北京市暴雨-突发地质灾害量化关系分析.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月人 民 长 江.收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:王海芝女正高级工程师硕士主要从事地质灾害预报预警 :.文章编号:()引用本文:王海芝许冰翟淑花等.北京市暴雨 突发地质灾害量化关系分析.人民长江():.北京市暴雨 突发地质灾害量化关系分析王 海 芝许冰翟 淑 花张 翊 超(.北京市地质灾害防治研究所北京 .中国科学院大学北京 .中国科学院 地质与地球物理研究所北京)摘要:强降雨是突发地质灾害的主要诱发因素不同特点的强降雨诱发不同数量的突发地质灾害研究暴雨强度与突发地质灾害之间的数量关系成为防灾减灾工作的重要突破点之一 采用典型案例对比分析方法在对北京
2、场典型特大暴雨及其激发的突发地质灾害特点分析的基础上引入了暴雨强度指数和突发地质灾害响应指数初步研究了降雨强度与突发地质灾害数量的关系 结果表明:暴雨强度指数越高暴雨的致灾能力越强暴雨强度与突发地质灾害数量存在指数关系 研究结果可为突发地质灾害防灾减灾和应急救灾部署提供参考为有效提高防灾减灾的效率提供技术支撑关 键 词:突发地质灾害 降雨强度指数 突发地质灾害响应指数 案例对比分析法 指数关系 北京市中图法分类号:文献标志码:./.引 言北京作为中国首都具有人口密度大与基础设施发达的特点因此地质灾害往往会造成巨大损失 据不完全统计自 年以来北京市共发生各类突发地质灾害 起造成各类经济损失数百万
3、元 强降雨是突发地质灾害的主要触发因素 以上的突发地质灾害是由暴雨激发的 因此暴雨与突发地质灾害关系的研究是突发地质灾害的重要研究内容相关学者通过数值统计、实验分析等方法研究了各个时段降雨量、雨强对突发地质灾害发生的影响 提出了泥石流发生的临界阈值 临界雨量是触发地质灾害的最小降雨量或降雨强度高于这一值时就可能触发地质灾害而低于这一值时地质灾害就不可能发生 临界雨量的确定方法概括起来可分为两类:基于物理模式估计 基于经验雨量模式估计 目前国际通用的经验模式是基于 提出的降雨强度 持续时间模型建立和衍生而来的即 (为降雨强度 为降雨持续时间、和 为常数)该模型是目前应用最广泛、研究最深入的临界雨
4、量厘定方法应用范围几乎涵盖了全球的各个大陆和地区 此外不同学者采用的临界雨量降雨指标存在较大差异常用的降雨指标可分为四大类型:结合具体降水事件获得的降水测量值的临界雨量 包含前期降水的临界雨量 其它临界雨量包括水文条件阈值 降水事件 强度临界阈值 国际上多数研究和预警系统中应用的是基于降水事件获得降水量的降雨强度 持续时间临界雨量模型上述研究从多个角度研究了触发突发地质灾害降雨阈值但是对于降雨量与突发地质灾害数量之间的关系研究较少 研究者在进行降雨量与突发地质灾害数量统计时发现降雨强度越大灾害次数就越多由于数据记录缺乏完整性对于降雨与突发地质灾害之间的定量关系目前尚未深入研究 地质灾害数量是部
5、署防灾减灾工作的重要依据因此关于降雨量与 人 民 长 江 年突发灾害之间量的关系探讨成为防灾减灾工作的重要突破口近年来随着突发地质灾害管理工作专业化、规范化发展降雨与突发地质灾害数据完整保存了下来为研究降雨与突发地质灾害的数量关系提供了良好的基础数据 本文以近 来北京市发生于 年 月 日、年 月 日及 年 月 日(以下分别简称“”“”“”)场特大暴雨及其激发的突发地质灾害为研究对象采用典型案例对比分析的方法系统分析了 场暴雨及其激发的突发地质灾害特点初步探讨了暴雨的致灾能力、突发地质灾害对暴雨的响应能力建立了暴雨强度与突发地质灾害数量的关系式探索用暴雨强度指数 突发地质灾害响应指数为分级依据进
6、行有效的防灾减灾部署工作 研究区概况北京市由西北部山地和东南部平原两大地貌单元组成 山地面积 .占北京市总面积的.以昌平关口为界山区分为西部山区和北部山区 其中西部山区属太行山脉是新构造运动强烈上升区经外力长期侵蚀切割形成起伏山峦主要由中生界、古生界和中新元古界地层组成岩性以碳酸盐岩、各类碎屑岩及火山岩为主岩性坚硬节理裂隙发育 北部山区大部分区域属燕山山脉以近东西向的山地为主体主要由中上元古界沉积岩、中生界侵入岩组成山体具有块状分散、地势陡峻、起伏较大的特点中、低山区是突发地质灾害高易发区丘陵是中低易发区 其中中山区主要分布于北京市北部与西部山区的边缘地带面积 海拔高程大于 地形高差一般在 以
7、上山势险峻地形坡度多大于 中山区山高坡陡山体高大阻碍气流云团移动迫使云团沿地形抬升导致局部地区强暴雨的形成是大型崩塌、滑坡及泥石流形成的重要地段 低山区广布于北京市山区面积 .海拔 地形起伏较大平均坡度在 左右 地形切割强烈松散物质丰富是突发地质灾害发生的主要区域北京地区位于中纬度季风气候区多年平均降水量为 (见图)北京市年降水量自 年以来整体呈减少的趋势 但是在大气候变暖的大背景下极端降水事件明显增多局地或全市暴雨、特大暴雨事件时有发生 受地形影响西部及北部山前迎风坡(密云区、怀柔区及房山区)降水明显多于其他地区 复杂的地形地貌叠加强降雨导致多起突发地质灾害发生 图 北京市多年平均降雨量分布
8、(单位:).典型特大暴雨过程与激发地质灾害特征.暴雨过程 年以来北京市发生了 场特大暴雨分别出现在 年 月 日 年 月 日与 年月 日 这 场暴雨均发生在“七下八上”的主汛期时段为全市性降雨均出现局部暴雨或特大暴雨(见图 )降雨时长分别为 和 场次平均降雨量分别为.和.(见表)“”“”对流性阵雨较“”显著其中“”对流性最强强降雨持续时间最长(见图)“”最高小时雨强为./(平谷挂甲峪 年 月 日:)“”最高小时雨强./(昌平花塔 年 月 日:)“”最高小时雨强 /(西白莲峪 年 月 日:)场降雨的降雨中心均位于山前其中“”“”降雨中心位于房山区“”降雨中心位于密云区 年 月 日北京地区出现了历史
9、罕见的强降雨过程 主要降雨过程从 月 日:自西南向东北方向影响北京结束于 日凌晨:持续 此次降雨过程具有雨量大、强度高、范围广等特点 全 市 平 均 降 雨.城 区 平 均 降 雨.最大累积降雨出现在房山区河北镇降雨量达.突破 年以来气象历史记录 全市累积降雨量超过 的雨量站达个超过 第 期 王海芝等:北京市暴雨 突发地质灾害量化关系分析图 场降雨过程雨量分布.图 “”北京市降雨及激发突发地质灾害分布示意.的雨量站 个超过 的雨量站 个除延庆外全市大部分地区都出现 的大暴雨 特大暴雨小时雨强普遍达到 /峰值降雨持续时间达 年 月 日凌晨至 日夜间的强降雨过程中主要降雨出现在 日白天和 日凌晨至
10、夜间两个时段持续时间约 是 场暴雨中平均降雨量最大的降雨全市平均降雨量.城区平均降雨量.也是 年以来场次降雨量最大的降雨过程降雨总量超过“”暴雨 降雨总量的空间分布大致由西南向东北递减 暴雨极值点均位于海拔 范围内的山前地带暴雨中心出现在房山区、门头沟区和昌平区东偏北方向呈带状分布长度近 中心降雨总量 以上此次降雨过程有 个雨量站累积雨量超过 个雨量站累积雨量超过 个雨量站雨量超过 “”暴雨呈“一小一大”双峰雨型第二个雨峰过程是主降雨过程降雨总量达.年 月 日的暴雨是 场降雨中持续时间最长的图 “”北京市降雨及激发突发地质灾害分布示意.一次开始于 月 日:结束于 日:持续时间达 尽管此次降雨持
11、续时间长但其平均雨量是 场中最小的全市平均降雨量为.最强降雨出现在 日夜间至 日上午伴有明显的短时强降水 暴雨区雨带长约 宽度 最大单站累积降水量与“”暴雨中心降雨量相当为.出现在密云西白莲峪 全市雨量站累积降水量超过 的 个 降水主要集中在 个时段:日凌晨至上午(:)日午后至前半夜(:)日早晨至上午 人 民 长 江 年(:)整体呈“三波峰”的特征单次强降水的持续时间约 过程两两间隔约 图 “”北京市降雨及激发突发地质灾害分布示意.典型暴雨激发的突发地质灾害 场暴雨均出现了 降雨量超过 大暴雨过程但激发的突发地质灾害类型、数量及空间分布却存在极大的差别(见表)场暴雨激发的突发地质灾害均发生于暴
12、雨或以上落区范围其中“”共激发 类 处突发地质灾害数量从多到少依次为:崩塌(处)泥石流(处)不稳定斜坡(处)滑坡(处)地面塌陷(处)其中比较典型的有房山区河北镇的西区沟泥石流和房山区霞云岭乡的鱼骨寺黄台滑坡(见图、)“”激发了 类 处突发地质灾害数量从多到少依次为:崩塌(处)泥石流(处)滑坡(处)其中比较典型的有房山区 国道复线崩塌和怀柔区河北镇公路崩塌(见图、)“”激发了 类 处突发地质灾害数量从多到少依次为:崩塌(处)、不稳定斜坡(处)、滑坡(处)表 场特大暴雨激发突发地质灾害类型及数量.处降雨场次崩塌不稳定斜坡地面塌陷滑坡泥石流合计“”“”“”场暴雨激发的突发地质灾害数量及类型有较大的差
13、别其中“”激发的突发地质灾害的数量是“”激发突发地质灾害数量的.倍是“”地质灾害数量的 倍“”激发了 类突发地质灾害囊括了北京市 类突发地质灾害类型“”“”各激发了 类突发地质灾害其中“”期间未发生地面塌陷和不稳定斜坡“”期间未发生泥石流和地面塌陷 场暴雨激发的突发地质灾害的类型、数量与降雨量及降雨强度的空间分布高度一致(见图 )均出现在降雨中心而且随降雨量的降低灾害类型和数量逐渐减少表明降雨是触发地质灾害的主控因子各类突发地质灾害发生的雨量范围具有清晰的界线泥石流均发生在特大暴雨落区内滑坡、地面塌陷发生在大暴雨及以上级别的降雨落区内崩塌、不稳定斜坡发生在暴雨及以上级别的降雨落区内各类突发地质
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