中国地质大学（武汉）研究人员揭示了2023年7月4日中国万州极端降雨事件引发的山体滑坡机制
研究概述
中国地质大学（武汉）Liu Shuhao等研究人员通过对气象数据、遥感图像和现场调查结果的综合分析，揭示了2023年7月4日中国万州极端降雨事件引发的山体滑坡机制和各种滑坡类型的发展条件。近年来，全球极端天气事件和自然灾害呈现出前所未有的增加，这与人类活动引起的全球变暖有关。2023年7月4日，中国万州地区发生了极端降雨引发的山体滑坡灾害，造成了严重洪涝和大规模滑坡，导致17人死亡、2人失踪、11578人疏散，37226人受到不同程度的影响。该地区的山体滑坡具有大规模、缓慢移动的特点，以及降雨引发的浅层滑坡和高陡坡上的岩石滑坡。强调了对降雨模式和山体滑坡的分析和研究的重要性，以制定应急响应策略和控制措施。
研究区
受降雨影响的区域位于中国重庆市万州区，靠近长江流域三峡区域的中段，如图1所示。在研究中，研究人员选择了滑坡影响最严重的区域作为关注点，该区域在24小时内的降雨量超过了150毫米（图2a）。
图1 a 重庆的地理位置。b 研究区域的位置。c 24小时累计降雨量的等高线图（蓝色虚线）
图2 a.通过克里金法插值计算，得出受影响区域内91个测量雨量记录的雨量分布地图，累积24小时降雨分布图。b.利用雨量计测量的近50年来万州区的月平均和累积降雨量以及2023年各月份降雨量分布情况。c.7月4日事件的累积降雨量数值。表1列出了8个雨量计的降雨测量数据
【降雨事件】
在7月3日至4日的降雨事件期间，万州的91个雨量计中，有35个记录了24小时累计降雨量超过100毫米，其中15个记录了超过150毫米，最高的24小时累计降雨量为261.2毫米。值得注意的是，同一个雨量计还在短短4小时内（凌晨3点到7点）记录了200.8毫米的降雨量。图2a显示了该地区91个可用雨量计在同一时间间隔内测量的24小时累计降雨量。表1显示了万州区地质环境监测研究站（WIGEM）提供的24小时累计降雨量值，以及集中的连续降雨过程的持续时间（D）和累计降雨量（E）。图2c显示了从7月3日下午2点到7月4日下午2点的累计降雨量。
【滑坡事件】
通过对灾前和灾后分辨率为0.8m的卫星图像的分析，探测到地形的显著变化，定位出受滑坡影响最严重的地区(图3a-c)。研究人员共确定了946个滑坡，面积从50到75500平方米不等，每个滑坡根据其运动类型(流、滑、落)进行分类。此外，根据其物质组成将流动进一步分为泥石流或泥流。表2总结了不同分类标准下滑坡数量和总面积，结果表明，滑坡占72.2%，流动占26.8%，瀑布占1%。
图3 a卫星图像的覆盖范围。b滑坡解译结果；红色矩形标示出滑坡最集中的区域。c暴雨事件前后当地地形的图像；第一行是灾后图像；第二行是灾前图像
表2 滑坡清单中各类滑坡数量和总面积
图4a和4b显示了暴雨中心滑坡数量密度（Dn）和面积密度（Da）的分布，两者的地图都与降雨事件的主要中心高度吻合。图4c显示了不同24小时累积降雨区间下的滑坡面积比例，随着24小时累积降雨量的增加，滑坡面积比例显著上升，在200毫米时急剧增加。较大的滑坡，主要是泥石流，通常位于降雨事件中心的山区，这些地区具有较大的相对高差和较长的滑移距离。相比之下，较小的滑坡则更多地分散在降雨强度较低的地区，受地形和人类活动综合影响。 图4d和e展示了考虑滑坡运动类型的滑坡面积和高程差的变化。结果表明，与其他类型的滑坡相比，流动性滑坡通常覆盖更大的面积并具有更大的高程差。
图4 a滑坡数量的相对密度(Dn)；b滑坡面积的相对密度(Da)；c24小时累积降雨量下的滑坡面积比例；d基于滑坡运动类型的滑坡面积的箱线图；e基于滑坡运动类型的滑坡高程差的箱线图
图5将滑坡分布叠加在岩性图上，并显示不同组中各类滑坡的数量。结果突显了滑坡在侏罗-三叠纪沉积层中的普遍性，特别是在粉砂质泥岩和泥质粉砂岩（流动性滑坡占56%，滑动性滑坡占71%），这些地层以其易滑坡性著称，其次是与页岩或泥岩互层的砂岩（流动性滑坡占30%，滑动性滑坡占26%）。同样，岩石崩塌也发生在这些地层中。值得注意的是，T2b和T1d地层的石灰岩和泥灰岩中的滑坡明显少于泥岩和砂岩地层中的滑坡，尤其是大规模滑动和流动性滑坡。数据表明，与碳酸盐岩相比，碎屑岩区域由于其较高的风化和崩积物水平，更容易受到降雨的显著影响。
图5 滑坡运动类型与研究区域的岩性图对比。T1d，石灰岩与白云岩互层；T2b，泥质石灰岩和白云质石灰岩，页岩和粉砂岩互层；T3xj，砂岩和粉砂质页岩；J1z，细砂岩和泥岩，页岩互层；J1zl，泥岩，细砂岩和粉砂岩互层；J2s，粉砂质泥岩，泥质粉砂岩；J2x，泥岩和粉砂质泥岩，砂岩和粉砂岩互层；J3sn，砂岩，砂质泥岩；J3p，砂岩，泥岩和页岩互层。柱状图显示了不同地层中的滑坡数量
实地观测发现，大规模碎屑流通常从坡顶的悬崖或没有土壤发育的陡峭裸露岩石露头处开始。源区的特征是倾角超过45°的陡坡，过渡到倾斜小于15°的缓坡积聚区（图6b–f）。具体来说，在降雨影响下，大块岩石通过平面滑动、楔体滑动、倾倒等多种破坏模式，从陡峭、无植被的山坡上的悬崖侵蚀并脱落。这些块体在重力和水的运输作用下沿着陡峭的沟渠坍塌、翻滚并解体，在沟谷中沉积大量巨石、碎石和砾石（图7a–f）。原先位于沟谷中的松散物质在流动过程中被剪切和刮擦，成为碎屑流的一部分（例如，图7g）。泥流与一般的降雨引发的浅层滑坡具有相同的机制，都是由于过量降雨强度和严重的土壤水蚀而形成的（图7g、i）。这两种类型的流动都始于集水区内陡峭的高地山坡上。然而，泥流通常涉及常有植被覆盖的积累物中的土壤移动，这些地方的土壤发育更为完善，地表径流较少（图7h、i）。
图 6 a.基于坡度图的滑坡边界和潜在河流网络分布，通过GIS环境中的水文分析提取；b–f滑坡具有流动性运动的航拍照片
图7 该地区观察到的流动物质
该区域内的大多数滑坡类型为平移式滑坡，包括沿当地道路发生的众多小规模泥土滑坡、少数沿基岩表面的大型岩石或碎屑滑坡以及极少数部分复活的古老滑坡。岩石和碎屑滑坡的规模通常比泥土滑坡更大，且具有更具破坏性的后果。这些较大滑坡的滑动面通常位于下伏基岩的界面上，或沿着各种低剪切强度的弱面，这决定了滑坡的变形和破坏模式（图8）。
图8 岩石/碎屑滑坡沿着基岩表面滑动的示例
在实地调查中发现建筑物和基础设施受到了广泛破坏，包括房屋的毁坏（例如，图9a–d）和当地道路的中断（例如，图9e–h）。值得注意的是，超过60%的土滑坡发生在道路路堤上，占总滑坡的很大一部分。
图9 滑坡冲击基础设施和道路的示例
在这次降雨事件中，仅发现了九起岩崩事件，主要通过沿路线的调查和当地居民的报告确认（图10a–d）。许多岩崩太小而无法通过卫星图像检测到。这些岩崩的主要归类为楔体或平面滑动。现场调查进一步表明，岩崩堆积体通常由位于坡底的单个岩块组成（图10e, f）。
图 10 撞击道路和建筑物的岩崩示例
该文章发表在期刊Landslides上，内容详见：Liu, Shuhao, Yin, Kunlong, Du, Juan, Chen, Lixia, Xie, Xiaoxu, Zhu, Shilin, & Zhang, Xingchen (2024). Landslides triggered by the extreme rainfall on July 4, 2023, Wanzhou, China. Landslides, 1-13.
原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10346-024-02296-8
