插值方法對地質(zhì)災害預警本地化影響分析

李云 張瑩 許金萍 楊聃 蔣曉梅

摘要：通過對強臺風“菲特”影響期間安吉縣地質(zhì)災害預警算法本地化改進、插值方法對比、站點密度影響等方面研究，探索分析了安吉縣地質(zhì)災害預警的本地化與插值方法優(yōu)劣。對地質(zhì)災害預警公式本地化，選擇克里金插值、多項式回歸、改進謝別德等8種插值方法對24站逐時降水量數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理并進行了對比分析，擇優(yōu)選擇2個插值方法對不同站點密度進行了對比。結果表明;“菲特”影響期間，安吉縣的地質(zhì)災害等級整體是階梯式先升后降;對比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時受短時雨量變化影響大，尤其是小時雨強超過30 mm！改進謝別德方法“表現(xiàn)”較好，與實際等級最為符合。站點密度對克里金插值影響變化不大，未出現(xiàn)漏報現(xiàn)象;改進謝別德方法站點密度對其影響還是比較明顯的。

關鍵詞：插值方法;地質(zhì)災害氣象風險預警;本地化算法

中圖分類號：P694 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0010-04

1引言

安吉縣是浙江省典型的山區(qū)縣，山地面積約21606.67 hm²，占全縣土地總面積11.5%，主要分布在東部、西部和南部，海拔大多在500～800 m之間，其中龍王山海拔達1587 m。安吉縣地質(zhì)災害點多，地質(zhì)災害多發(fā)頻發(fā)，但地質(zhì)災害預警信息技術嚴重落后，目前仍以地質(zhì)災害人員的經(jīng)驗判斷為主，因此地質(zhì)災害預警技術的研究迫在眉睫。

2013年10月6日凌晨至8日15時，安吉縣受強臺風“菲特”與冷空氣的嚴重影響，全縣普降大暴雨，局部出現(xiàn)特大暴雨。平均面雨量349 mm，最大降水出現(xiàn)在天荒坪上水庫1054 mm，均超歷史氣象記錄極值。此次臺風暴雨降水強度之大、持續(xù)時間之長，全縣受災十分嚴重。安吉縣境內(nèi)多處發(fā)生地質(zhì)災害災（險）情。經(jīng)統(tǒng)計，臺風“菲特”帶來的持續(xù)性強降雨引發(fā)全縣境內(nèi)地質(zhì)災害災（險）情達83處。

本文試圖通過對強臺風“菲特”影響期間安吉縣地質(zhì)災害預警算法本地化改進、插值方法對比、站點密度影響等方面研究，探索分析了安吉縣地質(zhì)災害預警的本地化與插值方法優(yōu)劣，為安吉縣地質(zhì)災害預警系統(tǒng)的研發(fā)提供必要的理論研究和技術支持。

2資料與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

項目數(shù)據(jù)來源：安吉23個區(qū)域自動站及1個國家觀測站逐時降水量、安吉國土局提供的浙江華東建設工程有限公司完成的安吉縣“強臺風”菲特引發(fā)質(zhì)災害應急調(diào)查資料。

2.2研究方法

將24個觀測站根據(jù)經(jīng)緯度、拔海高度、建站時間等因素綜合考慮分別選取16個站、8個站系列進行站點密度影響對比（圖1），擬選擇克里金插值、多項式回歸、改進謝別德、加權反距離、徑向基函數(shù)、自然鄰點、最近鄰點、最小曲率等8中插值方法對24個站逐時降水量數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理，同時對地質(zhì)災害氣象風險預警公式本地化;擇優(yōu)選擇2個插值方法對16站、8站降水量插值網(wǎng)格化對比，以期得到站點密度影響。

用加權反距離法、克里金插值法、最小曲率法、多元回歸法、徑向基函數(shù)法、改進謝別德法、自然鄰點插值法、最近鄰點插值法等8中插值方法分別對逐時降水量網(wǎng)格化，生成如下100×79網(wǎng)格矩陣數(shù)據(jù)（圖2）。

3研究結果

3.1地質(zhì)災害氣象風險預警公式本地化

以2005年杭州市地質(zhì)災害氣象條件預警計算模型為原型設計安吉縣地質(zhì)災害氣象風險預警公式如下：

Rd≥Max（Rv，Rs）。

短時降雨強度（Rs），1 h、2 h、3 h和6 h的降雨強度如表1所示。

Rv為有效累計雨量，取前nd有效累計雨量，取5d，分I級到V級;Rs短時降雨強度，指定1小時、2小時、3小時和6小時雨強，分I級到V級（表2）。

最近5 d有效降水量（Rv）：

3.2 24站8種插值方法與地質(zhì)災害預警等級對比分析

對24站8個插值方法測算得到的地質(zhì)災害等級與實際地質(zhì)災害等級對比分析（圖3），“菲特”影響期間，安吉縣的地質(zhì)災害等級整體是階梯式先升后降;對比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時受短時雨量變化影響大，尤其是小時雨強超過30 mm;8個插值方法測算得到的等級普遍要比實際的高，未出現(xiàn)漏報情況，空報較普遍;其中改進謝別德方法“表現(xiàn)”較好，與實際等級較為符合。

3.3站點密度影響分析

用克里金、改進謝別德插值方法對8站、16站進行地質(zhì)災害風險等級測算與檢驗（圖4），克里金插值變化不大，未出現(xiàn)漏報現(xiàn)象，但與24站一樣，出現(xiàn)了預報等級偏大，出現(xiàn)較大空報風險;改進謝別德方法16站表現(xiàn)依舊比克里金好，但是8站出現(xiàn)了明顯漏報現(xiàn)象，因此站點密度對其影響還是比較明顯的。

另外，對8種插值降水結果與地質(zhì)災害等級對比三維圖發(fā)現(xiàn)（圖5），普遍存在著“負值陷阱”，這種現(xiàn)象需要特別注意。這也是本文下一步要完善的目標，改進與更新算法，包括插值算法以及地質(zhì)災害算法。

4結論

根據(jù)經(jīng)緯度、拔海高度、建站時間等因素綜合考慮分別選取16個站、8個站系列進行站點密度影響對比，選擇克里金插值、多項式回歸、改進謝別德、加權反距離、徑向基函數(shù)、自然鄰點、最近鄰點、最小曲率等8中插值方法對24站逐時降水量數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理，生成100×79網(wǎng)格矩陣數(shù)據(jù)。同時以2005年杭州市地質(zhì)災害氣象條件預警計算模型為原型設計安吉縣地質(zhì)災害預警本地化算法，對地質(zhì)災害氣象風險預警公式本地化;擇優(yōu)選擇2個插值方法對16站、8站降水量插值網(wǎng)格化對比，以期得到站點密度影響。得到以下結論：

（1）對24站8個插值方法測算得到的地質(zhì)災害等級與實際地質(zhì)災害等級對比分析，“菲特”影響期間，安吉縣的地質(zhì)災害等級整體是階梯式先升后降;對比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時受短時雨量變化影響大，尤其是小時雨強超過30 mm;8個插值方法測算得到的等級普遍要比實際的高，未出現(xiàn)漏報情況，空報較普遍;其中改進謝別德方法“表現(xiàn)”較好，與實際等級較為符合。

（2）用克里金、改進謝別德插值方法對8站、16站進行地質(zhì)災害風險等級測算與檢驗，克里金插值變化不大，未出現(xiàn)漏報現(xiàn)象，但與24站一樣，出現(xiàn)了預報等級偏大，出現(xiàn)較大空報風險;改進謝別德方法16站表現(xiàn)依舊比克里金好，但是8站出現(xiàn)了明顯漏報現(xiàn)象，因此站點密度對其影響還是比較明顯的。

（3）對8種插值降水結果與地質(zhì)災害等級對比三維圖發(fā)現(xiàn)，普遍存在這“負值陷阱”，這種現(xiàn)象需要特別注意。這也是本文下一步完善的目標，改進與更新算法，包括插值算法以及地質(zhì)災害算法。