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1云南省地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警模型

通過對發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害、降雨等資料的分析，崩塌滑坡泥石流災(zāi)害發(fā)生的原因是地質(zhì)環(huán)境條件、降雨、人類工程活動等因素的相互交織，自然與社會因素相互疊加的結(jié)果。地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)是一個復雜的開放系統(tǒng)和耗散體系，具有高度非線性和復雜性，其系統(tǒng)行為具有非確定性和突發(fā)性［9］。在諸多因素中，地形、巖土體類型、活動斷裂等為控制性因素，對地質(zhì)災(zāi)害的分布、形成、發(fā)展起著控制性作用。降雨、人類工程活動、地震為誘發(fā)因素。本文將影響地質(zhì)災(zāi)害的因素歸納為控制因素和誘發(fā)因素。控制因素有表征地質(zhì)環(huán)境條件的地形、巖土體類型、活動斷裂、水網(wǎng)密度、構(gòu)造及人類工程活動;云南省降雨誘發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害約占90%，因此將降雨作為誘發(fā)因素來考慮。

1.1滑坡泥石流災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上進一步深入研究，提出以下幾點看法。

1.1.1滑坡泥石流與地形地貌(1)崩塌滑坡泥石流主要發(fā)育于海拔500～2500m區(qū)域，3000m以上分布數(shù)量少;其中1000～2500m區(qū)域內(nèi)滑坡最為集中，占滑坡總數(shù)的86%。(2)云南省地貌以元陽河谷和云嶺山脈一線為界，可將全省分為滇東高原盆地區(qū)、滇西山地峽谷區(qū)，根據(jù)地貌特征細分地貌亞區(qū)。不同地貌區(qū)災(zāi)害發(fā)育分布特征不同。

1.1.2崩塌滑坡泥石流與巖土體類型巖土體作為地質(zhì)災(zāi)害的活動主體，是地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，巖土體類型、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征對地質(zhì)災(zāi)害的形成發(fā)育產(chǎn)生重要影響。薄-中層狀極軟-較硬含煤砂巖、泥巖巖組易發(fā)生塑性變形破壞導致滑坡泥石流災(zāi)害;塊狀堅硬片麻巖、混合巖、變粒巖巖組由于風化層厚，容易沿強/弱風化界面產(chǎn)生滑動;中-厚層狀強巖溶化較硬-堅硬灰?guī)r、白云巖巖組中滑坡泥石流地質(zhì)災(zāi)害很少發(fā)生。

1.1.3崩塌滑坡泥石流與地質(zhì)構(gòu)造構(gòu)造控制著地形地貌及大地構(gòu)造分區(qū)并進一步影響微地貌和巖土體類型，從而影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。活動性斷裂構(gòu)造密集的區(qū)域，巖土體破碎，斜坡較為陡峻，較易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

1.1.4崩塌滑坡泥石流與地震云南省地震活動頻繁，地震發(fā)生的同時，常常誘發(fā)滑坡、崩塌和地裂縫等次生地質(zhì)災(zāi)害，同時導致巖土體破碎，斜坡物質(zhì)失穩(wěn)，為泥石流提供大量物質(zhì)來源。

1.1.5崩塌滑坡泥石流與水系密度云南省地質(zhì)災(zāi)害與水系關(guān)系比較密切，地質(zhì)災(zāi)害沿河流兩側(cè)呈帶狀分布，山區(qū)河流兩側(cè)一般為交通要道，人類工程活動對巖土體產(chǎn)生擾動，加劇地質(zhì)災(zāi)害的形成。

1.2降雨與崩塌滑坡泥石流災(zāi)害的關(guān)系云南具有“一山分四季、十里不同天”的氣候特征，小尺度單點性強降水經(jīng)常發(fā)生［8］。依據(jù)最新的氣候區(qū)劃，云南大致可分為北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、溫帶和高原氣候帶等6個氣候帶。因氣候類型不同，不同區(qū)域降雨時空分布特征差異明顯，對地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)作用不同。云南省降雨與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系具有以下幾個特點:(1)降雨對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育發(fā)生具有明顯的分帶特征，不同區(qū)域誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的臨界雨量差異明顯。(2)在降雨發(fā)生當天及前幾天，大部分地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生都會伴隨有降雨的發(fā)生，并且規(guī)律性非常明顯。因此，短時強降雨對地質(zhì)災(zāi)害具有明顯的誘發(fā)效應(yīng)。(3)將滑坡、崩塌和泥石流災(zāi)害發(fā)生當天、前3d、前5d、前7d、前10d、前15d的累計有效降雨情況進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明累計有效降雨量隨時間推移與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性逐漸減弱，前7d累計有效降雨量與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性較明顯。

1.3地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警區(qū)劃通過對地質(zhì)環(huán)境條件、氣候特征、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征等分析，對云南省進行預(yù)警區(qū)域劃分，將全省劃分為11個預(yù)警區(qū):哀牢山地區(qū)、大理麗江地區(qū)、大盈江地區(qū)、滇東北地區(qū)、滇南地區(qū)、滇西北地區(qū)、滇中高原湖盆區(qū)、滇中紅層地區(qū)、金沙江中下游地區(qū)、臨滄地區(qū)、文山巖溶地區(qū)。不同預(yù)警區(qū)域，對降雨量誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的敏感程度不同，因此根據(jù)預(yù)警區(qū)特征設(shè)置不同的降雨閾值;不同預(yù)警區(qū)，地質(zhì)環(huán)境條件因子對地質(zhì)災(zāi)害敏感性不同，因此根據(jù)預(yù)警區(qū)特征設(shè)置因子權(quán)值。

1.4地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警模型(1)地質(zhì)災(zāi)害敏感性指數(shù)在不同的地質(zhì)環(huán)境背景條件下，由控制因素影響發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性差異用地質(zhì)災(zāi)害敏感性指數(shù)(Z)表示，根據(jù)云南省滑坡泥石流形成機理及特點，選取與崩滑流地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)的地形地貌、地震、水網(wǎng)密度、巖土體類型、構(gòu)造、人類工程活動共6個因子，用信息量模型［10］來計算地質(zhì)災(zāi)害敏感性指數(shù)。(2)降雨誘發(fā)指數(shù)本文引用了岳建偉［4］等在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報及信息管理系統(tǒng)應(yīng)用研究中提出的前期累計降雨量對地質(zhì)災(zāi)害影響的降雨誘發(fā)指數(shù)計算方法。根據(jù)云南省降雨與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系特征，將有效累計降雨天數(shù)修正為7d，選取當日降雨量，1d、3d、5d、7d累計有效降雨量為特征值，設(shè)置降雨閾值。參考李鐵峰等在哀牢山地區(qū)的研究成果，α取值0.75。(3)地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警單元按云南省氣象局預(yù)報雨量網(wǎng)格劃分方法將全省劃分為0.5°×0.5°網(wǎng)格單元。(4)氣象風險預(yù)警指數(shù)氣象風險預(yù)警指數(shù)(H)=地質(zhì)災(zāi)害敏感性指數(shù)(Z)×降雨誘發(fā)指數(shù)(R)。(5)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報預(yù)警等級劃分地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報預(yù)警級別按全國統(tǒng)一要求劃分為5級，根據(jù)預(yù)警指數(shù)計算結(jié)果，進行預(yù)警級別劃分。

2地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1基于WebGIS的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計云南省地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警系統(tǒng)基于GIS空間分析技術(shù)和WebGIS技術(shù)，實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)、雨量數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)進行存儲與集成管理、預(yù)警分析等，系統(tǒng)包含預(yù)警分析子系統(tǒng)、雨量管理子系統(tǒng)、災(zāi)害數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、地圖管理子系統(tǒng)。預(yù)警分析流程:首先導入地質(zhì)環(huán)境背景因子，設(shè)置各預(yù)警區(qū)因子權(quán)值，通過GIS空間分析計算地質(zhì)環(huán)境敏感指數(shù);然后對各預(yù)警區(qū)設(shè)置降雨量臨界值雨量，導入前7d及預(yù)報降雨量，計算出當日地質(zhì)災(zāi)害降雨誘發(fā)指數(shù)，再計算預(yù)警指數(shù)并按劃分的預(yù)警等級，對預(yù)警結(jié)果進行分析，最后預(yù)警產(chǎn)品(圖1)。

2.2地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警系統(tǒng)特點云南省人民政府確定的地質(zhì)災(zāi)害防治“以預(yù)防滑坡泥石流為主、以預(yù)測預(yù)報為主、以災(zāi)前避讓為主”的“三為主”方針，突出了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警對地質(zhì)災(zāi)害防治的重要性。2011年8月26日，云南省國土資源廳與云南省氣象局簽訂了《深化地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報工作合作協(xié)議》。從如何利用好現(xiàn)有資源為地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)為出發(fā)點，研發(fā)了云南省地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下特點:(1)系統(tǒng)預(yù)警單元為0.5°×0.5°網(wǎng)格，精度可達鄉(xiāng)鎮(zhèn)級，且預(yù)警精度可以隨氣象局雨量站加密而提高，提升了云南省地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警水平。(2)系統(tǒng)模型中因子權(quán)值、降雨閾值等參數(shù)可根據(jù)預(yù)警結(jié)果反饋情況和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機理研究結(jié)果進行調(diào)整，預(yù)警方法具有可優(yōu)化性。為后期雨量數(shù)據(jù)加密后分析地質(zhì)災(zāi)害與降雨量、地質(zhì)環(huán)境條件的關(guān)系提供模型優(yōu)化接口，提高模型的實用性和可靠性。(3)系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQLServer管理屬性數(shù)據(jù)，用MAPGISK9的空間數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理方式更加安全、高效。(4)通過對州(市)級行政區(qū)劃內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用特征、降雨對地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)特征研究，構(gòu)建適合各州、市的預(yù)警區(qū)劃及降雨閾值，本模型方法及預(yù)警系統(tǒng)具有可推廣性。隨著氣象部門雨量監(jiān)測站網(wǎng)及監(jiān)測手段迅速提高，州(市)國土資源部門承擔轄區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警預(yù)報將成為新的發(fā)展方向。

3地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警成果檢驗

系統(tǒng)于2013年汛期試運行，通過新老系統(tǒng)預(yù)警結(jié)果對比、地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情信息反饋，不斷調(diào)整、修正模型因子權(quán)值及降雨閾值。2014年系統(tǒng)投入正式運行。對2014年汛期大型以上地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情所在預(yù)警區(qū)域進行統(tǒng)計，在3級預(yù)警區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害約占60%、在2級預(yù)警區(qū)的約占30%、另外10%大型以上地質(zhì)災(zāi)害未在預(yù)警區(qū)內(nèi)。新系統(tǒng)在縮小預(yù)警面積、減少空報的同時提高了成功預(yù)警率。

4結(jié)語

通過分析地質(zhì)環(huán)境背景條件對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用特征和降雨對地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)作用特征，構(gòu)建云南省地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警模型，并開發(fā)了應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)投入正式使用并取得良好的效果。本模型和系統(tǒng)還可推廣到州、市應(yīng)用，通過構(gòu)建適合各州、市的預(yù)警區(qū)劃及降雨閾值，可為各級國土資源管理部門提供更高精細度的地質(zhì)災(zāi)害氣象風險預(yù)警成果。

作者：王裕琴楊迎冬周翠瓊晏祥省單位：云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院