宜春地质灾害气象预报预警.doc

宜春地质灾害气象预报预警探析摘要：文章利用20002010年宜春市国土资源局的地质灾害资料，分析了宜春市地质灾害与不同类型降水的关系，用有效累积雨量作为地质灾害预警主要指标，得出不同区域的预警等级，与国土资源部门会商确定后，视情况对外发布。检验结果表明，制作地质灾害气象预报预警是可行的。关键词：宜春；地质灾害；预警0 引言地质灾害给人类社会造成了巨大危害，由于地质灾害的复杂性，开展地质灾害预报的理论基础及技术方法正处在探索与研究中，气象预警方法尚不成熟。刘传正等提出了全面考虑地质灾害潜势度、危险度及危害度的“三度”概念1，甘肃2、重庆、贵州3、四川、浙江等省市按地质条件分类，选定了预警指标及方法。地质灾害预报预警工作是一项迫切的课题，开展地质灾害的监测、预警、预报及理论研究工作十分必要。1 宜春地理地质特点宜春地处赣西北山区向赣抚平原过渡地带，三面环山，复杂多样，地势自西北向东南倾斜，地貌兼有山地、丘陵及平原，其中丘陵占39%，山地占35%，平原占26%。主要山脉有九岭山、武功山和玉华山，九岭山脉犹如一道天然屏障，为修水和锦江的分水岭。土质类型多样，有红壤、黄壤、棕壤、草甸土、冲积土等10个土类，以红壤面积最大。宜春地跨扬子准地台和华南褶皱系两个大地构造单元，地层发育较全，出露良好，出露的最老地层是前震旦系双桥山群，震旦系、早古生界仅在本区南部出露，北部未见出露，晚古生代及早、中、三叠纪地层遍及全区，第三系主要分布在樟树盆地。区内除志留系、下泥盆纪、上侏罗纪地层缺失外，其他各系均有发育。2 宜春地质灾害统计分析我们从市国土资源局搜集到多年的地质灾害资料，虽然上世纪最后20年也有一些资料，但与最近10年资料相比，显得不够完整，因此，仅统计20002010年共11年的地质灾害情况。表1 宜春地质灾害种类灾害种类滑坡泥石流塌陷崩塌合计灾害次数百分比10983.8%10.8%1310.0%75.4%130100%从表1可以看出：宜春的地质灾害绝大多数为滑坡，占比达83.8%。最少的为泥石流，占比不到1%。塌陷包括地面自然塌陷和采矿塌陷两种。宜春1998年记录了2次泥石流，2001年5月宜春钽铌矿1号尾矿库遇连续降水发生了泥石流。地质灾害以滑坡为主与宜春的地理地质条件和百姓生活习惯是分不开的。宜春大部分地区为丘陵山区，多红壤土质，这种土壤遇连续大降水后，土质变得松软，土壤颗粒间吸附力大大减弱，在自重及动静载荷作用下，极易产生滑坡。对此，民间有“天晴一块铜，下雨一泡脓”的说法。加上百姓有切坡建房的习惯，加大了滑坡的发生机率和灾害程度。表2 宜春地质灾害产生的原因原因种类暴雨（降水）采矿非降水塌陷切坡合计灾害次数百分比10883.1%118.5%43.1%75.4%130100%从表2可以看出：导致地质灾害发生的主要诱因是气象因素中的暴雨（降水），占到了83.1%。此外，如采矿、人工切坡、人为或地质的和非降水塌陷等所占比例都不大。表3 宜春地质灾害及对应的降水量年际分布年份0001020304050607080910灾害次数6723348136241223降水（mm）17341384204714861529184616791216154114182137从表3可以看出：出现地质灾害次数最多的02年、08年、10年，都有2324次，占总数的一半。02年和10年的降水量都在2000毫米以上，超过平均值2成，导致以暴雨为主要诱因的地质灾害大量发生。08年降水量低于历史平均值，地质灾害仍然频发，与该年降水量时间分布不均有关。08年47月降水量超过该年降水量的一半以上，且6月份降水量达302.3毫米，其中6月8日到13日有一次较大的降水集中期，6月9日到10日绝大多数地方有暴雨或大暴雨。表4 宜春地质灾害及其潜在经济损失的月际分布月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月次数103206729413101降水(mm)7510415021122329113313476568960万元3450106151814261953421201352407从表4可以看出：与地质灾害次数及其潜在经济损失关系最密切的是降水量的月际分布，地质灾害次数和潜在经济损失多的月份是5月、6月和4月，分别达到67次、29次、20次和1518万元、14261万元、953万元，其分布与主汛期的时间一致。3 地质灾害与降水的关系宜春83.8%的地质灾害是滑坡，导致地质灾害的诱因中有83.1%与降水有关，可见地质灾害与诱因的关系主要是滑坡与降水的关系。3.1 地质灾害与前期降水前期累积降水对滑坡的发生有很大作用，滑坡的发生与降雨存在一定的滞后性，滑坡发生在降水当天和第二天的可能性最大，随着时间的后延，发生滑坡的可能性逐渐降低，山体滑坡发生在降水之后3天以内的概率可达到90%以上。3.2 地质灾害与暴雨强降水对流性天气降水，特别是强降水的强度大、历时短，可能造成不同强度的滑坡。在前期累积降水以及当天降水量相同的情况下，降水的非均匀性越大，造成滑坡的可能性就越大。暴雨是诱发滑坡的重要因素，暴雨所造成的危害较普通强降水更大。据统计，宜春每年发生滑坡的日数明显少于暴雨日数，绝大多数滑坡日的前3天内有过暴雨。3.3 地质灾害与连续降水山体滑坡与连续性降水有关。分析表明，一般日降水大于5mm，且维持3-5天以上，就可能造成部分山体坍塌滑坡。随着降水总量的增加和连续阴雨天数的延长，出现滑坡的次数相应增多。只要总降水量不是太大，连阴雨造成滑坡的机率和损失比强降水和暴雨要小。3.4 地质灾害与雷雨雷雨往往是雷和雨相伴发生，积雨云强烈发展产生雷暴，雷暴过后雨量可较之前降水增大2-3倍，甚至达到5倍，短时大降水一般发生在雷暴过后的时段内。分析表明，在前期和当天降水量相同的情况下，雷暴产生的强大震动和冲击波可能促发过饱和的陡坡发生滑坡。4 地质灾害的气象等级预警地质灾害的预报预警只针对降水诱发的滑坡，对于采矿、切坡、非降水塌陷等与降水无关的因素引发的地质灾害，本身数量少，偶然性大，这里不将其列入气象预报预警范畴。前期降水量和未来24小时降水量大小是产生滑坡等地质灾害的关键诱发因素。地质灾害的预报预警思路主要是按一定权重计算前期累积降水量及未来24小时降水量级的预报，计算两者的和值，以一定的阈值划分地质灾害的级别和区域分布，然后与国土资源局会商，对结论进行订正，最终确定发布地质灾害的级别及区域分布。4.1 地质灾害的预警等级划分按照国土资源部和中国气象局联合划分的标准，地质灾害气象预警划分为5个等级：1级：可能性很小，以无降水或间断10mm以内降水为主，影响轻微。预报但不预警，不发布。2级：可能性较小，以中雨以下降水为主，极个别地方有轻微地质灾害。预报但不预警，不发布。3级：可能性较大，有中到大雨，要引起注意，少部分山体可能滑坡，灾害易发点应做好避让准备，要加强对危险点的巡查。预报同时预警，对外发布与否待定。4级：可能性大，有暴雨或强降水，能造成山体滑坡，有一定经济损失，可造成人员伤亡，应做好抢险救灾准备，危险点人员撤离。预报同时预警，对外发布。5级：可能性很大，多在暴雨或前期连续降水后接着暴雨，能产生严重地质灾害，可造成人员伤亡和重大经济损失，应做好抢险援救队伍待命和可能灾区的人员撤离工作。预报同时预警，对外发布。4.2 前期降水的处理分析表明：并不是降水一旦中断后就不会发生滑坡，当降水中断3天以上，前期累积降水对滑坡的影响可能性较小。统计前期累积降水时，可把中断3天或以上的前期降水量去掉。从相关文献中发现，各地计算前期累积降水量r时，参加计算的前期天数有3天、5天、10天三种。宜春的地表性质大大好于全国平均水平，表层可含水量高，取5天和10天两种效果较好。分别统计这两种情况下的前期累积降水量，当出现连续3天降水量小于1mm时，就扣除前面的累积值，将得到的数值除以该情况下的计算天数，得出前期日均累积降水量。将两种情况下的前期日均累积降水量按10mm、20mm、30mm分别进行0、1分级，与地质灾害实况的0、1分级计算相关性，发现用5天作为计算前期累积降水量的天数相关性更好。前期5天内各天的降水量对产生地质灾害的贡献率是不相同的，理论上时间越靠后，相同降水量对产生地质灾害的贡献越大。这里采用加权系数，要求各加权系数的和为1，随时间向后系数逐渐增大，且最大系数与最小系数差异不能太大。5天的加权系数依次为0.16、0.18、0.20、0.22、0.24，将前期5天内各天的降水乘上加权系数，5天降水量的加权和即为前期累积降水量r。每天制作地质灾害的时间多为12时到16时，当天的降水实况没有完全出现。若能较准确预报制作时到20时的降水量，当天降水量用当天已出现的降水量加上预报的量。难以预报制作时到20时的降水量，则计算时间系数，用24除以昨日20时到制作时的小时数，用当天已出现的降水量乘上时间系数即为当天降水量。在分析中发现，某村组发生滑坡时，其县城前期累积降水量及当天降水量并不一定大，但与该村组相邻县的县城降水量累积值却大。这一现象可以用降水的空间分布不均以及地域分布来解释。因此，某县降水量累积值除了对所在县有效外，实际上对周边县亦有效。由于中尺度自动站资料时间不长，与国家站资料的时间系列不一致，尚缺乏对相邻地点、不同时间系列资料的同化处理手段，这里采用国家站降水量代替所辖行政区范围内各地的降水量。待自动站资料时间足够长时，可直接采用自动站的资料。4.3 未来24小时降水预报的处理目前对未来24小时降水预报r24以定性分级为主，因此要将定性分级转化为定量数值。这里将未来24小时降水分级预报分别取值为：小雨5mm，小到中雨10mm，中雨15mm，中到大雨25mm，大雨35mm，大到暴雨45mm，暴雨75mm，大暴雨125mm。4.4 地质灾害气象预警指标对地质灾害气象预警指标的要求是，效果好而且稳定，同时简便易行。通过统计分析，借鉴国内部分研究应用成果，采用“有效累积雨量”概念来表征滑坡等地质灾害的趋势预警指标。有效累积雨量定义为：ry=a*(（0.24-0.02* k）* rk)+b*r24这里ry为有效累积雨量，即地质灾害气象预警指标，rk为前k天实测雨量，a、b为待定系数，k=0、1、2、3、4，k=0为当天最新实况雨量，r24为24小时预报雨量。a、b的值决定了前期雨量和预报雨量在有效累积雨量中的权重，由于r24不确定性较大，b值取大了会放大这种不确定性，这里a取0.75，b取0.25。处理有效累积雨量ry的两类系数时，每类系数的和均为1，相当于将有效累积雨量换算成单日雨量，与日常预报思路保持一致，有利于预报员理解和套用。有效累积雨量只是定量化的气象因素，非气象因素对地质灾害也有影响。非气象因素是综合性的，要定量表达难度较大。将地质灾害按易发程度划分区域，实际上部分考虑了非气象因素，地质灾害不同易发程度区域的划分以国土资源部门的划分结果为准。用20002010年3-7月降水资料和对外预报结论，计算出各站逐日有效累积雨量后。参照长沙市4不同级别地质灾害对应地质灾害发生概率标准（见表5），将有效累积雨量与地质灾害调查实况对照，原则上以发生概率确定不同易发区域、不同预警级别对应的有效累积雨量，结果见表5。从反查的情况看，套上1级、2级的居多，4级以上的很少，一般不会出现扰民现象。4.5 地质灾害预警流程理论上，以滑坡为主的地质灾害气象预警方法应考虑滑坡体含水量、滑坡体稳定度、前期降水与未来降水情况。目前获取大范围的滑坡体含水量难度大，定点定量确定滑坡体稳定度数据更难。比较可行的解决方案是，由气象部门分析前期降水和未来降水，认为降水量导致地质灾害的可能性大时，与国土部门协商后确定预警等级。（1）利用最新的气象资料综合分析结果，做出较准确的降水量预报。（2）计算前期累积降水量r和有效累积雨量ry。（3）按表5查算对应的预警等级，只要高易发区达到3级以上，就与宜春市国土资源局会商，由气象部门提供预警等级，国土部门结合全市范围内地层含水量和稳定度等非气象因素综合考虑，确定发布预警的等级和区域。（4）按事先规定的方式对外发布地质灾害等级预警。4.6 地质灾害等级预警效果检验2011年下半年完成本文后，尚没有经过试用检验，2011年的地质灾害资料也没收集到，不好用于检验。1998年没有被列入地质灾害统计和等级预警年份，我们将1998年作为等级预警指标的试用检验年，用降水实况及当年预报记录本中的降水预报结果计算有效累积雨量，由此得出的地质灾害等级预警结果用作试用检验具有一定的可信度。1998年是大水年，共记录了61次地质灾害，都出现在4-7月，全都与降水有关。某日只要有1次地质灾害记录，就算作1个地质灾害日，共有15个地质灾害日。将1998年4-7月全市10站有效累积雨量计算平均值，按中易发区等级预警标准，1998年4-7月共可发布3级预警5次（日），4级预警6次（日），5级预警12次（日）。5次3级预警的次日出现了1次1日的地质灾害，准确率20%；6次4级预警的次日出现了7次3日的地质灾害，准确率