浙江地区引发滑坡的降雨强度－历时关系

麻土华，李长江，孙乐玲，李 炜，何彩芬

（1.浙江省国土资源厅信息中心，浙江 杭州 310007；

2.浙江省国土资源厅地质环境处，浙江 杭州 310007；3.宁波市气象台，浙江 宁波 315012）

0 引言

本文所讨论的滑坡主要指降雨型滑坡（土体和岩体滑动，也包括泥石流和崩塌等）［1］。引发滑坡的降 雨 阈 值 概 念 由 Caine（1980）［2］提 出，他 根 据Campbell（1975）［3］关于高强度降雨与浅层滑坡发生关系的认识以及Starkel（1979）［4］通过降雨强度-历时关系判别临界降雨量的工作提出了这一概念。Campbell（1975）［3］推测当强烈的降雨下渗进入含水层时，随着孔隙压力增大，导致浅部土层的有效强度减小，从而引发滑坡。Cain（1980）［2］利用前人发表的，全球73个浅层滑坡资料和相关的降雨强度和历时数据提出了关于引发泥石流的最小降雨强度-历时阈值。

自Caine（1980）［2］以来，对降雨引发滑坡的预报研究大多围绕降雨强度-历时关系展开，试图通过各种经验或统计方法确定与滑坡有关的降雨强度-历时关系阈值，以阈值作为实时降雨数据的参照来识别可能引发滑坡的暴雨事件，进而按照降雨预报或雨量监测的区域范围预报滑坡可能发生的时段（如文献［5-11］等）。

由于独特的地理位置，复杂的地质、地形和气候背景，浙江成为中国降雨型滑坡最频发的地区之一。浙江省水文勘测局在浙江设有一个由1257个雨量站组成的监测网，基本覆盖浙江全部陆地区域，本文根据1990年至2003年该雨量监测网记录的小时雨量数据和雨量站附近发生的可确定发生时间的滑坡数据，给出了对浙江全省及6个易于发生滑坡的县级区域滑坡的降雨强度-历时关系阈值。

1 方法

对于引发滑坡的降雨阈值，一般都是通过分析已导致或可能导致滑坡的历史降雨事件来确定的。通常的作法，是将引发滑坡的降雨条件（降雨强度与历时）标绘在笛卡尔坐标、半对数坐标或双对数坐标上，以数据分布的下部界线作为阈值，即引发滑坡的降雨条件下限［11］。在一些英文文献［11-12］中将现有的通过分析历史降雨数据确定的降雨阈值称为经验性降雨阈值。降雨强度指在一个给定时段内的累积降雨量或降雨速率。根据观测时段的长短，降雨强度可以用对降雨量的“瞬间”测量，也可以用小时（小时强度）、天或者更长时间段的平均值来表示。通常是以每小时毫米（mm/h）或英寸（in/h）作为度量单位。对于长的观测时段，以“平均”值表示的降雨强度低于观测时段内出现的峰值（最大）降雨量。因此，短时段和长时段观测的降雨强度其物理含义有很大区别。如果以I表示平均降雨强度（单位为mm/h），D表示降雨历时（单位为h），在双对数坐标图上，I与D之间的关系可以表示为［11］

这里，c≥0以及b和α为参数。

图1给出了现有文献中几个有代表性的降雨引发滑坡的I-D关系。

图1 引发土体滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系［2，6，7］Fig.1 Rain fall intensity-du ration thresholds for initiation of shallow landslides（soil slides and debris flows）［2，6，7］

2 浙江滑坡的降雨强度与历时关系

浙江省水文勘测局在浙江设有一个由1257个雨量站组成的监测网，基本覆盖浙江全部陆地区域。由于目前已有的滑坡数据中对滑坡发生时间的记录极少有精确到分钟的，因此在我们的分析中仅考虑小时降雨。本文根据1990年至2003年该雨量监测网记录的小时雨量数据和雨量站附近发生的可确定发生时间的滑坡数据，分析了滑坡的降雨强度 -历时关系。图2是对全省范围内滑坡的统计结果（未区分土体和碎屑滑坡与泥石流），图3是对全省范围内的土体和碎屑滑坡的统计结果，图4表示全省范围泥石流的降雨强度-历时关系。对比图3和图4，可以发现土体和碎屑滑坡的降雨强度-历时关系线的斜率（0.515）要略微高于泥石流发生时的降雨强度 -历时关系线的斜率（0.503），而前者的b值为23.75，要明显低于后者的b值30.39。这里b值的物理意义是D=1时的降雨量，因此对于1h的历时而言，发生泥石流的最小降雨强度要明显高于土体和碎屑滑坡。对此可以解释为：在雨水经入渗，进入坡面后增加了斜坡岩土体内部孔隙压力及减小有效应力，降低了岩土体固体颗粒间的摩擦力与内聚力；当孔隙压力超过某一临界值时，斜坡上的岩土体就会沿潜在滑移面发生滑动；当斜坡上的岩土体受持续强降雨、径流的浸润渗透和浸泡，含水量不断增加，孔隙压力增大使有效应力趋近于零时，潜在滑移面上覆的岩土体将完全丧失内聚力而呈现液态化状态，并沿坡面滑动或流动，经过一段时间和一段距离的混合搅拌，就形成了所谓的泥石流。因此，发生泥石流的最小降雨强度要明显高于土体和碎屑滑坡。

图2 浙江省引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.2 Rainfall intensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil slides and debris flows in Zhejiang Province，China

图3 浙江省引发滑坡（土体和碎屑滑坡）的降雨强度―历时关系Fig.3 Rainfall intensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil-debris slides in Zhejiang Province，China

图4 浙江省引发泥石流的降雨强度―历时关系Fig.4 Rain fall intensity-du ration（ID）th resholds for the initiation of debris flows in Zhejiang Province，China

图5 浙江淳安县引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.5 Rain fall intensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil slides and debris flows in Chunan County，Zhejiang Province，China

图5～图10是对浙江6个县（市）得到的滑坡（包括泥石流）的降雨强度-历时关系图。由于受资料限制，目前还难以对全省所有地处丘陵山区的县（市）都进行降雨强度 -历时关系分析，但是从这些结果（表1）仍然可以得出一些很有意义的启示：（1）在浙江区域引发滑坡（包括泥石流）所需的平均最小小时降雨量为26mm，即当小时降雨量达到26mm时，就可能引发土体或碎屑滑坡和泥石流。（2）从浙西南的沿海地区向西北和北，引发滑坡（包括泥石流）的平均最小小时降雨量有逐渐降低的趋势，乐清市和永嘉县为30～34mm，到龙泉市为25 mm，再往西北到淳安县则下降至22mm；位于乐清市和永嘉县北面的临海市和宁海县为19～26mm。造成这个现象的原因，除了地形、植被以及地层岩石的风化和破碎程度等因素外，可能与地理位置有关。东临乐清湾的乐清市和永嘉县受台风暴雨影响的频度和强度往往要大于其它地区，斜坡上覆的松散堆积物往往易于被雨水冲蚀掉，滑坡（泥石流）可能主要源于斜坡体的全或强风化层，这些全或强风化层的内聚力（抗剪切强度）一般要大于松散堆积物，因此相对其它地区可能需要更高的降雨强度才能引发滑坡（泥石流）。

图6 浙江永嘉县引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.6 Rainfall in tensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil slides and debris flows in Yongjia County，Zhejiang Province，China

图7 浙江乐清市引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.7 Rain fall in tensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil slides and debris flows in Yueqing City，Zhejiang Province，China

图8 浙江宁海县引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.8 Rain fall in tensity-du ration（ID）th resholds initiation of soil slides and debris flows in Linhai City，Zhejiang Province，China

图9 浙江临海市引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.9 Rain fall intensity-duration（ID）thresholds for the for the initiation of soil slides and debris flow s in Ninghai County，Zhejiang Province，China

图10 浙江龙泉市引发土体－碎屑滑坡和泥石流的降雨强度―历时关系Fig.10 Rain fall intensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil slides and debris flow s in Longquan City，Zhejiang Province，China

3 讨论与结论

目前，人们已提出的引发滑坡的降雨强度-历时关系阈值可以大致地分为全球、区域和地区的降雨强度-历时阈值［11］。在一些国家和地区的降雨型滑坡（泥石流）预报预警系统主要是以降雨强度-历时关系阈值为基础建立的［13-14］，如：美国加利福尼亚州的旧金山海湾区，中国香港，日本以及巴西里约热内卢等地的滑坡（泥石流）预报预警系统。

但是，在确定降雨强度-历时关系阈值时，一般都没有或很少考虑地质、地形、地貌等环境因素的影响。在一个区域内，地层岩性、地质构造、地形地貌、植被土壤等因素在空间上是变化的，降雨引发的滑坡、泥石流是水与这些环境因素共同作用的结果，只有在这些环境因素满足一定条件的地方，降雨才会引起滑坡、泥石流，因此，在一个降雨区域内，不同的地方滑坡、泥石流的发生概率不同［1，14］。也正因为如此，基于降雨强度-历时关系阈值的预报系统难以实时、动态地指示滑坡（泥石流）最可能在降雨区域的哪里发生，在这种情况下，即使对一个区域发布了预报，这个预报也是难以实施的［1，12，14］。

然而，对于一个尺度相对较小的区域，例如一个县级区域，可以通过建立引发滑坡、泥石流的降雨强度-历时关系阈值和编制大比例尺滑坡、泥石流敏感度（易发程度）区划图，在降雨期间，以降雨强度-历时关系阈值作为参照与来自降雨监测站（网）的实时降雨信息进行比对，根据两者的接近程度，预测该区域内可能引发滑坡、泥石流的暴雨事件，并与该区域的滑坡、泥石流敏感度图进行比对，进而预测滑坡最可能发生的地段，这对于建立县级滑坡、泥石流预报系统是很有意义的。这里的关键是如何在降雨强度-历时关系阈值与滑坡、泥石流敏感度图之间实现实时联动。

表1 浙江省不同区域范围引发滑坡（泥石流）的降雨强度―历时关系Table 1 Rain fall intensity-duration（ID）thresholds for the initiation of soil slides and debris flows in several regional extents，Zhejiang Province，China

根据浙江已有的滑坡数据和相关的降雨观测记录，我们对浙江全省及6个易于发生滑坡、泥石流的县确定了引发滑坡、泥石流的降雨强度-历时关系阈值。关于在降雨强度-历时关系阈值与滑坡、泥石流敏感度图之间实现实时联动的问题，我们将另文论述。

致谢：本项目研究得到浙江省重大科技专项（浙江省地质灾害隐患监测网络系统，计划编号：2006C13024）的支持，特此致谢。

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