降雨对广西碎屑岩地区地质灾害的影响研究

书书书ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ　　工程地质学报　　１００４－９６６５／２０１６／２４（２）０１８１０６ＤＯＩ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１６．０２．００２降雨对广西碎屑岩地区地质灾害的影响研究许英姿①②　卢玉南③　范　广①　范皓然①（①广西大学土木建筑工程学院　南宁　５３０００４）（②广西防灾减灾与工程安全重点实验室　南宁　５３０００４）（③广西华蓝岩土工程有限公司　南宁　５３０００１）摘　要　广西碎屑岩区分布广泛，岩石风化作用强烈，节理裂隙发育，覆盖层厚薄不一，降雨作用下易发生地质灾害。本文采用统计方法分析了降雨天数、降雨强度、有效降雨量等降雨要素对广西碎屑岩区地质灾害的影响。结果表明，广西碎屑岩区地质灾害与灾害发生前５ｄ降雨相关性较好，当降雨强度大于５０ｍｍ·ｄ－１（即暴雨）或前期累积降雨量超过２３０ｍｍ时，地质灾害发生的概率大大增加，并由此确定出广西碎屑岩区降雨量危险等级划分标准，为该区域地质灾害预警预报提供理论依据。关键词　广西碎屑岩分布区　降雨　地质灾害　统计分析中图分类号：ＴＵ４２　　文献标识码：Ａ书书书　收稿日期：２０１５－０３－１７；收到修改稿日期：２０１５－０４－１６．基金项目：国家自然科学基金（５１１７８１２４），广西壮族自治区国土资源厅重大科研课题（ＧＸＺＣ２０１５Ｇ３３９１７ＫＬＧＢ）资助．第一作者简介：许英姿（１９６９－），女，博士，教授，主要从事岩土工程、地质灾害防治等方面的研究工作．Ｅｍａｉｌ：[e-mail]ＬＯＧＩＣＡＬＤＩＳＡＳＴＥＲＩＮＣＬＡＳＴＩＣＲＯＣＫＡＲＥＡＳＯＦＧＵＡＮＧＸＩＰＲＯＶＩＮＣＥＸＵＹｉｎｇｚｉ①②　ＬＵＹｕｎａｎ③　ＦＡＮＧｕａｎｇ①　ＦＡＮＨａｏｒａｎ①（①ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００４）（②ＧｕａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳａｆｅｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００４）（③ＧｕａｎｇｘｉＨｕａｌａｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００１）Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＴｈｅｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓｉｎＧｕａｎｇｘｉｐｒｏｖｉｎｃｅａｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｗｉｄｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓｅａｒｅａｓ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｒａｉｎｆａｌｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎｔｈｅｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓ．Ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｒａｉｎｆａｌｌｄａｙｓ，ｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｉｎｆａｌｌ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｉｓｇｏｏｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎｔｈｅｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｒａｉｎｆａｌｌｆｉｖｅｄａｙｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｄｉｓａｓｔｅｒ．Ｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｇｒｅａｔｌｙｗｈｅｎｔｈｅｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ５０ｍｍ·ｄ－１（ｒａｉｎｓｔｏｒｍ）ｏｒｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｒａｉｎｆａｌｌｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ２３０ｍｍ．ＴｈｅｒａｉｎｆａｌｌｒｉｓｋｇｒａｄｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｓｉｎｔｈｅｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｆｏｒｗａｒｎｉｎｇａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎＧｕａｎｇｘｉｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｇｕａｎｇｘｉｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓ，Ｒａｉｎｆａｌｌ，Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒ，Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ０　引　言　　我国是地质灾害最严重的国家之一，地质灾害的发生由两方面决定：一方面是斜坡的基础地质条件，另一方面是各种外界因素的诱因。在众多诱发因素中，降雨尤其是强降雨是最重要因素之一。国内外很多学者对降雨与地质灾害的关系进行了研究：Ｇｕｐｔａｅｔａｌ．（１９９７）通过对巴西９个地区滑坡记录的统计，研究得出降雨与滑坡事件之间的统计关系。Ｃｏｒｏｍｉｎａｓｅｔａｌ．（１９９９）研究Ｌｌｏｂｒｅｇａｔ的河盆地区的降水与滑坡的关系时发现，在没有前期降水的情况下，当一天的降水量达到３０ｍｍ时，该区可能诱发大面积的滑坡灾害；当降雨强度中等、持续时间较长，每天的降水量达到４０ｍｍ时，该地区可能诱发泥石流灾害；当降雨持续几周且降水量达到２００ｍｍ时，该地区最有可能诱发滑坡灾害。Ｌｕｍｂ（１９７５）研究发现滑坡与前期降水有明显的联系。陈丽霞等（２００８）统计分析江西地区滑坡与降雨的关系后指出，江西６月份最易发生滑坡。林孝松（２００１）研究重庆市滑坡与降雨之间的关系发现，滑坡灾害的发生与降雨量、降雨历时、降雨强度和降雨形式关系密切。吴正华（２００１）通过研究北京地区泥石流与降雨的关系，揭示了前期降水量是泥石流发生的潜在因素。崔云等（２０１１）以重庆黔江流水湾滑坡为例，提出强降雨对滑坡的关键控制作用。王滔等（２０１２）研究山阳县的地质灾害后发现当日降雨量大于６０ｍｍ时，将会发生大范围、大规模的地质灾害，泥石流灾害也将进入高发期。广西碎屑岩区广泛分布在桂北、桂东、桂南和桂西的大部分县、市，面积为１２９２８３６７ｋｍ２，占全区总面积的５４７８％，主要分布在桂林市、百色市大部地区；河池市西北部、柳州市西北部、南宁市区的东部、横县东部、宾阳县西北部、上林县北部；崇左市的天等县、大新县、崇左市区北部；梧州市的藤县、蒙山县；贺州市的昭平县；玉林市的博白县东北部；贵港市的港南区、桂平市等县。主要地貌类型有中山山地、低山山地和丘陵山地。其中中山山地主要分布于桂东北、桂西及桂北区域；低山山地和丘陵山地主要分布于桂东南地区。分布区内复杂的地质条件，强烈的风化侵蚀，充沛的降雨，造成碎屑岩地区边坡频繁地失稳、诱发地质灾害，对当地居民正常的生产生活造成了严重的影响。如２００８年６月１２日一场暴雨在桂林市永福县一带就诱发了多处地质灾害，造成严重的经济损失。研究降雨对广西碎屑岩地区地质灾害发育的规律十分必要。１　碎屑岩地区地质灾害的类型和主要诱发因素　　在收集整理２００６～２０１３年间广西碎屑岩地区突发地质灾害的基础上，将所有的碎屑岩区的历史灾害点按坐标投影到广西行政区划图上（图１）。广西碎屑岩地区地质灾害的主要类型为滑坡、崩塌、泥石流等，统计２００６～２０１３年间各类型突发地质灾害数量，结果如表１所示。统计结果表明：滑坡和崩塌占９２％以上，是广西碎屑岩地区的主要地质灾害类型，其中滑坡占５４２４％，是最主要的灾害类型。书书书表１　广西碎屑岩地区突发性地质灾害类型统计Ｔａｂｌｅ１　ＳｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆａｂｒｕｐｔｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｈａｚａｒｄｉｎＧｕａｎｇｘｉｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓ地质灾害类型滑坡崩塌泥石流合计灾害数６８４４７７１００１２６１比例／％５４．２４３７．８３７．９３１００诱发灾害因素的统计结果表明，２００６～２０１３年间的１２６１场突发地质灾害中以降雨为主要诱发因素的有７９８处，以降雨和开挖边坡两者为主要诱发因素的有９４５处，可见降雨和人类工程活动为碎屑岩分布地区地质灾害发生的最主要的诱发因素。统计还表明不少区域灾害发生有群发性，群发性地质灾害发育区与强降雨关系密切，当降雨强度达到地质灾害临界降雨量后易出现群发性灾害，因此降雨尤其是强降雨是碎屑岩分布地区诱发群发性地质灾害发生的最重要的因素。２　降雨对广西碎屑岩区地质灾害的影响　　降雨在不同地区、不同的地质条件下对地质灾害的影响程度有所不同，灾害发生前的降雨天数、降雨持续时间、降雨强度、有效降雨量等都可能对地质灾害的发生产生影响。本文收集整理２００６～２０１３年间广西碎屑岩区地质灾害发生前后的降雨资料，用统计方法分别从灾害发生前的降雨天数、降雨强度、有效降雨量等几个方面来研究降雨对地质灾害的影响。２８１ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ　工程地质学报　２０１６图１　广西碎屑岩区地质灾害分布图Ｆｉｇ．１　ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌｈａｚａｒｄｍａｐｏｆｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓｉｎＧｕａｎｇｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ２１　降雨天数与地质灾害的关系　　由于地质灾害的数量和降雨天数都是数值型样本，本次研究采用ＳＰＳＳ软件中的Ｐｅｒｓｏｎ相关分析功能（孙逸敏，２００７）来分析广西碎屑岩分布地区地质灾害与降雨天数之间的相关性，其相关性公式为：ｒ＝∑ｎｉ＝１（ｘｉ－ｘ－）（ｙｉ－ｙ－）∑ｎｉ＝槡１（ｘｉ－ｘ－）２∑ｎｉ＝１（ｙｉ－ｙ－）２（１）式中：ｒ为相关性系数；ｘ－为变量ｘ的平均值；ｙ－为变量ｙ的平均值；ｘｉ为变量ｘ的第ｉ个值；ｙｉ为变量ｙ的第ｉ个值。首先统计分析广西碎屑岩区地质灾害发生前的降雨天数与地质灾害数量的关系，式（１）中变量ｘ为２００６～２０１３年间广西碎屑岩分布地区发生的地质灾害数量，变量ｙ为灾害发生前的降雨天数，分析结果（表２）。结果显示，广西碎屑岩区地质灾害与１～５ｄ的降雨的相关系数均在０８以上，表明地质灾害发生与灾害发生前５ｄ降雨相关性较好。书书书表２　广西碎屑岩区地质灾害的发生与降雨天数的相关性Ｔａｂｌｅ２　ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎｔｈｅＧｕａｎｇｘｉｒｅｇｉｏｎｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄａｙｓｗｉｔｈｒａｉｎ降雨天数／ｄ１２３４５６相关系数０．８０５０．９４８０．８１２０．８２５０．８０７０．６９６２２　降雨强度与地质灾害的关系　　降雨强度是指单位时段内的降雨量。国家气象局按照２４ｈ降雨强度划分的降雨强度等级为：小雨（０～９９ｍｍ·ｄ－１）、中雨（１０～２４９ｍｍ·ｄ－１）、大雨（２５～４９９ｍｍ·ｄ－１）和暴雨（≥５０ｍｍ·ｄ－１），其中暴雨还可以细分为暴雨（５０～９９９ｍｍ·ｄ－１）、大暴雨（１００～２４９９ｍｍ·ｄ－１）和特大暴雨（≥２５０ｍｍ·ｄ－１）３级。２００６～２０１３年广西碎屑岩区有详细降雨记录的地质灾害有９４５次，按照降雨强度等级的划分来统３８１２４（２）　许英姿等：降雨对广西碎屑岩地区地质灾害的影响研究计不同降雨强度下碎屑岩分布区地质灾害发生的次数（图２）。结果显示，当降雨强度达到暴雨级别时地质灾害大量发生，暴雨及暴雨以上时发生的灾害有７３９次，占发生灾害总次数的７８２％，其中特大暴雨时发生灾害达４０次。可见，地质灾害的发生与降雨强度关系密切，且与暴雨有很大的相关性。图２　广西碎屑岩区地质灾害与降雨强度关系Ｆｉｇ．２　ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｒａｉｎｆａｌｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｈａｚａｒｄｓｉｎＧｕａｎｇｘｉｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋａｒｅａｓ进一步进行详细统计分析，统计不同日降雨强度引发地质灾害数量，进而确定不同雨强下地质灾害发生概率，绘出广西碎屑岩区地质灾害累积发生概率与降雨强度的关系曲线（图３）。统计结果表明，随着降雨强度的增加，灾害点数量逐渐增加。当降雨强度小于８０ｍｍ·ｄ－１时地质灾害累积发生概率有一个较快的增长过程，这是因为降雨初期土层还处于较干燥阶段，土层孔隙率较大，降雨容易渗入土层，随着降雨的持续，土体含水量不断增大，土体的强度有个急剧降低的过程，所以容易发生地质灾害；当降雨强度在８０～２１０ｍｍ·ｄ－１时灾害点数的增加相对缓慢些，但还是不断地增加；当降雨强