王國衛(wèi)，彭文祥

(1.中南大學地球科學與信息物理學院，長沙 410083;2.湖南省地質環(huán)境監(jiān)測總站，長沙 410007)

湖南省茶陵縣地質災害氣象預警區(qū)劃研究

王國衛(wèi)1,2，彭文祥1

(1.中南大學地球科學與信息物理學院，長沙 410083;2.湖南省地質環(huán)境監(jiān)測總站，長沙 410007)

地質災害的誘發(fā)因素包括自然因素和人為因素，自然因素主要為降雨，在確定的地質背景條件下，研究氣象和地質災害的關系，對今后地質災害預警預報與地質災害防災減災工作有著重要意義。在總結過去十年地質災害預警預報工作經(jīng)驗的基礎上，提出了地質災害氣象預警區(qū)劃方法。

地質災害;降雨閾值;氣象預警;區(qū)劃

1 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，地質災害造成重大人員傷亡的事故呈上升趨勢。為減少因地質災害造成的群死群傷事件，提高地質災害預警預報工作的準確度，國土資源部與中國氣象局于2003年6月1日啟動了全國地質災害預警預報工作，將氣象與地質災害預警預報工作緊密結合，10 a來，取得了良好效果，為地質災害防災減災工作提供了新的思路。本文以湖南省茶陵縣為例，進行地質災害氣象預警區(qū)劃研究。

2 地質環(huán)境條件

茶陵縣位于湖南東部，湘江支流洣水流域，屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，據(jù)茶陵氣象站1980～2014年統(tǒng)計資料，多年平均降水量1 461.9 mm，最大降水量2 208.7 mm，日最大降雨量270.7 mm，時最大降雨量124.8 mm。

茶陵縣地貌多屬山地和丘陵，山體起伏大，總體格局是：西北、東南山地矗立，地勢逐漸向中部傾斜，形成一個向西南敞開的丘陵性盆地。境內(nèi)除元古界、志留系、震旦系缺失外，從下古生界寒武系至新生界第四系均有分布。二云母花崗巖主要分布于東北部和東部地區(qū)。區(qū)內(nèi)山體連綿起伏，地質災害發(fā)育，全縣共有各類地質災害417處，多為降雨型地質災害。

3 地質災害氣象預警區(qū)劃原則與方法

3.1 地質災害氣象預警區(qū)劃原則

地質災害氣象預警區(qū)的劃分原則主要根據(jù)境內(nèi)地形地貌、地層巖性、水文地質等內(nèi)在決定因素， 結合大氣降水和人類活動等誘發(fā)地質災害的外部因素，充分考慮現(xiàn)狀地質災害發(fā)育強度、分布規(guī)律及發(fā)展趨勢， 采用定性分析為主、定量分析為輔， 定性分析與定量評價相結合進行預警區(qū)的劃分。

3.2 地質災害氣象預警區(qū)劃方法

采用單元網(wǎng)格法，在1∶5萬行政區(qū)圖上對全縣進行網(wǎng)格化，每個網(wǎng)格單元面積為1 km×1 km，面積不足一個單元格的，按標準單元格進行計算處理。采用計分法確定最小評價單元地質災害氣象預警級別，將相同級別最小評價單元進行合并，并對邊界進行平滑，繪制地質災害氣象預警區(qū)劃。

3.2.1 臨界降雨量的確定方法

斜坡類地質災害的主要誘發(fā)因素是降雨，一個地區(qū)往往有一個臨界降雨強度。因此，在進行地質災害氣象預警時，必須搞清楚該區(qū)域內(nèi)可誘發(fā)降雨型地質災害的最小雨量值(即臨界雨量)，并結合其他區(qū)劃要素的分析，進行地質災害氣象預報預警等級劃分。

本次研究將茶陵縣地質災害分為兩種情況，第一種為能夠確切知道發(fā)生時間的地質災害；另一種為不能準確知道發(fā)生日期但能確定發(fā)生月份的災害。然后針對此兩種分類的地質災害采用不同的方法進行降水雨量閾值分析。

(1) 具有準確發(fā)生時間的災害雨量

對具有準確發(fā)生日期的地質災害采用回放法，選取災害發(fā)生當天6 h和24 h(因降水過程而異)離發(fā)生災害點最近的區(qū)域自動雨量站的降雨量為致災雨量進行統(tǒng)計，為使臨界雨量值更具代表性，將同一(或相近)地點、同一降水過程地質災害頻次合并，以免重復統(tǒng)計同一降水數(shù)值。

基于以上汛期各次地質災害不同時段的降雨量統(tǒng)計結果，計算得出典型區(qū)域臨界雨量值。臨界雨量值的計算方法：

Rij臨界=min(Rij)(i,j= 1, 2, 3, 4, …,N)

式中，Rij臨界為典型流域地質災害臨界雨;Rij為第j次山洪災害對應i次降水過程的最大平均雨量。

(2) 不能確定準確發(fā)生時間災害的雨量

對于那些不能確定發(fā)生時間的地質災害(只能精確到月份)，我們按月份進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計時包含已知準確發(fā)生時間的地質災害樣本，即對所有的地質災害樣本進行統(tǒng)計。

設某月災害發(fā)生頻次為Z，降水量為R，可能致災降水頻次P，降水致災概率為G，P和G均為R的函數(shù)，有：G(R)=Z/P(R)，即致災概率=災害頻次/致災降水頻次；尋找降水閾值的過程亦即尋找與相應致災概率對應的致災降水量值得過程。為此，我們首先統(tǒng)計出某地點災害發(fā)生頻次和相應的致災降水頻次曲線，即降水量與相應降水頻次變化曲線。統(tǒng)計各時次降水量從20～100 mm(間隔10 mm)發(fā)生頻次，得到P與R的關系，進而得出G與R的關系G(R)，取致災概率G達到某一數(shù)值時對應的降水量R為臨界雨量值。G值通過公式中確定時間的災害發(fā)生頻次Z0與所求對應臨界雨量值降水發(fā)生頻次P0求出。

此外，根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)災害點多年最大降雨量平均值和臨界雨量的比例關系，得出臨界降雨系數(shù)，其數(shù)值大小直接說明了降雨誘發(fā)地質災害的相關程度。

(3) 閾值分級定義

降雨型地質災害發(fā)生概率決定于降水量強度的變化，根據(jù)經(jīng)驗，我們定義地質災害發(fā)生概率為30%的降水量為預報區(qū)閾值，發(fā)生概率為50%的降水量為預警區(qū)閾值，發(fā)生概率為70%的降水量為警報區(qū)閾值。

3.2.2 引發(fā)地質災害的閾值分析

采用2006～2014年期間由降雨引發(fā)的地質災害情況，對閾值進行分析驗證。得出各個時段的降雨量閾值。

(1) 6 h降水閾值圖(圖1)

(2) 24 h降水閾值圖(圖2)

4 地質災害氣象預警區(qū)劃評價

根據(jù)區(qū)內(nèi)地質環(huán)境條件和地質災害發(fā)育特征，綜合降雨量分布圖以及降雨閾值研究成果，對茶陵縣進行地質災害氣象預警區(qū)劃研究，將全縣分為3個大區(qū)，66個小區(qū)域(圖3)，其中五級預警區(qū)3個，四級預警區(qū)1個，3級預警區(qū)2個，各分區(qū)情況如下所述：

4.1 5級警報區(qū)

(1) 洣江-舲舫氣象預警警報區(qū)Ja1

分布于茶陵的中南部地區(qū)，包括洣江茶廠、舲舫鄉(xiāng)、桃坑鄉(xiāng)、青年水庫及石井電站的大部分地區(qū)，面積約319.6 km2，區(qū)內(nèi)短時降水(0～6 h)達到50 mm、短期(0～24 h)降水達到65 mm就有可能引發(fā)地質災害。

(2) 堯水氣象預警警報區(qū)Ja2

分布于嚴塘鎮(zhèn)西北部地區(qū)，面積約37.9 km2，區(qū)內(nèi)短時降水(0～6 h)達到65 mm、短期(0～24h)降水達到80 mm就有可能引發(fā)地質災害。

(3) 八團鄉(xiāng)氣象預警警報區(qū)Ja3

分布于茶陵北部的八團鄉(xiāng)部分地區(qū)，面積約10 km2，區(qū)內(nèi)短時降水(0～6 h)達到65 mm、短期(0～24 h)降水達到85 mm就有可能引發(fā)地質災害。

4.2 4級預警區(qū)

茶陵中部大部分地區(qū)氣象預警區(qū)Jb1:分布于茶陵縣中部除1級預警區(qū)的狹長地區(qū)和西南部，包括火田鎮(zhèn)、腰陂鎮(zhèn)、馬江鎮(zhèn)和洮水水庫大部分地區(qū)，面積約720.8 km2。區(qū)內(nèi)短時降水(0～6 h)達到70 mm、短期(0～24 h)降水達到90 mm就有可能引發(fā)地質災害。

4.3 3級預報區(qū)

(1) 茶陵西部預報區(qū)Jc1

分布于茶陵縣西部的潞水鎮(zhèn)、平水鎮(zhèn)、棗市鎮(zhèn)、界首鎮(zhèn)大部分地區(qū)，總面積約為641.9 km2，區(qū)內(nèi)短時降水(0～6 h)達到75 mm、短期(0～24 h)降水達到95 mm就有可能引發(fā)地質災害。

(2) 茶陵東部預報區(qū)Jc2

分布于茶陵東部的高隴鎮(zhèn)、嚴塘鎮(zhèn)東部地區(qū)，面積約765.2 km2，區(qū)內(nèi)短時降水(0～6 h)達到80 mm、短期(0～24 h)降水達到95 mm就有可能引發(fā)地質災害。

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STUDY ON THE DIVISION BY METEOROLOGICAL PREWARNING OF GEO-HAZARDS IN CHALING COUNTY, HUNAN PROVINCE

WANG Guo-wei1,2，PENG Wen-xiang1

(1.School of Geosciences and Info-Physics,Central South University, Changsha 410083,China；2.Geological environment monitoring station of Hunan Province, Changsha 410007,China)

The geological hazards can be induced by both natural factors and artificial factors. Precipitation is the main natural factor. Research on the relationship between meteorology and geological hazards under certain geological condition plays an important role not only in the early warning and prediction of Geo-hazards but also in protecting against and mitigating Geo-hazards. Methods of division by meteorological prewarning of Geo-hazards are suggested,which is based on the summary of Geo-hazards prewarning and prediction in the past 10 years.

geological hazards; precipitation threshold; meteorological rewarning ; Division

1006-4362(2015)04-0052-04

2015-06-28改回日期：2015-09-19

X43

A

王國衛(wèi)(1985- )，男，本科學歷，助理工程師，現(xiàn)就職于湖南省地質環(huán)境監(jiān)測總站，在中南大學攻讀巖土工程方向的在職研究生，主要從事地質災害調(diào)查、評價工作。E-mail:373933421@qq.com