质灾害的发生具有重要的诱发作用。

年内叠加多为极端高温事件与极端干旱事件叠加，形成当年的极端高温干旱灾害链，如1997年、2001、2006、2010及2011年，其极端高温指数均高于1995—2013年间均值，而降水指数均低于平均值。因此，由于高温气候的作用，导致工程岩土体内水体的蒸发，含水量降低，在一定程度上增加了土颗粒之间的摩擦强度，提高了岩土体的抗剪强度，对地质灾害的发生具有抑制作用，再加上极端高温干旱年降水偏少，因而雨水的诱发作用减弱，进而导致该年份低于正常年份的平均数。

年际叠加多为极端高温干旱事件与极端降水事件在年际间叠加，如某年为高温干旱年，次年便为洪涝年，形成相邻年份的旱涝交替灾害链，如1997年和1998年、2001年和2002年、2006年和2007年，引起地质灾害的发生频数对气候变化的响应呈现出弱强交替的变化特征。在高温干旱年份，同气候年内叠加诱发地质灾害机理类似，高温事件降低了岩土体的含水量，增加了岩土体颗粒间的摩擦强度，提高了岩土体的抗剪强度，对地质灾害的发生具有抑制作用，但随着持续的高温干旱，造成气温影响深度、强度增大，裂缝的产生、发展进一步增强，引起岩土体结构发生变化，为来年的洪涝降雨的作用创造了条件。次年极端洪涝降雨气候发生时，由于上年形成的裂缝渗流较弱，降雨或融化水基本全部被裂缝容纳，引起土体颗粒间的摩擦强度以及潜在的滑坡体(或崩塌体)与稳定岩土体之间的抗拉强度降低，裂缝急剧发展，滑坡体或崩塌体产生压碎、错位和外鼓等现象，进而引起地质灾害发生。因此，上年的极端高温干旱创造的裂缝等现象为次年的极端降雨的水的作用提供了条件，二者叠加成为次年洪涝降雨年份地质灾害频发的主要推力。

从以上分析可以知，重庆的环境气温特别是极端持续高温是影响地质灾害发生不可忽略的重要因子，其不仅改变岩土体在不同时间段的三相组成，更为重要的是改变岩土体的内部结构和性质，从宏观上表现为抑制或诱发地质灾害，而降雨气候因子则是诱发地质灾害发生的主要影响因素，在气候性地质灾害诱发因素中起决定性的作用。高温干旱与降雨气候事件的叠加作用则成为地质灾害急剧发生主要推力，在工程防灾和减灾中应引起足够的重视。因此，不仅要采取措施应对单个极端高温干旱、极端低温事件和极端降水事件，更应该警惕极端气候叠加效应引发的灾害链问题。

3 结 论

通过笔者的研究分析，初步得出以下结论：

1)重庆近百年来气温因子呈现出一个明显的以30年左右为周期的冷暖交替特征。

2)1950年以来，重庆市极端降水强度呈现明显的先降后增特征，大约以30年一次年代际震荡周期，50年代到80年代的震荡幅度较小，80年代后震荡幅度较为强烈。

3)地质灾害的发生频数与气候的变化密切相关，二者在一定程度上具有相同的变化趋势，而且地质灾害发生频数与气候的升、降温期在时间序列上呈现出较好的耦合性。

4)环境气温特别是极端持续高温不仅改变岩土体在不同时间段的三相组成，更为重要的是改变岩土体的内部结构和性质，从宏观上表现为抑制或诱发地质灾害；降雨气候因子软化了岩土体并降低了其抗剪强度，降低了灾害体与稳定岩土体之间的抗拉强度，成为诱发地质灾害发生的主要影响因素，在气候性地质灾害中起到决定性的作用。而二者的叠加作用则成为地质灾害频发的主要推力，在工程防灾和减灾中应引起足够的重视。

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ClimaticallyInducedMechanismofGeologicalDisastersinChongqing

HUANG Mingkui, MA Lu

(School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, P. R. China)

Unusual climate has been one of the main problems for global environmental protection, engineering construction and operation today, and it is also one of the main factors that induced the geological disasters in mountainous areas. Chongqing is one of the most severe areas that generate geological disasters in China. To study the climatically induced mechanism of geological disasters in Chongqing, the climatic change characteristics, such as atmospheric temperature and rainfall intensity, and the coupling features of the geological disaster and climatic change were analyzed, which was based on the meteorological and geological disasters data since 1950 in Chongqing. Then, the climatically induced mechanism of geological disasters in Chongqing was studied. The results reveal the law of the geological disasters induced by climatic change especially extreme climate. The results also provide the technical reference for forecasting, preventing and treating geological disasters.

geological engineering; geological disaster; climatic change; coupling; induced mechanism

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.11.13

2016-04-25；

2016-07-12

重庆市教委基金资助项目(2019501129)

黄明奎(1975—)，男，四川隆昌人，博士后，教授，主要从事隧道及岩土工程方面的教学研究工作。E-mail: hmksmile@163.com。

P694

A

1674-0696(2017)11-066-05

(责任编辑：朱汉容)