基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)分析

王江濤 楊瀟瀟 武盼鋒

摘 要： 文章對(duì)基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建背景進(jìn)行了介紹，以此闡明GIS在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用的可行性與重要性;從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、人類(lèi)活動(dòng)以及自然降雨五個(gè)角度入手，對(duì)基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用分析要素進(jìn)行了研究;在明確分析要素的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)邏輯與系統(tǒng)架構(gòu)兩個(gè)部分，分析了基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞： GIS;地質(zhì)災(zāi)害;強(qiáng)降雨

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP79 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.013

引言：地質(zhì)災(zāi)害是自然災(zāi)害的主要類(lèi)型之一，其在我國(guó)就有多發(fā)、廣發(fā)的特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅和影響著社會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行與廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以，我們有必要以GIS為基礎(chǔ)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)用展開(kāi)探究討論，以尋找出預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害、防范地質(zhì)災(zāi)害的可行路徑，將災(zāi)害的威脅性、影響性控制在最低水平。

1 基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建背景

據(jù)權(quán)威部門(mén)發(fā)布的《2018年全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情及2019年地質(zhì)災(zāi)害趨勢(shì)預(yù)測(cè)》報(bào)告顯示，僅在2018年這一年之內(nèi)，我國(guó)境內(nèi)記錄在案的地質(zhì)災(zāi)害事件就多達(dá)2966起，涉及傷亡近200人，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失14.7億元人民幣，間接損失更是難以估量。在此背景下，做好地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的科學(xué)構(gòu)建，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

結(jié)合既往的經(jīng)驗(yàn)記錄與學(xué)界研究來(lái)看，絕大部分地質(zhì)災(zāi)害是逐漸發(fā)生、有跡可循的。例如，泥石流、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)，幾乎都與當(dāng)?shù)貜?qiáng)降雨的惡劣天氣有關(guān)。所以，在掌握目標(biāo)地區(qū)地質(zhì)條件、人類(lèi)活動(dòng)等信息的同時(shí)，對(duì)降雨量進(jìn)行科學(xué)的分析和預(yù)測(cè)，便可在一定程度上對(duì)泥石流、山體滑坡的發(fā)生幾率和涉及范圍做出判斷，并及時(shí)制定出有效的應(yīng)急預(yù)案，將災(zāi)害影響下的人員傷亡、財(cái)物損失控制在最低水平。從目前來(lái)看，將GIS作為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建基礎(chǔ)，具有良好的可行性與可靠性。GIS即“Geographic Information System”的縮寫(xiě)，意為“地理信息系統(tǒng)”，是我國(guó)地學(xué)研究領(lǐng)域中一種重要的空間信息系統(tǒng)。發(fā)展至今，GIS已能滿(mǎn)足地球表層空間中各類(lèi)地理信息數(shù)據(jù)的采集、整理、分析、存儲(chǔ)、管理、顯示等技術(shù)需求，從而為人們提供出綜合化、高水準(zhǔn)的研究與實(shí)踐活動(dòng)支持。

2 基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)要素

第一，地形地貌。結(jié)合我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，地形地貌是關(guān)聯(lián)災(zāi)害發(fā)生、決定災(zāi)害規(guī)模的最主要因素。細(xì)分下來(lái)，地形地貌應(yīng)包含地面坡度、地面高程兩個(gè)部分。資料顯示，我國(guó)有40%以上的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生于地面坡度20°至25°的區(qū)域，30%以上的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生于地面坡度35°至50°的區(qū)域，其余坡度的災(zāi)害較少發(fā)生。所以，在構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將20°至25°、35°至50°兩個(gè)坡度區(qū)間排在較高等級(jí);在地理學(xué)視域下，可按高程將地理區(qū)域分為低丘陵區(qū)、丘陵區(qū)、低山區(qū)、低中山區(qū)以及中山區(qū)。其中，地質(zhì)災(zāi)害大多發(fā)生于丘陵區(qū)與低山區(qū)，其高程分別為50米至100米、500米至1000米。究其原因，主要與人為施工活動(dòng)多發(fā)于這兩類(lèi)區(qū)域有關(guān)。

第二，地層巖性。地層巖性是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本條件之一，主要包括火山巖、侵入巖、變質(zhì)巖、沉積巖等。其中，災(zāi)害率最高的地層巖性為變質(zhì)巖，其次為侵入巖，沉積巖與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)聯(lián)度最小。

第三，地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的又一基本條件。通常情況下，當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造受到破壞，出現(xiàn)風(fēng)化、破碎、溶蝕等現(xiàn)象時(shí)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將大打折扣，進(jìn)而引發(fā)滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害[2]。

第四，人類(lèi)活動(dòng)。人類(lèi)活動(dòng)是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響最為直接的外部因素，當(dāng)人類(lèi)工程建設(shè)活動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件將遭到嚴(yán)重破壞，繼而出現(xiàn)土體沉降、巖體失穩(wěn)、地下空洞、水土流失等問(wèn)題，埋下相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。從目前來(lái)看，在眾多人類(lèi)工程活動(dòng)中，礦業(yè)活動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)。

第五，自然降雨。在強(qiáng)降雨的作用下，土壤、巖石會(huì)被雨水的地表徑流與澆灌沖刷所影響。此時(shí)，一旦降雨地區(qū)的表土層厚度較淺，缺乏良好的穩(wěn)定性，將很可能會(huì)發(fā)生泥石流、滑坡等災(zāi)害。

2.2 系統(tǒng)邏輯

在明確上述要素之后，可基于GIS制定出地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用的邏輯流程，由始至終為：（1）收集地質(zhì)災(zāi)害各類(lèi)誘因的信息數(shù)據(jù)資料;（2）基于GIS建立地質(zhì)災(zāi)害信息庫(kù);（3）分析各類(lèi)誘因與地質(zhì)災(zāi)害的影響關(guān)系;（4）分析自然降雨的災(zāi)害臨界值，評(píng)價(jià)其他誘因的危險(xiǎn)性等級(jí);（5）確定降雨與其他誘因的評(píng)價(jià)模型;（6）形成氣象綜合圖與地質(zhì)災(zāi)害敏感性分區(qū)圖;（7）結(jié)合降雨信息，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的氣象預(yù)測(cè)。結(jié)合其他誘因信息，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行相對(duì)固定的空間預(yù)測(cè);（8）綜合氣象、空間兩方面預(yù)測(cè)結(jié)果，建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)模型。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)功能的最大化發(fā)揮，其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包含數(shù)據(jù)采集、信息查詢(xún)、預(yù)警分析以及預(yù)警分布四個(gè)主要模塊部分。其中，數(shù)據(jù)采集模塊應(yīng)以GIS為核心，從而為空間預(yù)測(cè)夯實(shí)信息條件。在此基礎(chǔ)上，將地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)與氣象、水利等部門(mén)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立通信連接，以此實(shí)現(xiàn)降雨信息的動(dòng)態(tài)獲取與實(shí)時(shí)校正;信息查詢(xún)模塊應(yīng)保證地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)信息查詢(xún)的準(zhǔn)確、明細(xì)，具體可查詢(xún)內(nèi)容應(yīng)包括目標(biāo)災(zāi)害點(diǎn)的災(zāi)害情況、既往災(zāi)害記錄、系統(tǒng)編號(hào)、地理方位、災(zāi)害類(lèi)型等;預(yù)測(cè)分析模塊則應(yīng)以地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用邏輯為基礎(chǔ)，并做好各類(lèi)要素的權(quán)重配置與綜合運(yùn)算。設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)適當(dāng)提高降雨量的影響比重。在此基礎(chǔ)上，還需基于特定原則對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行級(jí)別劃分，以明確災(zāi)害的發(fā)生幾率、影響規(guī)模、危害程度;預(yù)警分布模塊應(yīng)具備文字、數(shù)據(jù)、圖表等多種顯示形式的生成能力，并配備出內(nèi)部預(yù)警、公共預(yù)警兩種機(jī)制，以滿(mǎn)足不同災(zāi)害情況下的系統(tǒng)應(yīng)用與信息發(fā)布需求。

結(jié)論：總而言之，歷史經(jīng)驗(yàn)表明，地質(zhì)災(zāi)害并未突然發(fā)生的，而是有跡可循的。所以，將GIS作為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，可幫助相關(guān)人員獲取到、分析好大量有價(jià)值的地理空間信息數(shù)據(jù)，從而在降雨信息的聯(lián)合運(yùn)用下，對(duì)目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生幾率、影響規(guī)模、嚴(yán)重程度進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，為后續(xù)應(yīng)急預(yù)案的制定提供可靠依據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 蒙柱業(yè).動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在地質(zhì)災(zāi)害防治的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（10）：126-127.

[2] 劉浩，任榮，李瑞寧.地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)研究[J].地質(zhì)論評(píng)，2020，66（S1）：175-176.