鐵永波, 阮崇飛, 楊 順, 曾 波, 張紅兵, 李富強(qiáng), 孫金峰, 何振強(qiáng)

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 610081; 2.云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650041; 3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 探礦工藝研究所， 四川 成都 611734; 4.中國(guó)氣象局 成都高原氣象研究所,四川 成都 610072; 5.云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院, 云南 昆明 650200; 6.甘肅地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院, 甘肅 蘭州 730050)

暴雨引起的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害具有發(fā)生時(shí)間集中、空間分布面廣，危害大等特點(diǎn)，在全球山區(qū)均有發(fā)育[1-5]。近年來，受全球氣候變化影響、局地極端強(qiáng)降雨頻發(fā)及人類工程活動(dòng)加劇的影響，全球范圍內(nèi)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害日益增多[6-8]。通常情況下，局地強(qiáng)降雨過程是引起群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的主要原因，如1999年委內(nèi)瑞拉北海岸Vargas地區(qū)強(qiáng)降雨誘發(fā)的群發(fā)性泥石流災(zāi)害造成15 000余人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約1億美元[1]；2013年甘肅省天水市“7·25”暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害700余處。其他一些極端因素也會(huì)引起群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，如強(qiáng)震除了導(dǎo)致群發(fā)性同震地質(zhì)災(zāi)害外，其形成的大量松散巖土體為群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的形成提供必要條件，2008年汶川地震發(fā)生后至今的10余年間，強(qiáng)震區(qū)因暴雨誘發(fā)的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害仍然在持續(xù)活躍[3]；如我國(guó)東南沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)過境帶來的強(qiáng)降雨天全也能誘發(fā)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害[4]。

怒江流域是云南省地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地區(qū)之一，歷史上地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[9-12]。研究[13-19]表明，受地形地貌及印度洋暖施氣流的影響，該地區(qū)大型堵江泥石流災(zāi)害極具代表性，歷史上發(fā)生過多起泥石流堵斷怒江引發(fā)鏈?zhǔn)綖?zāi)害的事件，其中以貢山縣境內(nèi)泥石流最為典型。2020年5月24日至27日連續(xù)4 d降雨348.2 mm，是貢山縣境內(nèi)有氣象記錄以來最大的持續(xù)強(qiáng)降雨天氣過程，5月25日和26日的集中強(qiáng)降雨導(dǎo)致貢山縣域內(nèi)新增地質(zhì)災(zāi)害208處(截止到2020年6月15日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，其中新發(fā)生滑坡121個(gè)，崩塌22個(gè)，泥石流65條。全縣原有的305處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)中， 也有120處在此次暴雨影響下有不同程度的活動(dòng)跡象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次貢山縣“5·25”強(qiáng)降雨引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致全縣9 000余人受災(zāi)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約90 000萬元、3人死亡及5人失蹤的災(zāi)情。

1 研究區(qū)概況

貢山獨(dú)龍族怒族自治縣(貢山縣)在行政區(qū)劃上屬云南省怒江傈僳族自治州，地處滇西北怒江大峽谷北段，位于東經(jīng)98°08′—98°56′，北緯27°29′—28°23′，東與云南省德欽、維西兩縣相連，南與怒江州福貢縣相鄰，北與西藏自治區(qū)察隅縣接壤，西與緬甸聯(lián)邦毗鄰，國(guó)土總面積4 379.24 km2，總?cè)丝?5 498人主要分布有獨(dú)龍族、怒族、傈僳族及藏族等少數(shù)民族。貢山縣地處橫斷山系北部高山峽谷區(qū)，屬青藏高原的東南延伸部分，地形崎嶇險(xiǎn)峻，山高坡陡，谷深溝窄，溝谷縱橫切割，擔(dān)當(dāng)力卡山、高黎貢山、碧羅雪山三大山系與獨(dú)龍江、怒江兩大水系從北向南相間縱列，形成了“三山夾兩江”的高山峽谷地貌，境內(nèi)最高海拔5 128 m，最低海拔1 170 m，海拔高差達(dá)3 958 m。由于地處印度洋暖濕氣流和西藏高原冷空氣的結(jié)合部，受地形地貌、大氣環(huán)流等因素的影響，貢山境內(nèi)降水充沛并且時(shí)空分布不均，主體氣候類型屬高原溫帶濕潤(rùn)型山地季風(fēng)氣候，且受高程控制垂直分帶十分明顯，據(jù)貢山縣氣象觀測(cè)資料，茨開鎮(zhèn)氣象站(海拔1 500 m)多年平均降水量1 726.5 mm，而獨(dú)龍江氣象站(海拔1 489 m)多年平均降水量則高達(dá)4 743.5 mm。研究區(qū)雨季可長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月，降雨從每年2月中旬起就開始明顯增多，3月下旬左右迎來最大值，此后逐漸減少。據(jù)歷史氣象資料表明，貢山縣境內(nèi)2月至4月的平均降水量可達(dá)600 mm，形成了滇西地區(qū)特有的“桃花汛”，受獨(dú)特的氣候背景影響，貢山縣境內(nèi)“桃花汛”期間的平均降水量約占全年平均降雨量40%。每年的5月中下旬開始，貢山縣就進(jìn)入第2個(gè)雨季，與南亞和東南亞地區(qū)的大范圍季風(fēng)雨季同步，直至10月才結(jié)束。受青藏、滇緬、印度巨型“歹”字型構(gòu)造體系影響，貢山縣地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖石出露相對(duì)完整，地層以中生界最為發(fā)育，其次是新生界和古生界，主要地層和巖漿巖、變質(zhì)巖分布均與獨(dú)龍江斷裂、怒江斷裂和瀾滄江斷裂三大深大斷裂活動(dòng)密切相關(guān)，它控制區(qū)域內(nèi)地貌發(fā)育和地殼的穩(wěn)定性，上新世以來，區(qū)域內(nèi)地殼強(qiáng)烈隆升，導(dǎo)致河流深切，發(fā)育多級(jí)河流階地，高山與峽谷并行，地震活動(dòng)較頻繁，是云南西部地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)和頻發(fā)地區(qū)。

2 地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律與成災(zāi)特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害沿河谷集中分布，高位遠(yuǎn)程及鏈?zhǔn)綖?zāi)害特征明顯

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害排查結(jié)果，此次貢山縣“5·25”暴雨共誘發(fā)新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)208處(圖1)。從空間分布特征看，泥石流主要沿怒江及其主要支流分布，滑坡和崩塌則主要集中分布在G219公路沿線。從地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)的空間分布特征看，此次群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)最嚴(yán)重的區(qū)域是G219公路沿線，其中造成人員傷亡的地質(zhì)災(zāi)害主要由分布在G219公路沿線，因滑坡和崩塌掩埋過往車輛而導(dǎo)致。在此次暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害中，高位遠(yuǎn)程滑坡和崩塌現(xiàn)象極為普遍，且具有高速運(yùn)動(dòng)的特征，這與怒江兩岸坡體上陡下緩的地形地貌有密切關(guān)聯(lián)。此外，流域內(nèi)滑坡或崩塌發(fā)生后在溝道形成的“堵—潰”鏈?zhǔn)綖?zāi)害特征也極為常見，在此次暴雨誘發(fā)的泥石流災(zāi)害中，多數(shù)都具有鏈?zhǔn)綖?zāi)害的特點(diǎn)。

圖1 貢山縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征

2.2 地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)，以小規(guī)模為主

貢山縣“5·25”暴雨共誘發(fā)的新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)中，滑坡有121處，占總數(shù)的58.2%，崩塌22處，占總數(shù)的10.6%，泥石流65條，占總數(shù)的31.2%，災(zāi)害類型較為集中，主要以滑坡和泥石流為主。此次暴雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害具有典型的群發(fā)性，以行政單元為例，此次暴雨過程中貢山縣5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)境內(nèi)均同時(shí)發(fā)生多起地質(zhì)災(zāi)害，且以縣城所在地茨開鎮(zhèn)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多。從地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模看，中型及以上規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害僅有19處，小型占189處，主要以小型為主。

2.3 威脅對(duì)象類型多，分散性強(qiáng)

根據(jù)對(duì)貢山縣境內(nèi)目前現(xiàn)有的512處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)(原有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)305處，此次新增208處)的排查結(jié)果，縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害直接威脅村莊的有150余處，直接威脅道路交通的有165處，威脅廠礦企業(yè)4處，受威脅人口9 000余人。同時(shí)，這些受威脅的村莊、道路、廠礦、居民區(qū)、加油站等對(duì)象分散在全縣的5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，26個(gè)村委會(huì)。

3 成因機(jī)制分析

3.1 持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)降雨過程為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供動(dòng)力條件

從區(qū)域氣象條件看，5月20日在印度西孟加拉邦沿海登陸的氣旋風(fēng)暴“安攀”(AMPHAN)受高原槽波動(dòng)影響，22日在登錄孟加拉后減弱云系往北移動(dòng)與高原上的冷空氣配合東移至滇西地區(qū)，并帶來強(qiáng)降水天氣，為此次貢山縣“5·25”降雨過程奠定了基礎(chǔ)。從貢山縣兩處氣象站降雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)看，5月26日貢山縣城所在地茨開鎮(zhèn)附近降雨量為85.4 mm，而貢山縣北部的獨(dú)龍江鄉(xiāng)5月25日降雨量為102.9 mm，26日降雨量為126.3 mm(圖2)。兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)為此次貢山縣強(qiáng)降雨過程的兩處強(qiáng)降水中心，但降雨量差異極為顯著，主要受貢山縣地形、海拔等因素的影響。根據(jù)此次地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查結(jié)果，茨開鎮(zhèn)和獨(dú)龍江鄉(xiāng)也是此次群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量最多、危害最為嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，表明強(qiáng)降雨與貢山縣地質(zhì)災(zāi)害之間的高度對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 貢山縣降雨量特征

但就“5·25”強(qiáng)降雨過程而言，明顯的降雨強(qiáng)度增加是從5月21日開始，5月26日，兩個(gè)氣象站所觀測(cè)到的雨量均達(dá)最大值。以獨(dú)龍江鄉(xiāng)觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，從小時(shí)降雨量分布特征上看，在5月25—26日地質(zhì)災(zāi)害群發(fā)時(shí)段內(nèi)，降雨量最為集中，48 h累計(jì)降雨229.2 mm，占此次4 d持續(xù)降雨總量的65.8%，但逐小時(shí)降雨量變化卻相對(duì)平穩(wěn)(圖3)。與西南其他地區(qū)小時(shí)降雨幾十毫米誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的短時(shí)暴雨相比[20，21]，貢山縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的臨界雨量值具有其獨(dú)特性。5月21—25日獨(dú)龍江鄉(xiāng)累計(jì)降雨量240.3 mm，茨開鎮(zhèn)累計(jì)降雨量130.9 mm，前期累積降雨量非常大。

圖3 貢山縣獨(dú)龍江鄉(xiāng)2020年5月25日20:00至26日20：00逐小時(shí)降雨量分布與特征

從降雨的時(shí)間分布特征上看，2020年2月中下旬就開始的“桃花汛”及從5月20日開始的前期降雨為此次貢山縣“5·25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了重要條件。尤其是長(zhǎng)達(dá)6 d的持續(xù)降雨為地表巖土體含水率的持續(xù)增加直至土體含水率飽和起到了關(guān)鍵作用，在26日降雨強(qiáng)度增大的條件下，最終導(dǎo)致表層強(qiáng)風(fēng)化巖體和地表松散土體在含水率飽和后沿基伏界面滑動(dòng)而形成災(zāi)害，在此次的排查中也發(fā)現(xiàn)，暴雨誘發(fā)的滑坡滑動(dòng)面主要發(fā)育在上覆殘坡積粉質(zhì)黏土與全強(qiáng)風(fēng)化下伏基巖分界面。

3.2 深切河谷地形為地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)提供基礎(chǔ)

貢山縣地處怒江大峽谷深切河谷區(qū)，受河流下切的影響，縣境內(nèi)山高、坡陡、谷深，整個(gè)縣境內(nèi)98%以上面積為山地，根據(jù)全縣地形坡度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，縣境內(nèi)坡度介于20°～40°之間的地形占比約70%，陡峻的地形坡度不利于地表松散土體的穩(wěn)定性，尤其是在暴雨作用下土體含水率飽和后的穩(wěn)定性更差。此次地質(zhì)災(zāi)害排查結(jié)果顯示，貢山縣境內(nèi)滑坡多發(fā)生在坡度25°～60°之間的斜坡地帶，尤其地形表現(xiàn)為凸型坡的微地貌與滑坡和崩塌的對(duì)應(yīng)關(guān)系極為密切(圖4)。

圖4 貢山縣境內(nèi)地形坡度特征

3.3 高植被覆蓋率增大了地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別的難度

根據(jù)對(duì)貢山縣植被和土地利用分類分析結(jié)果，貢山縣境內(nèi)植被覆蓋率可高達(dá)80%以上，高植被覆蓋率在很大程度上掩蓋了該地區(qū)地表早期發(fā)生的變形破壞跡象，難以通過群測(cè)群防或定期的巡查進(jìn)行早期識(shí)別(圖5)。

圖5 貢山縣植被覆蓋特征

雖然此次暴雨誘發(fā)的滑坡多為淺表層滑坡，但因陡坡密林區(qū)難以到達(dá)，給地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別帶來極大的難度，增強(qiáng)了地質(zhì)災(zāi)害的隱蔽性。同樣，光學(xué)遙感、InSAR，LiDAR等新技術(shù)手段也會(huì)因喬木、灌木和草本形成的垂直結(jié)構(gòu)層阻擋而導(dǎo)致識(shí)別的精度極大降低，難以達(dá)到有效的早期識(shí)別效果。

3.4 人類工程建設(shè)活動(dòng)增大了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)

近年來，隨著云南省大滇西旅游環(huán)線規(guī)劃實(shí)施及貢山縣經(jīng)濟(jì)和旅游業(yè)的發(fā)展，境內(nèi)美麗公路、德貢公路及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)通村公路的建設(shè)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)明顯。一方面，貢山縣境內(nèi)公路坡腳開挖后形成沿公路一側(cè)的臨空面，為滑坡和崩塌的形成提供了有利條件；另一方面，一些邊坡開挖后未進(jìn)行有效防護(hù)等因素也在一定程度上對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生起到了催化作用。根據(jù)對(duì)此次群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查結(jié)果表明，約36.5%的地質(zhì)災(zāi)害主要集中分布在公路沿線，說明公路建設(shè)在一定程度上對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育數(shù)量有著積極的影響。除公路切坡失穩(wěn)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害外，許多居民區(qū)的房屋建設(shè)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響其實(shí)并不明顯，造成災(zāi)害的原因主要是受地質(zhì)環(huán)境條件制約，貢山縣村寨多位于泥石流堆積扇和崩滑堆積體上，居民點(diǎn)與地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)之間缺乏足夠安全距離，在本次降雨過程中，120處已知隱患點(diǎn)復(fù)活并造成災(zāi)害的許多都是泥石流對(duì)臨近溝口房屋或建筑造成損毀。

4 結(jié) 論

(1) 此次貢山縣群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害以滑坡和泥石流為主，規(guī)模多為小型。崩塌和滑坡主要沿怒江兩岸公路沿線分布，以淺表層崩滑為主；泥石流主要分布在怒江兩岸及支流內(nèi)，多以土力類泥石流啟動(dòng)模式為主。

(2) 此次暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)出典型的高位遠(yuǎn)程及鏈?zhǔn)綖?zāi)害特征，滑坡或崩塌發(fā)生后進(jìn)入溝道轉(zhuǎn)化為泥石流的現(xiàn)象極為普遍，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控中應(yīng)充分考慮高位地質(zhì)災(zāi)害的排查，同時(shí)充分評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的鏈?zhǔn)叫?yīng)及其影響區(qū)范圍。

(3) 貢山縣境內(nèi)植被覆蓋率較高，泥石流發(fā)生后會(huì)攜帶大量的漂木沖出，在溝道狹窄處或溝口橋涵處易形成堵塞，對(duì)泥石流的瞬時(shí)流量會(huì)起到放大作用而翻越溝道造成災(zāi)害，在貢山縣泥石流防治工程設(shè)計(jì)中要充分考慮堵塞系數(shù)取值的合理性，校核泥石流峰值流量計(jì)算結(jié)果，保證泥石流有足夠的過流斷面，從根本上避免災(zāi)害的發(fā)生。

(4) 鑒于貢山縣城后山泥石流現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析，建議對(duì)貢山縣城開展大比例尺地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)結(jié)果與國(guó)土空間規(guī)劃有機(jī)融合，從源頭上對(duì)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控。縣城后山已有泥石流防治工程設(shè)防等級(jí)急需提升，在對(duì)已有治理工程開展修復(fù)和維護(hù)的同時(shí)，加強(qiáng)工程治理力度，提升泥石流設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)。

5 討 論

(1) 持續(xù)型降雨誘發(fā)區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害的臨界雨量值問題探討。從此次貢山縣“5·25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)雨量特征看，具有長(zhǎng)歷時(shí)前期降雨和持續(xù)強(qiáng)降雨的特點(diǎn)，從前3日累計(jì)降雨量和持續(xù)降雨強(qiáng)度及歷時(shí)等關(guān)鍵參數(shù)入手，探索貢山縣甚至怒江州境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的臨界雨量值，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警閾值的確定具有參考意義，但各個(gè)參數(shù)值還需要對(duì)貢山縣境內(nèi)更多已發(fā)生的歷史地質(zhì)災(zāi)害降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析確定。

(2) 對(duì)于貢山縣這類植被覆蓋密度較高、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻發(fā)的區(qū)域而言，如何提前發(fā)現(xiàn)地表坡體變形或識(shí)別流域內(nèi)泥石流潛在物源難度極大，需要從地質(zhì)本身角度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的成因機(jī)制進(jìn)行分析，通過揭示地形坡度與地表土體厚度的關(guān)系入手，統(tǒng)計(jì)分析歷史地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的坡度區(qū)間值，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的微地貌(凸形坡、凹形坡等)特征等參數(shù)進(jìn)行綜合研判。同時(shí)，深入開展地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)與植被類型、覆蓋密度等參數(shù)的關(guān)聯(lián)性研究，揭示地質(zhì)災(zāi)害與植被間的相互影響和作用關(guān)系，形成基于“地質(zhì)+植被”為基礎(chǔ)的高植被覆蓋區(qū)多指標(biāo)地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別方法與體系。

(3) 從貢山縣“5·25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間上看，降雨量劇增的時(shí)間為5月25日，但地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模暴發(fā)的時(shí)間是在5月26日，表明貢山縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生相對(duì)降雨而言具有一定的滯后性，這可能與該地區(qū)植被覆蓋率高及合理的植被群落結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。當(dāng)雨水從最頂層的喬木到地面土體需要經(jīng)過多層的樹冠攔截，這在很大程度上滯緩了降雨入滲土體或轉(zhuǎn)化為地表徑流的速度，在一定程度上滯緩了土體含水率的飽和及失穩(wěn)速度，從而導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生相對(duì)降雨滯后的特點(diǎn)。

致謝：在本文的完成中得到了云南省怒江州自然資源局、貢山縣自然資源局的大力支持，云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院、云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院、甘肅地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院?jiǎn)挝黄渌夹g(shù)人員在此次地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急排查過程中獲得的一手調(diào)查數(shù)據(jù)支撐了論文的研究，在此一并感謝！