青海东部突发性地质灾害降雨预警研究

彭 亮，田 浩，杜文学

(1.青海省水文地质及地热地质重点实验室，青海 西宁 810008；2.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810008)

青海东部突发性地质灾害具有范围广、数量多、群发突发、灾情严重等特点，占全省地质灾害隐患点总数的54.6%.自2014年以来仅西宁市共发生200余起中、大型滑坡和崩塌地质灾害，冲毁、损坏民房3500多间，直接经济损失超过2亿元[1]．据统计，80%以上突发性地质灾害均发生在汛期(4—10月)，尤其是主汛期(7—9月)．说明突发性地质灾害的发生与降雨量关系密切，开展突发性地质灾害降雨监测预警研究工作尤为重要．

我国一直在开展区域性地质灾害监测预警[2-7]，国内外很多学者采用区域或单点临界累计雨量、临界降雨强度等阈值，从降雨过程、降雨量等方面研究了降雨特征与突发性地质灾害发生之间的相关性[8-13]．巨玉文等[14]在山西西部研究了黄土地质灾害与降雨的关联性，刘艳辉等[15-17]在四川雅安初步建成了地质灾害监测预警试验区，结合长期降雨资料，初步研究了雅安地区的日、小时最大降雨量特征，模拟研究降雨过程与地质灾害的时空预警．

文中以青海东部突发性地质灾害为研究对象，对降水量特征值相关概率进行统计分析，初步得到该区域降雨诱发地质灾害的规律特点及临界降雨阈值，为西宁市地质灾害气象监测预警预报提供参考．

1 研究区地质灾害概况

研究区为青海省东部，以西宁市为重点研究区，西宁地处青海省东部、湟水中游河谷盆地，气候类型为高原半干旱大陆性气候，具有降水量少但集中、蒸发量大等特点．地貌类型为低山丘陵区和河谷平原区两种．出露的前第四纪地层为新近系泥岩砂岩互层，第四纪地层主要为上更新世风积黄土和全新世冲洪积粉土、卵石及滑坡堆积黄土状土、含泥岩块粉质粘土[18]．

西宁市发育地质灾害294处(滑坡184处，崩塌40处，泥石流39处，不稳定斜坡31处)，其中59处地质灾害共造成36人死亡，直接经济损失1.1亿元．2019年西宁市(含5区2县)发育重大地质灾害隐患点49处，其中滑坡12处、崩塌3处、泥石流12处、不稳定斜坡20处、黄土湿陷1处、地面塌陷1处，全市重大地质灾害隐患潜在威胁130 824人生命及114.12亿元财产安全(据2019年青海省突发性地质灾害隐患点排查报告统计数据)．

2 典型降雨过程及降雨量

2010年7月6日22时20分，湟源县出现大范围的强雷阵雨天气，强降雨中心位于寺寨地区，小时降雨量32.5 mm，湟水河瞬时洪峰流量450 m3·s-1．湟源县9个乡镇10万户6万余人受灾，造成13人死亡、2人失踪、11人受伤，此次灾害造成直接经济损失达2亿元[19]．

2013年8月21日8时—22日8时，青海东北部地区大范围强降雨，其中大通县桥头镇气象观测站8月21日18时—22日07时出现特大暴雨，日降水量达144.9 mm，创该站历史日降水量极大值，同时也创青海省单站日降水量历史极大值．本次特大暴雨引发山洪、泥石流等灾害，造成1人死亡，2714人受灾[20-21]．

2016年8月17日18时—18日8时，湟源县城降水量为61.9 mm，达到了罕见的大暴雨级别．西宁市区3 h降水量值29.2 mm．这次强降雨导致西宁市城区宁张公路等多处路段积水严重，车辆通行困难，引发多处地质灾害．

2020年8月28日8时—29日8时，全省749个监测站中，25个监测站出现50 mm以上暴雨，95个监测站出现25 mm以上大雨，116个监测站出现10 mm以上中雨．其中降水中心为西宁市湟源县波航乡波航村，降水量达89.6 mm；城镇最大降水为湟源城关镇，降水量达71.1 mm．西宁市城北区生物园区的降水量达75.2 mm，达到暴雨量级，其中城北生物园区、城北大堡子村、城中区南山、城中区南酉山、北山美丽园气象监测站的降水量均超过60 mm，致使西宁城区大面积发生内涝．本次降水引发西宁南北山大范围发生突发性地质灾害．

3 降雨与突发性地质灾害的关系

3.1 降雨特征与地质灾害相关性

收集分析青海东部西宁市近3年(2017—2019年)降水资料发现，2017、2018和2019年全年降雨量分别为485.0、552.0和536.5 mm，均大于多年平均降雨量414.5 mm，说明近年来西宁市受暖湿化影响明显，极端天气增加，降雨量均处于高位.特别是2018年以来，连续2年降水量大于500 mm，突发性地质灾害隐患点呈增加趋势．统计累计降水量大于20 mm的月份为4—10月(汛期)，尤其以7—9月(主汛期)降水量偏多，基本与省内降水量规律一致(图1)．8月为降水集中时间，近3年(2017—2019年)降水量均大于120 mm，2018年达到136.6 mm，占全年降雨量的26%，当月突发性地质灾害明显增加，说明降雨是西宁市地质灾害最主要的引发因素．

图1 2017—2019年逐月累计降雨量统计Fig 1 Statistical graph of monthly accumulatedrainfall in 2017—2019

统计近3年西宁市突发性地质灾害点数量对比发现(图2)，全年每月均有地质灾害发生，主要集中在7—9月，8月最集中.2017年8月发生12起，2018年8月发生30起，2019年8月份发生16起，由此说明降雨是地质灾害发生的最直接引发因素．另外需要关注的是5月和11月，分别为主汛期前和主汛期后，和当年降水量有一定的相关性，另外也和高海拔地区的冻胀融沉相关，以及日昼温差大、灌溉浇水也有一定关系．

图2 2017—2019年月发生地质灾害数量统计Fig 2 Statistical graph of the number of geologicaldisasters in 2017—2019

分析对比2017—2020年8月逐日降水量值，2017年8月降水日18 d，2018年8月降水日21 d，2019年8月降水日13 d，2020年8月降水日17 d，这种连续降水极易引发地质灾害，一般连续2 d降水量大于50 mm，地质灾害发生的概率陡增(图3)．强降水一般集中分布在8月下旬(20—31日)，例如2020年8月28日8时—29日8时，全省749个测站中，619个测站出现降水，西宁市城北区生物园区的降水量为75.2 mm，达到暴雨量级，西宁城区大面积发生内涝，5区2县大范围发生突发性地质灾害．据初步统计，此次降水引发突发性地质灾害45处，说明日降水量大于60 mm时，降水引发地质灾害概率增加，气象因素致地质灾害发生可能性大，基本上达二级(橙色预警)，当降水量大于 80 mm时，降水气象因素致地质灾害发生可能性很大，达到一级(红色预警)．

图3 2017—2020年8月降水量分析Fig 3 Analysis diagram of precipitation in Augustin 2017—2020

3.2 突发性地质灾害降雨特征

对2018—2019年西宁市区突发性地质灾害日降水量值进行分析，发现7至8月地质灾害发生与降水呈密切关系，特别是连续降雨条件下，地质灾害呈增加趋势．在单日降水量取最大值，如2018年8月26日降水量13.6 mm，同时发生3起灾害点，2020年8月29日降水量42.6 mm，西宁市区地质灾害发生约10起．

4 突发性地质灾害降雨量预警阈值指标

青海东部地区是全省暴雨强度较大的地区，据西宁气象站资料，1 h降水量大于16 mm的暴雨有11次；4 h降水量大于50 mm的暴雨4次；百年一遇24 h最大降水量为66 mm，1 h最大降水量32 mm．暴雨多集中在6—9月，降水量占全年总降水量的80%以上．崩滑灾害的发生频次与月平均降水量呈显著正相关，滑坡发生时间集中于6—9月，在7月最高，8、9月次之，10月较低．将日降雨量划分为5个等级，不同级别降水量及发生地质灾害的概率见表1．降水量每天小于10 mm，突发性地质灾害发生少;降水量每天大于50 mm以上，地质灾害发生概率急剧上升至50%以上．

表1 降雨强度与地质灾害发生概率值Tab 1 Rainfall intensity and probability valueof geological hazard

按照地质灾害发生的发展过程、紧急程度、破坏趋势和可能造成的危害程度，地质灾害监测预警级别分为一级、二级、三级、四级，分别对应地质灾害发生风险极高、风险高、风险较高和风险一般等不同程度，依次用红色、橙色、黄色、蓝色表示，其中红色为最高级别预警[22-25]．

根据青海省气象局发布的气象预警标准，结合西宁市历史地质灾害发灾时降雨量特征值等成果，初步提出西宁市地质灾害监测预警降雨量值(表2)．

表2 青海东部地质灾害降雨量监测预警等级Tab 2 Prewarning grade of geological hazard monitoringprecipitation in eastern Qinghai

5 结论

统计分析了青海东部地区突发性地质灾害及降雨资料，研究了2017—2019年地质灾害与降雨过程、降雨强度、降雨时间等的关系，得出以下结论.

1)青海东部为全省地质灾害高易发区，尤其以省会西宁市危害最为严重，其中突发性地质灾害主要发生在汛期(每年4—10月)，特别是近3年降雨量明显增加，高于多年平均值，突发性地质灾害相应增加，说明突发性地质灾害与降雨量关系密切．

2)连续降水极易引发突发性地质灾害，一般连续2日降水量大于50 mm，地质灾害发生的概率陡增．当日降水量大于60 mm时，降水引发地质灾害概率增加，气象因素导致地质灾害发生可能性大，基本上达二级(橙色预警)．

3)结合降雨量与突发地质灾害特征值等成果，提出了西宁市地质灾害降雨量监测预警阈值．