劉世業(yè)，梁仁全，李燦，楊品興，蘇春梅，蘇有東，黎時迪

（1.浦北縣氣象局，廣西 浦北 535300；2.浦北縣國土資源局，廣西 浦北 535300）

強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害氣象預警指標及應用研究

劉世業(yè)1，梁仁全2，李燦1，楊品興1，蘇春梅1，蘇有東2，黎時迪1

（1.浦北縣氣象局，廣西 浦北 535300；2.浦北縣國土資源局，廣西 浦北 535300）

通過對浦北縣境內(nèi)2006—2013年期間不同強降水天氣過程有效降雨量累計與地質(zhì)災害發(fā)生情況分析，結(jié)合縣域地形、地貌等地質(zhì)環(huán)境，分區(qū)域建立了強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害的預警指標體系，經(jīng)過2014-2015年強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害氣象預警服務檢驗，結(jié)果與實況基本相符。這一結(jié)果對今后開展地質(zhì)災害氣象監(jiān)測預警服務有重要意義。

強降雨；地質(zhì)災害；指標；服務

廣西浦北縣位于桂東南，地處六萬山余脈，群山環(huán)抱，山地、丘陵占國土面積80%以上，斜坡陡峭，地質(zhì)環(huán)境脆弱。據(jù)國土部門調(diào)查［1］，至2012年底止，全縣境內(nèi)存在崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流等地質(zhì)災害隱患點多達1065處，是廣西境內(nèi)地質(zhì)隱患點最多的縣（區(qū)、市）之一。進入二十一世紀以來，隨著農(nóng)村人口的增加及農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，依山而建或挖山建房的農(nóng)村住宅日益增多，加上山區(qū)道路的修建或拓寬等人類工程活動頻繁，致使浦北縣地質(zhì)災害隱患點潛在危害呈加重的趨勢。如2006年7月 17日的強降水天氣過程誘發(fā)全縣境內(nèi)多處地質(zhì)災害發(fā)生和房屋大面積倒塌，曾造成19人死亡的特大事件。為了避免群死、群傷事件的再次發(fā)生，每年汛期一旦出現(xiàn)暴雨天氣過程或者預報未來24—48小時出現(xiàn)持續(xù)性暴雨天氣過程時，縣委、縣政府立即要求縣、鄉(xiāng)、村、屯四級干部深入各村、屯，動員和協(xié)助隱患點及其臨近群眾的撤離，最大限度地避免或減少人員傷亡。由于縣境內(nèi)地質(zhì)災害具有群發(fā)、突發(fā)、規(guī)模小、分布區(qū)域廣等特點，每次暴雨天氣過程的組織撤離，尤其是夜間的組織撤離，不僅極大地增加了各級干部的工作量和工作難度，也給各地群眾生產(chǎn)、生活、休息、安全等帶來極大不便，各級干部精神壓力倍增。因此，能否構(gòu)建由強降雨引發(fā)的地質(zhì)災害氣象預警指標，以便針對性地組織開展撤離，已成為各級領(lǐng)導、干部十分關(guān)注和期待解決的重大問題。目前，關(guān)于暴雨誘發(fā)地質(zhì)災害的研究國內(nèi)已有不少的報道［2-12］，但地質(zhì)災害的發(fā)生與否，除與降水強度、累積量等有關(guān)外，還在很大程度上取決于隱患點的地質(zhì)、地貌、植被覆蓋度、人為干預程度等，即強降雨引發(fā)的地質(zhì)災害氣象預警指標具有很強的地域性特點。因此，本文擬通過對廣西浦北縣歷年地質(zhì)災害與境內(nèi)強降雨過程的關(guān)系分析，找出相符當?shù)丨h(huán)境的強降雨引發(fā)的地質(zhì)災害氣象預警指標，以便為今后開展突發(fā)性地質(zhì)災害氣象預報預警服務提供科學依據(jù)具有十分重要意義。

圖1 λ=0.9前10日有效降水變化曲線

圖2 λ=0.8前10日有效降水變化曲線

圖3 λ=0.7前10日有效降水變化曲線

圖4 λ=0.6前10日有效降水變化曲線

圖5 λ=0.5前10日有效降水變化曲線

1 資料來源及處理

1.1 地質(zhì)災害災情調(diào)查資料

采用2006年至2015年氣象災害災情資料，地質(zhì)災害的災情資料來源于浦北縣國土資源局，人員傷亡、房屋倒塌等資料來源于浦北縣民政局和浦北縣氣象局氣象資料年報表備注欄的災情紀要。

1.2 地質(zhì)災害信息資料

地質(zhì)災害隱患點信息，地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)的區(qū)劃資料均來源于浦北縣國土資源局。

1.3 氣象資料

2006年至2015年浦北縣境內(nèi)逐日降雨量資料來源于浦北縣氣象局、廣西氣候檔案館。

1.4 資料處理

由于一次降雨并不一定會導致地質(zhì)災害的發(fā)生，單憑一天或一次的降雨量來判定地質(zhì)災害是否發(fā)生是不科學的，歷史上也出現(xiàn)過當天降雨量很小，但也出現(xiàn)地質(zhì)災害，因為前幾天出現(xiàn)連續(xù)強降雨。同時也出現(xiàn)過某一段時間的累計降雨量很大，但也不出現(xiàn)地質(zhì)災害，原因是每次降雨中只有部分降雨量對地質(zhì)災害的發(fā)生起作用，時間間隔越長作用越小，累計降雨量顯然不能作為臨界降雨量，因此，應采用一段時間的當天降雨量分別乘以當天有效降雨系數(shù)來得到有效降雨量，根據(jù)有效降雨量來判定地質(zhì)災害發(fā)生的可能性才是最科學的。鑒于地質(zhì)災害發(fā)生前的降水，距離災害發(fā)生時的時間間距越長，降水量對災害貢獻呈越小，為了客觀地反映前期降水對地質(zhì)災害發(fā)生的作用，有效降雨量計算擬采用冪指數(shù)形式，具體計算模型如下：

式中：RC為有效降雨量；R0為地質(zhì)災害發(fā)生日降雨量；R1為地質(zhì)災害發(fā)生前一日降雨量；Rn為地質(zhì)災害發(fā)生前n日降雨量，n為有效降雨日數(shù)，n取7、8、9、10；λ為有效降雨系數(shù)，取0.3、04、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。

2 結(jié)果分析

2.1 確定與地質(zhì)災害發(fā)生密切關(guān)系的有效降雨量

指標

國內(nèi)外眾多文獻資料【2-10】，以及本縣歷年地質(zhì)災害災情證實，除地殼運動或人為因素干擾可誘發(fā)地質(zhì)災害外，強降水過程是誘發(fā)地質(zhì)災害的最主要因素。因此，對特定或固定區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境而言，一旦強降水過程有效雨量累計到某一閾值，即可能發(fā)生不同程度的地質(zhì)災害。由此可見，預測特定區(qū)域地質(zhì)災害發(fā)生與否，關(guān)鍵是能否確定臨界的有效降雨量，而臨界有效降雨量的確定，則取決于有效降雨日數(shù)n和有效降雨系數(shù)λ的確定。

2.1.1 有效降雨日數(shù)n值的確定

圖6 地質(zhì)災害發(fā)生數(shù)與有效降雨量線性關(guān)系圖

選取2006-2013年以來重要降雨過程當天和前10天降水實況與人員傷亡、山體滑坡發(fā)生數(shù)進行統(tǒng)計分析，從歷年地質(zhì)災害發(fā)生時的降水天氣過程看，降水天氣過程連續(xù)7天以上有2006年7月11日至7月17日，2008年6月3日至6月9日，2008 年6月12日至6月18日，2010年6月21日至6 月27日，2011年6月24日至6月30日，2013年4 月23日至4月29日等6次，降水天氣過程連續(xù)8天以上有2006年7月10日至7月17日，2008年6 月2日至6月9日，2010年6月20日至6月27日，2011年6月24日至6月30日，2013年4月23日至4月29日等5次；降水天氣過程連續(xù)9天以上有2006年7月9日至7月17日，2008年6月1日至6月9日共2次；降水天氣過程連續(xù)10天以上有2006年7月8日至7月17日，2008年5月30日至6月9日共2次。事實上，從影響浦北縣歷年汛期的降水天氣系統(tǒng)看，降水天氣系統(tǒng)的維持天數(shù)極少超過8天。

表1 地質(zhì)災害發(fā)生數(shù)關(guān)系與有效降雨量關(guān)系表

表2 雨量等級劃分表

根據(jù)公式（1），取不同的λ值，分別統(tǒng)計2006 年7月17日——2013年11月11日27次降水天氣過程當天、前1天、前2天、前3天、前4天、前5天、前6天、前7天、前8天、前9天、前10天的累積有效降雨量，并繪制累積有效降雨量變化曲線 （圖1-5），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：強降雨天氣過程的有效降雨量累計值隨時間的變化幅度與值大小有關(guān)，但當n≥7時，27次強降雨天氣過程的有效降雨量累計值變化極少，大部分過程接近某一常數(shù)值。

不同年份地質(zhì)災害發(fā)生前7天（n=7）、前8天（n=8）、前9天（n=9）、前10天（n=10）的不同有效降雨系數(shù)的有效降雨量累計值也可以看出：有效降雨量累計值差異極小。

由此可見，對浦北縣地質(zhì)災害造成影響的降雨量是當天及前7天的降雨量，再往前的降雨量對地質(zhì)災害的作用非常小，可忽略不計。因此，采用n=7來計算有效降雨量。

2.1.2 有效降雨量系數(shù)λ值的確定

仍采用2006年7月17日——2013年11月11 日27次降水天氣過程年當日降雨量及前7天不同λ值的有效降雨量與其對應的地質(zhì)災害數(shù)進行分析，得各點在不同入值的相關(guān)關(guān)系值。

由表3可知，當λ=0.6時，有效降雨量與地質(zhì)災害發(fā)生的相關(guān)性最大，為0.7473。故采用λ=0.6作為浦北縣強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害的有效降雨系數(shù)。

2.2 強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害有效降雨量預警指標等級劃分

2.2.1 強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害有效降雨量預警臨界閥值的確定

根據(jù)以上分析，采用有效降雨量作為誘發(fā)地質(zhì)災害的降雨量指標，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)及公式（1），λ取0.6、n取7，計算的有效降雨量與地質(zhì)災害數(shù)量進行線性分析，見圖6。

根據(jù)地質(zhì)災害發(fā)生數(shù)與有效降雨量線性關(guān)系公式：y=35.028x+100.89，x為地質(zhì)災害發(fā)生數(shù)，y為有效降雨量，計算的有效降雨量與累計地質(zhì)災害數(shù)量的關(guān)系，見表1。

根據(jù)以上分析結(jié)果，有效降雨量大于100mm時出現(xiàn)地質(zhì)災害，有效降雨量達到346.1mm時最嚴重，為了便于預報預警，結(jié)合氣象預報降雨等級劃分（表2），將有效降雨量100mm作為低度危險的閥值，將有效降雨量175 mm作為中度危險的閥值，將有效降雨量250 mm作為高度危險閥值，將有效降雨量大于350 mm作為極度危險的閥值，分為四級進行預警預報。

2.2.2 強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害有效降雨量預警指標等級劃分

根據(jù)有效降雨量的臨界閥值，將浦北縣地質(zhì)災害氣象預警等級分為4個等級。紅色預警：地質(zhì)災害發(fā)生的可能性很大，極度危險；橙色預警：地質(zhì)災害發(fā)生的可能性大，高度危險；黃色預警：地質(zhì)災害發(fā)生的可能性較大，中度危險；藍色預警：地質(zhì)災害發(fā)生的可能性小或較小，低度危險（表3）。

2.2.3 基于地質(zhì)環(huán)境的強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害有效降雨量預警指標等級劃分

浦北縣地處六萬山余脈，地勢北高南低，從東北向西南傾斜，東北部以山嶺為主，中部丘陵居多，南部屬小平原地帶，最高處為葵扇頂，海拔1118m。浦北縣為丘陵地帶，地質(zhì)主要是花崗巖，少部分為石灰?guī)r。全縣土壤主要有水稻土、紅壤土、黃壤土、沙壤土，土質(zhì)疏松。

根據(jù)浦北縣地質(zhì)災害隱患點的分布和歷史上發(fā)生災害的有關(guān)資料分析，浦北縣地質(zhì)災害的分布有明顯的區(qū)域性，東北部的六萬山區(qū)和中部的五黃山區(qū)地質(zhì)災害隱患點比較集中，也容易出現(xiàn)地質(zhì)災害，為地質(zhì)災害中、高易發(fā)區(qū)，南部泉水、石埇、安石、大成等鎮(zhèn)一帶地勢平坦，地質(zhì)災害隱患點很少，不容易發(fā)生地質(zhì)災害，為地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)。根據(jù)浦北縣國土部門對地質(zhì)災害的區(qū)劃，浦北縣地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)劃分為高易發(fā)區(qū)，中易發(fā)區(qū)，低易發(fā)區(qū)，不易發(fā)區(qū)等四個區(qū)域（圖7，見彩頁）。

由于浦北縣不同易發(fā)區(qū)發(fā)生地質(zhì)災害的程度不同，同一有效雨量指標在不同的易發(fā)區(qū)發(fā)生地質(zhì)災害的易發(fā)程度和危害程度不同，為了更好地反映不同易發(fā)區(qū)的預警等級，針對不同區(qū)域的地質(zhì)災害易發(fā)程度，定性判斷在一定降雨強度下發(fā)生地質(zhì)災害的可能性大小，將浦北縣地質(zhì)災害氣象預警等級每個易發(fā)區(qū)分為4個等級，4個易發(fā)區(qū)共16個等級（表4）。

2.3 強降雨誘發(fā)地質(zhì)災害有效降雨量預警指標的檢驗與應用

2.3.1 預警指標的檢驗

通過對2014-2015年出現(xiàn)的重大天氣過程進行檢驗，出現(xiàn)預警共12次，其中藍色7次，黃色5次。藍色預警7次，出現(xiàn)山體滑坡8處，房屋倒塌8間，緊急轉(zhuǎn)移避讓201人，成功避讓給22人，直接損失247萬元，避免財產(chǎn)損失135萬元；黃色預警5次，出現(xiàn)山體滑坡10處，房屋倒塌18間，緊急轉(zhuǎn)移避讓2731人，成功避讓給72人，直接損失273.8萬元，避免財產(chǎn)損失127.8萬元。從預報的效果來看是非常顯著的（表5）。

表3 浦北縣地質(zhì)災害預警等級劃分表|

表4 浦北縣地質(zhì)災害預警等級劃分表

2.3.2 預警指標的應用

根據(jù)前期實際降雨數(shù)據(jù)和氣象部門未來24小時降雨預報數(shù)據(jù)，計算出有效降雨量，結(jié)合各地質(zhì)災害區(qū)域的易發(fā)等級，分析判斷降雨誘發(fā)地質(zhì)災害的空間范圍及其可能性大小，確定地質(zhì)災害預報預警等級，該項任務可以通過開發(fā)地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)軟件來快速完成，目前，浦北縣氣象局和浦北縣國土局已聯(lián)合開發(fā)了浦北縣地質(zhì)災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，通過1年的試運行，取得了較好的效果。地質(zhì)災害預報預警可以通過一定程序報送政府統(tǒng)一向預報范圍內(nèi)發(fā)布或者直接通過氣象預警大喇叭有針對性的向預警區(qū)域發(fā)布，政府和國土等相關(guān)部門在接到警報后，應立即組織地質(zhì)災害隱患點所在的鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村、社的防災責任人與監(jiān)測責任人以及應急小分隊成員進入地質(zhì)災害隱患點現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)險情立即報警并組織群眾避險，變被動救災為主動防災，減少因地質(zhì)災害帶來的人員傷亡和財產(chǎn)損失。2015年7月下旬的強降雨過程，通過預報預警，組織人員撤離，緊急撤離2932人，成功避讓94人，避免人員傷亡94人，避免經(jīng)濟損失262.8萬元。

表5 2014-2015年重大降雨過程地質(zhì)災害發(fā)生情況驗證統(tǒng)計表

3 問題與思考

由于浦北縣地質(zhì)災害隱患點多面廣，隱患點所處的地形地貌變化大，隱患點信息和災情信息收集統(tǒng)計還不夠全面，部分災情資料沒有收集，個別災情出現(xiàn)的時間也不夠準確；雨量點分布不夠密，降雨量變化較大，本文采用的雨量資料是災害點附近區(qū)域自動氣象站的資料，與災害點的真實雨量有一定的出入，甚至相差比較大。由于以上的不足，使得本文統(tǒng)計的有效降雨量也存在一定的偏差，局部降雨量相差較大的地段甚至可能偏差也較大，因此本文主要目的是研究有效降雨量與地質(zhì)災害發(fā)生的氣象預警指標的原理與方法，并初步對不同易發(fā)區(qū)的地質(zhì)災害氣象預警等級進行劃分。建議下一步在地質(zhì)災害隱患點加密建設(shè)氣象觀測站，安裝雨量觀測和土壤濕度觀測設(shè)備，同時及時收集災情資料。隨著降雨量、土壤含水量及地質(zhì)災害資料不斷豐富，再繼續(xù)深入研究有效降雨量、土壤含水量與地質(zhì)災害發(fā)生的相關(guān)關(guān)系，并逐步修正預報預警指標，不斷提高地質(zhì)災害預報預警的準確性。

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The meteorological early warning index for geological disaster caused by heavy rain and its application

Liu shiye1，Liang renquan2，Li chan1，Yang pinxing1，Su chunmei1，Su youdong2，Li shidi1
（1.Guangxi Pubei County Meteorological Service，535300；2.Guangxi Pubei County Land and Resources Bureau，535300）

Based on the analysis of geological disaster and accumulating effective rainfall of different strong precipitation weather processes during 2006 to 2013 in Pubei county of Guangxi and combined with the geological conditions，the early warning indexes of heavy rainfall causing geological disaster were established.After the test of weather warning service condition during 2014 to 2015，the results were consistent with the fact.This result has significant meaning to the future development of geological disaster weather monitoring and warning services.

geological disaster； heavy rain；index；service

S422

A

1673-8411（2015）04-0028-06

2015-06-05

欽州市科學研究與技術(shù)開發(fā)項目＂浦北縣地質(zhì)災害氣象條件監(jiān)測預警業(yè)務系統(tǒng)＂資助，合同編號：2015270303作者簡介：劉世業(yè)（1966-），男，廣西浦北縣人，工程師，研究方向：應用氣象與服務。E-mail： pblsy@163.com