張 勇，溫 智，程英建

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心，四川 成都 611734；2.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734；3.巴中市自然資源和規(guī)劃局，四川 巴中 636000)

大量的滑坡實(shí)例表明，強(qiáng)降雨是觸發(fā)滑坡災(zāi)害的主要誘因。國內(nèi)外學(xué)者對降雨量與滑坡相互關(guān)系開展了大量研究，結(jié)果顯示滑坡的發(fā)生不僅與降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度有關(guān)，還與雨型有密切關(guān)系[1-3]。如黃蠟石滑坡在1991年的6月30日降雨量達(dá)到156 mm，1991年8月6日降雨量達(dá)到133.6 mm，兩次降雨量較為接近，但是后者卻對滑坡產(chǎn)生了較大的變形破壞，后來對比兩次降雨過程發(fā)現(xiàn)，前者降雨雨型均勻，后者降雨為集中型強(qiáng)降雨。李明華對四川東北部1981年暴雨滑坡進(jìn)行研究，提出了暴雨和長時(shí)間降雨滑坡發(fā)生的臨界雨量值，暴雨型降雨觸發(fā)滑坡的累計(jì)降雨量比久雨型約低50 mm[4]。張玉成等[5]指出滑坡發(fā)生的概率和滑坡數(shù)量不僅與降雨量的大小成正相關(guān)關(guān)系，而且與滑坡發(fā)生的當(dāng)天降雨及前期降雨特征關(guān)系密切，這表明不同的降雨過程對滑坡穩(wěn)定性影響不同。本文通過詳細(xì)統(tǒng)計(jì)四川省巴中市強(qiáng)降雨事件與滑坡災(zāi)害的對應(yīng)關(guān)系，分析暴雨觸發(fā)滑坡災(zāi)害的雨型特征，以期為滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 巴中市滑坡災(zāi)害與降雨量關(guān)系分析

1.1 地質(zhì)環(huán)境特征

巴中市地層巖性主要為三疊系-侏羅系砂泥巖互層，為軟硬相間的紅層巖體，地質(zhì)構(gòu)造以寬緩的隔檔式褶皺為主，地形地貌主要為單面山、似單面山和桌狀山。紅層巖體中的泥巖具有強(qiáng)度低、易風(fēng)化、水理性差、變形大等特點(diǎn)，加之斜坡巖體內(nèi)不同程度的發(fā)育泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致巖體易出現(xiàn)變形破壞[6]。巴中紅層巖體因其特殊的地質(zhì)構(gòu)造與巖性組合特征，在強(qiáng)降雨條件下易觸發(fā)大規(guī)模群發(fā)性滑坡[7-8]。

截至2018年，巴中市2 761處滑坡災(zāi)害中，降雨誘發(fā)滑坡所占比例高達(dá)98.7%。降雨為巴中市滑坡災(zāi)害最主要的誘發(fā)因素。因此，研究巴中市降雨與滑坡發(fā)生的對應(yīng)關(guān)系，對于該地區(qū)降雨期間滑坡災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)、提前做好預(yù)防避讓具有重要的指導(dǎo)意義。

1.2 滑坡與降雨量關(guān)系分析

研究降雨誘發(fā)滑坡的作用主要經(jīng)由兩種途徑：一種是采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，通過獲取大量的降雨數(shù)據(jù)與滑坡發(fā)生對應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析不同降雨參數(shù)與滑坡發(fā)生的相關(guān)性規(guī)律；二是通過研究降水入滲過程中滑坡體內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)的變化對滑坡穩(wěn)定性的影響，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[9]?，F(xiàn)階段通過數(shù)學(xué)模型研究降雨型滑坡難度較大，難以全面涵蓋影響滑坡穩(wěn)定性的所有因素，因此通過研究降雨數(shù)據(jù)與滑坡的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測不同降雨形式滑坡發(fā)生概率，對于巴中市降雨期間適時(shí)發(fā)布預(yù)警信息、做好提前避讓不失為一種簡單易行的方法。

為研究巴中市滑坡災(zāi)害的觸發(fā)降雨特征，從區(qū)域上分析降雨事件與滑坡發(fā)生的關(guān)系，本文收集了大量降雨量數(shù)據(jù)(源自中國氣象局)和滑坡災(zāi)害資料(源自巴中市自然資源和規(guī)劃局)。將巴中市2007—2016年歷年降雨總量與滑坡發(fā)生數(shù)量對比分析(圖1)，年降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量無明顯對應(yīng)關(guān)系；分別統(tǒng)計(jì)日和月最大降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量(圖2～3)，日最大降雨量超過150 mm、月最大降雨量超過480 mm后滑坡發(fā)生數(shù)量明顯增多，但總體數(shù)據(jù)較離散，不具備良好的對應(yīng)性。由此，基于降雨是觸發(fā)滑坡發(fā)生的主要因素，在分析降雨強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，考慮從降雨歷時(shí)及降雨過程特征入手，初步探討降雨雨型與滑坡災(zāi)害的相關(guān)關(guān)系[10]。

圖1 巴中市2007—2016年歷年降雨總量與滑坡發(fā)生數(shù)量Fig.1 Annual rainfall and landslides in the Bazhong area from 2007 to 2016

圖2 日最大降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量Fig.2 Maximum daily rainfall and landslides

圖3 月累計(jì)降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量Fig.3 Monthly rainfall and landslides

圖4 六類降雨雨型特征曲線Fig.4 Six kinds of rain typical curves

2 滑坡災(zāi)害與降雨雨型關(guān)系分析

2.1 降雨雨型劃分

針對巴中市降雨持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)2007—2016年23場月降雨量大于200 mm的降雨事件，考慮連續(xù)降雨的組合形式，將其中單日降雨量最大的一場連續(xù)降雨作為核心降雨事件，選取與此次降雨發(fā)生時(shí)間相近的臨近降雨，根據(jù)降雨量變化特征劃分降雨雨型，共劃分為單峰型、前峰型、后峰型、遞增型、遞減型、均勻型6類雨型。圖4為根據(jù)實(shí)際降雨過程數(shù)據(jù)繪制的雨型特征曲線，表1為各類降雨雨型對應(yīng)的日降雨量與累計(jì)降雨量特征。經(jīng)分析，巴中市降雨多發(fā)生在5—9月，在一場強(qiáng)降雨前后往往伴隨不同時(shí)長的小規(guī)模降雨，不同雨型降雨在巖土體中入滲形式存在差異，對滑坡穩(wěn)定性的影響也有所差異。

表1 降雨雨型特征Table 1 Characteristic of rainfall pattern

2.2 降雨雨型分析

對各類降雨雨型下滑坡發(fā)生數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖5)，遞增型降雨觸發(fā)滑坡數(shù)量所占比例最大，為46.90%，單峰型降雨觸發(fā)滑坡比例為25.02%。

圖5 降雨雨型與滑坡數(shù)量對應(yīng)圖Fig.5 Relationship between rainfall types and landslides

(1)遞增型降雨：表現(xiàn)為前期持續(xù)降雨且逐級增加后，再疊加一次單日降雨量>100 mm的降雨事件，全月總降雨量>200 mm，累計(jì)降雨量曲線呈階梯狀逐步增加特征。前期持續(xù)降雨入滲過程中，土體含水量增大，隨著降雨強(qiáng)度的增大，土體逐漸飽和、強(qiáng)度降低，當(dāng)降雨強(qiáng)度再次增大至某個(gè)值，孔隙水壓力增大，下滑力一旦超過抗滑力，土質(zhì)斜坡發(fā)生變形破壞[11]；紅層巖質(zhì)斜坡則受降雨入滲影響，地下水位逐步升高，軟巖或軟弱夾層強(qiáng)度逐漸降低，降雨強(qiáng)度再次增大情況下，節(jié)理間隙水壓力增大，觸發(fā)滑坡。遞增型降雨條件下，滑坡往往會有比較明顯的緩慢變形跡象，當(dāng)降雨強(qiáng)度逐步遞增坡體逐漸飽和，坡體內(nèi)部抗滑力小于下滑力時(shí)，滑坡發(fā)生。如巴中市2010年7月、2011年7月、2011年9月的強(qiáng)降雨事件屬遞增型降雨，三次降雨事件共計(jì)發(fā)生滑坡一千余處。

(2)單峰型降雨：表現(xiàn)為單日集中降雨，24 h降雨量>150 mm，強(qiáng)降雨事件前后降雨量偏少，全月總降雨量>200 mm，累計(jì)降雨量曲線呈平-陡-平特征。一般情況下，單次強(qiáng)降雨雨水滲入土體快速飽和，土體容重增加、強(qiáng)度降低，孔隙水壓力快速上升，土質(zhì)滑坡發(fā)生；紅層巖質(zhì)滑坡主要受控于節(jié)理發(fā)育程度和原有破裂面，強(qiáng)降雨快速入滲，不僅降低了巖石尤其是軟巖或軟弱夾層強(qiáng)度[11]，且地下水滲入裂隙形成高壓水流，同時(shí)在滑面揚(yáng)壓力作用下，滑帶與滑體接觸面摩擦力急劇降低，滑坡迅速啟動整體破壞[12-13]。單峰型降雨條件下，滑坡的發(fā)生往往具有突發(fā)性，當(dāng)降雨強(qiáng)度快速增加達(dá)到觸發(fā)雨量時(shí)，群發(fā)性滑坡暴發(fā)。如巴中市2012年7月、2015年9月的強(qiáng)降雨事件屬單峰型降雨，全市發(fā)生大面積的滑坡災(zāi)害。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

圖6 不同降雨雨型下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化曲線Fig.6 Variation in the stability coefficient of different rainfall-type landslides

對巴中市某滑坡在不同雨型條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，以六類降雨雨型典型曲線為依據(jù)，月降雨總量均設(shè)定為200 mm，日降雨量根據(jù)特征曲線進(jìn)行相應(yīng)幅度的變化，計(jì)算采用GEO-Studio軟件中的SEEP/W模塊進(jìn)行滲流分析，SLOPE/W模塊進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，獲得不同降雨雨型下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。對比圖4和圖6可知：(1)遞增型和單峰型降雨對滑坡穩(wěn)定性影響最為明顯；(2)在連續(xù)弱降雨事件中，第一次降雨事件對滑坡穩(wěn)定性影響相對較小，連續(xù)的后續(xù)降雨事件對滑坡的穩(wěn)定性的影響明顯；(3)除單峰型降雨外，難以根據(jù)一場降雨準(zhǔn)確判定滑坡穩(wěn)定性變化，相鄰降雨事件對滑坡的作用根據(jù)其降雨形式差異而有所不同。

3 結(jié)論

(1)巴中市滑坡災(zāi)害多為降雨誘發(fā)，除極端強(qiáng)降雨外，降雨量與滑坡發(fā)生數(shù)量無明顯對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)降雨過程將降雨雨型劃分為6類，其中遞增型與單峰型降雨觸發(fā)滑坡數(shù)量分別為46.90%和25.02%。

(2)將降雨雨型分析納入滑坡災(zāi)害預(yù)警信息中，考慮前期降雨情況同時(shí)結(jié)合后期預(yù)報(bào)降雨量進(jìn)行滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)，改變單純以預(yù)報(bào)降雨量作為依據(jù)進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布，可以為科學(xué)地判定滑坡災(zāi)害發(fā)生概率，便于地方提前做好主動避讓。