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1區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空分布特征

地質(zhì)災(zāi)害時(shí)間分布地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)期為6～9月主汛期，災(zāi)害類型以滑坡、崩塌、泥石流為主［15］(圖2);2～5月冰雪凍融期次之，災(zāi)害類型以崩塌、滑坡為主;10月、11月、12月、1月為低發(fā)期，主要誘發(fā)因素為人類工程活動(dòng)，災(zāi)害類型以崩塌、滑坡為主。

2降水引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的特征

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與氣象因素有很大的關(guān)系，降水在甘肅引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害具有以下特征。

2.1突發(fā)性特征局地強(qiáng)對(duì)流天氣形成的短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度大，歷時(shí)短，覆蓋面積較小。可形成突發(fā)性崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害。尤其是泥石流災(zāi)害，往往形成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。典型的如舟曲8.8特大泥石流災(zāi)害，距離縣城15km的東山站記錄的小時(shí)降水量達(dá)77.3mm，過程降水量達(dá)96.6mm，造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失［14］。

2.2群發(fā)性特征區(qū)域性的暴雨往往是誘發(fā)滑坡、泥石流的主要因素。據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，5月下旬～9月上旬，為甘肅大暴雨或暴雨發(fā)生期，其中7月上旬～8月中旬，為大暴雨或特大暴雨集中期，同時(shí)也是崩滑流的集中發(fā)生期。如2013年隴東南部“7•25”群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，天水、平?jīng)?、慶陽等地區(qū)形成了滑坡、泥石流數(shù)量近千次。

2.3滯后性特征大型滑坡一般出現(xiàn)在降雨過程后期，甚至降雨結(jié)束后數(shù)天。典型的如天水珍珠溝滑坡，在經(jīng)歷了2013年4次強(qiáng)降水過程后在2013年12月21日發(fā)生大規(guī)模滑動(dòng)。

3地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型研究

3.1研究思路從理論上講，地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)應(yīng)全面考慮前期巖土體含水量、未來降水以及實(shí)時(shí)降水情況。但目前準(zhǔn)確獲取前期巖土體含水量還不具備條件。因此要解決問題必須從宏觀上結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件和氣象條件綜合分析研究，建立適合的模型，得出有效的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)。目前國內(nèi)采用的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警多是把崩滑流災(zāi)害考慮在一起，但實(shí)際情況是泥石流的激發(fā)雨量比滑坡小，且往往為短歷時(shí)強(qiáng)降雨。因此考慮地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的實(shí)際需求，本次將分別建立泥石流和滑坡的預(yù)警模型，并考慮如前期降水、新近強(qiáng)震、地面高程等關(guān)鍵影響因素。

3.2滑坡預(yù)警指標(biāo)和模型

3.2.1滑坡與降水關(guān)系據(jù)統(tǒng)計(jì)降雨類型的滑坡約占滑坡總數(shù)的70%，同時(shí)調(diào)查表明95%的降雨型滑坡發(fā)生于雨季［17］。對(duì)1967～2010年80個(gè)氣象站逐日降水量資料與滑坡災(zāi)害的關(guān)系分析表明，滑坡與雨型、前期降水等具有顯著關(guān)系，根據(jù)甘肅實(shí)際降雨可歸類為連陰雨型、暴雨(雷暴)、前期—暴雨型、持續(xù)暴雨型(表1)。根據(jù)對(duì)汶川地震、岷縣漳縣6.6級(jí)地震研究表明，地震烈度大于6度區(qū)時(shí)，各種雨型對(duì)應(yīng)的滑坡臨界雨量呈顯著下降趨勢(shì)，降幅可達(dá)20%～50%［18－19］。例如2013年7月25日，岷縣漳縣地震災(zāi)區(qū)烈度Ⅵ度區(qū)范圍內(nèi)降雨量?jī)H30mm，就出現(xiàn)了大量的小型滑坡，對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)造成了嚴(yán)重的影響。

3.2.2滑坡預(yù)警模型構(gòu)建前述分析表明，滑坡與雨型、過程等有著直接的關(guān)系。根據(jù)歷史滑坡災(zāi)害資料、降雨資料和災(zāi)害易發(fā)度綜合統(tǒng)計(jì)分析，并借鑒國內(nèi)外研究應(yīng)用成果，建立基于綜合有效累積降雨量的滑坡24h趨勢(shì)預(yù)警模型和基于實(shí)時(shí)雨量的滑坡實(shí)時(shí)預(yù)警模型。(1)滑坡24h趨勢(shì)預(yù)警模型基于綜合有效累積降雨量，并考慮地震影響，建立滑坡24h趨勢(shì)預(yù)警模型。式中:RL為綜合有效累計(jì)雨量，Ri為前i天實(shí)測(cè)雨量，包括當(dāng)日最新實(shí)況雨量(i=0－4)，RF為24h預(yù)報(bào)雨量。a為前期降雨影響時(shí)間衰減系數(shù)，一般取0.5～0.8，b為地震烈度修正系數(shù)，取1.25～2.0。對(duì)應(yīng)不同的災(zāi)害預(yù)警等級(jí)和災(zāi)害易發(fā)度等級(jí)，兩者共同確定某一綜合有效累積雨量值為該易發(fā)區(qū)內(nèi)該預(yù)警等級(jí)的指標(biāo)臨界值，具體數(shù)值可根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。(2)基于實(shí)時(shí)雨量的滑坡預(yù)警模型目前甘肅省氣象、水利、國土等部門建設(shè)的雨量計(jì)接近4000處，網(wǎng)格密度5～30km2，基本可以滿足滑坡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。因此綜合考慮不同雨型特征，建立基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的區(qū)域滑坡預(yù)警模型。采用臨界雨量系數(shù)來表征。公式(6)適用于1h、3h、6h暴雨雨量計(jì)算;公式(7)適用于12h和24h暴雨雨量計(jì)算。

3.2.3滑坡氣象預(yù)警等級(jí)劃分根據(jù)全國統(tǒng)一的地質(zhì)災(zāi)害氣象等級(jí)，將甘肅省地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)(表2)，當(dāng)預(yù)報(bào)出現(xiàn)1～3級(jí)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，對(duì)外預(yù)報(bào)或預(yù)警。

3.3泥石流預(yù)警指標(biāo)和方法

3.3.1泥石流與降水的關(guān)系分析對(duì)甘肅東部武都北峪河、舟曲三眼峪溝、天水市樺林溝、羅峪溝等典型泥石流的22組成災(zāi)過程研究表明:泥石流發(fā)生時(shí)的10min雨強(qiáng)最小值為8.3mm，最大值為24mm，說明災(zāi)害性泥石流的暴雨初始雨強(qiáng)是非常大的;泥石流發(fā)生的時(shí)間大都集中在一場(chǎng)降雨的前期，主要集中于3h之內(nèi)，3h雨量達(dá)到了過程雨量的45%～100%(表3)。進(jìn)一步研究表明，降水量與降水歷時(shí)呈指數(shù)相關(guān)(圖3，表4)，相關(guān)系數(shù)在0.89～0.99，說明引發(fā)泥石流的降水過程具備一定的規(guī)律性，四條典型泥石流發(fā)生的10min雨量差別不同，在圖3上基本重復(fù)，而隨著時(shí)間的增加則出現(xiàn)自南而北、自西向東雨量不斷增大的趨勢(shì)。

3.3.2泥石流臨界雨量確定根據(jù)省內(nèi)各地資料狀況，選用歷年積累的泥石流災(zāi)害調(diào)查資料、實(shí)測(cè)大暴雨資料和歷史洪水調(diào)查資料，優(yōu)先選擇資料較為充足完善的地方，依據(jù)上述典型泥石流研究方法，采用內(nèi)插法計(jì)算全省不同時(shí)段泥石流臨界雨量值。

3.3.3泥石流實(shí)時(shí)預(yù)警模型泥石流的發(fā)生和雨強(qiáng)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因此當(dāng)預(yù)警判據(jù)中的臨界雨量達(dá)到下限時(shí)，已開始產(chǎn)生泥石流，當(dāng)30min降雨達(dá)到臨界雨量時(shí)，則可能暴發(fā)大規(guī)模的泥石流;根據(jù)牛最榮［21］等研究，同一流域內(nèi)各時(shí)段暴雨和高程具有密切關(guān)系，暴雨雨量隨高程增高而增大，并呈直線相關(guān)。因此基于泥石流暴發(fā)的雨強(qiáng)特征，建立基于臨界雨量和實(shí)時(shí)雨量為參照的泥石流預(yù)警模型，該模型考慮高程對(duì)暴雨雨量的影響。

3.3.4泥石流預(yù)警等級(jí)劃分參照滑坡預(yù)警等級(jí)，泥石流預(yù)警等級(jí)仍設(shè)定為四級(jí)，當(dāng)1/6h、1/2h、1h、3h臨界雨量系數(shù)符合表8的規(guī)定時(shí)，分別對(duì)應(yīng)于藍(lán)色、黃色、橙色、紅色預(yù)警(表8)。

4預(yù)警模型檢驗(yàn)

2013年甘肅省連續(xù)遭受強(qiáng)降水、暴雨襲擊，從5月14日開發(fā)預(yù)警信息，直到9月24日結(jié)束，省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警平臺(tái)共122次地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警產(chǎn)品(因降雨范圍、強(qiáng)度發(fā)生變化而有34個(gè)降雨日一天內(nèi)了兩次預(yù)警信息)，其中紅色預(yù)警信息(Ⅰ級(jí))9次、橙色預(yù)警信息(Ⅱ級(jí))37次，黃色預(yù)警信息(Ⅲ級(jí))68次、藍(lán)色預(yù)警信息(Ⅳ級(jí))8次。成功預(yù)報(bào)367起地質(zhì)災(zāi)害(圖2)，轉(zhuǎn)移安置145868名群眾，114363.9萬元財(cái)產(chǎn)及時(shí)的進(jìn)行了避讓，有效的保護(hù)了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。本年度是首次采用24h預(yù)報(bào)、臨災(zāi)(2～6h)預(yù)報(bào)，預(yù)警信息量是多年平均量的150%，地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域成功預(yù)報(bào)率達(dá)22.82%。典型案例如天水6.20、甘肅東部7.25(包含岷縣漳縣地震災(zāi)區(qū))(圖4)、文縣8.7等強(qiáng)降水過程引發(fā)的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害。

5結(jié)論

本文針對(duì)甘肅省地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警需求，在前期已有模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化了滑坡24h害氣象預(yù)警模型，提出了滑坡、泥石流實(shí)時(shí)預(yù)警模型，并在實(shí)際中應(yīng)用得到了很好的效果。(1)滑坡與前期降雨有直接的關(guān)聯(lián)，在地震烈度大于Ⅵ度區(qū)，滑坡的臨界降雨量將顯著降低，基于這一認(rèn)識(shí)，在模型中引入了地震影響系數(shù)和前期降水量衰減系數(shù)，建立了滑坡24h趨勢(shì)預(yù)警模型和1h、3h、6h實(shí)時(shí)預(yù)警模型，并界定了不同預(yù)警等級(jí)的臨界雨量系數(shù)取值范圍。(2)根據(jù)典型泥石流和降雨關(guān)系研究表明，泥石流的發(fā)生和暴雨歷時(shí)具有很好的相關(guān)關(guān)系，基于此給出了甘肅省不同區(qū)域、不同時(shí)段泥石流臨界雨量，采用臨界雨量系數(shù)建立了泥石流實(shí)時(shí)預(yù)警模型，并界定了不同預(yù)警等級(jí)的臨界雨量系數(shù)取值范圍。(3)2013年的反饋資料表明，地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品準(zhǔn)確率可以達(dá)到22.82%以上，可以指導(dǎo)地方政府的防災(zāi)減災(zāi)工作，促進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)工作。

作者：郭富赟宋曉玲謝煜孟興民單位：甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室