唐山市汛期地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)淺析

趙德剛

(河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 石家莊050021)

唐山市汛期地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)淺析

趙德剛

(河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 石家莊050021)

從氣象因素和全市地質(zhì)災(zāi)害隱患入手逐步深化研究降水和地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系，由淺入深，在嘗試和探索中開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)研究，提出基于Predmap地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警軟件。并通過(guò)對(duì)2009、2010及2011年6－9月預(yù)警預(yù)報(bào)取得了很好的效果。實(shí)踐證明:提出的氣象預(yù)警方法合理可行、簡(jiǎn)便實(shí)用，特別適用于開(kāi)展唐山市北部山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

地質(zhì)災(zāi)害;氣象;汛期;預(yù)警;唐山市

1 地質(zhì)災(zāi)害防治形勢(shì)與地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)的條件

唐山市汛期地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)項(xiàng)目屬基礎(chǔ)性公益性地質(zhì)勘查工作，對(duì)履行政府管理職能、制定地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃和進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等起支撐作用。對(duì)減少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、避免國(guó)家及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要作用，因而具有較大的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。唐山市地質(zhì)災(zāi)害中摧毀性、危害性最大的災(zāi)種主要是滑坡、崩塌、泥石流。據(jù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生原因的調(diào)查表明，地質(zhì)災(zāi)害直接因自然原因(降水)誘發(fā)的占了70%以上，而且每年主要發(fā)生于6～9月的汛期。而在全市范圍內(nèi)已掌握的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)301處，受威脅人數(shù)1.88萬(wàn)人，涉及財(cái)產(chǎn)安全4.8億元。

由于地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性，各級(jí)政府常奔波于災(zāi)后搶險(xiǎn)救災(zāi)，防不勝防。如何有效的防止地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的危害，已成為政府防災(zāi)管理中急需解決的重大課題。對(duì)其實(shí)行“國(guó)土、氣象聯(lián)手”的災(zāi)前預(yù)報(bào)，無(wú)疑成為有效減輕以降雨為主誘發(fā)因素的地質(zhì)災(zāi)害傷亡和損失的一條科學(xué)途徑。通過(guò)開(kāi)展此項(xiàng)工作，使縣(市)、鄉(xiāng)各級(jí)政府和國(guó)土資源行政主管部門(mén)早知道，早設(shè)防，做到心中有數(shù)和防患于未然，就能最大限度的減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，實(shí)現(xiàn)減災(zāi)防災(zāi)目標(biāo)。

地質(zhì)災(zāi)害在成因上具備自然演化和人為誘發(fā)的雙重屬性。首先，理論研究與科學(xué)實(shí)踐均證明，地質(zhì)災(zāi)害具有可區(qū)劃性、可監(jiān)測(cè)預(yù)警性。其次，河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院唐山勘查院長(zhǎng)期承擔(dān)全市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、速報(bào)與集成研究等工作，掌握了全市大量的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的發(fā)生發(fā)展及危害程度的變化資料;同時(shí)，唐山市氣象局掌握了全市翔實(shí)的大氣降水歷史資料和實(shí)時(shí)資料，條件完全滿足了預(yù)警預(yù)報(bào)的技術(shù)要求，建立和完善“唐山市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)”，進(jìn)一步提高預(yù)警預(yù)報(bào)針對(duì)性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性的工作目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

2 降水單一誘發(fā)因素下的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)方法

2.1 基本思路

地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)是指某一地質(zhì)災(zāi)害因?yàn)榻涤甓T發(fā)的地點(diǎn)和時(shí)間基本確定，尚未威脅到要預(yù)警的地區(qū)，從而根據(jù)事先掌握、分析的資料提前向該地區(qū)預(yù)先發(fā)出警報(bào)。由于唐山市受特定地形地質(zhì)條件的影響，降雨在區(qū)域和季節(jié)上存在著較大的差異性。除普降暴雨誘發(fā)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害以外，因?yàn)榫值乇┯甓T發(fā)的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害也是唐山市的一大特征。從降水這一誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要自然因素入手，通過(guò)大量的災(zāi)害資料和氣象資料，深入研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與降水過(guò)程及其動(dòng)態(tài)特征之間的關(guān)系，找出各種預(yù)警指標(biāo)，建立地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警模型，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制和應(yīng)用服務(wù)。

2.2 預(yù)警模型

參考國(guó)內(nèi)最新的有關(guān)研究和實(shí)測(cè)結(jié)果，我們考慮應(yīng)用Predmap地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警軟件，根據(jù)市氣象臺(tái)降雨量的分布與預(yù)報(bào)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入，產(chǎn)品輸出來(lái)體現(xiàn)預(yù)警預(yù)報(bào)過(guò)程。軟件數(shù)據(jù)導(dǎo)入見(jiàn)圖1，產(chǎn)品生成見(jiàn)圖2。

圖1 氣象資料導(dǎo)入圖

2.2 預(yù)警預(yù)報(bào)情況

以全市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)、全市氣象站、雨量站實(shí)時(shí)觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，建立了降水資料實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，與氣象通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)實(shí)時(shí)運(yùn)行，自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)氣象資料采集處理，對(duì)全市各地及地質(zhì)災(zāi)害隱患地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)天氣監(jiān)測(cè)，自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)計(jì)算并輸出預(yù)警結(jié)果。

圖2 預(yù)警產(chǎn)品圖

以2010年為例:汛期(6－9月)經(jīng)統(tǒng)計(jì)在氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)試驗(yàn)中:一級(jí)預(yù)警有81例，二級(jí)預(yù)警的有35例，三級(jí)預(yù)警(注意級(jí))的有6例。分別占總數(shù)的66.4%，28.7%和4.9%。總體來(lái)看以一級(jí)為主，二級(jí)次之，三級(jí)最少，真正啟動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)預(yù)案的幾率最小，基本不會(huì)形成擾民現(xiàn)象。實(shí)際災(zāi)害的發(fā)生不在有效預(yù)警范圍之內(nèi)的產(chǎn)生原因可能有四:一是制定的判別指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可能還需要調(diào)整;二是該災(zāi)點(diǎn)的易發(fā)區(qū)分區(qū)可能不十分準(zhǔn)確;三是誘發(fā)災(zāi)害的原因可能有降水外誘因;四是未來(lái)24小時(shí)降雨預(yù)報(bào)的落區(qū)，雨量精度上在技術(shù)方面存在局限。

運(yùn)行結(jié)果表明:⑴、由于本系統(tǒng)的預(yù)警模型和方法還是初步的，模型參數(shù)可根據(jù)災(zāi)情實(shí)況進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，因此預(yù)警效果可以進(jìn)一步提高;⑵、目前只是通過(guò)降水這個(gè)單一的誘發(fā)因素進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的氣候條件預(yù)警，下一步系統(tǒng)預(yù)警模型應(yīng)結(jié)合地質(zhì)環(huán)境要素綜合考慮，則預(yù)警效果會(huì)有更大的提高。

3 降水和地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)合的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警方法

3.1 總體思路

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是一個(gè)多因素共同作用的復(fù)雜的物理過(guò)程，受內(nèi)因和外因控制，內(nèi)因包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)、植被覆蓋等;外因包括自然因素和人為因素，降雨是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要自然誘因，只有當(dāng)?shù)刭|(zhì)體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)或接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，外因才能誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，在目前階段來(lái)說(shuō)，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的力學(xué)參數(shù)還是一灰色系統(tǒng)問(wèn)題，難以結(jié)合監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行定點(diǎn)實(shí)體預(yù)測(cè)。從國(guó)內(nèi)外取得的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，實(shí)行多科學(xué)、跨部門(mén)聯(lián)合攻關(guān)，先易后難，由淺入深，采取由面到點(diǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)途徑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在綜合研究和分析地質(zhì)災(zāi)害內(nèi)在與外在因素基礎(chǔ)上進(jìn)行多因素的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)成為該學(xué)科的發(fā)展方向?？傮w思路是:針對(duì)全市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖，并結(jié)合汛前隱患點(diǎn)調(diào)查，然后確定各易發(fā)區(qū)誘發(fā)災(zāi)害的氣象預(yù)警指標(biāo)和判別值，將實(shí)時(shí)氣象預(yù)警指標(biāo)與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)進(jìn)行疊加分析，按Predmap軟件輸出地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等級(jí)結(jié)果，并結(jié)合汛前地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)排查情況及專家會(huì)商結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正。

3.2 預(yù)警預(yù)報(bào)指標(biāo)和方法

國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與前期降雨量，降水強(qiáng)度，降水持續(xù)時(shí)間及間隔有密切的關(guān)系，尤其是與暴雨頻次具有很好的一致性。最新研究成果認(rèn)為，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模和類型與降雨量有明顯的正相關(guān)，而不同降雨類型下災(zāi)害的發(fā)生情況也存在明顯差異。根據(jù)觀測(cè)資料，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生并不完全與降雨過(guò)程同步，存在一定的滯后性，一般集中在降雨后72 h內(nèi)發(fā)生。這說(shuō)明地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前期的降雨情況是重要的，從理論和觀測(cè)資料來(lái)說(shuō)，災(zāi)害發(fā)生的前5天的降水情況形成直接影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的前期降雨條件，而超過(guò)5天以上的前期降雨情況的影響要弱的多，甚至基本可以忽略。

我們根據(jù)歷史災(zāi)害事件和前期累計(jì)雨量的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析，也得出地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與前5天累積雨量相關(guān)性較好。因此我們選取5天累積雨量進(jìn)行災(zāi)害相關(guān)分析，應(yīng)用精確到鄉(xiāng)鎮(zhèn)和災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)的真實(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)近年來(lái)降水誘發(fā)災(zāi)害對(duì)應(yīng)的降水指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。得出誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降水條件基本可分為當(dāng)日暴雨－大暴雨誘發(fā)型和前期持續(xù)性累積降雨誘發(fā)型兩種，累積雨量的作用主要體現(xiàn)在前期持續(xù)性累積降雨誘發(fā)型中，而5天累積雨量指標(biāo)最具有代表意義。因此，我們選取了5天實(shí)況累積雨量和24小時(shí)預(yù)報(bào)雨量作為地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)的氣象指標(biāo)。

根據(jù)國(guó)土資源部和中國(guó)氣象局的聯(lián)合規(guī)定，地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警分為5等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具體定義為:一級(jí)預(yù)警為可能性很小，二級(jí)預(yù)警為可能性較小，三級(jí)預(yù)警為可能性較大(注意級(jí))、四級(jí)預(yù)警為可能性大(預(yù)警級(jí))、五級(jí)預(yù)警為可能性很大(警報(bào)級(jí))。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了綜合判別表的形式，并結(jié)合不同的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)背景條件，經(jīng)過(guò)對(duì)近年災(zāi)害歷史資料的統(tǒng)計(jì)分析，初步確定了北部山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)各級(jí)預(yù)警等級(jí)判別標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)地質(zhì)易發(fā)條件、五日累計(jì)降雨量和24小時(shí)預(yù)報(bào)降雨量共同疊加分析研判得出預(yù)警預(yù)報(bào)等級(jí)結(jié)果(見(jiàn)表1)，當(dāng)預(yù)警為可能性較大(注意級(jí))三級(jí)以上時(shí)，在“唐山電視臺(tái)”“唐山氣象在線”等媒體上發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)信息。

4 體會(huì)

目前已經(jīng)形成一套基于Predmap的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警方法。在初步完成地質(zhì)災(zāi)易發(fā)區(qū)劃基礎(chǔ)上，應(yīng)用準(zhǔn)確可靠的氣象數(shù)據(jù)對(duì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的氣象條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降水條件分為當(dāng)日暴雨－大暴雨誘發(fā)型和前期持續(xù)性累積降雨誘發(fā)型兩類，得出了較為合理和全面的具有較好代表性的氣象預(yù)報(bào)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了氣象預(yù)警指標(biāo)綜合判別表，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)背景初步確定了各級(jí)預(yù)警等級(jí)判別標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)2009、2010及2011年唐山市降水誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)的效果較好。為聯(lián)合開(kāi)展多因素的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作奠定了基礎(chǔ)。

對(duì)于Predmap軟件的簡(jiǎn)便實(shí)用的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警方法，簡(jiǎn)單明了、易于實(shí)現(xiàn)，適用于唐山市北部山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警業(yè)務(wù)的應(yīng)用，但在實(shí)際操作中需注意以下問(wèn)題:(1)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分的真實(shí)可靠程度直接影響預(yù)警效果。易發(fā)分區(qū)是相對(duì)固定的，隨著人類工程活動(dòng)的加劇和各種環(huán)境變化，各地災(zāi)害易發(fā)程度也會(huì)有所改變，因此每隔一段時(shí)間有必要對(duì)易發(fā)分區(qū)進(jìn)行更新，并進(jìn)行汛前調(diào)查;

表1 唐山北部山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等級(jí)判別表

(2)氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性直接影響地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警效果。開(kāi)展的災(zāi)害實(shí)例驗(yàn)證中以當(dāng)日實(shí)況雨量代替了預(yù)報(bào)雨量，這在很大程度上提高了預(yù)警準(zhǔn)確率，而在實(shí)際業(yè)務(wù)中必須使用預(yù)報(bào)量，預(yù)警準(zhǔn)確率將可能大為降低;

(3)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)綜合判別標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行必要的調(diào)整，以達(dá)到預(yù)警效果與實(shí)際情況更為相符。

另外，還要盡快建立與市內(nèi)各縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地質(zhì)災(zāi)害信息網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)分析反饋情況，研究修正預(yù)警預(yù)報(bào)工作中使用的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和方法，提高預(yù)測(cè)預(yù)警的可信度。并與正運(yùn)行的河北省環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮系統(tǒng)鏈接，以提高地方地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防能力。

［1］國(guó)土資源部地質(zhì)環(huán)境司.地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報(bào)工作要求.2009.

［2］林孝松，郭躍.滑坡與降雨的耦合關(guān)系研究［J］.災(zāi)害學(xué).2001，16(2);87～92.

［3］楊勝元，陳百煉，楊森林等，貴州省汛期地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警的探索與實(shí)踐.貴州地質(zhì).2005.22.(3).

［4］商彥蕊，河北省水文地質(zhì)孕災(zāi)環(huán)境變化及其影響.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2000(03).

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B

1004－1184(2012)06－0150－03

2012－08－07

趙德剛(1981－)，男，吉林榆樹(shù)人，工程師，主要從事水文與水資源工程工作。