一種地質災害點風險防范的智能化應用

李成

（廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510660）

1 背景介紹

地質災害是指在自然或者人為因素的作用下形成的，對人類生命財產造成的損失、對環境造成破壞的地質作用或地質現象。地質災害在時間和空間上的分布變化規律，既受制于自然環境，又與人類活動有關，往往是人類與自然界相互作用的結果。在眾多自然災害中，地質災害作為常見的一種，物理過程十分復雜。在地質結構復雜、植被生長環境惡劣的區域，地質災害時常發生，在眾多地質災害中，破壞性較強的、較為常見的地質災害為泥石流與滑坡。其中由于降雨原因導致的滑坡稱為降雨型滑坡，這種滑坡危險性大且具有較強的突發性，常常導致集體掩埋，為了進一步降低災害損失，有必要做好地質災害風險防范，應做到提前預警，進一步降低災害事故風險隱患。

2 解決思路

本方案針對受威脅人員1000人以上特大型地質災害點提出地質災害點風險防范的智能化應用研究。地質災害點風險防范應用主要利用氣象、水文共享的實時雨量數據，經過綜合分析處理，得到區域內受威脅人員1000人以上特大型地質災害點的實況和預報降雨分析數據，經過地質災害氣象風險預警模型，預測各地不同地質災害點因降雨導致次生地質災害發生的可能，并將分析結果反饋至相關監管及救援部門，通過靶向短信將發生地質災害風險信息靶向發布至周邊群眾，強化各級政府部門地質災害分析、排查與處理能力，強化人民群眾提前獲得地質災害信息提前規避風險的能力，有效降低崩塌、滑坡、泥石流等次生災害對人民群眾的生命威脅。

2.1 地質災害隱患信息管理

對地質災害隱患點信息進行管理，主要包括地質災害隱患點名稱、行政區劃、經緯度、所在村（居）人數、應急責任人信息、歷史災情數據、歷史災情圖片、災害影響分析、可能影響的群眾人數等信息。

（1）隱患點基礎信息：包括地質災害隱患點的名稱、所在的行政區域、經緯度、所在村（居）人數等基礎信息。

（2）應急責任人信息：包括姓名、電話、所在單位和職務等，在發生災情時可第一時間通知相關責任人，以便快速展開應急救援工作。

（3）歷史災情數據：包括地質災害隱患點名稱、所在的行政區域、經緯度、所在村（居）民數、影響人數、傷亡人數、造成的經濟損失等信息。

（4）歷史災情圖片：歷史災情發生時的現場圖片。

（5）災害影響分析：包括生效的地質災害氣象風險預警信號，發生災害時可能影響的人數、經濟損失等信息。

（6）地面沉降與位移監測：地質隱患點的地面沉降和位移數據進行實時觀測并展示，對數據信息進行匯總和分析處理，為應急指揮提供數據支撐。

2.2 地質災害氣象風險評估

通過構建風險分析模型形成針對特大型地質災害隱患點地質災害氣象風險預警結果，同時提供風險分析模型閾值訂正功能，供用戶根據實際情況調整各隱患點風險閾值。

（1）雨量數據采集程序

通過系統的實時數據交換總線實現雨量站點、格點實況預報數據的接入和調度管理。主要涉及系統對接、接口適配、數據緩存和調度管理等功能。通過數據交換總線，實現各類數據的接口適配、數據緩存和調度管理，實現不同步長、頻次、大小、種類、速度數據的統一同時同域管理。通過實時數據交換總線，實現外部門異構數據的接入和集成。實時數據交換總線負責處理數據的導入、轉換、加載ETL全過程。

（2）實況雨量匹配規則

針對受威脅人員1000人以上的特大地質災害隱患點的經緯度，確定地質災害隱患點的具體地理位置，按規則自動匹配氣象雨量站，用距離最近的觀測站降雨資料代表隱患點雨量。在實際應用中，受局部氣候擾動、自動觀測站穩定性差異、觀測周邊環境干擾及數據通訊等諸多不確定因素，會導致系統實時接收到的降雨數據出現各種誤差，包括數據缺測、數據錯誤、數據一致性誤差、觀測數據奇異值擾動、測量系統誤差等問題。如果直接使用站點雨量數據進行關聯，容易出現由于自動觀測站誤差導致的預警錯誤，不能滿足風險及時預警的需要?；谝陨弦蛩?，需要對降雨實況數據進行處理，使數據質量可以滿足山洪預報預警的要求。可利用雷達觀測數據，通過插值方法將格點雨量數值插值到氣象站點以作為站點實況監測雨量比對參考值，對于氣象站點雨量異常偏高值和缺失值進行插補修正，以確保氣象站點雨量的準確性。

（3）預報雨量匹配規則

降雨預報數據來源于氣象部門的臨近預報降雨與數值預報降雨等格點預報產品，而不同的降雨預報數據有不同的時間分辨率及空間分辨率。在進行地質災害隱患點關聯預報雨量計算前，采用基于三次樣條插值、雙線性插值、克里金插值等科學的插值計算算法，形成時段一致、空間連續的降雨信息，包括逐1小時和24小時等標準時段的站點降雨信息，供地質災害氣象風險評估模型分析地質災害風險等級評估使用。

2.3 構建風險分析模型

（1）模型輸入數據處理

相關研究資料表明，對地質災害有影響的降雨一般在地質災害發生前10天（含當天）之內，選取“當天+前9天”的累積有效降雨量超過50mm或當天發生小時降雨量超過10mm，作為判斷是否會發生地質災害的最低氣象風險閾值?；谧詣诱緦崪y數據，對地質災害隱患點當天、前1天、前2天……前9天的實際雨量，采用以下經驗公式，進行累積有效值計算：

Ra=，其中Ra為累積有效降雨量，R0為當日降雨量，λ為有效降雨量系數，Ri為前i日降雨量，i= 1,2……9 。

（2）災害風險等級劃分

根據《中國氣象局應急減災與公共服務司國土資源部地質環境司關于調整地質災害氣象預報預警業務的函》可將地質災害氣象風險分為四級，詳見表1。

表1 地質災害氣象風險等級劃分表

（3）災害風險告警規則

調研歷史上的突發性地質災害災情信息及對應期限過數據的歷史資料，參考區域類地質災害預警工作中雨量經驗值，建立致災氣象風險閾值，示例詳見表2。其中：實況是指實際出現的降雨情況，Ra表示當天及前1～9天的累積有效降雨量，R1h表示最近1h的降雨量，預報是指未來的預報降雨情況，R1hF表示預測未來24內可能出現1h短時強降雨量，R24hF表示預測未來24內可能出現暴雨及以上量級的降雨量。

表2 降雨量閾值對應地質災害氣象風險等級表（單位：毫米）

（4）模型閾值訂正

由于初步設定的模型閾值參數精確度較低，實際業務中需要根據自然資源部門反饋的地質災害資料及監測數據進行不斷修正，系統提供風險分析模型閾值訂正功能，提供針對每一個地質災害隱患點的閾值訂正功能，以實現不斷提高模型預警的精確度。

2.4 地質災害氣象風險預警

根據實況雨量匹配規則、預報雨量匹配規則，針對地質災害隱患點當天的時雨量和累積有效降雨量進行統計分析，根據災害風險告警規則快速計算各隱患點是否到達地質災害氣象風險預警生效的閾值，實時形成地質災害氣象風險預警內容，主要包括：地質災害隱患點當前風險等級、地質災害隱患點累積有效雨量值、地質災害隱患點過去1小時降雨量值、地質災害隱患點未來24小時的最大小時雨量值、地質災害隱患點未來24小時雨量值、受不同等級風險影響人口、經濟等影響分析統計信息等。

2.5 地質災害氣象風險預警評估報告

針對地質災害氣象風險預警結果，應能夠實時生成品評估報告，實時繪制地質災害風險點預警分布圖，形成災害預警結果、災害風險影響評估結果文字描述信息，并根據不同等級災害風險的防御指引形成防御意見，支持Word格式或PDF格式的評估報告文檔輸出。

3 結語

探討構建地質災害點風險防范的智能化應用，通過匯聚地質災害點的氣象、水文數據，利用大數據分析、數學建模等方式，為地質災害點風險防范與災害預警提供支撐，為各級政府提供地質災害點的風險評估和災害預警決策支持，可有效提高地質災害點災害防控能力，實現地質災害的預測、預警、預防。下一步，需研究推進結合應急管理救援實戰運用，不斷核實完善應用體系，著實提升實戰能力。