山地公路地质灾害与降雨相关性分析

3.2　山地公路地质灾害与降雨相关性分析

3.2.1　重庆市降雨的时空分布规律

暴雨洪涝是重庆市的多发灾害，暴雨一般发生在4—10月，最早在3月中旬，最晚出现在11月中旬。最集中的时段在6月下旬到7月中旬。重庆市东北部的万州、开县、梁平、云阳一带，由于长江河谷穿谷流的作用，暴雨洪涝发生频率最高，年均次数在7次以上。产生暴雨的天气系统主要有高原低涡、西南低涡（含盆地低涡）、江淮切变线等，以西南低涡产生的暴雨最强，危害最大。洪涝灾害按其成因可分为过境洪水（上游暴雨产生的洪水）、本地洪水（本地暴雨产生的洪水）以及两种情况混合产生的洪水。大暴雨引发的洪水、泥石流造成的危害特别严重，常危及人民生命财产安全，一次暴雨洪涝损失可达10亿元以上^{［79，80］}。

极端降雨是诱发公路地质灾害的主要诱发因素，本书对重庆市暴雨和大暴雨事件的时空分布规律进行了总结，以便更好地了解重庆市公路地质灾害的形成背景。

暴雨：24小时内雨量≥50 mm的降雨称为暴雨。重庆市暴雨的地区分布为：大部地区年平均暴雨日数为2.5～2.9天；中西部地区的大足、璧山、永川、茶江、石柱、丰都、涪陵、南川偏少，为2.0～2.4天；东北部的城口、云阳、万州、梁平、忠县和东南部的黔江、酉阳年平均暴雨日数偏多，为3.0～4.0天，巫溪、开县多达4.1～4.2天。

暴雨的时间分布是：重庆市各地4 —10月均有暴雨发生的可能。但主要集中时段一般在6—9月。各月平均暴雨日数为0.5～1.0天。但这也因地而异：西部地区暴雨时段大多集中在6 —8月，而西北部的大足为7、8月；而中部的万盛、南川、丰都、武隆暴雨集中时间短，为6、7月，结束时间也较早，大部地区9月平均暴雨日数在0.5天以上。巫溪、开县、万州和酉阳暴雨集中时段较长，5 —9月平均暴雨日数都在0.5天以上；而黔江、秀山、奉节、云阳和忠县盛夏的8月暴雨相对较少，平均不到0.5天。

大暴雨：日降雨量大于等于100 mm称为大暴雨。重庆市各地年平均大暴雨日数一般是0.5天。北碚、长寿、开县、云阳和梁平可达0.5～0.7天，西部荣昌可多达0.7～0.9天，为整个重庆市大暴雨最多的地方。而丰都、涪陵、南川、忠县和巫山的大暴雨较少，平均为10年一遇，但有的年份一地可出现两次以上大暴雨。

从时间分布上来看，重庆市大暴雨的时间分布情况是：5—9月均有大暴雨出现的可能，但集中在6—8月。其中，西北部地区多为7、8月，北碚、长寿、渝北、沙坪坝和东北的巫溪、奉节、云阳偏早，在5月；中部地区大暴雨较少，多在6、7月出现；东北部地区大暴雨出现时间较长，一般9月均可能出现，结束期偏迟，在9月；东南部的酉阳、秀山大暴雨偏迟，在8、9月^{［79，80］}。表3.1统计了重庆市近49年各种降雨工况出现的概率。

表3.1　近49年各种降雨工况出现的概率统计（1961—2009）

注：∑R代表各月份平均降水量；d代表当月降雨工况近49年平均出现的天数；p代表该月出现相应降雨工况的概率。

3.2.2　空间相关性

山地公路地质灾害发育具有广域性和地域差异性。以重庆市为例，调查显示，滑坡、崩塌等地质灾害几乎遍布重庆市国省干线公路所有路段。表3.2是基于地质灾害普查结果得到的自1998年以来重庆市国省干线公路地质灾害与年均降雨量比照简表。由表可知，渝东南地区的地质灾害明显多于其他区域。无论从灾害点的分布密度，还是从灾害发生的频次上来看，渝东南地区都高于其他区域，然后依次是渝东北、渝中和渝西地区。

渝东南地区不仅滑坡、崩塌地质灾害高于其他区域，路基沉陷和泥石流等灾害出现的频次也高于其他地区，这与以往的研究结论相符。通过表3.2还可以看出，地质灾害的发生频次与降雨分布基本相符，只在渝中和渝西地质灾害发育比照结果中略有差异，这主要与区域国民经济状况有关，相对经济较发达的渝中地区虽然年均降雨量高于渝西，但较多的地灾防控投入力度使其地质灾害发生频数显著降低。

表3.2　1998—2009年重庆市国省干线公路地质灾害与年均降雨量统计简表

3.2.3　时间相关性

图3.1　重庆市国省干线公路地质灾害频次—年次分布图

1）年度相关性

为研究山地公路地质灾害年度变化与年均降雨量的关系，本书基于调查统计数据绘制了1998年以来重庆市公路地质灾害频数按年度变化序列图（图3.1），从图中可以看到，1998年的极端降雨造成了公路地质灾害大规模爆发，接下来3年的降雨量逐年降低，相对应年份地质灾害的发育数量明显减少，可认为此时公路地质灾害进入了3年的培育期；2002年和2007年两年的降雨量仅次于1998年，但历史资料显示这两年的降雨密集程度低于1998年，相对应地质灾害数量减少近50%；另外，2004年降雨量虽然多于2003年，但地质灾害发育频数却相对较小。综上所述，地质灾害的发育与年均降雨量存在一定的关系，但并非线性相关，其相互作用机理非常复杂。由图3.1也可看出无论是降雨量还是地质灾害发育频数均具有一定的周期性，但该图表现不是很明显，这种规律仍需通过更多的调查资料进行分析研究。

2）月度相关性

重庆市气候温和，属亚热带季风性湿润气候区，降雨具有明显的季节性变化趋势，伴随着降雨的季节性变化，重庆市公路地质灾害也具有明显的季节性变化特征，年内各月份降雨量差异性较大。

图3.2给出了重庆市国省干线公路地质灾害频数按月度变化序列图。由图3.2可以看出，重庆市5、6、7三个月降雨量最大，也是极端降雨事件频发月份，滑坡、崩塌地质灾害推迟一个月大规模发生，说明灾害现象相对于降雨具有一定的滞后性；重庆地区每年的冬春季节相对降雨量明显减少，地质灾害的发育频数显著下降。总体上看，重庆市国省干线公路地质灾害的易发时段与降雨的季节性变化规律基本一致，由此说明降雨与公路滑坡、崩塌地质灾害具有密切的联系。

图3.2　重庆市国省干线公路地质灾害频次—月次分布图

3.2.4　原始累积降雨量与地灾发生频数的相关性

通过前文对山地公路地质灾害与降雨的空间、时间相关性进行统计分析，可以确定两者之间必然存在某种紧密的联系。前文也指出地质灾害一定程度上滞后于降雨，即山地公路地质灾害的发生不仅与当日降雨量有关系，前期累积降雨量也可能影响地质灾害的发育频数。本书对研究范围路段沿线1 695个历史灾害点（含滑坡灾害点771个，崩塌灾害点924个）的前期累积降雨量进行了统计，并分别对滑坡、崩塌灾害的发生频数与累积降雨量进行皮尔逊相关性分析，分析结果列于表3.3。

表3.3　山地公路滑坡、崩塌地质灾害与累积降雨总量的皮尔逊相关性计算表

注：“0”表示灾变当日降雨量；“1”表示当日降雨量与灾变前一天降雨量累计；其他数字含义依次类推。

表3.3显示，山地公路沿线滑坡、崩塌地质灾害频数与累积降雨量的相关性很强，相关性系数均大于0.85，p值小于0.05。进而对相关系数做排序后发现，滑坡灾害的发生频数与前8天（含当日降雨量）最相关，崩塌灾害发生频数与前6天（含当日降雨量）最相关。虽然统计分析得到的结果看似令人满意，但经验表明，一次降雨事件发生后，全部降雨量并不能完全作用于公路沿线斜坡体，即存在降雨的有效性问题。下文将专门对诱发地质灾害发生的有效降雨量进行研究。