貴州地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)實(shí)踐與探討

楊森林，彭王星，張 楠

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550004)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)是每年初根據(jù)往年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害情況，通過(guò)綜合分析編制的地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告的一項(xiàng)常規(guī)性工作。自1996年提出以地質(zhì)背景為基礎(chǔ)，應(yīng)用GIS研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)理論與方法(殷躍平等，1996)之后，各省根據(jù)自己的實(shí)際情況，不同程度上應(yīng)用多種技術(shù)方法，開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)工作。有的使用地質(zhì)環(huán)境因素預(yù)測(cè)(浙江省國(guó)土資源廳，2005)，有的采用模糊數(shù)學(xué)等技術(shù)方法(李俁繼等，2004)。

貴州省開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)工作始于2004年，且每年在中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院的組織下與全國(guó)主要地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生省份展開(kāi)交流與研討。至今，經(jīng)歷了專(zhuān)家分析定性評(píng)判、半定量——綜合分析定性評(píng)判、定量分析指標(biāo)法研判、GIS空間分析法成圖等階段，已成為服務(wù)于地質(zhì)災(zāi)害防治有效的工作之一。但深化地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)工作，深入探討技術(shù)方法，提高趨勢(shì)預(yù)測(cè)效果仍十分必要。

1 技術(shù)方法與效果

1.1 技術(shù)方法

一般情況下，地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)包含區(qū)域預(yù)測(cè)和單體預(yù)測(cè)兩個(gè)方面。由于貴州地質(zhì)環(huán)境條件的復(fù)雜性，以突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害占主要比例，因而貴州的地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)側(cè)重于區(qū)域預(yù)測(cè)。引起地質(zhì)災(zāi)害有諸多因素，但根據(jù)貴州地質(zhì)災(zāi)害已有資料的統(tǒng)計(jì)，降雨是主要因素。因此，抓住以上特點(diǎn)，采用適合的方法進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，其結(jié)果有更好的準(zhǔn)確性。

GIS空間分析法成圖是目前工作中使用的方法，即以定量分析指標(biāo)法研判為基礎(chǔ)，通過(guò)MapGIS進(jìn)行空間分析，生成地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖形，具體如下。

定量分析指標(biāo):基于自然屬性的地質(zhì)與災(zāi)害研究，觸發(fā)因子分析的研究和研判指標(biāo)的確定作出地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)。即以區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)、降雨區(qū)域預(yù)報(bào)，對(duì)不同降雨量、降雨時(shí)段與不同易發(fā)區(qū)可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害程度進(jìn)行疊加研判。以2010年趨勢(shì)預(yù)測(cè)(貴州省國(guó)土資源廳，2010)為例，選用對(duì)貴州地質(zhì)災(zāi)害最新研究成果之一的《貴州省環(huán)境地質(zhì)》(楊勝元等，2008)中“貴州省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)圖”;按照降雨是觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因子，通過(guò)1993—2009年突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害月報(bào)發(fā)生數(shù)分布進(jìn)行綜合分析，將降雨因子分為全年總量和汛期降雨量2個(gè)時(shí)間分布段，以預(yù)報(bào)降雨量主要分布分為3段。把2009年12月—2010年8月總雨量預(yù)報(bào)和2010年主汛期降雨量預(yù)報(bào)與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)結(jié)合，得出判別指標(biāo)如表1和表2。

表1 總降雨量與地質(zhì)環(huán)境條件判別表

表2 主汛期雨量與地質(zhì)環(huán)境條件判別表

GIS空間分析法成圖:通過(guò)易發(fā)分區(qū)圖、總雨量預(yù)報(bào)圖、主汛期降雨量預(yù)報(bào)圖和發(fā)生情況綜合圖的矢量化，在MapGIS空間分析中生成地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖形。按照觸發(fā)因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的邏輯關(guān)系，把空間分析算式表達(dá)為:

式(1)中，W為判別區(qū)結(jié)果(分為主要發(fā)生區(qū)、一般發(fā)生區(qū));Z為易發(fā)程度;Yq為總降雨量;Yy表示主汛期降雨量;C為判別臨界值走勢(shì)偏量。

以2010年趨勢(shì)預(yù)測(cè)為例，選取易發(fā)分區(qū)圖比例尺為1∶50萬(wàn)，等效中尺度總雨量與主汛降雨量預(yù)報(bào)圖按照研判指標(biāo)進(jìn)行矢量空間分析，生成趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖形(圖1)，并得到趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)論:發(fā)生率仍然較高，發(fā)生總數(shù)在多年平均值左右變動(dòng);主要災(zāi)種為滑坡、崩塌、泥石流，以滑坡所占比例較大;發(fā)生時(shí)間主要在汛期的5—9月，高峰時(shí)段在6—8月。工程活動(dòng)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害不具汛期時(shí)間規(guī)律分布，枯季也有可能發(fā)生。

1.2 預(yù)測(cè)效果分析

對(duì)2010年預(yù)測(cè)方法下的結(jié)果進(jìn)行效果分析。通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)圖中主要發(fā)生區(qū)與一般發(fā)生區(qū)測(cè)量，其預(yù)測(cè)面積分別為66 516 km2和109 659 km2，所占比例分別為37.8%和62.2%。根據(jù)2010年內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況資料統(tǒng)計(jì)，主要發(fā)生區(qū)與一般發(fā)生區(qū)的災(zāi)點(diǎn)分別為81處和118處，所占比例分別為40.7%和59.3%。采用百平方千米發(fā)生數(shù)來(lái)衡量，分別為0.121 493 8處和0.107 757 6處。其中，主要災(zāi)種滑坡占60.8%、主要發(fā)生規(guī)模小型的占76.88%，主要發(fā)生時(shí)間(6—8月)占55.78%。值得一提的是，震驚世界的6·28關(guān)嶺崗烏特大滑坡遠(yuǎn)程碎屑流復(fù)合型地質(zhì)災(zāi)害在預(yù)測(cè)的主要發(fā)生區(qū)內(nèi)。

因此，可以肯定貴州省地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)中所使用的技術(shù)方法總體得當(dāng)，其結(jié)果對(duì)省內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防工作有一定的指導(dǎo)作用，地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 技術(shù)方法深化的探討

2.1 探索敏感因子分區(qū)

由于造成地質(zhì)災(zāi)害的因素主要為內(nèi)力地質(zhì)作用和外力地質(zhì)作用兩大類(lèi)。這兩類(lèi)因素的共同作用是一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程，并使巖體演變處于相對(duì)穩(wěn)定或臨界穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)兩類(lèi)因素中某一因子，如地震、降雨、人類(lèi)工程活動(dòng)等對(duì)臨界穩(wěn)定巖體產(chǎn)生不穩(wěn)定作用時(shí)，則有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。這一因子造成的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象具有一般性、普遍性和觸發(fā)性，即為敏感性因子。

從貴州地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分區(qū)(楊森林等，2011)及其特征來(lái)看，不同發(fā)育程度的區(qū)域主要與構(gòu)造巖性、地形地貌、降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)等因子密切關(guān)聯(lián)，而降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)是主要的觸發(fā)因子，并以降雨占主要地位。因此，將不同組合的構(gòu)造巖性、地形地貌等因子作為地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)，降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)作為主要敏感因子，其間關(guān)系通過(guò)已有地質(zhì)災(zāi)害資料進(jìn)行數(shù)理相關(guān)分析，得出不同敏感程度等級(jí)指標(biāo)，進(jìn)而繪制出降雨、人類(lèi)工程活動(dòng)敏感性分區(qū)。

其中，由于巖層組合、地形坡度、裂隙發(fā)育、降雨作用等諸多地質(zhì)環(huán)境條件的復(fù)雜性和多樣性，各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害的引發(fā)因素、發(fā)生機(jī)理、種類(lèi)組合、災(zāi)情狀況等的差異性較大，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的降雨、人類(lèi)工程活動(dòng)觸發(fā)值不同，即獲得共性地質(zhì)環(huán)境條件下破壞巖體穩(wěn)定“閥值”將由各種地質(zhì)災(zāi)害的多個(gè)“閥值”組成“閥值”帶。通過(guò)各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻譜統(tǒng)計(jì)，再結(jié)合地質(zhì)環(huán)境區(qū)域特征，將“閥值”帶組合劃分出敏感程度等級(jí)指標(biāo)。

2.2 敏感因子下的趨勢(shì)預(yù)測(cè)模式

從上述敏感性分區(qū)的討論中可得知，敏感性因子的變化是影響分區(qū)下的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)率的主要因素，敏感性因子的變化決定了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與變化情況，即敏感性因子的可預(yù)測(cè)性成為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生趨勢(shì)的可預(yù)測(cè)性。

圖1 2010年貴州省地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)分布圖

因此，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的敏感性分區(qū)的基礎(chǔ)上，將可預(yù)報(bào)的降雨和可規(guī)劃的人類(lèi)工程活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行敏感性指標(biāo)分級(jí)，結(jié)合反映危害對(duì)象遭受破壞機(jī)會(huì)的地質(zhì)災(zāi)害易損性就可得出綜合性更可靠的地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生的情況預(yù)報(bào)，即所討論的趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果。

運(yùn)用GIS空間分析手段，沿用式(1)對(duì)預(yù)報(bào)的降雨量的分組、人類(lèi)工程活動(dòng)程度、地質(zhì)災(zāi)害易損性程度，可將敏感性概念下的地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)邏輯關(guān)系計(jì)算式表達(dá)為:

式(2)中，Q為判別區(qū)結(jié)果(分為高發(fā)區(qū)、中發(fā)區(qū)、低發(fā)區(qū));Qm為敏感程度;Qq為年度總降雨量;Qy為年度主汛期降雨量;Qr為年度工程活動(dòng)程度;Qs為易損性程度;C為專(zhuān)家判別臨界值走勢(shì)偏量。

其中，判別區(qū)結(jié)果分為高、中、低發(fā)區(qū)的指標(biāo)，要將式(2)計(jì)算歷史年分地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況，并綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)制定。由于各類(lèi)分區(qū)線之間是一過(guò)渡帶，即分區(qū)間的發(fā)生情況是逐步遞增 或遞減趨勢(shì)，在綜合預(yù)測(cè)分區(qū)界限劃分時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)不符合常規(guī)趨勢(shì)地塊，應(yīng)按照專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行分區(qū)界線的邊沿化處理，即式(2)中的C值。

2.3 趨勢(shì)預(yù)測(cè)與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警體系

筆者認(rèn)為，年度(半年度)地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)作為中尺度預(yù)警預(yù)報(bào);未來(lái)24h地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警為短期，即小尺度預(yù)警預(yù)報(bào);短時(shí)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警為災(zāi)前預(yù)報(bào)，即臨界預(yù)警。它們與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、群測(cè)群防網(wǎng)絡(luò)共同組成了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)體系，從而提高地質(zhì)災(zāi)害防治效率。

上述各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)在地質(zhì)災(zāi)害防治工作的不同階段起著重要的作用。年度(半年度)地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)系為全年地質(zhì)災(zāi)害的防治提供了技術(shù)指導(dǎo)，是明確省、市(州、地)年度地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)預(yù)防地區(qū);未來(lái)24h地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系為縣、鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害防治提供即時(shí)工作信息，并指出主要預(yù)防和可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的搶險(xiǎn)地段;短時(shí)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警作為災(zāi)前預(yù)報(bào)，主要為鄉(xiāng)、村實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)預(yù)案和躲避突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害提供預(yù)警信息，從而更有利于預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和搶險(xiǎn)救災(zāi)工作。

3 結(jié)論

深化地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法，進(jìn)一步對(duì)趨勢(shì)預(yù)測(cè)條件與過(guò)程精細(xì)化綜合分析，提高地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)效果，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估的開(kāi)展，提高地質(zhì)災(zāi)害防御的有效性，逐步建立全面趨勢(shì)評(píng)估方法體系，對(duì)提升地質(zhì)災(zāi)害防治的主動(dòng)性和實(shí)效性具有深遠(yuǎn)意義。

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