摘要:为提高达州市地质灾害预报预警能力，基于由衰减系数计算的有效雨量，对2007-2017年达州市发生的降雨型地质灾害在不同量级雨量下的分布频次进行分析，得到不同量级降水地质灾害发生频次。结果表明:(1)在不同量级降水下地质灾害分布没有明显的规律，但是如果结合不同量级降水出现的概率分析地质灾害的分布情况，地质灾害发生频次与降水呈指数关系。(2)结合达州实际情况和地质灾害预报工作经验，定义了不同地质灾害发生频次的地质灾害气象风险等级，基于指数方程分别计算一到五级地质灾害气象风险等级对应的有效降雨量阈值。(3)经过回代检验和实际应用，雨量阈值得到了较好的验证，能够有效地指导地质灾害气象风险等级预报预警。
关键词:气象学;地质灾害;降水;雨量阈值;达州市;概率区间分布
0引言
达州市位于大巴山弧形构造中段的南侧与川东新华夏系构造的复合交接部位，地势东北高(大巴山区)，西南低(盆地丘陵区)。大巴山横直在北部，明月山、铜锣山、华釜山由北而南，纵卧其间，将全市分割为山区、丘陵、平坝3块。山区占面积70.70%，丘陵占28.10%，平坝占1.20%[1]。北部山体陡峭;中南部较平缓，形成平行谷岭地貌单元(图1)。复杂的地形、地貌为地质灾害的形成提供了动力和能量转化条件。截至2019年5月13日，达州市已查明的地质灾害隐患点共1330处，分布于全市293个乡镇。
达州地质灾害多发易发，除了与本身地质构造特点有关外，还与降水、工程活动等自然条件有关[2-11]。大量研究表明[12-17]，地质灾害与降水的时空分布有着密切联系，降雨强度越大，地质灾害越容易发生。近年来，不少学者基于降雨强度、降雨持续时间、累计降雨量等的分析，开展地质灾害预警预报和风险评价的研究[18-31]。
地质灾害的发生本身具有不确定，除了降水以外，还受地质条件等因素影响，而且地质灾害也不一定都能记录。另外虽然较前人的研究增加了区域自动气象站的降水资料，站点更加密集，降雨量的代表性更强，但仍可能由于站点故障，距离稍远等原因，不能完全代表灾害发生地的实际降雨量。近年来对不确定性事件进行概率分析并建立概率预测模型已在各行各业得到了广泛的应用[32-40]。主要分析达州市地质灾害与降水的关系，从而为达州地质灾害风险预警预报提供更加科学的支撑。
1资料与方法
1.1资料
地质灾害资料来源于2007-2017年达州市地质灾害灾情报表(由达州市地质环境监测站提供)，灾害发生位置精确到村组，包括滑坡、泥石流、危岩崩塌、地面塌陷、地面裂缝等共计1233条灾情，剔除掉人为和地震等原因造成的地质灾害，主要由降水等自然原因引发的地质灾害共有1215条。
降雨量资料为2007-2017年达州市下辖所有国家气象站和区域自动气象站的日降雨量(地质灾害发生前当天、前1天、前2天，前3天、前4天、前5天)。所有滑坡发生点降雨量取离它最近的气象站数据，如果该站数据有误或缺失，再按就近原则选其他站点雨量。
2分析结果
2.1降雨量总体分布特征
从发生地质灾害发生个例的降雨量总体来看(表1)，地质灾害当天雨量对地质灾害敏感性最好，发生地质灾害当天平均雨量达122.6mm;其次是前1天雨量平均为61mm;而前2天到前5天敏感性相对较差，平均雨量分别为13.7mm、18.4mm、18.6mm和5.4mm。从地质灾害发生前的平均有效雨量来看也是对当天和前一天的雨量最为敏感，R0(地质灾害当天有效雨量)为122.6mm，R1为(地质灾害当天和前一天有效雨量)171.4mm，前2天到前5天累积雨量的增幅显著减小分别为180.1mm、189.5mm、197.1mm、198.9mm，有效雨量每一天的增幅都在10mm以内。可以看出诱发达州地质灾害的强降雨主要发生在地质灾害前一天和地质灾害发生当天。
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2007-2017年达州市发生了两次特大型滑坡，一次发生在2007年7月6日达县青宁乡岩门村，一次发生在2007年7月18日达县南外镇嘎云村9社土地垭。两次地质灾害发生当天均为大暴雨，降雨量分别为163.6mm和104.6mm，前一天降雨量分别为48mm和51.8mm。第一次灾害前2～4天均有降水，雨量不大，为小到中雨，第5天无雨;第二次灾害前2～4天无降雨，前5天出现小雨。从这2次典型的滑坡来看(表2)，对地质灾害发生影响最为显著的是当天降雨量，其次是前一天的降雨量，前2～5天雨量的作用相对较小。
因此，地质灾害气象风险等级预报要格外关注预报日当天雨量和未来一天雨量预报。目前达州市气象局和达州市自然资源局联合发布的地质灾害气象风险等级预报就缺少预报日当天白天降水，而这期间的降水对地质灾害的发生起着至关重要的作用，需要在下一步工作中加以改进。
2.2降雨量区间概率数的计算
基于1215个地质灾害计算降雨量区间概率。分析地质灾害记录和地质灾害发生前0～5天有效降雨量，得出降雨量与滑坡的相互关系，找出各时间尺度降雨量的分布区间，可得出临界降雨量指标。
取m=20，△=20，即20mm为一个小区间，分别计算20个小区间的概率，0～5天有效降雨量的概率分布情况见图2。地质灾害当天的有效降雨量分布在0～340.3mm(R0)，为主、次峰型分布，主峰在0～20mm，分布概率为20%，次峰在180～200mm，分布概率为12.3%。地质灾害前1天的有效降雨量分布在0～471.1mm(R1)，为双峰型分布，分布在两头，0～20mm分布概率为11.9%，380mm以上分布概率为12.9%。地质灾害前2天的有效降雨量分布在0～473.6mm(R2)，380mm以上为峰值，分布概率为12.9%，0～200mm概率分布呈波动趋势，180～200mm最高，分布概率为9.1%，200～380mm呈下降趋势。地质灾害前3天的有效降雨量分布在0～473.9mm(R3)，380mm以上为峰值，分布概率为12.9%，0～200mm概率分布呈波动趋势，180～200mm最高，分布概率为9.5%，200～380mm呈下降趋势。地质灾害前4天的有效降雨量分布在0～499.2mm(R4)，380mm以上为峰值，分布概率为13.6%，0～160mm概率分布呈波动趋势，140～160mm最高，分布概率为8.2%，160～380mm呈下降趋势。地质灾害前5天的有效降雨量分布在0～499.3mm(R5)，380mm以上为峰值，分布概率为13.6%，0～160mm概率分布呈波动趋势，140～160mm最高，分布概率为8.6%，160～380mm呈下降趋势。
以上研究了有地质灾害情况下的降雨量分布概率，没有结合不同量级的降水概率进行分析，把不同量级降水地质灾害的个数除以该量级降水(2007-2017年达州市6个国家气象站平均雨量，雨量间隔为10mm)出现的天数，得到不同降雨量级下每天可能发生的地质灾害个数。从图3可以看出，不同时长的有效降水产生地质灾害的临界雨量不同。R0小于30mm时，地质灾害发生频次小于1个/天;30～60mm时，1～2个/天;60～110mm时，5～10个/天;大于110mm时，由于170～180mm降水概率为0，所以计算出次数为零(如果用线性内插将超过100个/天)，130～140mm为10次/天，其余量级均大于20个/天。R1小于60mm时，地质灾害发生频次小于1个/天60～90mm时，1～3个/天;90～120mm时，5～10个/天;大于130mm时，均大于15次/天。R2小于60mm时，地质灾害发生频次小于1个/天;60～110mm时，1～5个/天;110～120mm时，5～10个/天;大于130mm时，均大于10次/天。R3小于60mm时，地质灾害发生频次小于1个/天;60～110mm时，1～5个/天;110～130mm时，5～10个/天;大于130mm时，除150～160mm为6.75外，其余量级均大于10次/天。R4小于70mm时，地质灾害发生频次小于1个/天;70～110mm时，1～5个/天;110～140mm时，5～10个/天;大于140mm时，除150～160mm为8.80外，其余量级均大于15次/天。R5小于70mm时，地质灾害发生频次小于1个/天;70～110mm时，1～5个/天;110～140mm时，5～10个/天;大于140mm时，除150～160mm为8.63外，其余量级均大于10次/天。
2.4地质灾害雨量阈值检验
2.4.12007-2017年地质灾害回代检验
对2007-2017年的1215个地质灾害进行回代检验，地质灾害气象风险等级在三级以上的概括率为82.1%，即997个地质灾害出现在雨量阈值预报地质灾害气象风险等级在三级以上，218个出现在雨量阈值预报地质灾害气象风险等级在三级以下。不同时间段有效雨量预报的地质灾害气象风险等级具体情况见表4。可以看出R0～R5有效降雨量降水累积时间越长三级以上地质灾害气象风险等级对地质灾害历史个例的概括率越高，R0最低为68.81%，R5最高为81.98%。
自然资源部门把地质灾害按照人员伤亡、经济损失的大小分特大型、大型、中型和小型4个等级[41]。2007-2017年1215个地质灾害中特大型2个、大型16个、中型122个、小型1075个。对这些地质灾害按分等级进行效果检验，结果见表5。可以看到，随着地质灾害等级的降低，三级以上地质灾害气象风险等级的概括率在逐渐降低，由特大型的100%降到小型的84.28%，一级地质灾害气象风险等级也由100%降到了55.63%，说明地质灾害大小与地质灾害气象风险等级存在正相关，地质灾害气象风险等级越高造成的灾害也越严重。两次特大型滑坡发生时的地质灾害气象风险等级均达到了一级。16次大型地质灾害中有12次地质灾害气象风险等级为一级，占比为75%，2次3级，2次五级，三级以上占比87.5%。122次小型地质灾害中有70次地质灾害气象风险等级为一级，占比为57.38%，20次二级，14次三级，三级以上比例85.25%。1075次小型地质灾害中有598次地质灾害气象风险等级为一级，占比为55.63%，159次二级，149次三级，三级以上比例84.28%。——论文作者：罗贵东1，于竹娟1，张驹2
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