李錫強， 王 敏， 冉王群， 陳政道， 牟 杰， 阿的魯驥

（1.四川省甘孜藏族自治州 九龍縣氣象局，四川 九龍626200； 2.四川省甘孜藏族自治州 氣象局，四川 康定626000； 3.蘭州大學(xué) 草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州730000）

九龍縣位于四川省西部，甘孜藏族自治州東南部［1］.北連康定，東、南毗石棉、冕寧，西、南與木里接壤，是甘孜州、雅安市、涼山州藏、漢、彝3 個民族居住區(qū)結(jié)合部［2］.地理坐標為E101°00′～102°00′，N28°40′～29°20′，地處攀西平原與青藏高原的過渡地帶，地勢北高南低，高差懸殊，全縣大體上分為高山原和高山峽谷兩大地貌區(qū)［3］.受地理位置、地形及大氣環(huán)流的共同影響，大陸性高原山地季風氣候明顯，受山區(qū)地形的影響，降雨量的垂直分布特別明顯［4］.泥石流是九龍縣常見的地質(zhì)災(zāi)害之一［5］，幾乎每年都有泥石流災(zāi)害出現(xiàn)，嚴重制約了當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展.據(jù)不完全統(tǒng)計，1991—2018 年期間，九龍縣境內(nèi)共發(fā)生泥石流災(zāi)害51 次，造成直接經(jīng)濟損失49 252.66 萬元.其中，2003 年出現(xiàn)泥石流的次數(shù)最多，共發(fā)生泥石流災(zāi)害6 次，直接經(jīng)濟損失為4 492.7 萬元.泥石流災(zāi)害預(yù)警工作已成為一項十分重要的防災(zāi)減災(zāi)手段和國內(nèi)外泥石流災(zāi)害研究的一個熱點問題［6］.對某一地區(qū)而言，在一定時間尺度內(nèi)地形和松散固體物質(zhì)變化不大，因此，激發(fā)泥石流的重要條件是降雨［7-8］，其中又以暴雨為主要因素［9］，鐵永波［4］曾對九龍縣石頭溝泥石流動力學(xué)特征及其危險性評價進行了研究，但針對九龍縣全域泥石流災(zāi)害預(yù)警方面的研究則鮮有報道.本研究根據(jù)九龍縣氣象局1952—2018 年的降雨數(shù)據(jù)和1990 年以來當?shù)啬嗍鳛?zāi)害頻數(shù)，對九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律進行分析，旨在找出暴雨誘發(fā)泥石流的降雨量閾值、發(fā)生時段和泥石流災(zāi)害易發(fā)區(qū)，為開展泥石流預(yù)警工作提供直觀清晰的預(yù)報依據(jù)和指標.

2 數(shù)據(jù)和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取 1952—2018 年降水資料來自九龍縣氣象局，此外還有一部分降水資料來自2009 年后建立的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單雨量站和區(qū)域站；1991—2018 年九龍縣境內(nèi)發(fā)生的51 起泥石流災(zāi)害數(shù)據(jù)由九龍縣防災(zāi)減災(zāi)部門提供.

2.2 九龍縣暴雨特征分析 暴雨通常是指24 h降雨量≥50 mm的降水天氣過程，但四川各地區(qū)氣候差異很大，因而各地實施的標準并不相同［10］.根據(jù)四川省氣象局《四川省短期災(zāi)害性天氣預(yù)報質(zhì)量評定辦法》（川氣預(yù)函【2018】11 號附件1）第四章第六條規(guī)定的短期災(zāi)害性天氣預(yù)報天氣標準，甘孜藏族自治州24 h 降雨量25 ～49.90 mm為暴雨，24 h降雨量50 ～99. 90 mm 為大暴雨，24 h 降雨量≥100.0 mm為特大暴雨.本研究根據(jù)九龍縣氣象局1952—2018 年的數(shù)據(jù)和2010 年以來的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單雨量站和區(qū)域站的數(shù)據(jù)，分析九龍縣暴雨的時間特征和空間特征.

2.3 暴雨誘發(fā)泥石流的空間特征和時間特征確定

依據(jù)1991—2018 年期間暴雨分布的空間特征和時間特征，結(jié)合在此期間有記載的51 起泥石流災(zāi)害，分別統(tǒng)計不同地域和24 h 內(nèi)不同時段出現(xiàn)的泥石流災(zāi)害次數(shù)，計算不同地域和不同時段泥石流災(zāi)害發(fā)生的概率，用SPSS 18 進行相關(guān)性分析.

2.4 暴雨誘發(fā)泥石流的降水閾值確定 根據(jù)九龍縣氣象局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)單雨量站和區(qū)域站提供的降水數(shù)據(jù)，結(jié)合泥石流發(fā)生情況，分析降水強度、降水時間、前期累積降雨量誘發(fā)泥石流的概率.其中，降水強度是指在一定時間內(nèi)降雨量的多少，通常是用1 h和1 d的降雨量來衡量［10］.根據(jù)九龍縣防災(zāi)、減災(zāi)和預(yù)報工作實際情況，本文以1 h 內(nèi)的降雨量表示降水強度（mm／h），以10 d 累計的降水總量（mm／10 d）作為前期累計降雨量.

根據(jù)2010 年以來發(fā)生的典型泥石流個例中所對應(yīng)的降水數(shù)據(jù)，確定九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流的降水強度、降水強度與時長、前期累計降雨量的概率，用SPSS 18 進行相關(guān)性分析.

2.5 泥石流易發(fā)區(qū)確定 根據(jù)九龍縣暴雨空間分布特征與各區(qū)域泥石流發(fā)生地點的關(guān)聯(lián)性，來確定暴雨易發(fā)區(qū)域.

2.6 泥石流災(zāi)害發(fā)生預(yù)警等級劃分 本研究根據(jù)10起典型泥石流個例發(fā)生時的降水數(shù)據(jù)及其九龍縣暴雨分布特征，將泥石流發(fā)生等級分為5 級，Ⅰ級：泥石流發(fā)生可能性??；Ⅱ級：泥石流發(fā)生可能性較?。虎蠹墸耗嗍靼l(fā)生可能性較大；Ⅳ級：泥石流發(fā)生可能性很大；Ⅴ級：泥石流發(fā)生可能性特別大.并將Ⅳ級和Ⅴ級定為警報級，Ⅲ級定為注意級，Ⅱ級定為提示級，Ⅰ級發(fā)生泥石流災(zāi)害的可能性很小.

3 結(jié)果與分析

3.1 暴雨誘發(fā)的泥石流時空特征

3.1.1 1952—2018 年暴雨日數(shù)的分布 九龍縣是暴雨頻發(fā)的地區(qū)之一，圖1 為1952—2018 年期間九龍縣歷年暴雨日數(shù)分布圖.24 h 降雨量≥25 mm的日數(shù)平均4.4 d，其中，2003 年暴雨日數(shù)最多，為11 d；1994 年暴雨日數(shù)最少，為零.暴雨日數(shù)≥6 d有16 年，分別出現(xiàn)在1965 年、1966 年、1970 年、1975 年、1979 年、1982 年、1987 年、1990 年、1992年、1994 年、2000 年、2003 年、2004 年、2005 年、2012 年和2014 年.

圖1 九龍縣1952—2018 年期間降雨量≥25 mm的暴雨日數(shù)分布圖Fig. 1 Numbers of rainstorm days with precipitation≥25 mm from 1952 to 2018 in Jiulong County

3.1.2 暴雨誘發(fā)九龍縣泥石流災(zāi)害的時間特征 圖2 顯示，1991—2018 年期間，九龍縣降雨量≥25 mm的暴雨115次，主要出現(xiàn)在4 ～10月之間，5月進入雨季以后，暴雨頻繁出現(xiàn)，并一直持續(xù)到10 月下旬.其中71.3%的暴雨出現(xiàn)在6 ～8月之間，尤以6月為甚，如2003年6月暴雨日數(shù)高達6 d.11月至翌年3月期間，則沒有暴雨天氣出現(xiàn).根據(jù)圖2 可見，1991年以來記錄的泥石流災(zāi)害主要出現(xiàn)在每年的主汛期（6 ～8 月），占泥石流災(zāi)害的84.31%，其次是5月和9 ～10月，占泥石流災(zāi)害次數(shù)的15.69%.相關(guān)性分析表明，九龍縣泥石流發(fā)生與暴雨發(fā)生呈極顯著的正相關(guān)（P ＜0.01，Pearson 相關(guān)性系數(shù)＝0.811），由此可見暴雨的月際變化與泥石流災(zāi)害發(fā)生具有明顯的關(guān)系.

圖2 九龍縣1991—2018 年泥石流發(fā)生數(shù)與暴雨月動態(tài)的關(guān)系圖Fig. 2 Relationship between the occurrence of debris flow and the month dynamics of rainstorm from 1991 to 2018 in Jiulong County

1991—2018 年期間，九龍縣降雨量≥25 mm的暴雨有55. 65%出現(xiàn)在20：00 - 02：00 期間，而9：00 -14：00 期間沒有出現(xiàn)過暴雨.從記載的51 起泥石流發(fā)生的時段來看，68.63%發(fā)生在20：00 -02：00 之間，13.73%發(fā)生在15：00 -19：00 之間，17.65%發(fā)生在03：00 -08：00 之間，09：00 -14：00沒有泥石流發(fā)生的記載.相關(guān)性分析表明，九龍縣降雨量≥25 mm 的暴雨發(fā)生與泥石流發(fā)生之間存在著顯著的正相關(guān)（P ＜0.05，Pearson相關(guān)性系數(shù)＝0.955），由此可見，九龍縣暴雨出現(xiàn)頻率最高的時段與泥石流高發(fā)時段相吻合.

圖3 九龍縣1991—2018 年泥石流發(fā)生時段與暴雨日動態(tài)的關(guān)系圖Fig. 3 Relationship between the occurrence of debris flow and the daily dynamics of rainstorm from 1991 to 2018 in Jiulong County

3.1.3 暴雨誘發(fā)九龍縣泥石流災(zāi)害的空間特征 九龍縣轄2 鎮(zhèn)16 鄉(xiāng)，地勢北高南低，高差懸殊，其南部、東南部溝壑縱深，地形復(fù)雜.從圖4 可知，本研究記載的泥石流中，南部地區(qū)占41%，北部地區(qū)占19%，東南部地區(qū)占16%，東部地區(qū)占16%，西部占8%.這與九龍縣由北向南的北高南低地勢地貌及其南部、東南部溝壑縱深地理位置有關(guān).

2010 年前九龍縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)未安裝單雨量站和區(qū)域站.本研究根據(jù)2010—2018 年各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域站和單雨量站的記載發(fā)現(xiàn)，九龍縣暴雨引發(fā)泥石流災(zāi)害頻率是自北向南依次增加，南部魁多鄉(xiāng)、煙袋鄉(xiāng)南部是縣境內(nèi)暴雨引發(fā)災(zāi)害出現(xiàn)頻率最高的區(qū)域（暴雨引發(fā)泥石流頻率≥50%）；子耳鄉(xiāng)、烏拉溪鄉(xiāng)、三埡鄉(xiāng)、小金鄉(xiāng)、俄尓鄉(xiāng)、三巖龍鄉(xiāng)東南部、乃渠鄉(xiāng)西南部、踏卡鄉(xiāng)大部、灣壩鄉(xiāng)東南部以及煙袋鄉(xiāng)北部出現(xiàn)災(zāi)害頻率為35% ～50%；上團鄉(xiāng)、湯古鄉(xiāng)、斜卡鄉(xiāng)、洪壩鄉(xiāng)、八窩龍鄉(xiāng)、呷爾鎮(zhèn)、三巖龍鄉(xiāng)北部、乃渠鄉(xiāng)大部、踏卡鄉(xiāng)西北部、灣壩鄉(xiāng)大部區(qū)域暴雨引發(fā)災(zāi)害出現(xiàn)頻率較低，其概率小于35%.

圖4 九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流頻率分布圖Fig. 4 Spatial characteristics of debris flow induced by rainstormin in Jiulong County

3.2 暴雨誘發(fā)九龍縣泥石流災(zāi)害的主要因素

3.2.1 降水強度 降水強度是誘發(fā)泥石流的主要因素之一.據(jù)分析，隨著降水強度增強，九龍縣泥石流發(fā)生概率逐漸增大（圖5），當降雨量大于25 mm／h時，泥石流發(fā)生概率在76%以上，降雨量大于30 mm／h，泥石流發(fā)生概率達到92%.降水強度與泥石流發(fā)生概率呈極顯著正相關(guān)（P ＜0.01）；夏季短時強降水誘發(fā)泥石流的可能性最大.

圖5 九龍縣降水強度誘發(fā)泥石流發(fā)生的概率Fig. 5 Probability of occurrence of debris flow induced by precipitation intensity in Jiulong County

3.2.2 降水強度與時長 降水時長也是暴雨誘發(fā)泥石流的主要因素之一.根據(jù)九龍縣2010 年后發(fā)生的10 起泥石流災(zāi)害降水強度與時長情況來看（表1），1 h和3 h的降雨量達到25 ～30 mm時，暴雨誘發(fā)泥石流的概率高達80%.

表1 九龍縣2010 年后10 起典型泥石流個例與降水強度及時長的關(guān)系Tab. 1 Relationship between 10 cases of typical debris flow and precipitation intensity in Jiulong County since 2010

3.2.3 前期累計降雨量 本研究統(tǒng)計2006 年以來九龍縣危害嚴重的11 起泥石流災(zāi)害案例的前期累計降雨量（表2）發(fā)現(xiàn)，當前期累計降雨量＞50 mm／10 d時，且有短時強降水或者暴雨觸發(fā)時泥石流發(fā)生概率高達90.91%.

表2 前期累計降雨量（10 d）與九龍縣泥石流發(fā)生等級的關(guān)系表Tab. 2 The relationship between the cumulative precipitation in the previous period（10 d）and the grade of debris flow in Jiulong County

3.3 九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流災(zāi)害閾值確定 根據(jù)上述九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流災(zāi)害的時空特征、泥石流發(fā)生時的降水特征，確定了九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流災(zāi)害的預(yù)警等級（表3）.

當降水強度大于16 ～20 mm／h 時誘發(fā)泥石流的可能性較大，為注意級；降水強度在20 ～35 mm／h時誘發(fā)泥石流的可能性很大，為預(yù)警級；降水強度≥35 mm／h 時誘發(fā)泥石流的可能性極大，為警報級.

表3 九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流災(zāi)害預(yù)警等級表Tab. 3 Early warning level of debris flow hazard induced by heavy rain in Jiulong County

4 討論和結(jié)論

九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流具有明顯的月際和日際變化周期.1952—2018 年期間，九龍縣24 h 降雨量≥25 mm的日數(shù)平均4.4 d，暴雨日數(shù)≥6 d有16年.其中，2003 年暴雨日數(shù)為11 d，1994 年無暴雨日數(shù)；暴雨誘發(fā)泥石流主要發(fā)生在6 ～8 月，其次是5 月和9 ～10 月，11 月至翌年4 月，自1952 年以來均無泥石流發(fā)生的記載；泥石流主要出現(xiàn)在下午15：00 后到翌日08：00.20：00 -02：00 為泥石流的高發(fā)時段，有記載的泥石流67.35%發(fā)生在該時段.另外，有28.57%的泥石流發(fā)生03：00 -08：00，其余時段發(fā)生泥石流的頻率較低，09：00 -14：00 沒有泥石流發(fā)生的歷史記載.

由于地形地貌、氣候、植被等因素的綜合作用，九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流表現(xiàn)出明顯的空間特征.從九龍縣全境內(nèi)來看，深切割地形和河谷分布全縣，尤其是南部地區(qū)和東南部地區(qū)地形陡峭，坡度大，平地較少，在泥石流群發(fā)的情況下，這些區(qū)域是泥石流的流通區(qū)或者是堆積區(qū)［11］；九龍縣暴雨空間分異明顯，具有明顯的地域差異.九龍縣暴雨自北向南依次增加，南部魁多鄉(xiāng)是縣境內(nèi)暴雨出現(xiàn)頻率最高的區(qū)域；九龍縣全縣森林覆蓋率47.43%，其中北部為77.8%，中部12.7%，南部僅為9.5%［12］.本研究結(jié)果表明，九龍縣境內(nèi)均有發(fā)生泥石流的可能性，且發(fā)生概率表現(xiàn)為自北向南依次增加，南部是泥石流高易發(fā)區(qū)，北部、東部和東南部次之，西部地區(qū)較小，這一現(xiàn)象與森林覆蓋率密切相關(guān).

暴雨誘發(fā)泥石流與降水強度、降水時長和10 d累計降雨量密切相關(guān).降水強度與泥石流發(fā)生概率呈極顯著正相關(guān)（P ＜0.01），當降雨量大于25 mm／h時，泥石流發(fā)生概率在76%以上，降雨量大于30 mm／h，泥石流發(fā)生概率達到92%；夏季短時強降水誘發(fā)泥石流的可能性最大，1 h 和3 h 的降雨量達到25 ～30 mm 時，暴雨誘發(fā)泥石流的概率達到80%；當前期累計降雨量＞50 mm 時，泥石流發(fā)生概率高90.91%，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)和各種受災(zāi)情況越嚴重，直接經(jīng)濟損失也就越大.

綜上所述，九龍縣暴雨誘發(fā)泥石流具有明顯的時空特征：九龍縣南部是泥石流的高易發(fā)區(qū)；當降水強度大于20 mm／h 時就容易誘發(fā)泥石流；20：00 -02：00 是泥石流發(fā)生的高發(fā)時段.當降水強度在16 ～20 mm／h時誘發(fā)泥石流的可能性較大，為注意級；降水強度在20 ～35 mm／h時誘發(fā)泥石流的可能性很大，為預(yù)警級；降水強度≥35 mm／h 時誘發(fā)泥石流的可能性極大，為警報級.