宜春地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警

1、 宜春地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警探析摘要：文章利用20002010年宜春市國(guó)土資源局的地質(zhì)災(zāi)害資料，分析了宜春市地質(zhì)災(zāi)害與不同類(lèi)型降水的關(guān)系，用有效累積雨量作為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警主要指標(biāo)，得出不同區(qū)域的預(yù)警等級(jí)，與國(guó)土資源部門(mén)會(huì)商確定后，視情況對(duì)外發(fā)布。檢驗(yàn)結(jié)果表明，制作地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警是可行的。關(guān)鍵詞：宜春；地質(zhì)災(zāi)害；預(yù)警0 引言地質(zhì)災(zāi)害給人類(lèi)社會(huì)造成了巨大危害，由于地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性，開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)的理論基礎(chǔ)及技術(shù)方法正處在探索與研究中，氣象預(yù)警方法尚不成熟。劉傳正等提出了全面考慮地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度、危險(xiǎn)度及危害度的“三度”概念1，甘肅2、重慶、貴州3、四川、浙江等省市按地質(zhì)條件分類(lèi)，選定了預(yù)警指標(biāo)及

2、方法。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警工作是一項(xiàng)迫切的課題，開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)警、預(yù)報(bào)及理論研究工作十分必要。1 宜春地理地質(zhì)特點(diǎn)宜春地處贛西北山區(qū)向贛撫平原過(guò)渡地帶，三面環(huán)山，復(fù)雜多樣，地勢(shì)自西北向東南傾斜，地貌兼有山地、丘陵及平原，其中丘陵占39%，山地占35%，平原占26%。主要山脈有九嶺山、武功山和玉華山，九嶺山脈猶如一道天然屏障，為修水和錦江的分水嶺。土質(zhì)類(lèi)型多樣，有紅壤、黃壤、棕壤、草甸土、沖積土等10個(gè)土類(lèi)，以 紅壤面積最大。宜春地跨揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)和華南褶皺系兩個(gè)大地構(gòu)造單元，地層發(fā)育較全，出露良好，出露的最老地層是前震旦系雙橋山群，震旦系、早古生界僅在本區(qū)南部出露，北部未見(jiàn)出露，晚古生代及早、

3、中、三疊紀(jì)地層遍及全區(qū)，第三系主要分布在樟樹(shù)盆地。區(qū)內(nèi)除志留系、下泥盆紀(jì)、上侏羅紀(jì)地層缺失外，其他各系均有發(fā)育。2 宜春地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析我們從市國(guó)土資源局搜集到多年的地質(zhì)災(zāi)害資料，雖然上世紀(jì)最后20年也有一些資料，但與最近10年資料相比，顯得不夠完整，因此，僅統(tǒng)計(jì)20002010年共11年的地質(zhì)災(zāi)害情況。表1 宜春地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)災(zāi)害種類(lèi) 滑坡 泥石流 塌陷 崩塌 合計(jì)災(zāi)害次數(shù)百分比 10983.8% 10.8% 1310.0% 75.4% 130100%從表1可以看出：宜春的地質(zhì)災(zāi)害絕大多數(shù)為滑坡，占比達(dá)83.8%。最少的為泥石流，占比不到1%。塌陷包括地面自然塌陷和采礦塌陷 兩種。宜春1998

4、年記錄了2次泥石流，2001年5月宜春鉭鈮礦1號(hào)尾礦庫(kù)遇連續(xù)降水發(fā)生了泥石流。地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主與宜春的地理地質(zhì)條件和百姓生活習(xí)慣是分不開(kāi)的。宜春大部分地區(qū)為丘陵山區(qū)，多紅壤土質(zhì)，這種土壤遇連續(xù)大降水后，土質(zhì)變得松軟，土壤顆粒間吸附力大大減弱，在自重及動(dòng)靜載荷作用下，極易產(chǎn)生滑坡。對(duì)此，民間有“天晴一塊銅，下雨一泡膿”的說(shuō)法。加上百姓有切坡建房的習(xí)慣，加大了滑坡的發(fā)生機(jī)率和災(zāi)害程度。表2 宜春地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的原因原因種類(lèi) 暴雨（降水） 采礦 非降水塌陷 切坡 合計(jì)災(zāi)害次數(shù)百分比 10883.1% 118.5% 43.1% 75.4% 130100%從表2可以看出：導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要誘因是氣象

5、因素中的暴雨（降水），占到了83.1%。此外，如采礦、人工切坡、人為或地質(zhì)的和非降水塌陷等所占比例都不大。表3 宜春地質(zhì)災(zāi)害及對(duì)應(yīng)的降水量年際分布年份 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 災(zāi)害次數(shù) 6 7 23 3 4 8 13 6 24 12 23降水（mm ） 1734 1384 2047 1486 1529 1846 16791216 1541 1418 2137從表3可以看出：出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)最多的02年、08年、10年，都有2324次，占總數(shù)的一半。02年和10年的降水量都在2000毫米以上，超過(guò)平均值2成，導(dǎo)致以暴雨為主要誘因的地質(zhì)災(zāi)害大量發(fā)生。08年

6、降水量低于歷史平均值，地質(zhì)災(zāi)害仍然頻發(fā)，與該年降水量時(shí)間分布不均有關(guān)。08年47月降水量超過(guò)該年降水量的一半以上，且6月份降水量達(dá)302.3毫米，其中6月8日到13日有一次較大的降水集中期，6月9日到10日絕大多數(shù)地方有暴雨或大暴雨。表4 宜春地質(zhì)災(zāi)害及其潛在經(jīng)濟(jì)損失的月際分布月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月10月 11月 12月次數(shù) 1 0 3 20 67 29 4 1 3 1 0 1降水(mm 75 104 150 211 223 291 133 13476 56 89 60萬(wàn)元 345 0 106 1518 14261 953 42 120 135 240 7從

7、表4可以看出：與地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)及其潛在經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系最密切的是降水量的月際分布，地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)和潛在經(jīng)濟(jì)損失多的月份是 5月、6月和4月，分別達(dá)到67次、29次、20次和1518萬(wàn)元、14261萬(wàn)元、953萬(wàn)元，其分布與主汛期的時(shí)間一致。3 地質(zhì)災(zāi)害與降水的關(guān)系宜春83.8%的地質(zhì)災(zāi)害是滑坡，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的誘因中有83.1%與降水有關(guān)，可見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害與誘因的關(guān)系主要是滑坡與降水的關(guān)系。3.1 地質(zhì)災(zāi)害與前期降水前期累積降水對(duì)滑坡的發(fā)生有很大作用，滑坡的發(fā)生與降雨存在一定的滯后性，滑坡發(fā)生在降水當(dāng)天和第二天的可能性最大，隨著時(shí)間的后延，發(fā)生滑坡的可能性逐漸降低，山體滑坡發(fā)生在降水之后3天以?xún)?nèi)的概率可達(dá)到

8、90%以上。3.2 地質(zhì)災(zāi)害與暴雨強(qiáng)降水對(duì)流性天氣降水，特別是強(qiáng)降水的強(qiáng)度大、歷時(shí)短，可能造成不同強(qiáng)度的滑坡。在前期累積降水以及當(dāng)天降水量相同的情況下，降水的非均勻性越大，造成滑坡的可能性就越大。暴雨是誘發(fā)滑坡的重要因素，暴雨所造成的危害較普通強(qiáng)降水更大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，宜春每年發(fā)生滑坡的日數(shù)明顯少于暴雨日數(shù)，絕大多數(shù)滑坡日的前3天內(nèi)有過(guò)暴雨。3.3 地質(zhì)災(zāi)害與連續(xù)降水山體滑坡與連續(xù)性降水有關(guān)。分析表明，一般日降水大于5mm ，且維持3-5天以上，就可能造成部分山體坍塌滑坡。隨著降水總量的增加和連續(xù)陰雨天數(shù)的延長(zhǎng)，出現(xiàn)滑坡的次數(shù)相應(yīng)增多。只要總降 水量不是太大，連陰雨造成滑坡的機(jī)率和損失比強(qiáng)降水和暴雨

9、要小。3.4 地質(zhì)災(zāi)害與雷雨雷雨往往是雷和雨相伴發(fā)生，積雨云強(qiáng)烈發(fā)展產(chǎn)生雷暴，雷暴過(guò)后雨量可較之前降水增大2-3倍，甚至達(dá)到5倍，短時(shí)大降水一般發(fā)生在雷暴過(guò)后的時(shí)段內(nèi)。分析表明，在前期和當(dāng)天降水量相同的情況下，雷暴產(chǎn)生的強(qiáng)大震動(dòng)和沖擊波可能促發(fā)過(guò)飽和的陡坡發(fā)生滑坡。4 地質(zhì)災(zāi)害的氣象等級(jí)預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警只針對(duì)降水誘發(fā)的滑坡，對(duì)于采礦、切坡、非降水塌陷等與降水無(wú)關(guān)的因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，本身數(shù)量少，偶然性大，這里不將其列入氣象預(yù)報(bào)預(yù)警范疇。前期降水量和未來(lái)24小時(shí)降水量大小是產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)鍵誘發(fā)因素。地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警思路主要是按一定權(quán)重計(jì)算前期累積降水量及未來(lái)24小時(shí)降水量級(jí)的預(yù)報(bào)

10、，計(jì)算兩者的和值，以一定的閾值劃分地質(zhì)災(zāi)害的級(jí)別和區(qū)域分布，然后與國(guó)土資源局會(huì)商，對(duì)結(jié)論進(jìn)行訂正，最終確定發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害的級(jí)別及區(qū)域分布。4.1 地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警等級(jí)劃分按照國(guó)土資源部和中國(guó)氣象局聯(lián)合劃分的標(biāo)準(zhǔn)，地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警劃分為5個(gè)等級(jí)：1級(jí)：可能性很小，以無(wú)降水或間斷10mm 以?xún)?nèi)降水為主，影響輕 微。預(yù)報(bào)但不預(yù)警，不發(fā)布。2級(jí)：可能性較小，以中雨以下降水為主，極個(gè)別地方有輕微地質(zhì)災(zāi)害。預(yù)報(bào)但不預(yù)警，不發(fā)布。3級(jí)：可能性較大，有中到大雨，要引起注意，少部分山體可能滑坡，災(zāi)害易發(fā)點(diǎn)應(yīng)做好避讓準(zhǔn)備，要加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)的巡查。預(yù)報(bào)同時(shí)預(yù)警，對(duì)外發(fā)布與否待定。4級(jí)：可能性大，有暴雨或強(qiáng)降水，能造成山體

11、滑坡，有一定經(jīng)濟(jì)損失，可造成人員傷亡，應(yīng)做好搶險(xiǎn)救災(zāi)準(zhǔn)備，危險(xiǎn)點(diǎn)人員撤離。預(yù)報(bào)同時(shí)預(yù)警，對(duì)外發(fā)布。5級(jí)：可能性很大，多在暴雨或前期連續(xù)降水后接著暴雨，能產(chǎn)生嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，可造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)做好搶險(xiǎn)援救隊(duì)伍待命和可能災(zāi)區(qū)的人員撤離工作。預(yù)報(bào)同時(shí)預(yù)警，對(duì)外發(fā)布。4.2 前期降水的處理分析表明：并不是降水一旦中斷后就不會(huì)發(fā)生滑坡，當(dāng)降水中斷3天以上，前期累積降水對(duì)滑坡的影響可能性較小。統(tǒng)計(jì)前期累積降水時(shí)，可把中斷3天或以上的前期降水量去掉。從相關(guān)文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，各地計(jì)算前期累積降水量r 時(shí)，參加計(jì)算的前期天數(shù)有3天、5天、10天三種。宜春的地表性質(zhì)大大好于全國(guó)平均水平，表層可含水量高，取5

12、天和10天兩種效果較好。分別統(tǒng)計(jì)這兩種情況下的前期累積降水量，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)3天降水量小于1mm 時(shí)，就扣除前面的累積值，將得到的數(shù)值除以該情況下的計(jì)算 天數(shù)，得出前期日均累積降水量。將兩種情況下的前期日均累積降水量按10mm 、20mm 、30mm 分別進(jìn)行0、1分級(jí)，與地質(zhì)災(zāi)害實(shí)況的0、1分級(jí)計(jì)算相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)用5天作為計(jì)算前期累積降水量的天數(shù)相關(guān)性更好。前期5天內(nèi)各天的降水量對(duì)產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)率是不相同的，理論上時(shí)間越靠后，相同降水量對(duì)產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)越大。這里采用加權(quán)系數(shù)，要求各加權(quán)系數(shù)的和為1，隨時(shí)間向后系數(shù)逐漸增大，且最大系數(shù)與最小系數(shù)差異不能太大。5天的加權(quán)系數(shù)依次為0.16、0.

13、18、0.20、0.22、0.24，將前期5天內(nèi)各天的降水乘上加權(quán)系數(shù)，5天降水量的加權(quán)和即為前期累積降水量r 。每天制作地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間多為12時(shí)到16時(shí)，當(dāng)天的降水實(shí)況沒(méi)有完全出現(xiàn)。若能較準(zhǔn)確預(yù)報(bào)制作時(shí)到20時(shí)的降水量，當(dāng)天降水量用當(dāng)天已出現(xiàn)的降水量加上預(yù)報(bào)的量。難以預(yù)報(bào)制作時(shí)到20時(shí)的降水量，則計(jì)算時(shí)間系數(shù)，用24除以昨日20時(shí)到制作時(shí)的小時(shí)數(shù)，用當(dāng)天已出現(xiàn)的降水量乘上時(shí)間系數(shù)即為當(dāng)天降水量。在分析中發(fā)現(xiàn)，某村組發(fā)生滑坡時(shí)，其縣城前期累積降水量及當(dāng)天降水量并不一定大，但與該村組相鄰縣的縣城降水量累積值卻大。這一現(xiàn)象可以用降水的空間分布不均以及地域分布來(lái)解釋。因此，某縣降水量累積值除了對(duì)所在

14、縣有效外，實(shí)際上對(duì)周邊縣亦有效。由于中尺度自動(dòng)站資料時(shí)間不長(zhǎng)，與國(guó)家站資料的時(shí)間系列不一 致，尚缺乏對(duì)相鄰地點(diǎn)、不同時(shí)間系列資料的同化處理手段，這里采用國(guó)家站降水量代替所轄行政區(qū)范圍內(nèi)各地的降水量。待自動(dòng)站資料時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，可直接采用自動(dòng)站的資料。4.3 未來(lái)24小時(shí)降水預(yù)報(bào)的處理目前對(duì)未來(lái)24小時(shí)降水預(yù)報(bào)r24以定性分級(jí)為主，因此要將定性分級(jí)轉(zhuǎn)化為定量數(shù)值。這里將未來(lái)24小時(shí)降水分級(jí)預(yù)報(bào)分別取值為：小雨5mm ，小到中雨10mm ，中雨15mm ，中到大雨25mm ，大雨35mm ，大到暴雨45mm ，暴雨75mm ，大暴雨125mm 。4.4 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)的要

15、求是，效果好而且穩(wěn)定，同時(shí)簡(jiǎn)便易行。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，借鑒國(guó)內(nèi)部分研究應(yīng)用成果，采用“有效累積雨量”概念來(lái)表征滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的趨勢(shì)預(yù)警指標(biāo)。有效累積雨量定義為：ry=a*(（0.24-0.02* k）* rk+b*r24這里ry 為有效累積雨量，即地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)，rk 為前k 天實(shí)測(cè)雨量，a 、b 為待定系數(shù)，k=0、1、2、3、4，k=0為當(dāng)天最新實(shí)況雨量，r24為24小時(shí)預(yù)報(bào)雨量。a 、b 的值決定了前期雨量和預(yù)報(bào)雨量在有效累積雨量中的權(quán)重，由于r24不確定性較大，b 值取大了會(huì)放大這種不確定性，這里a 取0.75，b 取0.25。處理有效累積雨量ry 的兩類(lèi)系數(shù)時(shí)，每類(lèi)系數(shù)的和均為1，

16、相當(dāng)于將有效累積雨量換算成單日雨量，與日常預(yù)報(bào)思路保持一致，有利于預(yù)報(bào)員 理解和套用。有效累積雨量只是定量化的氣象因素，非氣象因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害也有影響。非氣象因素是綜合性的，要定量表達(dá)難度較大。將地質(zhì)災(zāi)害按易發(fā)程度劃分區(qū)域，實(shí)際上部分考慮了非氣象因素，地質(zhì)災(zāi)害不同易發(fā)程度區(qū)域的劃分以國(guó)土資源部門(mén)的劃分結(jié)果為準(zhǔn)。用20002010年3-7月降水資料和對(duì)外預(yù)報(bào)結(jié)論，計(jì)算出各站逐日有效累積雨量后。參照長(zhǎng)沙市4不同級(jí)別地質(zhì)災(zāi)害對(duì)應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表5），將有效累積雨量與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查實(shí)況對(duì)照，原則上以發(fā)生概率確定不同易發(fā)區(qū)域、不同預(yù)警級(jí)別對(duì)應(yīng)的有效累積雨量，結(jié)果見(jiàn)表5。從反查的情況看，套上1級(jí)、2

17、級(jí)的居多，4級(jí)以上的很少，一般不會(huì)出現(xiàn)擾民現(xiàn)象。4.5 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警流程理論上，以滑坡為主的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警方法應(yīng)考慮滑坡體含水量、滑坡體穩(wěn)定度、前期降水與未來(lái)降水情況。目前獲取大范圍的滑坡體含水量難度大，定點(diǎn)定量確定滑坡體穩(wěn)定度數(shù)據(jù)更難。比較可行的解決方案是，由氣象部門(mén)分析前期降水和未來(lái)降水，認(rèn)為降水量導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的可能性大時(shí)，與國(guó)土部門(mén)協(xié)商后確定預(yù)警等級(jí)。（1）利用最新的氣象資料綜合分析結(jié)果，做出較準(zhǔn)確的降水量預(yù)報(bào)。（2）計(jì)算前期累積降水量r 和有效累積雨量ry 。（3）按表 5 查算對(duì)應(yīng)的預(yù)警等級(jí)，只要高易發(fā)區(qū)達(dá)到 3 級(jí)以上， 就與宜春市國(guó)土資源局會(huì)商，由氣象部門(mén)提供預(yù)警等級(jí)，國(guó)土部門(mén)

18、 結(jié)合全市范圍內(nèi)地層含水量和穩(wěn)定度等非氣象因素綜合考慮，確定 發(fā)布預(yù)警的等級(jí)和區(qū)域。 （4）按事先規(guī)定的方式對(duì)外發(fā)布地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)預(yù)警。 4.6 地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)預(yù)警效果檢驗(yàn) 2011 年下半年完成本文后，尚沒(méi)有經(jīng)過(guò)試用檢驗(yàn)，2011 年的地質(zhì) 災(zāi)害資料也沒(méi)收集到，不好用于檢驗(yàn)。1998 年沒(méi)有被列入地質(zhì)災(zāi)害 統(tǒng)計(jì)和等級(jí)預(yù)警年份，我們將 1998 年作為等級(jí)預(yù)警指標(biāo)的試用檢 驗(yàn)?zāi)?，用降水?shí)況及當(dāng)年預(yù)報(bào)記錄本中的降水預(yù)報(bào)結(jié)果計(jì)算有效累 積雨量，由此得出的地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)預(yù)警結(jié)果用作試用檢驗(yàn)具有一定 的可信度。 1998 年是大水年，共記錄了 61 次地質(zhì)災(zāi)害，都出現(xiàn)在 4-7 月，全 都與降水有關(guān)。某日只要有 1 次地質(zhì)災(zāi)害記錄，就算作 1 個(gè)地質(zhì)災(zāi) 害日，共有 15 個(gè)地質(zhì)災(zāi)害日。將 1998 年 4-7 月全市 10 站有效累 積雨量計(jì)算平均值，按中易發(fā)區(qū)等級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，1998 年 4-7 月共可 發(fā)布 3 級(jí)預(yù)警 5 次 （日） 4 級(jí)預(yù)警 6 次 ， （日） 5 級(jí)預(yù)警 12 次 ， （日） 。 5 次 3 級(jí)預(yù)警的次日出現(xiàn)了 1