梁國軍

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，廣西 南寧 530023)

0 引言

降雨是地質(zhì)災(zāi)害的觸發(fā)因素，根據(jù)降雨量進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報可以較大減少地質(zhì)災(zāi)害損失[1]。在分析大量地質(zhì)災(zāi)害資料和氣象資料的基礎(chǔ)上，探討了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與汛期降水過程及其動態(tài)特征之間的關(guān)系，建立了一定地質(zhì)環(huán)境特征條件下地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的氣象模式和預(yù)報系統(tǒng)[2-8]。文章將以地質(zhì)環(huán)境背景、災(zāi)點實地調(diào)查結(jié)果等條件為基礎(chǔ)，根據(jù)過去氣象資料和未來預(yù)報降雨量，試著建立地質(zhì)災(zāi)害的氣象預(yù)警預(yù)報模型，確定降雨致災(zāi)臨界雨量對地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)警預(yù)報。為大化瑤族自治縣(以下簡稱大化縣)防災(zāi)減災(zāi)工作提供重要理論依據(jù)。

1 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報思路

1)利用“3S”技術(shù)[遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)]，配合野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，確定區(qū)域內(nèi)各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的類型、數(shù)量、位置、規(guī)模及影響范圍，完成地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)資料收集工作。

2)根據(jù)調(diào)查和資料收集的結(jié)果，選取可能影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的各種因素，建立基于GIS的地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)，編制相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫和圖層，主要包括地質(zhì)災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫、坡度圖、高差圖、地貌圖、殘坡積土厚度分布圖、工程地質(zhì)巖組類型圖、地質(zhì)構(gòu)造形跡圖、降雨分布圖、人類活動強度分布圖等。

3)對該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害及其影響因素進行了相關(guān)分析，選擇了控制和影響地質(zhì)災(zāi)害的主要因素，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型進行定量計算，生成該區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃圖。

4)根據(jù)歷史資料，確定地質(zhì)災(zāi)害與降水因子之間的關(guān)系，得到地質(zhì)災(zāi)害的臨界降雨指數(shù)。

5)在對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度進行區(qū)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)歷史地質(zhì)災(zāi)害與各類降雨條件下降水的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型進行定量分析，確定各易發(fā)分區(qū)在各類降雨條件下地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報等級。

6)據(jù)據(jù)氣象預(yù)報確定的降雨范圍、降雨持續(xù)時間、降雨強度以及各地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害臨界雨量指數(shù)，可以對該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)警預(yù)報。

7)根據(jù)今后發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害事件，不斷修訂和完善地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)、降雨臨界值和地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報等級等。

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)劃

2.1 易發(fā)區(qū)劃分的方法

1)首先，根據(jù)大化縣地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征(主要指崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害)，確定控制和影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素(n個主要因素)，參與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價；以定性評價方法建立各參評因素的優(yōu)勢范圍，并根據(jù)定性評價結(jié)果將單因素評價分區(qū)劃分為4個等級，賦單因素評價值(Yi)。

2)采用專家打分法確定各因素權(quán)重值(Wi)。

3)在GIS平臺上進行多因素“疊加分析(overlay)”，根據(jù)各參與因素將大化縣劃分為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性不同的區(qū)域。

4)根據(jù)各分區(qū)單因素評價得分及各因素權(quán)重值，采用加權(quán)的方法計算各分區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價值(R)。按地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價得分的高低，進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)。

2.2 評價因素選取及單因素區(qū)劃

根據(jù)工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生發(fā)育特征，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因素總體結(jié)構(gòu)見圖1。單因素選取及評價賦值標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因素結(jié)構(gòu)圖

表1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價中各參評因素賦值標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重分配

2.3 評價因素權(quán)重的確定

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)點密度、地貌類型、地形坡度、相對高差、殘坡積層厚度、工程地質(zhì)巖組、降雨、人類工程活動特征等8個評價因素的權(quán)重得分，計算各因素的算術(shù)平均值作為該因素的權(quán)重(表1)，總權(quán)重值為1。

2.4 基于GIS的信息量疊加

利用ArcGIS系統(tǒng)空間分析功能，對參與評價的8張單因素圖進行疊加分析(Analysis Tools-> Overlay-> INTERSECT)，得到1564個具有疊加屬性的不同分區(qū)。

2.5 易發(fā)性綜合評價及易發(fā)區(qū)的劃分

采用加權(quán)的方法計算各分區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價值，其數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中：R為評價單元內(nèi)綜合評價值；Wi為評價單元內(nèi)評價因子的權(quán)重；Yi為評價單元內(nèi)評價因子的標(biāo)準(zhǔn)值；n為評價單元內(nèi)評價因子的數(shù)量。

在上述疊加分區(qū)的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS系統(tǒng) “字段計算(Data Management Tools->Fields-> Calculate Field)” 功能，根據(jù)式(1)和表1中列出的各因素權(quán)重值，計算出11 215個分區(qū)各自的綜合評價值。為便于對易發(fā)區(qū)進行分類，根據(jù)綜合評價值對每個區(qū)域進行漸變顏色劃分(圖2)。

圖2 大化縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合評價值區(qū)劃圖

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價得分，劃分地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)。本次采用突變點法進行測定。經(jīng)統(tǒng)計分析，以突變點作為易發(fā)程度分區(qū)的邊界值，并將區(qū)域劃分為4個不同等級的高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)。

同時，對大化縣縣境北部的小面積巖溶區(qū)出現(xiàn)的巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害，采用定性—半定量相結(jié)合的方法進行評價，參考中國地質(zhì)調(diào)查局《1∶5萬巖溶地面塌陷調(diào)查規(guī)范(送審稿)》，具體評價方法步驟如下：

第一步 從影響巖溶塌陷的“巖-土-水”相互作用分析，確定單因素對易發(fā)性的影響程度(表2)。根據(jù)大化縣巖溶區(qū)的特征，其灰?guī)r巖溶發(fā)育程度中等，土層厚1～45 m，雙層結(jié)構(gòu)，巖性上部為顆粒較小的黏土層，下部為顆粒較粗的砂土、砂礫石層，地下水年水位埋深2～5 m，均在基巖面以上波動，年水位變幅2～10 m，已有的塌陷坑密度<2個/10 km2，按照就高原則，各級只要有一個滿足即定為該級別，大化縣巖溶區(qū)基巖、土層、地下水、已有塌陷對巖溶塌陷的影響分別評為“中、中、中、低”。

表2 巖溶塌陷主要影響因素

第二步 根據(jù)基巖巖溶發(fā)育程度和第四系覆蓋層特征，綜合評價地質(zhì)構(gòu)造對巖溶塌陷易發(fā)性的影響程度(表3)。大化縣巖溶區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)對巖溶塌陷易發(fā)性的影響程度為“中”。

表3 地質(zhì)結(jié)構(gòu)對易發(fā)性的影響

第三步 根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水對易發(fā)性的影響程度、現(xiàn)有塌陷坑(土洞)密度進行巖溶塌陷易發(fā)性定性評價(表4)，巖溶塌陷易發(fā)性分為高易發(fā)性、中易發(fā)性及低易發(fā)性三個等級。根據(jù)以上論述，大化縣巖溶區(qū)各評價指標(biāo)對巖溶塌陷的影響如下：地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響為中，地下水影響為中，塌陷坑密度為低。

表4 巖溶塌陷易發(fā)性評價

綜上所述，大化縣的巖溶區(qū)劃分為地面塌陷中易發(fā)區(qū)，大化縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖見圖3。

圖3 大化縣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖

3 臨界降水指標(biāo)的確定

降雨是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最主要誘發(fā)因素，降雨對地質(zhì)災(zāi)害的影響一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點，以往眾多學(xué)者從降水歷時、降雨量和降水強度等方面對滑坡預(yù)報開展過研究。受現(xiàn)有降雨資料的限制，本次工作主要采用當(dāng)日降水強度指標(biāo)進行預(yù)報。

當(dāng)日降水強度與滑坡、崩塌關(guān)系統(tǒng)計表見表5，據(jù)此繪制折線圖4。圖4顯示了隨著降水強度的增加，滑坡和崩塌發(fā)生的數(shù)量呈強階式增多，2處高臺階分別出現(xiàn)在50 mm和120 mm，其中，日降水強度從50 mm增至60 mm，滑坡、崩塌由24處增至53處，滑坡、崩塌總數(shù)增29處，日降水強度從120 mm增至130 mm，滑坡、崩塌總數(shù)劇增28處。故日降水強度50 mm和120 m可作為臨界降雨量閥值。

表5 滑坡崩塌數(shù)量與日降雨量之間關(guān)系統(tǒng)計

圖4 滑坡、崩塌數(shù)量與日降雨量關(guān)系折線圖

4 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警預(yù)報

4.1 降水閥值及危險性等級劃分

根據(jù)第4.3節(jié)的統(tǒng)計分析，可把降水危險性劃分為3個等級：高危險性、中危險性、低危險性，分別對應(yīng)50 mm和120 m兩個降雨量閥值(表6)。

表6 誘發(fā)滑坡、崩塌的降水閥值及危險性等級劃分

4.2 預(yù)警預(yù)報等級的劃分

根據(jù)降雨量的強度，調(diào)查區(qū)分為4個預(yù)警等級：藍(lán)色預(yù)警區(qū)(Ⅰ)和黃色預(yù)警區(qū)(Ⅱ)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性分別為“小”和“較小”；橙色預(yù)警區(qū)(Ⅲ)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性較大；紅色預(yù)警區(qū)(Ⅳ)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。

參照區(qū)內(nèi)浦北、靈山、平南縣等縣份詳查中預(yù)警等級劃分依據(jù)，結(jié)合本項目實際，大化縣預(yù)警區(qū)等級劃分見表7，將降雨量危險等級和災(zāi)害易發(fā)區(qū)等級進行疊加，分別得出低危險性、中危險性、高危險性降雨閥值對應(yīng)的預(yù)警區(qū)劃圖。

表7 大化縣預(yù)警區(qū)等級劃分

4.3 預(yù)警預(yù)報信息的發(fā)布

根據(jù)氣象部門未來24 h的降雨預(yù)報資料和前期的實際降雨資料，結(jié)合各地質(zhì)災(zāi)害區(qū)的易發(fā)等級，分析判斷發(fā)生降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的空間范圍和可能性，確定地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報等級(圖5)。這個任務(wù)可以通過參考圖5來快速完成。

圖5 大化縣不同降雨量地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃圖

編制地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報報告，應(yīng)當(dāng)按規(guī)定程序報送政府，并在預(yù)報范圍內(nèi)進行統(tǒng)一公告。對于三級以上發(fā)布預(yù)報，其中Ⅱ級為注意級，Ⅲ級為預(yù)警級，Ⅳ級為警報級。

1)當(dāng)發(fā)生臺風(fēng)特大暴雨天氣(或3 h降雨量≥100 mm或6 h降雨量>80 mm)時，所有地質(zhì)災(zāi)隱患點進入到警報級，在接到警報后，縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土資源系統(tǒng)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人以及應(yīng)急小分隊成員進入地質(zhì)災(zāi)害隱患點現(xiàn)場，應(yīng)立即組織地質(zhì)災(zāi)害隱患點受威脅人員或位于居住于高陡邊坡下的人員撤離至安全地帶，并做好地質(zhì)災(zāi)害防御和搶險工作。

查圖位于紅色預(yù)警區(qū)的村莊，應(yīng)立即組織防災(zāi)監(jiān)測負(fù)責(zé)人和搶險隊員進入地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害隱患點和可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊，發(fā)現(xiàn)危險后立即報警，組織群眾躲避危險，做好地質(zhì)災(zāi)害防治救援工作。

位于橙色預(yù)警區(qū)的村莊。鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人，在接到警報后，進入地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，加強地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)險情立即報警、組織群眾避險并做好地質(zhì)災(zāi)害防御和搶險工作。

2)當(dāng)日降雨量>120 mm(或3 h降雨量≥50 mm或6 h時降雨量≥80 mm)時，所有地質(zhì)災(zāi)害隱患點進入到預(yù)警級，縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土資源系統(tǒng)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人，在接到警報后，應(yīng)立即組織地質(zhì)災(zāi)害隱患點受威脅人員或位于居住于高邊坡下的人員撤離至安全地帶。

位于紅色預(yù)警區(qū)的村莊?？h鄉(xiāng)鎮(zhèn)國土資源系統(tǒng)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人，在接到警報后，進入地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)做好地質(zhì)災(zāi)害防范工作，發(fā)現(xiàn)險情立即報警、組織群眾避險并做好地質(zhì)災(zāi)害防御和搶險工作。

位于橙色預(yù)警區(qū)的村莊。鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人，在接到警報后，進入地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，加強地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)險情立即報警、組織群眾避險并做好地質(zhì)災(zāi)害防御和搶險工作。

3)當(dāng)日降雨量50～120 mm時，所有地質(zhì)災(zāi)害隱患點進入到注意級，鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人，在接到警報后，應(yīng)立即加強地質(zhì)災(zāi)害隱患點的監(jiān)測工作，并做好防范工作，組織穩(wěn)定性差的地質(zhì)災(zāi)害隱患點受威脅人員或位于居住于高邊坡下的人員撤離至?xí)簳r撤離至安全地帶。

位于在橙色預(yù)警區(qū)的村莊。鄉(xiāng)鎮(zhèn)村屯的防災(zāi)責(zé)任人與監(jiān)測責(zé)任人，在接到警報后，進入地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，加強地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)險情立即報警、組織群眾避險并做好地質(zhì)災(zāi)害防御和搶險工作。

5 結(jié)語

大化縣面積大，地形地貌變化大，區(qū)內(nèi)降雨量變化較大。目前收集到的降雨量資料只是到鄉(xiāng)一級的站點，調(diào)查大多數(shù)災(zāi)害點發(fā)生的具體時間難以確定，使得在工作區(qū)內(nèi)，降雨與地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)系不能從災(zāi)害發(fā)生的時間段進行準(zhǔn)確的分析。由于以上不足，使得本次統(tǒng)計的臨界降雨量可能存在一定的偏差。本預(yù)警體系尚未接受實際檢驗，有待于在后續(xù)工作中進一步完善。

建議在每個地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)建立3～5處雨量站，深入研究降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的深層次原因。通過以上工作，積累第一手資料，總結(jié)成功預(yù)防的經(jīng)驗，分析存在的問題，不斷提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警的準(zhǔn)確性。