泥石流預報方法的研究現(xiàn)狀及評述

蘇明會 馬心德

(1.武漢理工大學華夏學院，湖北武漢 430223;2.四川省冶金地質勘查局六〇一大隊，四川攀枝花 617027)

泥石流災害嚴重威脅著人們的生命財產(chǎn)安全，泥石流預測預報作為泥石流減災的重要手段之一，受到了廣泛的關注和研究。目前，已出現(xiàn)了種類繁多的預報類型，成為減災研究的熱點研究問題之一。

1 泥石流預報的定義

目前，泥石流的相關預報工作仍處于初期試探階段，基本的定義仍不明朗、統(tǒng)一的評價標準仍然缺失，同時缺乏必要的重視和技術支持，很有必要加大研究和投入力度。通常而言，泥石流預測預報就是對其可能發(fā)生的地點(區(qū)域或者溝谷)、時間(未來1 h，1 d，1年或者更長時間)和特征(規(guī)模、流量、危害范圍等)進行預先分析判斷和結果的發(fā)布［1］。泥石流預測預報囊括的內(nèi)容繁多，通常按區(qū)域預報和單溝預報、機理預報和統(tǒng)計預報、長期預報、中期預報、短期預報進行劃分，這種分類主要是根據(jù)研究的側重點和預測預報的依據(jù)。目前，按時間和按范圍的泥石流預報則更為普遍，國內(nèi)研究最多的是單溝短期預報和大區(qū)域中長期預報。在研究初期，泥石流預報研究中將泥石流預報分為短期預報、中期預報和長期預報，如蔣家溝暴雨泥石流預報［2］，沒有確切的時間限定;之后的研究，依據(jù)預報的時間分為長期預報、中期預報、短期預報和短臨預報，并給出了確切的時間限定，同時，依據(jù)預報的性質分為背景預報、預案預報、判定預報和臨災預報［3］。高速等［4］對降雨泥石流預報的時段分類進行了詳細的劃分。

2 泥石流預報方法

泥石流預報是一個十分年輕的學科方向，在整體上還處于探索階段［5］。起初是對區(qū)域和單溝泥石流的評估，后來發(fā)展到對泥石流事件的預測、預報及泥石流要素預報和災害結果預報等。

泥石流預報方法的理論基礎包括統(tǒng)計預報和機理預報，統(tǒng)計預報主要是根據(jù)對發(fā)生的泥石流歷史事件進行統(tǒng)計分析，確定臨界降水量，并以此作為泥石流預報的依據(jù)。統(tǒng)計預報是目前研究和應用最多的一種預報方法。吳樹仁［6］將之具體分為以物理的力學(或巖土力學)為理論基礎、以統(tǒng)計學和應用數(shù)學為理論基礎、以信息科學和地理信息科學為理論基礎三種。早期的預報系統(tǒng)中，大多通過對引發(fā)滑坡、泥石流的歷史降雨量(降雨強度——歷時閾值)的統(tǒng)計分析，以此作為實時降雨預報或監(jiān)測信息的參照，進而預測可能引發(fā)泥石流的暴雨事件。但在確定歷時閾值時，通常未考慮地層巖性、斷裂構造、地形地貌、植被土壤等環(huán)境因素的影響，未考慮泥石流發(fā)生概率在空間上存在多變性，因此，基于歷時閾值的預報系統(tǒng)存在較大缺陷。近年來，一些地方和政府相關部門加強了對泥石流與降雨和地質環(huán)境因素之間條件概率關系的模擬研究，引進了ArcIMS技術和aiNet-GISPSRIL模擬系統(tǒng)，大大提高了泥石流預報準確度。機理預報是以泥石流形成機理為基礎，根據(jù)流域內(nèi)土體的土力學特征變化過程預報泥石流的發(fā)生與否。但機理預報是在泥石流形成機理的研究之上，目前泥石流的形成機理研究遠未成熟，因此，泥石流機理預報仍處于初期階段。高速等［4］對泥石流預報方法進行了系統(tǒng)的總結，包括監(jiān)測降雨量預報法(降雨量分析預報法、根據(jù)氣象雨量預報法、測雨雷達監(jiān)測預報法)、傳感器預報法、超聲波泥位預報法和遙測地聲預報法等。而這些預報方法的基礎在于泥石流現(xiàn)場調(diào)查，監(jiān)測系統(tǒng)的雨量、土壤水分、流量及震動數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)的綜合分析和應用。在上述研究的基礎上，一系列預報模型被提出。如較為常用的蔣家溝預報模型:R10=5.5-0.098(Pa+Rt)＞0.5 mm(臨界線)和R10=6.9-0.123(Pa+Rt)＞1.0 mm(暴發(fā)線)。其中，R10為10 min降雨量，mm;Pa為泥石流發(fā)生前20 d內(nèi)的有效降雨量，mm;Rt為泥石流發(fā)生時刻前的當日降雨量，mm［7］。

3 泥石流預報中存在的問題

3.1 發(fā)展趨勢

提高泥石流預報的基礎理論研究的力度，加強對泥石流的形成機理的理論研究，科學地探討其內(nèi)在機制，才能對泥石流預測預報提供理論基礎，如近底流速的研究;加強新技術、新方法的開發(fā)應用，新的方法的拓展和應用才是泥石流預報的關鍵性問題，今后必須加強GIS空間分析功能和遙感技術的應用，ArcIMS技術、aiNet-GISPSRIL模擬系統(tǒng)和Bayes判別模型的建立［8］等;預報平臺和監(jiān)測預警儀器的開發(fā)和應用，基礎理論研究和方法技術的革新，最終目的在于現(xiàn)實問題的解決，在當?shù)卣畮椭陆㈩A報平臺，及時提供相關信息，為人們設計開發(fā)出穩(wěn)定靈敏的泥石流監(jiān)測報警儀器，對降低泥石流災害具有切實意義。

具體方法包括:在典型的泥石流溝進行定點觀測研究，力求解決泥石流的形成與運動參數(shù)問題;調(diào)查潛在泥石流溝的有關參數(shù)和特征;加強水文、氣象的預報工作，特別是對小范圍的局部暴雨的預報;建立泥石流技術檔案，特別是大型泥石流溝的流域要素、形成條件、災害情況及整治措施等資料應逐個詳細記錄，并解決信息接收和傳遞等問題;劃分泥石流的危險區(qū)、潛在危險區(qū)或進行泥石流災害敏感度分區(qū);開展泥石流防災警報器的研究及室內(nèi)泥石流模型試驗研究。

3.2 存在的問題

泥石流預測存在著不確定性和隨機性:由于泥石流發(fā)生背景的復雜性以及對其形成機理和匯流規(guī)律的認識不深，激發(fā)泥石流的雨量和雨強尚不能準確定量。泥石流預報精度特別依賴于氣象部門對降雨天氣過程預報，災害規(guī)模預報難度大。氣象資料開發(fā)利用不夠:氣象部門已經(jīng)能夠及時提供非常豐富的天氣變化資料，如天氣的長、中、短期預報，衛(wèi)星云圖，天氣形勢等，但對這些資料的應用遠未達到預期;泥石流在運動過程中具有大沖大淤的特點，沿途山坡和溝道中的松散固體物質往往加入到泥石流中，使得泥石流的規(guī)模和破壞力很難預測;社會觀念陳舊，重救災而輕防災思想嚴重。

［1］ 崔 鵬，高克昌，韋方強.泥石流預測預報研究進展［J］.科學發(fā)展，2005，20(5):363-369.

［2］ 吳積善，康志成，田連權，等.云南蔣家溝泥石流觀測研究［M］.北京:科學出版社，1990:197-213.

［3］ 譚萬沛.中國暴雨泥石流預報研究基本理論與現(xiàn)狀［J］.土壤侵蝕與水土保持學報，1996，2(1):88-95.

［4］ 高 速，周平根，董 穎，等.泥石流預測預報技術方法的研究現(xiàn)狀淺析［J］.工程地質學報，2002，10(3):279-283.

［5］ 韋方強，崔 鵬，鐘敦倫.泥石流預報分類及其研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向［J］.自然災害學報，2004，13(5):10-15.

［6］ 吳樹仁.突發(fā)地質災害研究某些新進展［J］.地質力學學報，2006，12(2):265-273.

［7］ 崔 鵬，劉世建，譚萬沛.中國泥石流監(jiān)測預測預報研究現(xiàn)狀與展望［J］.自然災害學報，2000，9(3):106-111.

［8］ 楊緒祥，侯克鵬，張成良.Bayes判別分析法在泥石流預測中的應用研究［J］.昆明理工大學學報(理工版)，2010，35(6):1-5.