楊森林，毛顯后

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550004;2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

貴州重大氣象地質(zhì)災(zāi)害探討

楊森林1，毛顯后2

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550004;2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

通過2000年以來貴州發(fā)生的主要重大地質(zhì)災(zāi)害與氣象降雨關(guān)系的分析，以地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)因子為概念，建立了降雨量“閥值”邏輯模型與因子作用分類，并計算了貴州重大地質(zhì)災(zāi)害下的降雨量“閥值”與“閥值”帶。按照得出的氣象地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律性，提出貴州氣象地質(zhì)災(zāi)害工作措施建議。

氣象地質(zhì)災(zāi)害;特征;貴州

1 引言

貴州是我國地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重、受威脅人口最多的省份之一。為此，在貴州省已展開的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、勘察、治理等工作的基礎(chǔ)上，許多文獻(xiàn)［1-5］從地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域發(fā)育規(guī)律、成因機(jī)理、防治方法等［1-5］方面進(jìn)行了大量的研究，進(jìn)一步促進(jìn)了地質(zhì)災(zāi)害防治工作的發(fā)展。但由于貴州地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，時有發(fā)生造成財產(chǎn)損失和人員傷亡的重大地質(zhì)災(zāi)害，使我省地質(zhì)災(zāi)害防治形勢仍顯得嚴(yán)峻。本文從影響重大地質(zhì)災(zāi)害的氣象因素入手，探討其發(fā)生規(guī)律、特征與防治措施。

2 資料與方法

本文所用的地質(zhì)災(zāi)害資料來源于貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院編寫的《貴州地質(zhì)災(zāi)害及其防治》、貴州省國土資源廳發(fā)布的2004—2010年各年度《貴州省地質(zhì)環(huán)境公報》，日降水資料來源于貴州省氣候中心。

通過選取主要有人員傷亡的重大地質(zhì)災(zāi)害點，提取對應(yīng)發(fā)生時間的當(dāng)日降雨量和前5 d累計降雨量。在提出地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)因子為概念，降雨作用下發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的降雨量“閥值”的基礎(chǔ)上，建立觸發(fā)降雨量和地質(zhì)環(huán)境條件邏輯數(shù)學(xué)模型。分析建立作用因子分類與人類工程活動、地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性歸一，簡化邏輯表達(dá)式的降雨量觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系。運用建立的邏輯數(shù)學(xué)模型，計算重大地質(zhì)災(zāi)害下的降雨量“閥值”與“閥值”帶，從而探索貴州氣象地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律。

3 重大地質(zhì)災(zāi)害

3.1 基本概況

相關(guān)資料［1，8］顯示，貴州的地質(zhì)災(zāi)害在空間上全省各地均有發(fā)生、以中西部較多，在時間上各年份均有發(fā)生、以汛期為高發(fā)期。其中滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫是貴州主要地質(zhì)災(zāi)害類型，約占地質(zhì)災(zāi)害的95.31%。

造成較大的財產(chǎn)損失和人員傷亡的重大地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量在整個地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量的比例約為0.57%，但造成人傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失的災(zāi)情所占比例卻高達(dá)42.03%。這些重大地質(zhì)災(zāi)害中，主要災(zāi)種是崩滑流，占總數(shù)的96.49%，全省各市(州、地)均有發(fā)生。

通過資料整理，僅2000年以來主要的27起重大地質(zhì)災(zāi)害就有399人傷亡(詳見表1)，說明重大地質(zhì)災(zāi)害造成群死群傷的危害較為嚴(yán)重。

3.2 觸發(fā)與觸發(fā)因子

在以往的文獻(xiàn)中，對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生因素的謂稱從誘發(fā)一詞改用引發(fā)，筆者認(rèn)為對突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害用觸發(fā)更為恰當(dāng)。其理由如下：由于造成地質(zhì)災(zāi)害的因素主要分為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用兩大類，其中，內(nèi)力地質(zhì)作用包括造山運動形成的斜坡地形、構(gòu)造對巖體完整性的破壞、地震活動以及巖石組合等，通常稱為地質(zhì)環(huán)境條件;外力地質(zhì)作用包括降雨、地下水活動以及人類工程活動等。

一般情況下，內(nèi)力地質(zhì)作用是一個漫長的時間過程，使已有巖體處于相對穩(wěn)定或臨界穩(wěn)定狀態(tài)。同時在外力地質(zhì)作用下，相對穩(wěn)定的巖體將向臨界穩(wěn)定過渡，而臨界穩(wěn)定巖體則有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。當(dāng)引發(fā)因子所給的量沒有破壞巖體不穩(wěn)定的“閥值”時，臨界穩(wěn)定巖體仍然不會發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，但將會使臨界穩(wěn)定巖體在臨界值范圍內(nèi)向更不穩(wěn)定方向發(fā)展，即這些因素仍然是引發(fā)因素，也是一個過程深化的引發(fā)。

表1 2000年以來主要重大地質(zhì)災(zāi)害人員傷亡情況一覽表

往往當(dāng)某一因素起主要作用，在較短時間內(nèi)推動了臨界穩(wěn)定巖體向不穩(wěn)定的迅速發(fā)展，造成突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。其發(fā)展過程時間短，并主要體現(xiàn)了這一因素對臨界穩(wěn)定巖體平衡的破壞，即“一觸即發(fā)”的現(xiàn)象。故對突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因子的作用，本文稱其為觸發(fā)。

通過2004年以來的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害資料統(tǒng)計［6］，貴州每年汛期(5—9月)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量分布明顯較多(如圖1)，汛期也是貴州省降水集中的時期，即降雨是貴州地質(zhì)災(zāi)害的主要觸發(fā)因子之一，并代表年度時間發(fā)生分布規(guī)律。

3.3 氣象地質(zhì)災(zāi)害

通常有顯著作用的地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)因素可分為降雨和人類工程活動兩類。而貴州屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，雨熱同季、雨量充沛、降水分布和時段極不均勻，特別是中部苗嶺東西兩段的迎風(fēng)坡，是2個多雨區(qū)。由于持續(xù)降雨，大雨、暴雨觸發(fā)的突發(fā)性、災(zāi)害性地質(zhì)災(zāi)害所占比例在70%以上［2］。在發(fā)生造成較大的財產(chǎn)損失和人員傷亡的重大地質(zhì)災(zāi)害時，是社會所關(guān)注、政府重視的突出事件，也是地質(zhì)災(zāi)害研究的重點對象。

圖1 2004—2010突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時間分布圖

本文統(tǒng)計計算了27處重大氣象地質(zhì)災(zāi)害的當(dāng)日降水及前5 d降水，如圖2所示。其中有81.5%的災(zāi)點降雨量強(qiáng)度與2004—2010年突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)時間分布具有很好的一致性，且造成的人員傷亡占總數(shù)的73.4%。

圖2 2000年以來主要重大地質(zhì)災(zāi)害降水情況

4 重大氣象地質(zhì)災(zāi)害

4.1 降雨參與地質(zhì)災(zāi)害模型

由于巖層組合、地形坡度、裂隙發(fā)育、降雨作用等諸多地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性，各類地質(zhì)災(zāi)害各自的引發(fā)因素、發(fā)生機(jī)理、種類組合、災(zāi)情狀況等的差異性，故不能用某種解析方程求出降雨作用下觸發(fā)的臨界值。但降雨作用下觸發(fā)的臨界值有規(guī)律可循，本文以觸發(fā)降雨量和地質(zhì)環(huán)境條件為基礎(chǔ)，選取當(dāng)日(當(dāng)場)降雨量、前第i日累計降雨、人類工程活動對穩(wěn)定巖體平衡的影響、災(zāi)前地質(zhì)環(huán)境條件狀況等4項，按照影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生因素關(guān)系，列出其間的邏輯關(guān)系表達(dá)為：

式中：F——觸發(fā)臨界值

Vd——當(dāng)日(當(dāng)場)降雨量

Vi——前第 i日降雨(i=1，2，3… )

f——人類工程活動對穩(wěn)定巖體平衡的影響

X——災(zāi)前地質(zhì)環(huán)境條件狀況

僅從降雨作用地質(zhì)災(zāi)害時間上來說，筆者認(rèn)為可將地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的觸發(fā)作用分為直接型、迭加型、滯后型、擾動型4類，各指標(biāo)的貢獻(xiàn)作用列于表2。

按照上述標(biāo)準(zhǔn)，將本文所述的27處重大地質(zhì)災(zāi)害結(jié)合貴州降雨型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，以中雨降雨量(＞10mm)為降雨作用起點分類于表3，共計22處。而沒有降雨作用的地質(zhì)災(zāi)害主要為人類工程活動影響，不參加統(tǒng)計。

表2 氣象地質(zhì)災(zāi)害因子作用分類表

表3 2000年以來主要重大地質(zhì)災(zāi)害氣象作用分類表

4.2 降雨量“閥值”與“閥值”帶

在貴州的降雨作用于地質(zhì)災(zāi)害研究中，陳百煉等［7］提及的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生并不完全與單日降雨過程同步，存在一定的滯后性，主要集中在降雨后72 h內(nèi)發(fā)生，得出災(zāi)害發(fā)生與前3 d、前5 d累積雨量也有較好的相關(guān)性。并在汛期貴州地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報中應(yīng)用效果較好［4］，驗證了貴州的降雨作用于地質(zhì)災(zāi)害一般規(guī)律，因此本文涉及的地質(zhì)災(zāi)害累積降雨量選取了前5 d作分析。

在主要考慮氣象因素的情況下，將人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性歸一，用氣象降雨量的疊加得出降雨作用下觸發(fā)的臨界值，將(1)式簡化邏輯關(guān)系表達(dá)為：

Ffx=Vd+∑Vi(2)

式中：Ffx：降雨量觸發(fā)臨界值;Vd：當(dāng)日(當(dāng)場)降雨量;Vi：前第 i日降雨量(i=1，2，3，4，5)。

通過篩選的22處降雨作用的地質(zhì)災(zāi)害，由式(2)計算出降雨作用下的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生降雨量“閥值”于表4中。

表4 2000年以來主要重大地質(zhì)災(zāi)害降雨量“閥值”表(單位：mm)

從表4中看出：Ffx的最小值為13.7、最大值為331，平均值為86.81。說明貴州地質(zhì)災(zāi)害所處地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和極大的差異性，各種地質(zhì)災(zāi)害的降雨量“閥值”組成降雨量“閥值”帶，即13.7～331區(qū)間均有可能在特定的地質(zhì)環(huán)境條件下發(fā)生不同的地質(zhì)災(zāi)害。

4.3 其他因素與降雨量“閥值”帶討論

表4反映出Ffx區(qū)間值跨度極大，除說明貴州地質(zhì)災(zāi)害所處地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和極大的差異性外，可能還與本文引用的日降雨量等因素有關(guān)。

由于貴州山地氣候條件，降雨量的不均勻性不僅表現(xiàn)在年度各月降雨量的較大差異，而且在24 h的降雨也極不均勻。由于降水時空分布的不均勻性，在本文引用的地質(zhì)災(zāi)害降雨量中，雖以最近的降雨量站點取值，但也可能存在一定的差別。故所求的降雨量“閥值”帶區(qū)間下限可能偏小，而上限受地質(zhì)災(zāi)害選點所制，應(yīng)無限值。

此外，山地氣候的小時的降雨量會出現(xiàn)很大的差異，甚至可能出現(xiàn)統(tǒng)計24 h的降雨量就是某小時的降雨量，即小時降雨強(qiáng)度對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有較大影響。因此，如果將(2)式中的V值用小時降雨強(qiáng)度替代，可以得出與實際更相近的地質(zhì)災(zāi)害降雨量“閥值”帶。

若再結(jié)合人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境因素分類進(jìn)行定量區(qū)劃，將式(1)進(jìn)一步確立定量關(guān)系，就可以得出貴州地質(zhì)災(zāi)害降雨量“閥值”帶分布圖，有待將氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報成功率進(jìn)一步提高。

5 氣象地質(zhì)災(zāi)害防治建議

由于貴州地質(zhì)環(huán)境的脆弱性，以降雨為主要因素的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報工作已成為地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)防災(zāi)工作的一條重要途徑。深化氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報方法研究，開展短時(臨近)氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警運用，對于已發(fā)現(xiàn)的重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點實行監(jiān)測預(yù)警與氣象預(yù)報相結(jié)合，與地質(zhì)災(zāi)害群測群防有機(jī)地聯(lián)系起來，進(jìn)一步提高防災(zāi)減災(zāi)有效性。

建立全省統(tǒng)一地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)服務(wù)器，實現(xiàn)重大地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測視頻會商，提高群測群防能力。采用專用服務(wù)器，加強(qiáng)縱向溝通與聯(lián)合，建立與省內(nèi)各市(州、地)和縣鏈接的地質(zhì)災(zāi)害信息網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換，及時驗證地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的情況，進(jìn)行預(yù)測預(yù)警的趨勢調(diào)整，通過視頻會商系統(tǒng)研修預(yù)報預(yù)警產(chǎn)品，提高預(yù)測預(yù)警的可信度。

結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害趨勢預(yù)測，將年度趨勢預(yù)測作為中長期預(yù)警預(yù)報，未來24 h地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警為短期，短時(臨近)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警為災(zāi)前預(yù)報。與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、群測群防網(wǎng)絡(luò)組成了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報體系。

［1］ 貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院.貴州地質(zhì)災(zāi)害及其防治［M］.貴陽：貴州科技出版社，2009.

［2］ 楊森林，等.貴州地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分區(qū)［J］.貴州地質(zhì)，2011(2)：131-134.

［3］ 郭振春.貴州地質(zhì)災(zāi)害的主要類型和誘因及其預(yù)防建議［J］. 貴州地質(zhì)，2003(2)：103-105.

［4］ 楊森林，等.貴州省地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報［J］.貴州地質(zhì)，2010(4)：302-305.

［5］ 楊凌云.貴州地質(zhì)災(zāi)害的防治對策［J］.西部探礦工程，2005(10)：203-204.

［6］ 貴州省國土資源廳.貴州省地質(zhì)災(zāi)害趨勢預(yù)測報告［R］.2011.

［7］ 陳百煉，等.基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警方法初探［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2005(5)：93-96.

［8］ 貴州省國土資源廳.貴州省地質(zhì)環(huán)境公報［R］.2005-2009.

P694

B

1003-6598(2012)02-0007-04

2012-02-22

楊森林(1962—)，男，高工，主要從事水文、工程、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查與研究工作。

貴州省重大科技專項經(jīng)費《貴州典型地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式及預(yù)警預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)研究》項目：黔科合重大專項字［2011］6004資助。