公路地质灾害面线点多层次综合预报方法
摘要
地质灾害的预报依然是当今面临的难题，其中最为困难的原因之一就是成灾因素众多，地质灾害预报已进入综合预报、全息预报和实时跟踪动态预报阶段，研究地质灾害监测预报体系结构具有重要的意义。 该方法根据公路地质灾害涉及面广，信息量大的特 点，以灾害可能发生点为主要监测目标，并参考公路所在区域地质灾害的孕育环境和公路穿越灾害可能发生点附近公路构造的稳定性，建立公路地质灾害的概念模 型、功能模型、数据模型及实现模型，并综合上述模型数据做出公路地质灾害全息预报和实时监测预报。本发明具有良好的层次结构，便于综合各类与公路地质灾害 相关的信息；具有良好的扩展性，可纳入各种监测数据处理、预测预报模型；本发明的方法具有增值性，随着数据库灾害信息的不断增加，丰富并提高灾害历史信息 的精度，有利于研究灾害要素与成灾之间的规律，从而提高灾害预测预报精度。
关键词：公路 灾害 多层次 预报方法
Abstract
The prediction of geological hazards is still a difficult problem nowadays. One of the most difficult reasons is that there are many factors causing geological hazards. The prediction of geological hazards has entered the stage of comprehensive prediction, holographic prediction and real-time tracking dynamic prediction. It is of great significance to study the structure of monitoring and prediction of geological hazards. According to the characteristics of highway geological hazards involving a wide range of areas and large amount of information, this method takes the possible points of hazards as the main monitoring target, and refers to the breeding environment of geological hazards in the region where the highway is located and the stability of highway structure near the possible points of highway crossing hazards, establishes the conceptual model, functional model, data model and implementation model of highway geological hazards, and synthesizes the above-mentioned models The model data can be used to make holographic prediction and real-time monitoring and prediction of highway geological hazards. The invention has a good hierarchical structure, which is convenient to synthesize all kinds of information related to highway geological hazards; has good expansibility and can be incorporated into various monitoring data processing and prediction models; the method of the invention has value-added property, enriches and improves the accuracy of disaster historical information with the increasing of disaster information in database, and is beneficial to the study of disaster elements and disaster-causing factors. The regularity between them can improve the accuracy of disaster prediction and prediction.
Key words: multi-level prediction method of highway disasters
目录
1 引言 3
2 气象因素引发的地质灾害 4
3 基于气象因素的地质灾害区域预警预报原理 5
3.1 统计特征 5
3.2 概念表述 6
3.3 预警阶段划分 7
3.4 预警产品发布 7
3.5 地质灾害区域预警预报原理 8
3.5.1 隐式统计预报法 8
3.5.2 显式统计预报法 8
3.5.3 动力预警方法 9
4 基于临界降雨量判据的区域预警实践（隐式系统之一） 10
4.1 预警区域划分 10
4.2 滑坡泥石流灾害气象预警判据图 11
5 区域预警显式系统设计 13
5.1 基本认识 13
5.2 系统设计 13
5.2.1 系统设计原则 14
5.2.3 空间分析 14
5.2.4 点状预警分析 15
结语： 17
参考文献： 17
1 引言
我国是世界上地质灾害发生频率最高、危害最严重的国家之一。近年来,地质灾害每年都造成约一千人死亡、近百亿元财产损失，严重制约着地质灾害多发地区的经济发展，威胁着人民的生命和财产安全。我国突发性地质灾害的分类统计表明，降雨诱发者（主要是滑坡、崩塌、泥石流）占总发生量的65％。为了有效减轻突发性地质灾害所造成的人员伤亡和财产损失。国土资源部和中国气象局于2003年4月7日签订了《国土资源部和中国气象局联合开展地质灾害气象预报预警工作协议》。《协议》规定，从2003年开始，每年汛期(5-9月)由国土资源部和中国气象局共同开展全国地质灾害气象预警预报工作，并以两部门联合发文的形式向省（自治区、直辖市）、地（市）、县（市）推进此项工作。国家级地质灾害气象预警预报工作由中国地质环境监测院和国家气象中心联合承担。
2003年，全国有16个省（区、市）也陆续开展了地质灾害气象预警预报工作。到2004年，全国30个省（区、市）全部开展了地质灾害气象预警预报工作（上海市由于地处平原，没有滑坡、崩塌、泥石流发生，所以没有开展这项工作）。据统计，全国已有99个地级市、15个县开展了地质灾害气象预警预报工作。目前开展这项工作的地级市、县仍在继续增加。
2 气象因素引发的地质灾害
预警对象主要是降雨、融冻等极端气象条件变化引发的区域或流域群发型崩塌、滑坡和泥石流等突发性地质灾害。局地暴雨影响下的完好斜坡地区是坡面型“链式”反应的崩塌~滑坡~泥石流灾害频发地区，这类地质灾害具有显著的特点，是实施预警预报和群测群防的重点与难点。
（1）区域性：一般在数百至数千平方千米内出现。
（2）群发性：崩塌~滑坡~泥石流等在某一区域多灾种呈群体出现。
（3）“链式”反应：崩塌~滑坡~泥石流等在同一地点逐次快速转化，破坏力极强。
（4）同时暴发性：崩塌~滑坡~泥石流“灾害链”在数十分钟~数小时内先后或同时出现，具有突然暴发性，宏观上完好的坡体突然滑塌或“奔流”；当地人称为“涡旋炮”或“山扒皮”。
（5）持续超强降雨作用：局地区域性持续超强降雨造成极大冲刷力，使达到过饱和状态的松散堆积层奔涌而下。
（6）地形陡峻，地质结构上软下硬：一般斜坡坡度25°~70°，高差100~400m；地质上具备二元结构，上为松散堆积层，下为坚硬基岩，容易在二者的接触处形成强大渗流带；松散堆积层厚度小，一般0.5~5m。
（7）植被类型特殊：生态环境不利于固坡稳定，如大量种植毛竹、杉树等浅根性、速生速长类树种，在持续的暴风、暴雨“耦合”作用下加剧斜坡表层的整体破坏。
（8）区域经济社会发展水平低：房屋、道路建设切坡而很少维护，缺乏地质环境保护意识。房屋结构简易、破旧，房屋结构抗破坏强度低。缺乏灾害风险意识。
（9）后续性：大型滑坡一般出现在降雨过程后期，甚至降雨结束后数天，如中国新滩滑坡（1985年6月12日），菲律宾特大滑坡灾难（2006年2月17日）。
（10）发灾区域总体造成人员伤亡和各种财产损失重大，但单点损害的规模较小。
3 基于气象因素的地质灾害区域预警预报原理
通常一个地质灾害监测与预报系统主要是由三个部分组成的，即数据采集和预处理、地质灾害的状态评估和灾害危险度的估计以及各个系统功能间的关系。其中数据采集和预处理主要包括对数据的可靠性分析、关联以及对准，而数据对准就是将传感器观测值转变成公共的坐标系，其中主要包括单位变换、坐标变化以及时间变化等，比如说区域降水量匹配在实施关联处理时，一般按照表示数据之间关联程度进行分析，比如降水和地下渗水间相关性的分析。而地质灾害的状态评估则主要包括该地区各种地质灾害危险性的区划和在各种监测信息数据的基础上对灾害点的预测，比如说在位移的基础上对灾害点进行预测以及在降水的基础上对灾害点进行预测等，而这部分通常为单一模型的评论结论，可是在这些模型中也可以综合一些其他的模型结论。而灾害危险度的评估通常包括对灾害点的危险度进行评估，对灾害实施预警以及地质灾害的处理方法的选择，该部分通常是通过多种评价结论来实施综合性评估。
按照信息的融合功能，可以将其分成三个层次，其中第一层次是检测以及位置配准，该层次主要隶属数据层面综合，其主要是第一部分功能涉及到的内容。而第二层次是地质灾害的危险度的区划和地质灾害点的各种成灾要素的趋势评估，该层次隶属属性层的综合，也就是功能部分的第二部分内容。而第三层次则是系统的主要判决器，通常是由专家系统构成，隶属决策层综合。这几个层次的职责明确，在应用的过程中可以按照各自的具体内容实施必要的监测与分析，这样就可以使公路地质灾害的监测精度更高、分析也更加科学合理。
3.1 统计特征
（1）分析发现，滑坡的发生在过程降雨量和降雨强度两项参数中，存在着一个临界值，当一次降雨的过程降雨量或降雨强度达到或超过此临界值时，泥石流和滑坡等地质灾害即成群出现；
（2）不同地区具体一条沟谷的泥石流始发雨量区间为10～300mm，差异之大反映了地质条件、气候条件等的差异。
（3）在降雨过程的中后期或局地单点暴雨达到临界值时出现突发性群发型泥石流、滑坡等地质灾害，滑坡以小型者居多；
（4）大型滑坡常在降雨过程后期或雨后数天内出现。
3.2 概念表述
目前，对单体地质灾害的监测预警在技术上相对比较成熟，也比较易于开展群测群防工作，而对群发型地质灾害，特别是一定地质背景下由气象因素引起的群发型滑坡泥石流的预警预报则在理论上和实践上均显不足。群发型地质灾害是指在某一区域多灾种呈群体出现的现象。地质灾害预警是一种包括预测与警报的广义“预警”，在时间精度上包括了预测或预估（估测）、预警、预报和警报（数小时）等多个层次，每个层次都是一个政府机构、工程技术与公众社会共同参与的综合体系。
按预警对象的物理参量划分，滑坡泥石流灾害预警可划分为空间预警、时间预警和强度预警三类，一次圆满的预警应包括这三个物理参量，且应该计算做出每个物理参量发生的概率大小（可能性大小），从而确定向社会发布的方式、范围和应急反应对策。
（1）空间预警
空间预警是在滑坡泥石流灾害调查与区划基础上，比较明确地划定非确定时间内滑坡泥石流灾害将要发生的地域或地点及其危害性大小。空间预警基于滑坡泥石流灾害的主要控制因素（如地层岩性、地质结构、地貌形态、地层突变等）和诱发因素（如降雨、地震、冰雪消融、人为活动）开展工作，控制因素是基本条件，诱发因素在不同地区或同一地区的不同地段常常表现出极大差异。不同地区具体一条沟谷的泥石流始发雨量区间为10～300mm，差异之大也反映了地质条件、气候条件等的差异。有条件时，应分别研究预警地区的24h降雨强度（h24）、1h降雨强度（h1）与10min降雨强度（h1/6）与岩土体饱和状态及滑坡或泥石流复活的关系。
（2）时间预警
时间预警是针对某一具体地域或地点（单体），给出滑坡泥石流灾害在某一种（或多种）诱发因素作用下将在某一时段内或某一时刻将要发生的预警信息。时间预警基于预警区域的地质环境状况、诱发因素发生范围与强度及其持续时间等开展工作。时间预警一般是在空间预警的基础上，通过专业技术观测，系统的理论分析和专家会商，并报有关管理部门认可后发布。
（3）强度预警
强度预警是指对滑坡泥石流灾害发生的规模、暴发方式、破坏范围和强度等做出的预测或警报，是在时空预警基础上做出的进一步预警，是科学研究和技术进步追求的目标，也是目前研究工作的最薄弱环节。
（4）概率预警
由于滑坡泥石流灾害的发生既有其地质演化的内在规定性，又受多种随机因素影响，滑坡泥石流灾害时间、空间和强度三要素的预警也就都存在一个可能性大小（概率描述）的问题，目前以预警等级来表示。
3.3 预警阶段划分
地质灾害预警包括地质灾害调查评价（或勘查评价）、观测（监测）系统建设与运行、灾害发展趋势分析会商、预警信息传播和适度的准备反应或防治对策等五个阶段，相应包括了预测（数年）、预警（数月）、预报（数日）和警报（数小时）等多个层次的多种精度的预警功能。预测是指时间精度较低，着重灾害发生集中的区域，预测基础是调查数据；预报、临报和警报的时间精度较高，必须有系统连续的观测或监测数据和基于正确的区域地质环境分析或地质体变形模式的综合分析。
参考文献：
[1] 高华喜，殷坤龙.基于GIS的滑坡灾害风险空间预测[J]. 自然灾害学报. 2011（01）
[2] 杜娟，殷坤龙，陈丽霞.基于GIS的巴东县新城区滑坡灾害危险性区划[J]. 自然灾害学报. 2011（01）
[3] 曾裕平.重大突发性滑坡灾害预测预报研究[D]. 成都理工大学 2011（12）
