達(dá)州市“6.20-6.22”持續(xù)性強(qiáng)降水引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警檢驗與分析

于竹娟，羅貴東

(達(dá)州市氣象局，四川 達(dá)州635000)

達(dá)州市地處大巴山南麓，是四川省的人口大市、工農(nóng)業(yè)重鎮(zhèn)，是四川省、重慶市和陜西省三省市結(jié)合部的商貿(mào)中心和交通樞紐，素有“川東明珠”之美譽(yù).但是市域地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，降雨充沛，人類工程活動強(qiáng)烈，因此地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情重、種類全、頻率高，是四川省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)之一.

地質(zhì)災(zāi)害是指包括自然因素或者人為活動引發(fā)的危害人民財產(chǎn)和生命安全與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害.達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害以滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷為主.[1]達(dá)州地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)易發(fā)，除了與本身地質(zhì)構(gòu)造特點有關(guān)外，還與降水、人類工程活動等自然條件有關(guān).[2-11]大量研究表明，[12-17]地質(zhì)災(zāi)害與降水的時空分布有著密切聯(lián)系，降雨強(qiáng)度越大，地質(zhì)災(zāi)害越容易發(fā)生.

2017年我們采用基于前期降水量和當(dāng)日降水量的降水閾值方法，[18]研發(fā)了基于概率分布的達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害與降水關(guān)系的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警平臺.前期降水通過氣象站實際觀測得到，未來降水則使用了通過我們本地訂正的四川省氣象臺精細(xì)化平臺的格點定量降水預(yù)報.四川省氣象臺2017年發(fā)布的水平分辨率10KM的格點化定量降水預(yù)報產(chǎn)品，通過本地預(yù)報員人工訂正后具有較高的分辨率和準(zhǔn)確性.現(xiàn)在我們對這個產(chǎn)品的實際應(yīng)用進(jìn)行定量研究，對進(jìn)一步改進(jìn)和完善兩種產(chǎn)品，提供預(yù)警效果具有很重要的意義.

持續(xù)性強(qiáng)降雨由于持續(xù)時間長，累計雨量大，巖土?xí)浞诌_(dá)到飽和，容易引發(fā)大規(guī)模的滑坡、泥石流.2019年“6.20-6.22”持續(xù)性強(qiáng)降雨造成全市9.1萬人不同程度受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.58億元，其中，引發(fā)萬源、大竹多起地質(zhì)災(zāi)害.針對本次過程，達(dá)州市自然資源和規(guī)劃局、達(dá)州市氣象局聯(lián)合發(fā)布了三期地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險黃色(Ⅲ級)或橙色(Ⅱ級)預(yù)警.本文嘗試以“6.20-6.22”持續(xù)性強(qiáng)降雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害為對象，定量檢驗達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警平臺發(fā)布的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警產(chǎn)品，總結(jié)經(jīng)驗，以期更好地使用地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險模型和格點化定量降水預(yù)報，提高預(yù)警效果.

1 過程概述

15日開始，我市出現(xiàn)連陰雨天氣，20日到22日全市陸續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)降雨.20日萬源北部暴雨；21日大竹、渠縣部分地方出現(xiàn)暴雨；22日宣漢大部地方大到暴雨，其余地方小到中雨，局部暴雨.此次連續(xù)性降雨天氣過程，全市共有53個站點累積雨量超過100mm，最大大竹永勝302mm.特別是在20到22日的強(qiáng)降雨過程中，有11站次小時雨強(qiáng)超過50 mm·h-1，萬源竹峪和大竹永勝兩小時達(dá)大暴雨.20到22日的強(qiáng)降雨過程，一是雨強(qiáng)大，二是時間集中，造成大竹、萬源等多地出現(xiàn)滑坡、泥石流和崩塌.

2 資料來源與檢驗方法

2.1 資料來源及說明

地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情險情資料來源于達(dá)州市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，包含了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時間、地點、規(guī)模、受災(zāi)人口、原因、財產(chǎn)損失等信息.降水?dāng)?shù)據(jù)，包含國家氣象站和區(qū)域自動氣象站觀測數(shù)據(jù)、達(dá)州市氣象臺24h格點化定量降水預(yù)報產(chǎn)品.達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警產(chǎn)品預(yù)報時效為24h.產(chǎn)品預(yù)報時段從當(dāng)日20時至次日20時.

2.2 預(yù)警檢驗方法

預(yù)警檢驗方法我們采用了兩種評價標(biāo)準(zhǔn).

(1)按照中國地質(zhì)災(zāi)害防治工程行業(yè)協(xié)會2018年發(fā)布的《地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域氣象風(fēng)險預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(下面簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)中關(guān)于預(yù)警準(zhǔn)確率的評價方法規(guī)定，如果有地質(zhì)災(zāi)害點落入預(yù)報區(qū)范圍內(nèi)，則表示此次預(yù)報準(zhǔn)確，如果無地質(zhì)災(zāi)害點落入預(yù)報區(qū)范圍內(nèi)，則表示此次預(yù)報不準(zhǔn)確.將預(yù)報準(zhǔn)確的次數(shù)除以總的預(yù)報次數(shù)即為預(yù)報準(zhǔn)確率，計算公式如下：

式中：p—預(yù)報準(zhǔn)確率；m—預(yù)報準(zhǔn)確的次數(shù)；n—預(yù)報次數(shù).

(2)2016年10月，中國氣象局下發(fā)了《暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》).《規(guī)范》規(guī)定，檢驗預(yù)報準(zhǔn)確率時以縣級區(qū)域和單點(滑坡、泥石流)為檢驗對象.當(dāng)以縣級區(qū)域為檢驗對象時，在該預(yù)報時段內(nèi)任意一點出現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害，則記錄為一次預(yù)報正確.如果在上述區(qū)域，該預(yù)報時段所有的地質(zhì)災(zāi)害點都未出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害，則記錄為一次空報.

具體方案如下：

命中率：

(2)

(3)

(4)

其中，NA為預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品發(fā)布正確次數(shù)，NB為空報次數(shù)，NC為漏報次數(shù)，ND為無預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品預(yù)報正確次數(shù).

3 “6.20-6.22”持續(xù)性強(qiáng)降水及其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害

3.1 “6.20-6.22”持續(xù)性強(qiáng)降水分析

圖1是2019年6月19日20時至22日20時的過程累積雨量分布，我市北部和南部普遍出現(xiàn)了大到暴雨，部分地方降雨量超過了100mm，且均伴有小時雨強(qiáng)超過20mm的短時強(qiáng)降水.累積降雨量超過100毫米的地方主要出現(xiàn)在萬源西北部、渠縣南部和大竹部分鄉(xiāng)鎮(zhèn).

圖1 2019年6月19日20時-22日20時達(dá)州市累積降雨量

3.2 地質(zhì)災(zāi)害概況

根據(jù)達(dá)州市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站提供的災(zāi)情和險情信息，本次持續(xù)性降水過程中，地質(zhì)災(zāi)害主要隨雨帶的移動而發(fā)生變化，共兩個縣出現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害(見表1).20日地質(zhì)災(zāi)害主要出現(xiàn)在萬源市竹峪鎮(zhèn)一帶，21日地質(zhì)災(zāi)害主要出現(xiàn)在大竹縣蒲包鄉(xiāng)和萬源市皮窩廟坡一帶，22日大竹縣蒲包鄉(xiāng)一帶、23日萬源皮窩鄉(xiāng)一帶均再次出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害.地質(zhì)災(zāi)害類型包括滑坡、泥石流和崩塌.此次地質(zhì)災(zāi)害共威脅77戶居民，291人；轉(zhuǎn)移受災(zāi)群眾24人，20戶86人成功避險，直接經(jīng)濟(jì)損失176萬元，潛在經(jīng)濟(jì)損失1450萬元.針對上述地質(zhì)災(zāi)害，選取了6月19日20時至21日20時的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)報產(chǎn)品進(jìn)行檢驗.

表1 2019年6月21日-22日地質(zhì)災(zāi)害

3.3 致災(zāi)分析

地質(zhì)災(zāi)害受降水、巖組特征和人類經(jīng)濟(jì)活動等多種因素影響.達(dá)州地勢由北向南傾斜，大巴山橫直在萬源、宣漢北部，明月山、銅鑼山、華鎣山由北而南縱臥其間，屬“川東褶皺剝蝕—侵蝕低山丘陵嶺谷區(qū)”.區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育于低山、深丘部位，中丘、淺丘部位次之.根據(jù)劉德兵[1]等對達(dá)州地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃的研究，達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的主要分布區(qū)域包括：東北部大巴山中山峽谷易發(fā)區(qū)、西南部低山深丘易發(fā)區(qū)、東南部華鎣山低山易發(fā)區(qū)、人類工程活動影響區(qū)和重點防治隱患點區(qū)域.進(jìn)一步分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地，此次過程發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地方均位于高易發(fā)區(qū).

3.4 地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警產(chǎn)品

根據(jù)前期降水與未來24小時格點預(yù)報，達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警平臺從20日到22日連續(xù)三天預(yù)報了地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險Ⅲ級以上等級.20日萬源和宣漢北部有Ⅲ級以上風(fēng)險，其中，萬源西北部有Ⅱ級風(fēng)險；21日萬源北部有Ⅱ級到Ⅲ級風(fēng)險；22日全市大部地方有Ⅱ級到Ⅲ級風(fēng)險.

4 預(yù)警檢驗結(jié)果與分析

4.1 預(yù)警檢驗

目前地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)只發(fā)布Ⅲ級及以上的地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險等級，下面對Ⅲ級及以上氣象風(fēng)險等級預(yù)報進(jìn)行不分級別的檢驗.

(1)按照《標(biāo)準(zhǔn)》檢驗，20日準(zhǔn)確率100%，21日50%，22日100%，三天地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)到83.3%.

(2)按照《規(guī)范》進(jìn)行檢驗，結(jié)果如表2所示：在“6.20-6.22”持續(xù)性強(qiáng)降水引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害中，全市6個縣在6月20日至22日期間，地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警產(chǎn)品預(yù)報正確3個、漏報1個、空報6個、無預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品預(yù)報正確8個，預(yù)報命中率61.1%，漏報率5.6%，空報率33.3%.根據(jù)這個定量檢驗結(jié)果，在業(yè)務(wù)使用時需要注意消除空報率，特別需要考慮地質(zhì)環(huán)境和前期累積雨量以及后期短時強(qiáng)降水等因素的影響.

4.2 萬源地質(zhì)災(zāi)害個例與降水關(guān)系分析

6月15日開始，萬源出現(xiàn)持續(xù)降雨，19日20時至20日20時，萬源北部普遍出現(xiàn)大到暴雨，萬源國家氣象觀測站59.6mm， 21日普遍小到中雨.受此影響，6月20日到21日萬源市竹峪、虹橋及廟坡一帶多處出現(xiàn)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害.

地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警需綜合考慮降水、地質(zhì)條件等因素.降水不但要考慮持續(xù)降水影響，還與雨強(qiáng)有關(guān).出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的竹峪、虹橋一帶，前期不但持續(xù)降水，19日夜間到20日白天還出現(xiàn)短時強(qiáng)降水.以竹峪鎮(zhèn)為例，從圖2可看出，20日07時開始雨強(qiáng)加大，08時小時雨強(qiáng)21.1 mm·h-1，09時小時雨強(qiáng)達(dá)86 mm·h-1，同一時段虹橋小時雨強(qiáng)也達(dá)42.6 mm·h-1.

圖2 2019年6月19日20時-20日20時萬源市竹峪鎮(zhèn)逐小時雨量

廟坡鄉(xiāng)在20日、21日均出現(xiàn)了滑坡，僅從19日20時至20日20時雨量看，廟坡區(qū)域站12.7mm，但出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的點靠近花萼山和皮窩一帶，皮窩、花萼山雨量分別為47mm、82.5mm，且20日10時至12時分別出現(xiàn)了33.4 mm·h-1、59.8 mm·h-1的短時強(qiáng)降水(見圖3).

圖3 2019年6月19日20時-21日20時萬源市皮窩鄉(xiāng)逐小時雨量

從地質(zhì)條件方面分析，萬源北部山區(qū)屬于地質(zhì)災(zāi)害重點防治區(qū)，20日主要發(fā)生的滑坡區(qū)屬于竹峪-虹橋滑坡高易發(fā)亞區(qū)，位于萬源市西北部，地貌以構(gòu)造侵蝕中山嶺脊-峽谷地形和構(gòu)造侵蝕中山單斜山-不對稱“V”型谷為主，海拔520～1600m，地形起伏較大，切割深，出露三疊和侏羅系地層，巖性以砂巖、泥巖、灰?guī)r、礫巖、頁巖為主，中間夾雜煤層，地質(zhì)環(huán)境脆弱，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育.

21日主要發(fā)生的廟坡一帶滑坡區(qū)屬于鐘?！舷赂咭装l(fā)亞區(qū)，位于萬源市東北部，屬大竹河流域，地貌以侵蝕溶蝕高中山巖溶褶皺山和巖溶斷塊山為主，海拔520～2200m，最大高差近1700m，區(qū)域北西-南東向緊密褶皺和斷層均較為發(fā)育，出露地層有震旦、寒武、奧陶和志留系地層，巖性以灰?guī)r、白云巖、砂巖、硅質(zhì)巖、頁巖為主，局部有采煤等活動，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育.

因此，對于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報高易發(fā)區(qū)，在地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警時，空報率較小，但在分析風(fēng)險等級時，不僅要考慮累積降雨量，小時雨強(qiáng)也應(yīng)該特別關(guān)注.

4.3 大竹地質(zhì)災(zāi)害個例與降水關(guān)系分析

6月21日、22日大竹縣蒲包鄉(xiāng)一帶出現(xiàn)了山體滑坡，塌方量1.065*105m3的,21日平臺漏報了該起地質(zhì)災(zāi)害.

6月20日20時至21日20時，大竹東部和北部出現(xiàn)大到暴雨，有5個站點雨量超過100毫米，國家觀測站降雨量121.3毫米.蒲包鄉(xiāng)42.2毫米，蒲包鄉(xiāng)附近的永勝鄉(xiāng)降雨量達(dá)218.9毫米.19日ECMWF、西南區(qū)域模式等客觀模式均漏報了這次過程；格點化定量降水產(chǎn)品也只考慮了小到中雨，主觀降水預(yù)報把大到暴雨時間推遲到了21日.因此，平臺預(yù)報地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險Ⅳ級，認(rèn)為發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的氣象風(fēng)險等級較低.

在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的蒲包鄉(xiāng)和永勝鄉(xiāng)附近，實況降水比預(yù)報偏大明顯.由圖4和圖5看出，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地有連續(xù)降水，最大小時雨強(qiáng)分別為14.6mm·h-1、71.4 mm·h-1.雨量大、雨勢強(qiáng)、降雨時間長等均是引發(fā)蒲包鄉(xiāng)山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害的有利氣象因素.由此可見，雨量預(yù)報偏小會造成地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)報等級偏低，導(dǎo)致預(yù)警漏報.

圖5 2019年6月20日20時-22日20時大竹縣永勝鄉(xiāng)逐小時雨量

5 結(jié) 論

(1)持續(xù)性降水和短時強(qiáng)降水是造成此次地質(zhì)災(zāi)害主要原因.準(zhǔn)確的降水量級預(yù)報是地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警的基礎(chǔ)，降水量級預(yù)報偏小、雨量預(yù)報偏小會造成地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)報等級偏低，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害漏報；反之則可能引起空報.

(2)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警平臺成功預(yù)報了“6.20-6.22”期間的地質(zhì)災(zāi)害，按照地質(zhì)行業(yè)的《標(biāo)準(zhǔn)》預(yù)報準(zhǔn)確率達(dá)到83.3%；按照中國氣象局《規(guī)范》命中率達(dá)到61.1%，漏報率5.6%，空報率33.3%.各項指標(biāo)均表明，預(yù)警平臺有很好的指導(dǎo)作用.

(3)按照中國氣象局暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警業(yè)務(wù)規(guī)范，達(dá)州市地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警客觀預(yù)報方法空報率較漏報率高，實際業(yè)務(wù)預(yù)警發(fā)布還需綜合預(yù)警發(fā)布前降水特點和降水量級、主觀降水量級訂正、以及達(dá)州地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生特點等進(jìn)行訂正應(yīng)用.