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1數據處理與方法

2008年汶川地震觸發了大量的滑坡，這些滑坡產生了大約60Gm3的松散堆積物質［26］。此外，根據汶川地震滑坡危險性評價結果，在一些沒有發生滑坡但是處于高危險的地方，在地震中經歷的強烈震動，往往會導致斜坡巖土體強度降低。這些滑坡松散堆積物質與不穩定斜坡，在后續強降雨的條件下，極易產生新的滑坡災害與泥石流災害［31－33］。本文從2000－2012年間四川省發生的滑坡泥石流災害原始記錄中篩選出有具體發生地點、時間等信息的災害56次，數據來源為中科院成都山地所和地質環境監測院，見表1。前期降雨數據來源于TRMM3B42。在ENVI中進行簡單的預處理后在IDL中將其合并為一天分辨率的，方便查找。所用到的四川省多年平均暴雨日數等值線圖是用四川省156個地面氣象站建站以來的有效日降雨數據計算得來，在Arc-GIS中繪制成等值線圖。所用到的主要方法是主成分分析。主成分分析的主要思想就是通過降維，在最大程度地保留原指標信息的條件下，將原本有相關關系的多個指標合并為少量的幾個互不相關的綜合指標。這幾個綜合指標就是原來指標的主要成分。具體步驟如下。

2結果

2.1滑坡泥石流災害分布與暴雨關系從圖1中可以看出滑坡泥石流災害點主要分布四川省中部和東部地區，沿四川盆地邊緣分布，在龍門山一帶較為密集。大多數位于年均暴雨日數2～4d這一區間內。其中約有77%的災害發生在2～4d這一區間內，50%分布在3～4d區間內，而這一區間的災害點又呈線狀沿龍門山斷裂帶分布，位于四川盆地與川西高原的交界處。這一片區域內的災害都是發生在汶川地震之后，且處于汶川地震X度區內，這種分布特征顯示了滑坡泥石流災害同時受降雨與地震烈度的影響。由此可見，滑坡泥石流災害發生不僅與暴雨有關還與地震有關。

2.2降雨指標主成分分析基于TRMM數據提取出災害發生前30d的降雨量，前15d的降雨量，前3d的降雨量和當天降雨量，應用Crozier在1986年提出的有效降前期降雨量公式來計算有效前期降雨量。CARx表示第x天的有效前期降雨量;P1表示x天前一天的日降雨量;Pn表示x天前n天的降雨量。K為衰減參數，是一個經驗常數，一般在［0.8，0.9］這一區間取值。在本文中，參考前人的研究經驗取K值為0.8［34－35］。一般來說，有效前期降雨量的時長尺度可以選擇3，5，10，15，30d［36］，也有學者根據研究區的不同而選擇其他類型的時長尺度。本文選擇了30d、15d、3d這三個前期降雨時長為指標。以前30d、前15d、前3d、當天、以及臨界降雨過程雨量為參數，五個因子的相關系數矩陣(CorrelationMatrix)經Bartlett檢驗結果為:Bartlett值等于372.950，P＜0.0001，表明相關系數矩陣不是一個單位矩陣，故可以進行因子分析。應用主成分分析，結果如表2所示。KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗是用于比較觀測相關系數值與偏相關系數值的一個指標，其值愈逼近1，表明對這些變量進行因子分析的效果愈好。本文中的KMO值約等于0.7，表示因子分析的結果一般，處于可接受的水平。在解釋的總方差中，第一主成分和第二主成分的累積貢獻率達到84.714%，且第一主成分和第二主成分的特征值都大于1，即可以用這兩個主成分來解釋滑坡泥石流災害。從表2中可以很明顯地看出，以前30d、前15d、前3d為代表的前期有效累積降雨量對滑坡泥石流的作用影響較大。根據計算結果可將滑坡泥石流的主要影響因素分成兩類:前期降雨和短歷時降雨。在影響滑坡的降雨因素中，短歷時降雨和前期累積降雨量都是重要影響因素，對不同的地區而言，兩個因素的主導地位也是不一樣的。崔鵬等的研究表明，前期降雨是影響云南省昆明市東川區蔣家溝泥石流發生的最重要的因素，在所有降雨指標中貢獻超過80%。馬超等通過對比汶川地震后泥石流和臺灣集集地震地震后泥石流的特征，將強震后泥石流分為前期雨量控制型和短歷時降雨控制型。從圖2中可以看出，滑坡泥石流災害發生的當天和前期降雨之間的關系可分為兩類:①是前期雨量少，當天降雨量高;②是當天降雨量少而前期累積的降雨量多;其中第二類的占了絕大多數。這表明了前期降雨充足的情況下，只需要不多的當天降雨就能引發滑坡泥石流災害，也說明了對滑坡泥石流災害來說，前期降雨的影響作用是相當大的。這與主成分分析的結果一致。

2.3降雨閾值分析1980年NelCaine列舉了世界范圍內73次導致淺層滑坡和泥石流的降雨持續時間和強度。率先提出淺層滑坡和泥石流的全球降雨強度———歷時(ID)閾值［39］。此后學術界陸續提出了不同范圍尺度(地區、區域、全球)的降雨閾值。降雨閾值可以通過研究降雨作用于邊坡的物理過程或基于歷史資料或統計數據的經驗性公式得到。以滑坡為例，研究降雨引發的滑坡一般有兩種途徑:①是基于歷史數據的統計分析方法，研究降雨和滑坡的相關性規律;②是研究降雨入滲引發滑坡的物理過程，對邊坡穩定性進行力學分析并建立相應的分析模型。基于統計資料的滑坡降雨閾值研究，數據客觀易得，不需要復雜嚴格的數學推導和物理過程研究，分析結果簡單直觀，應用方便，因而發展較為成熟;而就第二種途徑來說，降雨引發的邊坡失穩，過程復雜涉及的參數眾多，降雨過程中產生的地表水滲透到巖土體中增加了坡體的自重，增大了孔隙水壓力，使處于極限平衡狀態的坡體發生滑動;地表水進入地下轉變成地下水會浸泡軟化滑動面，降低坡體的抗剪強度。模型需要的參數眾多，當研究區范圍較大時，很難得到精確的數據;而且模型在研究區之外的其他地區應用也具有局限性。經驗型降雨閾值一般是在笛卡爾坐標，半對數或對數坐標里，以導致滑坡發生的降雨條件作為橫縱軸參數，以數據分布的下部界線作為閾值，結果直觀易懂。基于過程降雨分析，得到的可能或不可能引發滑坡降雨的閾值主要有四種類型:①降雨強度－歷時閾值(ID);②使用平均年降雨量(MAP)，全年雨天平均降水量(RDN)或其他參數進行規格化的閾值;③過程累積雨量－歷時(ED)閾值;④過程累積雨量－降雨強度(EI)閾值。其中第一種類型是應用最多的一種。本文利用歷次災害發生的降雨過程雨量和雨強，對56次地質氣象災害進行了降雨閾值歷時分析，并與其他學者所做的其他區域閾值進行對比。為了減少地區間的差異，方便作對比，用各地區的年平均降雨量(MAP)對降雨強度進行規格化，結果如圖3、圖4所示。從圖5中可以看出，四川省的閾值曲線高于鄂西地區和全球的，但是低于福建、臺灣省和文家溝地區的，與浙江省的近似但是略低于。浙江、福建、臺灣地處東南丘陵沿海或島嶼，年降雨量和年極端降雨量均比較大，又時常遭受臺風影響;而鄂西地區以及全球的降雨量相對來說比較小。由此可見，年降雨量和年極端降雨量大的地區觸發滑坡的降雨閾值高。文家溝地區在整個四川省來說，年降雨量，年均暴雨特大暴雨日數并不突出，降雨閾值數據來源于地震后的五次泥石流事件，因而此閾值的高低直接反映了地震對滑坡泥石流的影響。

2.4地震前后閾值對比從圖6、圖7中可以明顯地看出地震后的閾值低于地震前的降雨閾值。強地震對斜坡穩定性的影響是長期的，主要表現在地震會造成區域內固體松散物質增多，山體穩定性變差。地震后地理環境因素的變化會導致震后區域更脆弱，更易受到地質災害的威脅。因而，較低的降雨量或降雨強度就可能引發更嚴重的地質災害。以汶川強震區為例，研究認為至少在近10年內，滑坡和泥石流活動趨勢是強烈的，之后地質條件將逐漸趨于穩定［53］;也有學者認為汶川地震對當地地質災害的影響將持續20～25年;雖然一些研究結論所得到的汶川地震后地質災害活動持續時間長短有別，但是毫無爭議的一點是汶川地震后，地質災害活動將在一段時間內處于活躍時期，長期的總體趨勢是回歸正常水平。對1923年關東大地震和1997年的集集地震的研究同樣也得到類似結論。謝正倫和范正成的研究則認為由于地震影響，震后泥石流的激發雨量有一個先降低后逐步回升至接近正常水平的趨勢。地震后地質災害活躍度提高主要體現在滑坡泥石流所需的降雨條件降低。以都江堰龍池地區為例，該地區在汶川地震前，幾乎沒有過泥石流的記錄;然而在2010年8月13日該地區暴發了大規模的群發性泥石流。對氣象資料分析顯示，2010年8月13日的1h降雨強度為20年一遇型。臺灣集集地震后，陳有蘭流域的泥石流爆發臨界雨量相對于震前降低了2/3，而汶川地震后，北川縣泥石流暴發的前期累積雨量降低約14.8%～22.1%，小時雨強降低了約25.4%～31.6%。汶川地震后，綿竹清平鄉的地質災害群發的降雨閾值降低了59.15%，泥石流暴發所需的強降雨時間縮短，啟動泥石流的臨界雨量降低［66］。

3結論與討論

近些年來，全球氣候變暖造成的降雨異常，使得地質災害頻發。高精度降雨數據的缺乏一直是由降雨導致的地質災害預測預報的瓶頸。本文嘗試應用業內評價較好，精度較高的TRMM降雨數據來獲取地質災害發生前期降雨量。應用2000－2012年間的3h分辨率的TRMM3B42數據，結合2000年以來四川發生的重大滑坡泥石流災害，提取出每次地質氣象災害發生前30d、15d、3d和當天的降雨數據。在此基礎上，結合收集來的歷次地質氣象災害的降雨過程雨量和歷時數據，以前30d、前15d、前3d、當天、臨界降雨過程的降雨數據為參數，應用主成分分析法，將五組數據劃分為兩大主成分，并進行分析;應用降雨過程數據得到四川省地質氣象災害的降雨歷時－閾值曲線;將降雨強度用各地區的年均降雨量進行規格化，并以汶川地震為分界點，比較分析了地震前后的閾值變化情況。結果表明，在四川地區，滑坡泥石流災害的發生同時受到降雨和汶川地震的影響，從災害點的空間分布上可以很明顯的看到這一點。以前30d、前15d、前3d前期有效降雨量組成的前期降雨這一主成分在滑坡泥石流災害中貢獻率較高，其次是以當天降雨和臨界降雨過程組成的短歷時降雨。將建立的四川省地質災害降雨強度－歷時閾值(ID)曲線與其他學者所做的曲線相對比，從側面說明了降雨量大的地方閾值一般比較高。通過對比地震前后的閾值曲線變化發現地震后的閾值更低，表明強地震后坡面穩定性降低，引發地質災害的降雨條件降低。2000－2012年間，四川省發生的有記錄的地質災害達四百多條，絕大多數沒有準確的發生地點和時間，也沒有造成重大損失和人員傷亡。本文從中挑選出56次具有代表意義的造成重要傷亡的，且有準確發生時間和地點的地質災害，主要以淺層滑坡和泥石流為主。但作為經驗性的統計規律發現，原始數據還是顯得不夠充分。

作者：沈玲玲劉連友楊文濤許沖王靜璞單位：環境演變與自然災害教育部重點實驗室地表過程與資源生態國家重點實驗室北京師范大學減災與應急管理研究院中國地震局地質研究所，活動構造與火山重點實驗室