貴州省強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)及應(yīng)用研究

李陽春 操麗 崔軍輝

1. 貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院 貴州 貴陽 550000 ；2. 武漢中地云申科技有限公司 湖北 武漢 430074

1 資料來源及處理

1.1 地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情調(diào)查資料

研究期間收集的各項資料，來源于2015年到2020年，在貴州省由于強(qiáng)降雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，其中房屋倒塌的資料，來源于貴州省民政局和貴州省氣象局氣象資料年報表備注欄的災(zāi)情紀(jì)要當(dāng)中的相關(guān)內(nèi)容。貴州省東靠湖南，南臨廣西，西接云南，北臨四川和重慶，東西長度約595km，南北相距約510km，地處中低緯度是云貴高原東側(cè)斜坡地帶，地貌是屬于中國西部高原。從貴州省國土總面積以及山地面積丘陵面積等多項指標(biāo)進(jìn)行分析，它的總面積為1767km2三地面積占到總體面積的87%，以上丘陵面積占到總面積的10%左右，平均面積僅僅占總面積的3%左右。調(diào)查資料可以看出，貴州省，以山地為主，大部分的地區(qū)的地表切割密度和深度都非常大。貴州省的土壤面積是1591100km2，占到全省土地面積的90%。它的地帶性土壤屬于中亞熱帶常綠闊葉林紅壤和黃壤地帶。貴州的巖石分布特征表現(xiàn)為以沉積巖的分布最為廣泛，而且發(fā)育最佳，除此之外火成巖的巖石種類最多，但是分布比較零星，電子眼的設(shè)置雖然不多，但相當(dāng)于主要分布在東南地區(qū)。從地質(zhì)構(gòu)造的角度進(jìn)行分析，貴州省的大地構(gòu)造位置，在貴州省區(qū)域地域自治當(dāng)中，就已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。貴州地區(qū)在不同的時期，分別位于武陵區(qū)造山帶內(nèi)帶加里東期造山帶內(nèi)帶，外帶前陸燕三期造山帶前陸的位置，是由此我們可以看出貴州地區(qū)的地質(zhì)特征，地質(zhì)的演化以及發(fā)展都受到武陵旋回氣的控制。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害信息資料

地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)信息，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的劃分資料，均來源于貴州省水利廳、貴州省氣象局。本次項目針對貴州省的地質(zhì)災(zāi)害信息資料的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討，在研究的過程當(dāng)中主要研究誘發(fā)滑坡的地形條件以及降水的條件等多項內(nèi)容，并以地形條件，降水條件作為研究的基礎(chǔ)，對貴州省的相關(guān)土質(zhì)滑坡和精細(xì)化預(yù)警模型進(jìn)行分析。主要針對貴州省強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討[1]。

1.3 氣象資料處理

此次研究過程分析的氣象資料，來源于2015年到2020年貴州省境內(nèi)逐日降水量質(zhì)量的相關(guān)內(nèi)容，這些數(shù)據(jù)來源于貴州省氣象局以及貴州省氣候檔案館。貴州是亞熱帶地區(qū)的一個省份，具有氣候溫和與涼沖配的特點(diǎn)，而且它光照適中是亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。從貴州的氣象水文的角度進(jìn)行分析，由于貴州省的地形本身具有地勢高差大，地形復(fù)雜的特點(diǎn)，所以它的氣候受其影響，也復(fù)雜多變。從平均氣溫的角度分析，貴州各地年平均氣溫在12℃到18℃之間。最高氣溫出現(xiàn)在7月份，最低氣溫出現(xiàn)在1月份極端最高的氣溫是在34℃以上。通過對貴州地區(qū)的氣候條件以及氣候特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，貴州降水水汽主要來自孟加拉灣和南海，這兩股暖濕氣流在貴陽的麻江一帶相會并形成非常豐富的教育。所以貴州地區(qū)存在與日多的特點(diǎn)而且時空分布不均勻，一般情況下降雨都分布在5月份到7月份之間，主要為陣性降雨以及暴雨，該時間段的降雨量達(dá)到全年的75%以上。11月份到4月份的降水量會明顯減少，該時間段的降雨量僅占年降水量的5%左右。貴州地區(qū)之所以會出現(xiàn)各種氣候?yàn)?zāi)害，其主要原因是它的日照少，陽光資源不充足。而且經(jīng)常會由于倒春寒，伏旱洪澇，冰雹，秋風(fēng)，連云雨等自然氣候而引發(fā)各種類型的災(zāi)害，這些由氣候引發(fā)的災(zāi)害主要有泥石流，滑坡，崩塌，水土流失等等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生并不是一次強(qiáng)降雨就可以造成，所以工作人員針對一次降雨的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不會得到與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的數(shù)據(jù)，單憑一天或者一次的降雨量，判斷地質(zhì)災(zāi)害是否發(fā)生是極其不科學(xué)的。通過對不同時期地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進(jìn)行分析。可以發(fā)現(xiàn)在歷史上經(jīng)常出現(xiàn)當(dāng)天降雨量很小，但也同時出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的情況，其主要原因是在降雨量小的前幾天已經(jīng)出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)降雨的情況，從而在一定程度上為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生奠定了基礎(chǔ)，使得地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率不斷提升，就算當(dāng)天的降雨量很小，也不能避免地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)。所以工作人員在以降雨量作為基礎(chǔ)分析和判斷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性時，需要采用一段時間的當(dāng)天降雨量，乘以當(dāng)天有效降雨系數(shù)，從而獲得有效降雨量的相關(guān)數(shù)據(jù)之后，再針對地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行判斷。以地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)以及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前降水量，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時間與降水的時間距離等多項數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，對災(zāi)害的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)距離災(zāi)害發(fā)生的時間間距越長，地質(zhì)災(zāi)害就越不可能受降雨量的影響。所以為了客觀地反映前期降水量對地質(zhì)災(zāi)害事件發(fā)生產(chǎn)生的影響進(jìn)行探討，工作人員需要以相關(guān)的計算模型作為基礎(chǔ)，計算有效降雨量。

2 結(jié)果分析

2.1 確定與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生密切關(guān)系的有效降雨量指標(biāo)

對國內(nèi)外眾多資料進(jìn)行收集，并結(jié)合貴州省歷年地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)除人為因素干擾以及地殼運(yùn)動而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之外。大部分的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，主要因素就是強(qiáng)降雨。特別是對一些特定的區(qū)域或者固定的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境來說，這些地質(zhì)環(huán)境具有一定的特殊性，所以一旦出現(xiàn)強(qiáng)降雨的情況之后，當(dāng)有效雨量累積到一定的房子，就會出現(xiàn)不同程度的地質(zhì)災(zāi)害問題。由此我們可以認(rèn)為對這些特定區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，可以通過分析有效降雨量和獲取準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。當(dāng)然臨界有效降雨量的確定還需要相關(guān)工作人員通過收集有效降雨日數(shù)以及有效降雨系數(shù)等多項指標(biāo)，確定在下為我們針對有效降雨日數(shù)和有效降雨系數(shù)以字母n和a代表。

選取2015年到2020年以來貴州省重大降雨過程當(dāng)天和前10天降雨實(shí)況和人員傷亡，山體滑坡發(fā)生的是數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計和分析，可以發(fā)現(xiàn)歷年的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，降水天氣過程持續(xù)7天以上的數(shù)量并不是非常多。而且事實(shí)上從影響貴州省歷年汛期降水天氣的系統(tǒng)來看，降水天氣系統(tǒng)維持天數(shù)很少有超過8天的情況。

其實(shí)在不同的地點(diǎn)和時間，地質(zhì)災(zāi)害在發(fā)生之前的7天和8天，9天和10天不同的有效降雨量累積數(shù)據(jù)存在一定的規(guī)律，而且這些規(guī)律表現(xiàn)為有效降雨量累計值的差異非常小。所以從這些數(shù)據(jù)當(dāng)中，我們也可以看出對貴州省地質(zhì)災(zāi)害造成影響的降雨量，主要是當(dāng)天以及前7天的降雨量，如果再往7天之前的降雨量進(jìn)行分析，這些降雨量的數(shù)據(jù)和信息，對地質(zhì)災(zāi)害的分析作用非常小，可以忽略不計，所以我們可以以n=7對降雨量進(jìn)行計算[2]。

有效降雨量系數(shù)a的確定需要以研究期間的降水天氣過程當(dāng)中，當(dāng)日降水量以及7天前不同的a值有效降雨量與當(dāng)時對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)進(jìn)行分析，將不同的點(diǎn)帶入到相應(yīng)的數(shù)值之后，得到a的具體數(shù)值。

2.2 強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害有效降雨量預(yù)警指標(biāo)等級劃分

通過上面的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在對誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的教育指標(biāo)進(jìn)行分析時，以有效降雨量作為基礎(chǔ)，并將其帶入到數(shù)據(jù)及公式當(dāng)中，可以獲得相應(yīng)的研究結(jié)果。而且通過對研究結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)有效降雨量大于100mm時，會出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的問題，當(dāng)有效降雨量達(dá)到346.1mm時，地質(zhì)災(zāi)害問題最為嚴(yán)重，一旦發(fā)現(xiàn)有效降雨量達(dá)到這一指標(biāo)，那么現(xiàn)場工作人員就需要進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報預(yù)警，并通過結(jié)合氣象預(yù)報降雨的等級劃分之后，將不同的降雨量作為不同地質(zhì)災(zāi)害危險的閾值總額，以有效降雨量作為強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

將有效降雨量，預(yù)警指標(biāo)等相關(guān)內(nèi)容收集之后，工作人員還需要以這些數(shù)據(jù)以及強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的類型進(jìn)行等級劃分。通過對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究以及探討，可以發(fā)現(xiàn)以有效劑量的臨界法制作為基礎(chǔ)，將貴州省地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警的實(shí)際發(fā)生情況以及設(shè)計指標(biāo)可以分成4個等級，分別為紅色預(yù)警，橙色預(yù)警，黃色預(yù)警和藍(lán)色預(yù)警。具體如表1所示。

表1 預(yù)警指標(biāo)等級劃分

上文已經(jīng)針對貴州省地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的分布情況，以及歷史上發(fā)布災(zāi)害的相關(guān)資料，進(jìn)行了簡單的探討，可發(fā)現(xiàn)貴州省地質(zhì)災(zāi)害分布的區(qū)域具有明顯性的特征而且地質(zhì)災(zāi)害的隱患點(diǎn)比較集中，這些隱患點(diǎn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率相對較高。但是一些不易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害問題的區(qū)域及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的程度不盡相同，統(tǒng)一有效的降雨量指標(biāo)，在不同容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的概率以及危害的程度具有較大的差距，所以為了更好地對不同地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害，容易發(fā)生區(qū)域的預(yù)警等級進(jìn)行反應(yīng)以及區(qū)分工作人員需要對降雨強(qiáng)度下發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大小進(jìn)行定性判斷[3]。

2.3 強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害有效降雨量預(yù)警指標(biāo)的檢驗(yàn)與應(yīng)用

在2016年到2020年期間出現(xiàn)重大天氣事故之后，相關(guān)工作人員針對強(qiáng)降雨的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢測，共出現(xiàn)12次預(yù)警。其中藍(lán)色預(yù)警有7次，黃色預(yù)警有5次，在7次藍(lán)色預(yù)警當(dāng)中有8處位置出現(xiàn)山體滑坡，共出現(xiàn)8次房屋倒塌的情況，共轉(zhuǎn)移了201人，成功避讓給22人出現(xiàn)了直接損失的情況，直接損失金額為247萬元，避免財產(chǎn)損失為135萬元。黃色預(yù)警次數(shù)為5次，在黃色預(yù)警出現(xiàn)之后共出現(xiàn)10次山體滑坡的情況，期間，有18間房屋倒塌的情況，有2731人緊急轉(zhuǎn)移人數(shù)為72人，避免損失財產(chǎn)有127.8萬元。從以上數(shù)據(jù)當(dāng)中我們可以看出預(yù)警指標(biāo)的應(yīng)用可以通過氣象局部門未來24小時的降雨預(yù)警數(shù)據(jù)以及實(shí)際的降雨數(shù)據(jù)計算出有效降雨量，結(jié)合不同地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域易發(fā)的等級判斷強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的空間范圍以及可能性的大小，從而避免直接經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡。

3 問題與思考

貴州省地質(zhì)災(zāi)害隱患存在點(diǎn)多面廣的情況，因?yàn)樗碾[患點(diǎn)所處的地形地方變化非常大，再進(jìn)行實(shí)際管理的過程當(dāng)中，我們通過收集隱患點(diǎn)采集信息之后，可以發(fā)現(xiàn)整體的數(shù)據(jù)收集情況，并不是非常的有效，最終統(tǒng)計的數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)和信息不夠，全面部分在其資料沒有得到有效的收集，特別是出現(xiàn)的時間也不夠準(zhǔn)確。除此之外通過對搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)雨量的分布不夠密集，降雨量變化的相關(guān)數(shù)據(jù)差距相對較大。所以本文在進(jìn)行分析時，雨量資料主要是根據(jù)災(zāi)害點(diǎn)附近區(qū)域的自動降雨數(shù)據(jù)收集器進(jìn)行分析，所以具體的數(shù)據(jù)與災(zāi)害點(diǎn)真實(shí)的雨量存在一定的出入[4]。

為了獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)以及信息，從而提高強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警指標(biāo)及應(yīng)用研究的效果。在地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)加密建設(shè)氣象觀測站，具有極高的必要性，當(dāng)然在對各種類型的設(shè)備進(jìn)行安裝，以及觀測站的建立。除此之外，還需要通過安裝雨量觀測以及土壤濕度觀測的設(shè)備對災(zāi)情的相關(guān)資料進(jìn)行及時收集，從而了解強(qiáng)降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害期的相關(guān)因素和指標(biāo)。