地质灾害与不同尺度降雨时空分布关系

刘艳辉，唐 灿 ，吴剑波，连建发

（1.中国地质环境监测院，北京 1 00081；2.北京中岩大地工程技术有限公司，北京 1 00044）

0 引言

中国是世界上地质灾害最严重的国家之一，汛期强降雨常常诱发突发性滑坡泥石流灾害群集发生、危害严重。对群发地质灾害与不同尺度降雨的相关关系开展系统分析，对于提升地质灾害区域预警水平和防灾减灾实践，具有重要的理论意义和现实意义。国内外很多学者从暴雨的频次、周期变化、降雨历时、降雨量、降雨雨型等多方面研究地质灾害与降雨之间的相关关系［1-4，9-11］，特别是通过降雨量大小、降雨历时与地质灾害之间的统计分析，获取诱发地质灾害的临界累计雨量（24h，1d，3d，7d，15d）、临界降雨强度（一般为小时雨量）等阈值（Brand，1984；Cannon，1985；Au，1998；Pietro Aleotti，2004；等等），从而用于某些地区的区域地质灾害预警研究与服务中［5-8］。本文立足于中国降雨诱发地质灾害特征，以近年来地质灾害的实际发生情况为例，通过统计分析方法，对区域地质灾害与年降雨量、月降雨量、月暴雨日数、典型降雨过程等不同尺度开展时空分布关系研究，为区域地质灾害预警提供技术支撑。

1 地质灾害与年均降雨量关系

我国地质灾害的区域空间分布同样具有东西分区、南北分带的特点（图1）。在东西方向上，以贺兰山—六盘山—龙门山—哀牢山和大兴安岭—太行山—武陵山—雪峰山两条线为界，西区为高原山地，海拔高，切割深度大，地质构造复杂，主要发育地震、冻融泥石流等地质灾害；中区为高原、平原过渡地带，地形陡峻，切割剧烈，地层复杂，风化严重，活动断裂发育，主要发育地震、崩塌、泥石流和滑坡等地质灾害；东区为平原及海岸和大陆架，地形起伏不大，气候潮湿且降雨量丰富，主要发育地震、地面变形、崩塌、泥石流、滑坡、河湖灾害等。在南北方向上，天山—阴山、昆仑—秦岭和南岭等巨大山系横贯中国大陆，这些山系分布区域崩塌、滑坡、泥石流和水土流失灾害严重。它们的相间地带（大河流域），土地沙化、盐碱化、黄土湿陷及水土流失、地面变形和岩溶塌陷等地质灾害频发。

中国年降水量空间分布的规律是：从东南沿海向西北内陆递减。全国平均年降水量650mm左右，东南沿海多年平均降水量可达1500mm以上，西北地区却低于50mm，按正常年降水量，可划为5个降水量带（图2）：①年降水量大于1600mm带，主要分布在我国东南部；②年降水量800～1600mm带，主要分布在淮河、汉水之南，包括长江中下游和广西、贵州、云南、四川大部分地区；③年降水量400～800mm带，一般指淮河、汉水以北的秦岭山地、黄土高原、华北平原、东北平原以及边缘山地丘陵，并包括青藏高原东南边缘地区；④年降水量200～400mm带，主要分布在内蒙古高原和青藏高原东部草原带，以及西北内陆地区的天山、阿尔泰山迎风坡低山带；⑤年降水量200mm以下地区，主要分布在西北沙漠或盆地中部。

图1 崩滑流地质灾害空间分布Fig.1 Spatial distribution of geo-hazards

图2 中国多年平均降雨量分布Fig.2 Annual rain fall distribution in China

将地质灾害分布（图1）与降雨量分布区划（图2）进行叠加分析，不同降雨区内地质灾害发育密度见图3，多年平均降雨量与多年来地质灾害发育密度具有非常一致的对应关系，即年均雨量从大于1600mm、800～1600mm、400～800mm、200～400mm到＜200mm区，地质灾害发育密度顺次减少，分别为210、51、39、12、1 个/104km2。

可见，从多年平均情况来看，降雨是群发型地质灾害发生的重要诱发因素。地质灾害密度最大的区域，其年均雨量最大（大于1600mm），主要分布在浙江、福建、广东、广西等省的部分区域。

图3 不同年降雨量区地质灾害发育密度Fig.3 Density of geo-hazards in different annual rain fall

2 地质灾害与月降雨量和暴雨日数的关系

以2007年5～8月数据为例，将地质灾害分布与月降雨量、暴雨日数的空间分布进行对比，分析其相关关系。

（1）2007年5月

2007年5月地质灾害主要分布在湖北西部、重庆东北部、四川大部、广西东部、安徽南部等地，与月降雨量的分布相比较（图4），大部分地质灾害主要分布在 200～300mm的降雨范围内，而不是 300～400mm的广东西南部、云南西南部等地，可见地质灾害的分布与月降雨量具有一定对应关系，而非完全对应。与暴雨日数的分布来比较，在暴雨日数0.5～1d的区域，地质灾害点分布较多，也具备一定的对应关系。可见，在地质灾害多发地区，如果月降雨量较大、暴雨日数较多（如湖北重庆交界地区），则地质灾害多发。

但也有例外情况，如广东南部、云南西南部，月降雨量达300mm以上，暴雨日数也超过了0.5d或1d，但灾害点的分布并不是很多，分析其原因主要是与当地的实际降雨过程有关，也有可能与地质灾害的统计不完全有关系。

（2）2007年6月

2007年6月地质灾害主要分布在湖北西部、四川东部、重庆、湖南西南部、贵州东部、广西北部、福建沿海及与广东交界地区等。从图5可见，地质灾害点几乎全部分布在100～500mm月降雨量区域；地质灾害的分布与暴雨日数的分布具有一定的对应关系，灾害点密集的广西东北部、广东东北部暴雨日数最大，达2～5d，在其它灾害点密集地区，暴雨日数也偏大，一般都达到1～2d，但在四川大部、贵州北部、甘肃、湖南中部、福建中东部等地，灾害点较密集，但暴雨日数小于0.5d。

（3）2007年7月

2007年7月地质灾害主要分布在重庆西部、四川东部、云南大部、安徽东南部等。从图6来看，地质灾害点的分布与月降雨量、暴雨日数总体上是对应的，即在月降雨量较大地区（＞200mm）、暴雨日数较多地区（＞1日），地质灾害点分布密集，但局部也存在一定的例外情况，如四川中部局部、云南西部等地区。

（4）2007年8月

2007年8月地质灾害主要分布在福建沿海、江西南部、湖南东南部、云南大部、四川中部等地区。从图7对比来看，除广东沿海、山东沿海、辽宁沿海等地质灾害低发地区外，地质灾害的分布与月降雨量、暴雨日数对应关系比较好，特别是在福建沿海地区，月降雨量主要是与台风降雨关系密切，降雨过程集中，降雨强度大，地质灾害瞬时发生，对应关系好；在云南、四川、湖南等地，地质灾害主要由持续强降雨或局地暴雨诱发，暴雨日数多，持续降雨雨量大，同样是地质灾害多发地区。

2007年8月18日5时40分，台风“圣帕”在台湾沿海登陆，19日凌晨2点，在福建省惠安县再次登陆，随后进入江西境内。受台风“圣帕”的影响，18日08时～25日08时，华南南部、江南南部和西部及广西西北部等地累积降水量有100～200mm，其中福建东北部、湖南东南部、江西西南部降雨量达200～400mm，局部地区超过400mm，诱发了大量群发型崩塌、滑坡、泥石流灾害（图7）。从图中可见，地质灾害点主要分布在降雨中心地区，如福建沿海、湖南东南、江西中部等地质灾害多发区，对应关系很好。

根据以上2007年5～8月地质灾害空间分布与月降雨量、暴雨日数的分析，计算各分段雨量、暴雨日数区内对应的灾害点分布密度，由图8曲线可见，地质灾害点分布与月降雨量、暴雨日数的分布并不是完全对应的。

1）总体上具备一定的对应关系；

2）月降水量来看，除5月降水量外，6～8月灾害点密度随降水量的增加明显增加；月暴雨日数来看，这个关系体现的不是很明显；

图4 2007年5月地质灾害点与月降雨量、暴雨日数分布图Fig.4 Distribution of geo-hazards and month rain fall and rainstorm s days，in May，2007

3）地质灾害发生的主要控制因素是地质背景环境条件，月降雨量与地质灾害对应关系的好坏，与月降雨量、暴雨日数空间分布关系密切，即在地质灾害易发区出现强降雨甚至暴雨时，灾害多发，对应关系良好，否则对应关系不好；

4）降雨站点稀疏，地质灾害点的统计不足，一定程度上影响了分析结果；

图5 2007年6月地质灾害点与月降雨量、暴雨日数分布图Fig.5 Distribution of geo-hazards and month rain fall and rainstorm s days，in June，2007

5）地质灾害不仅与月降雨量、暴雨日数有一定关系，更多的与降雨过程关系密切，因此，抛开降雨过程，仅从大尺度（月）的雨量角度分析灾害是不够的。

3 地质灾害与典型降雨过程关系

以2006年汛期典型降雨过程诱发地质灾害情况进行分析。

（1）5月18日，台风“珍珠”在广东沿海登陆，带来强降水。

图6 2007年7月地质灾害点与月降雨量、暴雨日数分布图Fig.6 Distribution of geo-hazards and month rain fall and rainstorms days，in July，2007

受台风影响，广东东部、福建大部、浙江南部降雨100～300mm，局部地区超过300mm。在福建、广东两省分别诱发了不同程度的地质灾害（图9），其中具有一定损失的达13起，造成22人死亡或失踪。可见，广东、福建等东南沿海地区，在台风登陆期间，地质灾害的群集发生主要集中在台风降雨中心位置，且具有“即雨即滑”的特点。

（2）6月份，福建、湖南、贵州等地受灾较重。主要有三次强降雨过程（图10）：

图7 2007年8月地质灾害点与月降雨量、暴雨日数分布图Fig.7 Distribution of geo-hazards and month rainfall and rainstorms days，in August，2007

6月2～10日，江南中东部、华南大部及贵州南部有100～300mm，在浙江、广西、贵州、湖南、云南5省共诱发地质灾害121起，占6月份灾害总数的36％；

6月13～18日，南方地区再次出现强降雨过程，过程降水量一般有50～150mm，局部超过150mm，浙江、安徽、湖南、广西、贵州5省共诱发地质灾害30起，发生灾害占6月份灾害总数的9％；

6月23～26日，湖南湘中一带连续出现雷暴、暴雨，局地大暴雨，共诱发群发型地质灾害51处，占6月份灾害总数14％。

图8 地质灾害密度与月降雨量、月暴雨日数对应曲线（2007年5～8月）Fig.8 Com paring diagram of geo-hazards and month rainfall and rainstorm s days，from May to August，2007

（3）7月份地质灾害群集出现，是2006年汛期地质灾害最严重的一个月份。其中，诱发群发型地质灾害的主要降水过程有3次（图11），占当月灾害总数的12.0％，未造成人员伤亡。可见，3次强降水过程中，湖南省均在其内，灾害也最为严重，7月份，湖南省的地质灾害占全国的74.4％。

图9 2006年5月降雨过程与灾害分布Fig.9 Distribution of geo-hazards and rain fall，in May，2006

图10 2006年6月降雨过程与灾害分布Fig.10 Distribu tion of geo-hazards and rain fall，in June，2006

7月13日，强热带风暴“碧利斯”在台湾省宜兰登陆，14日在福建省霞浦再次登陆，18日在云南东部减弱并消失，历时共5天，过程降雨量普遍达50～200mm。7月14～18日，在福建、湖南、广东、云南 4省诱发了具有一定损失地质灾害195起，占降雨诱发灾害（875起）的22.3％，死亡失踪人数占当月死亡失踪人数的92.2％。

7月24日，“格美”在台湾省台东县沿海登陆，25日在福建晋江沿海再次登陆。“格美”登陆后迅速减弱，27日在江西减弱消失。7月25～29日，部分地区降雨量达100～200mm。在福建、湖南、江西3省诱发了8处地质灾害。造成8人死亡或失踪，灾害总数占当月灾害总数的7.5％，死亡人数占当月死亡人数的2.4％。

图11 2006年7月降雨过程与灾害分布Fig.11 Distribu tion of geo-hazards and rain fall，in July，2006

7月7～10日，湖南浏阳、新化、娄底、湘乡市出现暴雨洪涝灾害，全省有42站次暴雨，其中8站次大暴雨。7月7日-12日，湖南省具有一定损失地质灾害37处。

（4）8月10日，超强台风“桑美”登陆浙江，具有风速大、降雨集中的特点。8月10～12日，福建、浙江两省地质灾害严重，发生群发型地质灾害共58起，造成37人死亡或失踪（图12）。地质灾害主要集中发生在台风登陆时的台风降雨中心。

从以上典型降雨过程与灾害点对应关系分析来看，地质灾害发生随着典型降雨过程出现而群集发生，即在地质灾害多发区出现典型强降雨过程时，地质灾害群发。

4 结论

（1）多年平均降雨量与多年来地质灾害发育密度具有较好的正相关关系。年均雨量从大于1600mm、800 ～1600mm、400 ～800mm、200 ～400mm到＜200mm区，地质灾害发育密度顺次减少，分别为210、51、39、12、1 个 /104km2。

图12 2006年8月降雨过程与灾害分布Fig.12 Distribution of geo-hazards and rain fall，in August，2006

（2）地质灾害发育密度与月降雨量、暴雨日数的分布总体上具备一定的正相关关系，但是并非完全对应。

（3）地质灾害发育与降雨过程关系更加密切。地质灾害发生随着典型降雨过程出现而群集发生，即在地质灾害多发区出现典型强降雨过程时，地质灾害群发。

［1］Brand E W，Premchitt J，Phillip son H B.Relationship between rainfall and landslides［J］.Proceedings of the Fourth International Symposium on Landslides，1984（1）：377-384.

［2］Cannon SH，Ellen S D.Rainfall conditions for abundant debris avalanches，San Francisco Bay region ［J］.California Geology，1985，38（12）：267-272.

［3］Au SW C.Rain-induced slop instability in Hong Kong［J］.Engineering Geology，1998，51（1）：1-36.

［4］Pietro Aleotti.A warning system for rainfall-induced shallow failures［J］.Engineering Geology，2004，73（4）：247-265.

［5］Chuanzhen Liu，Yanhui Liu，Mingsheng Wenet al.Early warning for geo-hazards based on the weather condition in China［J］.Global Geology，2006，9（2）：131-137.

［6］刘传正，温铭生，唐灿.中国地质灾害气象预警初步研究［J］.地质通报，2004，23（4）：303-309.LIU Chuanzheng，WEN Mingsheng，TANG Can.Meteorological early warning of geo-hazards in China based on raining forecast［J］.Geological Bulletin of China，2004，23（4）：303-3909.

［7］刘传正，刘艳辉，温铭生，等.中国地质灾害区域预警方法与应用［M］.北京：地质出版社，2009.LIU Chuanzheng，LIU Yanhui，WEN Mingsheng，et al.Early warning methods and its application for geo-hazards in China［M］.Beijing：Geology Press，2009.

［8］刘艳辉.地质灾害区域预警方法与应用研究［D］.北京：中国科学院地质与地球物理研究所博士学位论文，2010.LIU Yanhui.Method and application of regional early warning for geo-Hazards.Ph.D.Dissertation，Beijing：Institute of Geology and Geophysics Chinese Academy of Sciences，2010.

［9］刘艳辉，唐灿，李铁锋，等.地质灾害与降雨雨型的关系研究［J］.工程地质学报，2009，17（5）：656-661.LIU Yanhui，TANG Can，LI Tiefeng，et al.Statistical relations between geo-Hazards and rain-type［J］.Journal of Engineering Geology，2009，17（5）：656-661.

［10］钟荫乾.滑坡与降雨关系及其预报［J］.中国地质灾害与防治学报，1998，9（4）：81-86.ZHANG Yinqian.Landslide related to rainfall and its forecasting［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，1998，9（4）：81-86.

［11］林孝松，郭跃.滑坡与降雨的耦合关系研究［J］.灾害学，2001，16（2）：87-92.LIN Xiaosong，GUO Yue.Astudy on coup ling relation between landslide and rainfall［J］.Journal of Catastrophology，2001，16（2）：87-92.