四川雅安地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)及分析

侯圣山，李 昂，韓 冰，周平根，葉賀炯，祝 斌，馬維峰

(1.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083;3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北武漢 430074)

從2004年全國地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警正式運(yùn)行以來，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的研究工作得到了越來越多的重視，也取得了大量成果，形成了多種地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)方法。全國20多個(gè)省(區(qū)、市)陸續(xù)開展省級(jí)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作，地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)的市、縣級(jí)的預(yù)警預(yù)報(bào)工作也以各種方法相繼鋪開。目前預(yù)警預(yù)報(bào)已成為是地質(zhì)災(zāi)害防治方面必須開展的一項(xiàng)重要工作(劉傳正等，2004;劉艷輝等，2008;溫銘生等，2011)［1-3］。

筆者在四川省雅安市也開展了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的研究工作，建立了縣(市)級(jí)的預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。本文將對(duì)簡要介紹這一系統(tǒng)，并結(jié)合2013年汛期的一次預(yù)警實(shí)例，探討監(jiān)測預(yù)警研究存在的問題和下一步工作方向。

1 雅安市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)

雅安市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警研究工作從2002年開始，先后開展了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和易發(fā)性評(píng)價(jià)、誘發(fā)因素研究、降雨量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和誘發(fā)因素研究的工作，為預(yù)警預(yù)報(bào)提供了必要的基礎(chǔ)。對(duì)調(diào)查取得的地質(zhì)災(zāi)害事件，統(tǒng)計(jì)分析其對(duì)應(yīng)的地形、地質(zhì)、河流、植被、人類活動(dòng)等環(huán)境因素，得到這些因素對(duì)地災(zāi)發(fā)生的貢獻(xiàn)高低，建立各自的控災(zāi)貢獻(xiàn)指標(biāo)體系;然后再推及全區(qū)，計(jì)算所有地點(diǎn)的各因素控災(zāi)指標(biāo)的總和;按照控制指標(biāo)總和的相對(duì)高低，得到研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害敏感性分布圖(侯圣山等，2006)［4］。野外調(diào)查時(shí)著重收集了各地質(zhì)災(zāi)害事件的詳細(xì)發(fā)生時(shí)間，并查出誘發(fā)這些災(zāi)害的事件的降雨量，使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，研究、提取地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率出現(xiàn)重大增長的降雨量指標(biāo)，作為降雨誘發(fā)地災(zāi)的誘發(fā)因素指標(biāo)體系和臨界值，即可用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)(李昂等，2007)［5］。

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)的流程示于圖1。由地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查所獲取的易發(fā)性分區(qū)圖和預(yù)警判據(jù)體系及臨界值是系統(tǒng)的兩項(xiàng)重要的輸入數(shù)據(jù)(圖1右側(cè));由區(qū)域降雨量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)獲取空降上的實(shí)際降雨分布和氣象局制作的數(shù)值化的降雨預(yù)報(bào)是系統(tǒng)的另外兩項(xiàng)重要的輸入數(shù)據(jù)(圖1左側(cè))。系統(tǒng)在獲取了上述4個(gè)方面的數(shù)據(jù)，根據(jù)易發(fā)性情況及誘發(fā)因素情況，按照表1的矩陣，可以計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性情況的分布圖，即地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)產(chǎn)品(周平根等，2007;侯圣山等，2007)［6-7］。利用本系統(tǒng)制作的預(yù)警產(chǎn)品，可以將危險(xiǎn)區(qū)圈定在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村的尺度，提高了預(yù)警的針對(duì)性。在預(yù)警平臺(tái)軟件上可以進(jìn)行電子地圖的放大、縮小、漫游等操作，也可以用各種字段進(jìn)行查詢，能夠方便地查詢到高危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的村莊和地質(zhì)災(zāi)害隱患監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)時(shí)查到監(jiān)測人和責(zé)任人的聯(lián)系方式，調(diào)用手機(jī)短信平臺(tái)，群發(fā)包含預(yù)警信息的短信。

圖1 雅安市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警工作流程圖Fig.1 Flowchart of the geological hazard warning system of Yaan

表1 預(yù)警級(jí)別的計(jì)算方法Table 1 Calculation method of the warning classes

2 2013年汛期運(yùn)行情況

2013年4月20日，在雅安市蘆山縣發(fā)生了里氏7.0級(jí)地震，震源深度13km，震中區(qū)域的地震烈度達(dá)到IX度。地震對(duì)雅安市的地質(zhì)環(huán)境造成了嚴(yán)重沖擊，據(jù)崔鵬等(2013)［8］，蘆山地震次生地質(zhì)災(zāi)害有規(guī)模小、群發(fā)性和高位破壞等特征，災(zāi)害類型以崩塌、落石為主。為了提高地質(zhì)災(zāi)害防控能力，相關(guān)部門利用本系統(tǒng)如期開展了汛期地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)，運(yùn)行時(shí)段為5月至9月。每月的預(yù)警情況統(tǒng)計(jì)表見表2，四級(jí)預(yù)警次數(shù)柱狀圖見圖2。

表2 雅安市地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警級(jí)別一覽表(單位:次)Table 2 The geological hazard warning level of different months of 2013(unit:time)

從表1和圖2可以看出，7月份是2013年地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性程度最高的一個(gè)月，31天中有27天都有四級(jí)預(yù)警區(qū)出現(xiàn);其次是6月和8月，出現(xiàn)四級(jí)預(yù)警的天數(shù)分別為10天和8天，5月和9月分別僅有6天和5天出現(xiàn)四級(jí)預(yù)警區(qū)。這種地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)利用前期的降雨監(jiān)測值和未來的降雨預(yù)測值作為誘發(fā)因素來進(jìn)行計(jì)算，因此預(yù)警級(jí)別受控于降雨量監(jiān)測值和預(yù)報(bào)值。由于雅安市市域面積1.53×104km2，內(nèi)有夾金山、泥巴山等高海拔山脈，也有大渡河、青衣江等河流深切形成的河谷，地形復(fù)雜多樣，降雨分布不均，多局地降雨，用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的315處降雨量監(jiān)測點(diǎn)能夠在一定程度上記錄到山區(qū)的局地強(qiáng)降雨，做出空間分辨率較高的預(yù)警。

圖2 雅安市2013年5月至9月地質(zhì)災(zāi)害四級(jí)預(yù)警次數(shù)柱狀圖Fig.2 Histograms of the fourth level warning times of each months of 2013

圖3 雅安市2013年7月3日地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)圖(局部)Fig.3 The geological hazard warning map of July 3，2013(part)

如圖3所示的7月3日預(yù)警產(chǎn)品的局部放大圖，在雨城區(qū)的北郊鄉(xiāng)、多營鎮(zhèn)、姚橋鎮(zhèn)的幾個(gè)村莊的局部，約20km2的區(qū)域預(yù)警等級(jí)是四級(jí)。通過WEBGIS上的預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，還可以查詢出四級(jí)預(yù)警區(qū)內(nèi)有3個(gè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，并能夠查出這些隱患點(diǎn)的名稱、類型、規(guī)模、威脅對(duì)象、監(jiān)測人、防災(zāi)責(zé)任人及通信方式等有用信息。地方政府可以有針對(duì)性地在高預(yù)警區(qū)內(nèi)安排較強(qiáng)的地質(zhì)災(zāi)害防范措施，可以把有限的防災(zāi)資源用到更為需要的地方。而且，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)可以提醒高預(yù)警區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的監(jiān)測員提高監(jiān)測避險(xiǎn)的工作力度，提醒高預(yù)警區(qū)內(nèi)的居民也提高警惕。這些措施均可以提高地質(zhì)災(zāi)害的減災(zāi)能力。

3 2013年7月7日預(yù)警及分析

2013年7月7日至8日，雅安市普降暴雨。這次暴雨過程在雅安市誘發(fā)了大量地質(zhì)災(zāi)害。我們以此日期的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，來初步討論一下預(yù)警效果和影響因素。

7日下午，天氣預(yù)報(bào)被推送到雅安市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)平臺(tái)(表3)，結(jié)合雅安市315處降雨量監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測的前期實(shí)際降雨情況和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性程度分布圖，制作出了如圖4所示的預(yù)警預(yù)報(bào)圖，并通過雅安市國土資源局和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站進(jìn)行發(fā)布。

表3 雅安市7月7日天氣預(yù)報(bào)與實(shí)測降雨量情況一覽表Table 3 The comparison of forecasting and real rainfall of July7，2013

圖4 2013年7月7日雅安市預(yù)警預(yù)報(bào)及災(zāi)害分布示意圖Fig.4 The diagram of the geological warning map of July7，2013

從圖4可以看出，此次預(yù)警產(chǎn)品，高等級(jí)預(yù)警區(qū)(四級(jí)和三級(jí))基本上沿著河流、山脈走向分布，受著地質(zhì)易發(fā)性分區(qū)圖控制，并受到前期降雨及預(yù)報(bào)降雨量的影響。四級(jí)和三級(jí)預(yù)警區(qū)面積占到全區(qū)面積的48.4%，其中四級(jí)預(yù)警區(qū)占21.8%，三級(jí)預(yù)警區(qū)占26.6%，把高預(yù)警級(jí)別的地區(qū)鎖定到了比較詳細(xì)、具體的區(qū)域，體現(xiàn)了大比例尺預(yù)警工作的精細(xì)化。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次降雨過程誘發(fā)蘆山縣、寶興縣、雨城區(qū)和名山區(qū)在7日夜間和8日凌晨至上午發(fā)生23處地質(zhì)災(zāi)害，發(fā)災(zāi)地點(diǎn)也標(biāo)在圖4中。可以看出，23處地質(zhì)災(zāi)害有11處位于四級(jí)預(yù)警(最高級(jí)別)區(qū)內(nèi)，11處位于三級(jí)預(yù)警區(qū)內(nèi)，1處位于二級(jí)預(yù)警區(qū)內(nèi)。此次預(yù)警的時(shí)空準(zhǔn)確率達(dá)到95.7%(以地質(zhì)災(zāi)害落到四級(jí)和三級(jí)預(yù)警區(qū)內(nèi)即為成功來計(jì)算)。

系統(tǒng)所需的天氣預(yù)報(bào)和實(shí)際降雨情況及地質(zhì)災(zāi)害情況示于表3。可以看出，7月7日下午，雅安市的全境的天氣預(yù)報(bào)均是“今日夜間大雨，明天白天中雨”，數(shù)值化的降雨量預(yù)報(bào)是25～45mm。而實(shí)際上，7日夜間至8日白天，在雅安市的北部的五個(gè)區(qū)縣(雨城、名山、天全、蘆山、寶興)降了大雨，24h降雨量在10.8～117.0mm之間，而南部的3個(gè)縣(滎經(jīng)、漢源、石棉)僅有小雨或者零星降雨。由于蘆山縣的預(yù)報(bào)降雨量(40mm)和實(shí)際降雨量(117mm)有較大的偏差，造成預(yù)報(bào)的蘆山縣的三級(jí)預(yù)警區(qū)出現(xiàn)多處地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情。同時(shí)，由于預(yù)報(bào)的漢源、石棉、滎經(jīng)的中到大雨，制作出的預(yù)警產(chǎn)品在雅安市南部也出現(xiàn)了四個(gè)四級(jí)預(yù)警片區(qū)，面積近1000km3。我們利用實(shí)際降雨數(shù)據(jù)，利用相同的技術(shù)方法和參數(shù)，重新計(jì)算了7日的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)圖(圖5)，可以看出絕大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在四級(jí)預(yù)警區(qū)內(nèi)，而且雅安市南部的高級(jí)別預(yù)警區(qū)基本消失。

圖5 2013年7月7日雅安市效果檢驗(yàn)示意圖Fig.5 The geological hazard warning map produced using the real rainfall data of July 7，2013

4 結(jié)論及下一步工作展望

(1)通過地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，查明地災(zāi)的控制因素和誘發(fā)因素，開展地質(zhì)災(zāi)害空間易發(fā)性評(píng)價(jià)，研究提出降雨誘發(fā)的判據(jù)體系，是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建的必要基礎(chǔ)。

(2)筆者在雅安建立了降雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，并在WEBGIS平臺(tái)上開發(fā)了系統(tǒng)軟件。這一軟件方便，易用，空間分辨率較高，可以將危險(xiǎn)區(qū)圈定到鄉(xiāng)鎮(zhèn)甚至村組，提高了預(yù)警的針對(duì)性。通過在2013年汛期運(yùn)行本系統(tǒng)，制作地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警產(chǎn)品153期，其中56期預(yù)警級(jí)別達(dá)到四級(jí)。預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)行大大提高了危險(xiǎn)區(qū)政府部門和群眾的防災(zāi)能力。

(3)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)的成功率在很大程度上取決于降雨監(jiān)測點(diǎn)的空間密度和降雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確程度。在有條件的地區(qū)盡可能多地布設(shè)降雨量監(jiān)測點(diǎn)，并利用氣象雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)，提高降雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而大幅度提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)的成功率。

(4)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的城區(qū)和重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)，需要進(jìn)一步提高預(yù)警的空間分辨率，把危險(xiǎn)區(qū)劃分到斜坡單元或者隱患點(diǎn)的尺度，為更精細(xì)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理提供基礎(chǔ)。

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