暴雨型滑坡灾害形成机理及预测方法研究思路

暴雨型滑坡灾害形成机理及预测方法研究思路

魏丽1 , 单九生1 , 章毅之2 , 刘显耀1

（1.江西省环境预报中心,江西南昌330046；2.江西省气象科学研究所，江西南昌330046）

摘要: 暴雨型滑坡灾害形成机理和预测方法研究，在国内外仍是个难题和热点。本研究的总体思路是：以江西为研究区域，从暴雨型滑坡灾害形成机理及预测理论入手，通过8个滑坡灾害易发点的监测试验，系统地研究大气降水对地下水位、孔隙水压力、滑坡土体应力及滑坡稳定性的影响，探讨植被覆盖与滑坡的关系；根据历史资料，进行滑坡风险区划和暴雨型滑坡的时空分布特征分析；应用统计学和试验研究相结合的方法，提出滑坡体发生滑动的临界雨量指标；开发基于Web-GIS的暴雨型滑坡灾害预报预警业务系统，并进行业务试验。

关键词：暴雨滑坡形成机理预测研究

中图分类号：P426.616；P694 文献标识码：A文章编号：1007-9033（2005）03-0017-06

0引言[1～29]

滑坡灾害对人类社会的影响，已成为一个不容忽视的环境难题，其危害已成为仅次于地震的第二大自然灾害。滑坡是地质灾害中的主要类型，全国290个县市地质灾害调查结果显示，滑坡在地质灾害中所占比例最大可达51％。其主要诱发原因是暴雨，暴雨诱发的滑坡占滑坡总数的90％。

一次集中性暴雨能诱发大量滑坡。如1998年全国范围内因特大暴雨诱发了大量滑坡、崩塌和泥石流，造成死亡人数1 157人，受伤人员超过1万人。江西省1998年特大暴雨引发的地质灾害有11万处，其中主要是滑坡；损失较大的重要灾害点466处，造成人员伤亡的灾害点51处，伤亡人数和直接经济损失超过前18 a的总和。1995年6月美国弗吉尼亚州Madison县，16 h降水量达775 mm，诱发了1 000多处滑坡。根据世界红十字会统计，1963～1996年，每年平均因滑坡灾害造成死亡人数达1 550人。据估计，中国每年由于滑坡灾害造成的损失达200亿元。

1暴雨型滑坡灾害形成机理及预测理论基础[30～35]

滑坡（landslide）是指斜坡（含人工边坡）岩土体依附于其内在或潜在软弱结构面（带），在重力等综合因素作用下，失去原有平衡条件而产生的水平位移为主的滑动现象。滑坡灾害是指自然地质作用和人类活动造成的恶化地质环境，降低环境质量，直接或间接地危害人类安全和生态环境平衡，并给社会和经济建设造成一定损失的斜坡变形破坏乃至整体移动事件。

按动力成因分，滑坡可分为天然动力与人为动力两大类，前者分为地震型、降雨型、汇水型等。按滑动面深度分为浅层滑坡（6 m）、中层滑坡（6～20 m）、厚层滑坡（20～50 m）、巨厚层滑坡（＞50 m）。大气降水是滑坡致灾的最主要外因。降水对滑坡的作用是一个动态过程，大气降水注入滑体，增加岩土的含水量、增大岩土体容重、软化岩土、降低岩土的抗剪强度。降雨渗入到风化岩土体之下的基岩面或断水层面变成润滑剂，降低了接触面的抗滑性质，从而导致滑坡的发生。

滑坡预测建立在预测科学和滑坡学理论基础上。滑坡系统动态规律研究包括其演化过程中各阶段的特点，以及其运动学和动力学变化规律。基本受控于动态因素作用的方式、强度

和历时，其作用又常具有周期性的旋回趋势。目前，对其研究多集中于气候因素，尤其是降水的影响。

区域性滑坡动态随降水量而变化。统计结果表明，滑坡活跃期与当地降水丰年或特大暴雨季节相对应。位移—降水量关系统计模型表明，一般强度的降雨对蠕动性滑坡的运动有加速作用，且其位移量随降水量的增大呈线性增长。降雨是影响滑坡稳定度的重要客观因子，滑坡稳定性计算方法主要有费伦纽斯法（FELLENIUS）的滑坡稳定度计算方法、毕肖普法（BISHOP）和简布法（JANBU）等。其算法中的C（I）、W（I）、Fw（I）、h（I）、HpT（I）等因子与降水量、持续时间及降水强度有关。

2国内外研究现状

2.1滑坡预报国内外研究动态及发展趋势

文海家、张永兴、柳源[36] （2004年）指出，国内外滑坡预报研究的发展大体归纳为3个阶段：20世纪40年代至70年代，采用经验—统计学方法预报阶段，日本学者斋藤时期是先驱代表之一。自20世纪80年代开始，进入预测滑坡学形成阶段，预测滑坡学成为滑坡学和预测学科交叉的分支学科。许强等[37]（2004年）指出,建立滑坡预报模型和预报判据是滑坡时间预报的核心。20世纪90年代以后,滑坡预报研究的特点可归纳为3个方面：一是多种预报方法的综合应用；二是现代数理科学理论广泛应用于滑坡预报方法研究；三是以“3S”技术应用为代表，滑坡监测预报技术手段得到前所未有的发展。

2.2暴雨型滑坡灾害时空预报预警研究现状

国内外滑坡灾害预报预警研究大体分为2种类型：一类是以滑坡灾害位移监测数据为基础，结合室内模型实验开展的模型预报研究，最早由日本学者Saito[38]（1965年）在20世纪60年代提出，后由Fukuzono、V oight（1989年）等得到进一步深化；另一类是基于大气降水的观测，研究降水量、降水强度和降水过程与滑坡灾害的空间分布、时间上的对应关系，建立滑坡灾害时空分布与降水过程的统计关系，以达到预报预警之目的。2种研究途径各有侧重，前者强调滑坡灾害位移机理研究，后者强调滑坡灾害受外界触发因素影响的统计学研究。

山田刚二等（1977年）通过对山阴干线小田－田仪间403、400 km附近的滑坡研究，结合日有效雨量、滑坡位移速率、地下水压力随时间的变化曲线开展滑坡灾害预警预报工作。1985年，美国地质调查局（USGS）和美国国家气象局（USNWS）联合建立1套滑坡实时预报系统（Wieczorek,1990年）。该系统基于1982年2月3～5日在该地区发生的1次特大暴雨所引起的滑坡灾害数据，建立滑坡与降水强度和持续时间的临界关系曲线。该曲线可作为滑坡实时预报的经验曲线。Robert Hamilton[39](1997年)、Turrer A k,Schuster R L[40]（1996年）提出滑坡灾害早期预警主要包括：以区域滑坡灾害危险性评价、风险区划为主的滑坡灾害早期预警，基于地理信息的中期预警，以实时、自动和遥控遥测信息为主的短期预警。

刘传正等[41]（2004年）根据致灾地质环境条件和气候因素，将中国划分为7个大区、28个预警区。通过对历史上发生的地质灾害点和灾害发生前15 d内实际降水量及降水过程的统计分析，创建了地质灾害气象预警等级判据模式图，初步制作了预报预警判据图。在收到中国国家气象中心全国降水预报0.5 h内，对所预报的次日降水过程是否诱发地质灾害和诱发灾害的空间范围、危害强度进行预报预警。

2.3 滑坡灾害与降水关系研究动态

基于降水强度和持续时间的监测，确定区域诱发滑坡的经验阈值，在世界许多地区得到应用，如香港、日本、波罗黎哥、夏威夷和加利福尼亚北部等（周平根[42]，2002年）。1985～1995年，美国地质调查局和美国国家气象局合作，在加利福尼亚州旧金山湾地区，通过对该区域滑坡的深入研究，建立了不同地段（即不同地质环境）降水量和滑坡发生的关系，在此基础上开发和运行1套降水诱发滑坡的预警系统，为公众发布区域滑坡预警，并在1986