广西泥石流和滑坡地质灾害临界雨量界定方法

2018-05-16李艳兰

气象研究与应用 2018年1期

谢敏，陆甲，李艳兰，黄卓

（广西区气候中心，南宁 530022）

降雨是诱发泥石流和滑坡地质灾害的主要因素，合理的界雨量是滑坡和泥石流预报预警的主要依据。关于滑坡泥石流地质灾害的临界雨量，不少国家和地区［1-9］已研究出引发滑坡泥石流的临界雨量值，为滑坡泥石流预报预警提供了主要依据。然而各地的地质结构和降雨特征不同，诱发地质灾害的临界雨量也有较大的差异，目前难以找到普遍适用的临界雨量值。广西是地质灾害多发的省区之一，做好滑坡泥石流的预报预警对最大程度减轻人民生命和财产损失具有重要意义。关于广西地质灾害与前期雨量关系的研究，杨军［10］等人研究了广西梧州市万秀区区域降雨型滑坡危险性区划的降雨临界值，许英姿［11］等人研究了降雨对广西碎屑岩地区地质灾害的影响，李岳顺［12］采用有效雨量模型研究了广西梧州地区的滑坡地质灾害的临界雨量，黄莉［13］等做了广西地质灾害与气象因子的风险分析。但这些研究受限于气象资料的代表性和时间密度，其研究所得出的临界雨量应用于滑坡泥石流预报预警业务的可操作性仍有限。对此，本文基于广西加密自动气象观测站的逐小时雨量和278个泥石流滑坡地质灾害个例资料，利用统计方法确定诱发广西泥石流滑坡地质灾害的临界雨量，并使用最新灾害资料进行相关的检验和订正，尝试为广西泥石流滑坡地质灾害的预报预警提供主要依据。

1 资料和方法

1.1 泥石流

（1）收集泥石流个例资料和降雨资料。收集到133次泥石流灾害发生时间和地点，以及2017年汛期发生的7次泥石流，根据泥石流灾害发生时间和地点，选取距离最近的雨量站作为代表站，提取泥石流灾害发生前的逐时降雨资料。

（2）针对历次泥石流灾害进行临界雨量组合确定，最终以灾害发生前期1h最大雨强和24h最大雨强做为指标。

（3）绘制临界雨量基准值确定图。分别以1h最大雨强（H1）为纵坐标、以24h雨强（H24）作为前期有效雨量为横坐标投射到坐标轴上，得到泥石流临界雨量基准值确定图。

（4）检验和修订。根据2017年汛期发生的2次泥石流灾害，对上述第（3）点广西泥石流致灾临界雨量基准线进行验证和修订。

1.2 滑坡

（1）资料收集。收集到百色市132个有明确时间和地点记录的降雨诱发的单体或区域性滑坡记录，以及2017年6次有明确时间和地点记录滑坡事件；取距滑坡最近的自动气象站的逐小时雨量。

（2）根据文献《诱发区域性滑坡的降雨阈值》［14］的方法确定降雨持续时间D和雨强I。确定历时D时，需要确定起止时刻，滑坡发生的时刻为截止时刻。在只知道滑坡发生日期的条件下，近似用当日最后一次降雨结束时刻为其截止时刻。确定某一时刻T，若T之前的历次降雨过程的有效降水量之和小于T时刻至D结束时刻之间的历次降雨过程有效降雨量之和的10%，则以T时刻作为D的开始时刻。有效降雨量，有效雨量表达式为：

Ra表示有效雨量；Rb表示灾害发生当日及前期的降雨量（灾害发生当日b＝0，灾害发生前n天，b＝n）；K为递减系数，据张书余的研究，广西的经验系数为0.7；

n对于不同的泥石流沟、不同的滑坡都不同，K和n都需要通过统计确定。

（3）将滑坡事件所对应的平均雨强和历时标注在I-D双对数坐标平面内。

（4）假定I-D阈值满足幂指数函数，找出雨强I和降雨历时D的关系式。

（5）以2017年的滑坡个例进行检验与修订。

2 结果分析

2.1 泥石流

按上述资料和方法处理后，得到激发泥石流和不激发泥石流的临界雨量基准线（图1）：

图1 泥石流临界雨量基准值

当 H24＜152mm时，该线表达式为 H1＝-0.2872H24＋83.55；

当 H24≥152mm时，该线的表达式为 H1＝39.9mm。该线为泥石流发生的危险基

准线，分界线右上侧为发生泥石流的危险区域，左下侧为安全区。

2017年汛期，广西阳朔县和灵川县出现的泥石流灾害，其发生前24h雨强大于152mm，1h雨强大于39.9mm（表1），达到泥石流危险警戒区，与实际情况相符，说明修订后的临界雨量基准线是合理的，基本满足广西泥石流短期预报的要求。

表1 2017年广西泥石流致灾临界雨量检验

2.2 滑坡

利用广西百色市滑坡个例及其对应的雨量资料按上述1.2方法处理后，得到诱发滑坡的I-D阈值曲线（图2）。线条上侧区域为发生滑坡的危险区域，下方区域为安全区域。假定I-D阈值满足幂指数函数，根据滑坡事件的下限确定幂指数函数的a和b参数，得到百色市降雨阈值曲线I＝11.31D-0.7，适用范围为降雨历时1～188小时。该阈值高于Guzzetti等得到的全球降雨阈值I＝2.20D-0.44，同时高于桂西北区域降雨阈值I＝5.05D-0.57，符合区域阈值高于全球阈值的规律。