福建省南平市地质灾害与降水的关系分析

福建省南平市地质灾害与降水的关系分析[摘要]南平市辖10个县（市、区），是福建省地质灾害的易发区.本文通过分析南平市地质灾害与降水的关系，建立南平市地质灾害与降水（有效雨量）的关系模型，应用GIS技术开发闽北地质灾害气象预警系统。

结果表明南平市地质灾害的发生与近10天的降水均有关系，与当天大暴雨、近3天降水的关系为最大。

降水量（有效雨量）的大小与地质灾害的发生呈指数关系，各区域发生地质灾害的有效雨量分别为：中南部高易发区60mm，中北部中易发区75～80mm，北部低易发区100mm。

[关键字]地质灾害有效雨量南平市0引言南平市俗称”闽北”，地处闽江上游，是福建省的暴雨中心、地质灾害易发区，在每年5～6月主汛期的强降水，特别是连续性暴雨天气期间，地质灾害频发。

据统计，1990～2010年全市共新发生地质灾害5112处，主要类型为滑坡、不稳定斜坡、崩塌、泥石流等，造成严重的人员伤亡和经济损失。

近年来，地质、气象工作者对地质灾害的预报作了很多研究。

蒋勇军等从地形地貌、降水、地下水、岩土体性质、人类工程活动等方面探讨了地质灾害的形成机理[1]；陈百炼等提出了基于GIS的地质灾害预报预警方法[2]；刘传正等提出了以强降水预测地质灾害的方法[3]。

此前南平市在地质灾害预测预警方面，大多以降水预报来估计地质灾害发生可能，难以确定地质灾害的量级和发生区域。

由此，在分析南平市地质灾害与降水关系的基础上，建立地质灾害与近10天降水的关系模型，引入GIS技术开发南平市地质灾害气象预警预报系统，汛期间每天生成精度达到乡镇一级的地质灾害顶级预测，对南平市地质灾害防治工作具有重要意义。

1地质灾害特征南平市地质灾害呈现旱季少、汛期多；南部多，北部少；土质为主，人为诱发比例大，突发性强危害性大等特征。

地质灾害主要发生在3～9月，较为集中在延平区、顺昌县、建瓯市、建阳市等县（市、区），其中又以延平区、顺昌县最多。

南平市地质灾害的主要类型为：滑坡、崩塌、不稳定斜坡、泥石流、地面塌陷等，其中滑坡、崩塌占83%。

1.1时间分布特征南平市地质灾害主要发生时间主要在3～9月，其他月份出现的几率极小，其中5～7月占全年的99.7%，以6月最多，占80.7%。

3～9月降雨量占全年降雨量的75%，5～6月是南平市的主汛期，其雨量约占全年的34%、暴雨日数约占全年的62%，特别是6月份频繁出现续性暴雨天气，发生地质灾害的频率最高[4]。

1.2空间分布特征南平市地质灾害空间分布上呈自南而北递减的分布趋势（图1）。

在南部的延平、顺昌、建瓯和中部的建阳等地主要以变质岩为主，土层厚度大，结构松散，抗剪强度和抗分化能力较低，最易出现地质灾害，为高易发区；在中部的邵武、松溪、政和及北部的浦城主要为中生代火山岩、沉积岩，土层厚度中等，较易出现地质灾害，为中易发区；在北部的武夷山和光泽以花岗岩为主，土层厚度小，不易出现地质灾害，但在一定的外部条件触发下仍可出现地质灾害，为低易发区。

1.3地质条件特征南平市大地构造位置处于华南褶皱系的东部，武夷山-四明山古隆起带的中段，在福建省划属闽西北隆起带，为福建省三大构造单元之一。

区内地层发育较全，以广泛分布前寒武纪变质岩系和侵入岩为特征，二者的分布面积占全市陆域面积三分之二以上，在温热湿润的气候条件下，常形成深达10多米甚至数10米的松散土层，为崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生、发展提供条件。

综上分析，南平市地质灾害在时间上与降水量分布一致，在空间上与地质条件分布一致，地质灾害的发生是由地质条件本身决定的，暴雨等强降水是重要的触发因素。

2地质灾害与降水的关系模型2.1地质灾害与降水的关系分析据统计[5]，暴雨引发的泥石流、滑坡等灾害分别占泥石流、滑坡发生总数的95%和90%。

在南平市引发地质灾害的暴雨型主要有三种：突发性暴雨型、连续性暴雨型和台风暴雨型，其中以连续性暴雨型的地质灾害最为严重。

地质灾害的发生不仅与当天的强降水有关，还与前期的降水量累积有关。

2.1.1地质灾害与当天暴雨关系选取1990～2010年3～9月降水与地质灾害发生数据为例（表1），分析南平市地质灾害与降水的关系。

从表1可知，发生地质灾害当天出现大暴雨（日雨量≥100mm）的县（市、区）累计有47次，占县（市、区）发生地质灾害累计天数143的32.2%，且大多出现在延平、顺昌、建瓯和邵武等中南部高易发区，其中有30次出现群发性地质灾害（1县1天内出现≥8处地质灾害），占65.2%。

2.1.2地质灾害与前10天降水关系以当天及前1～2天表示为近3天、前3～6天表示为中4天、前7～9天表示为远3天（下同），分析南平市地质灾害与当天及前10天降水的关系（表2），出现地质灾害且降水集中在近3天、中4天和远3天的几率分别为：79.7%（114/143）、25.2%（36/143）和 5.6%（8/143），其中出现群发地质灾害时降水主要集中在近3天，占88.9%（40/45）。

降水集中在中4天时段的38次中，有10次的降水是同时集中在近3天和中4天；降水集中在远3天时段的8次中，有3次降水同时集中在中4天和远3天、有2次降水是集中在近3天和远3天。

可见，南平市地质灾害的发生与近3天的降水，尤其是当天大暴雨的关系最大，与中4天降水的关系较大，与远3天的降水也有一定的关系。

2.1.3群发性地质灾害与降水关系全市45次群发地质灾害中有42次是在当天和前1～2天的3天内有2天暴雨或1天大暴雨的情况下或中4天有连续性暴雨的情况下出现的。

如：2010年6月18日延平区，16～18日总雨量为384.7mm，17日134.4mm；2006年6月7日，延平区7～5日总雨量为113.7mm，6月1日～5月31日连续2天出现暴雨；1988年5月21日的建阳市，21～19日总雨量为101.4mm；1998年6月20日的武夷山市，20～18日总雨量为122.6mm，17～13日连续5天出现暴雨，其中17日和14日为大暴雨；1992年7月4日的浦城县，4～1日总雨量为107.5mm。

2.1.4地质灾害与汛期降水关系南平市地质灾害主要出现在主汛期（5～6月），通过分析1998～2010年5～6月各县（市、区）的当天雨量、连续3天和5天降雨量与地质灾害关系（表3，仅列出当天、连续3天的情况）。

全市当天雨量≥150mm（其中南部的建瓯市、顺昌县和延平区≥100mm）时出现地质灾害的几率较高；全市连续3天雨量≥200mm （其中延平区≥150mm）时出现地质灾害的几率较高；全市连续5天雨量≥250mm （其中延平区≥200mm）时出现地质灾害的几率较高；连续3天雨量<50mm、连续5天雨量<100mm时出现地质灾害的几率较小。

2.2地质灾害与降水的关系模型2.2.1关系模型（有效雨量）本文定义折算率λ和有效降水量RV二个物理量。

有效降水量计算公式为：RVi=RVi+1×λ+Rpi，i=1、2、3、······，其中i为地质灾害发生当天与降水日期的距离（天），Rpi为地质灾害发生前第i天的降水量，λ由试验分析来确定。

本文选取102个典型个例，采用前10天的雨量来建立南平市地质灾害关系模型，按10个县（市、区）分析计算了30625个组合，并选取最优的组合，确定南平市地质灾害与降水的关系模型（有效雨量）为：有效雨量（RV）=0.721×R0+0.493×R1+0.36×R2+0.269×R3+0.206×R4+0.151×R5+0.106×R6+0.069×R7+0.05*×R8+0.036×R9式中：R0为出现地质灾害当日雨量，R1为前1天雨量，余此类推。

有效雨量公式中的权重系数呈指数下降，表明越是临近的降雨与地质灾害的关系越大。

2.2.2有效雨量分级取雨量范围为50～200mm，步长为5mm，分别计算南平市各地在各级有效雨量下出现地质灾害的概率（表4，表中仅列出步长为25mm的概率）。

由表4，将出现地质灾害的概率按北部（浦城、武夷山、光泽）和中南部（其余个各县、市）求取有效雨量的平均值并制作成折线图（图2），有效雨量（降水量）大小与地质灾害的发生近似呈指数关系，并非直线关系。

雨量较小时，随着雨量的增加，出现地质灾害的可能性缓慢增大，雨量较大时，随着雨量的增加，出现地质灾害的可能性迅速增大。

以中南部为例，降水量在50mm以下时，发生地质灾害的可能性很小（10%以内），50～100mm间发生地质灾害的可能性缓慢增大，达10～26%；雨量超过100mm时，随着雨量的增加，出现地质灾害的可能性迅速增大，雨量150mm时出现地质灾害的可能性为55%，雨量160～170mm时出现地质灾害的可能性达100%。

根据有效雨量（降水量）大小与地质灾害的指数关系，结合南平市地质灾害易发程度的分布情况，确定各县（市、区）、各乡（镇）发生地质灾害的有效雨量分级标准（表4，仅列出各县的分级）。

由表4可知，在延平、顺昌、建瓯和建阳等中南部高易发区的RV达60mm时，可能出现地质灾害；在邵武、浦城、松溪和政和等中北部中易发区的RV达75～80mm时，可能出现地质灾害；在光泽、武夷山等北部低易发区的RV达100mm时，才可能出现地质灾害。

3地质灾害气象预警预报系统建立地质灾害的发生时由地质构造、地质条件本身（内因）所决定的，强降雨是发生地质灾害的重要触发条件（外因）。

通过分析地质构造、地质条件、同期降水的特点及分布情况，建立基于GIS的南平市地质灾害气象预警系统，自动读入前9天历史雨量数据，人工输入当日或次日雨量预测，经系统自动计算，进行必要的人工修正，以图表形式生成精细到乡镇的有效雨量、地质灾害等级的预测结果。

如2010年6月16日14：44：13系统预警，延平区西芹、王台地质灾害预警等级达5级，南山、城区、塔前等达到4级，其余乡镇达到3级；顺昌县全部乡镇达到3级；建瓯市部门乡镇达到3级。

6月17日，南平城区，延平区西芹、王台、峡阳、南山，顺昌洋口、郑坊等地大范围发生地质灾害。

系统预警等级与实况相符，应用效果较好，对防范南平市地质灾害起到重要的作用。

4结语⑴南平市地质灾害主要发生在3～9月，其中5～7月占全年的99.7%，6月为最多占80.7%。

南平市地质灾害基本上呈由南而北递减的分布趋势，按地质条件可分为高易发区、中易发区和低易发区等三个区域。

⑵南平市地质灾害的发生与近3天的降水，尤其是当天大暴雨的关系最大，与中4天降水的关系较大，与远3天的降水也有一定关系。

群发性地质灾害大多在近3天雨量≥180mm或者近3天雨量达到100mm且中4天（或远3天）有连续性暴雨的情况下出现的。