地质灾害精细化气象临近预警系统的设计与实现

1、地质灾害精细化气象临近预警系统的设计与实现    2012-08-23     论文导读:介绍了杭州地质灾害精细化气象临近预警系统设计思路和功能特点。在地质灾害隐患点普查基础上，应用足够密度、实时传输的雨量观测资料，综合分析各隐患点地质稳定状况、前期有效降雨量、临近降雨强度对滑坡、崩塌等地质灾害影响，运用统计方法建立了地质灾害.    介绍了杭州地质灾害精细化气象临近预警系统设计思路和功能特点。在地质灾害隐患点普查基础上，应用足够密度、实时传输的雨量观测资料，综合分析各隐患点

2、地质稳定状况、前期有效降雨量、临近降雨强度对滑坡、崩塌等地质灾害影响，运用统计方法建立了地质灾害气象临近预警模型，在此基础上采用资料细网格插值、阀值自动判别、预警实时发布等技术，构建了全自动化运行的地质灾害精细化气象临近预警系统，将地质灾害预警精细到村、信息实时发布到责任人。该系统运行稳定，投入业务运行以来应用效果良好，在防灾避灾和提高防治工作效率等方面发挥了积极作用。地质灾害; 精细化; 临近预警系统收稿日期: 2012-02-280 引 言杭州地质结构和天气气候复杂，平均每年发生地质灾害事件近 60 起，属地质灾害多发区。随着自动气象站密度提高，信息无线传输技术成熟，地质灾害隐患点等相关基

3、本信息数据完整详实以及地质灾害群测群防网络体系不断健全，深入开展地质灾害实时气象预警技术研究条件基本成熟。2008 年初，杭州市气象局与市国土资源局提出建设“杭州市地质灾害精细化气象临近预警系统”的工作思路，并开展技术路线设计和相关攻关技术研究，着重解决了地质灾害预警精细化、发布及时性、服务针对性和运行自动化 4 个关键问题，实现了地质灾害气象预警和群测群防体系的无缝隙对接，提高了地质灾害防治的科学水平。总体思路降水是滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害的主要诱因，基于临界雨量开展地质灾害预报预警是我国当前及今后相当长时期内地质灾害预警行之有效的减灾方法。本系统依据国土部门精细到点的地质稳定状况

4、调查结果、落实到人的地质灾害防治组织体系等基础信息，利用气象部门足够密度、实时传输的自动气象站资料，采用资料细网格插值、阀值自动判别、预警实时发布等技术，构建了全自动化运行的地质灾害精细化气象临近预警系统，将地质灾害预警精细到村、信息实时发布到责任人。系统整体架构见图 1。图 1 地质灾害精细化气象临近预警系统结构框图1建设目标构建基于实时雨量等资料的地质灾害精细化气象临近预警系统，实现地质灾害预警精细浙 江 气 象到村( 隐患点) ，预警信息通过手机短信直接发布到相关责任人，并实现通过互联网和手机终端在任何时间、任意地点可查询地质灾害预警状况及地质灾害隐患点相关信息。预警对象与等级降雨诱发的

5、区域性和局地性地质灾害，重点对地质灾害中、高易发区的地质灾害隐患点及所在村作为最小预警对象。参照气象灾害预警发布规范，将地质灾害预警分为 5 个等级，1 5 级地质灾害发生的可能性依次增大，并明确响应预警等级的防范对策建议。在实际预警发布中，1 2 级不对外发布预警，3 级或以上对外实时发布预警。地质灾害气象预报预警分为 5 个等级: 1 级，可能性很小; 2 级，可能性较小; 3 级预警用黄色表示，可能性较大; 4 级预警用橙色表示，可能性大; 5 级预警用红色表示，可能性很大。预警时段与地域预警时段为全天候 24 h; 预警地域为整个杭州市域范围。预警模型的建立临界降雨量判据研究根据有关研

6、究积累和历史经验，滑坡泥石流的发生不仅与前期降雨量、当日降雨量有关，且与临近短时降雨强度关系密切。对全市 186 个历史滑坡泥石流事件与降雨过程的相关性进行统计分析也发现: 杭州地质灾害主要为滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷，其中滑坡、崩塌两类地质灾害占 92%，因降雨直接或间接诱发的地质灾害占 72%。本系统确定的地质灾害预警判别标准 Rd 与地质稳定性分区 Gc、有效累计雨量 Rv 和短时降水强度 Rs 有关，Gc 为地质稳定性，分为高易发区、中易发区和低易发区 3类，根据地质环境条件、地形坡度、不良地质状况和潜在威胁人员与财产等因子综合划定，具体划分标准见国土资源部 2006 年 10 月印

7、发的县( 市) 地质灾害调查与区划基本要求实施细则( 修订稿) ，由市国土部门调查提供; Rv 为有效累计雨量，取前几天有效累计雨量，本系统取 5 d; Rs 短时降雨强度，指定最近 1 h，2 h，3 h和 6 h 雨强; Rd 为预警判别标准，针对不同的地质灾害分区，分别建立基于 Rv，Rs 的判别标准。对于不同的降雨类型及不同的地质灾害易发区，其降雨量临界值及经验系数是变化的，根据统计计算和经验修正分别拟订了高易发区和中易发区的临界值降雨量预警判据，不设定低易发区临界值降雨量预警判据。预警判别因子地质灾害气象预警的临界值降雨量预警判据主要考虑 3 个因子: 隐患点的地质稳定状况、最近 5

8、 d 有效降水量( Rv) 、短时降雨强度( Rs) 。Rv 计算方法参照杭州地质灾害分区等级预报方法研究成果，前期降水量对地质灾害的作用随着时间推移逐渐减弱。有效降水量( Rv) 计算公式为:Rv = 5i = 1Ai* Rpi式中，i =1 5，Rpi 以当天为基准前推第i d的日降水量，Rp2 即为昨天日降水量，Rp1 为截止当前的当天累计降雨量; Ai 为有效降水量折算系数，A1 A5 分别为 1，0.8，0.6，0.4，0.2。Rs 等级划分Rs 短时降雨强度是指 1 h，2 h，3 h 和 6 h 的降雨量，系统所指的短时降雨强度及其对应雨量根据经验制定级到级，具体标准见表 1。地

9、质灾害气象预警等级判别标准参照杭州地质灾害分区等级预报方法研究成果，建立以该点所属地质稳定状况为类别，横坐标为短时降雨强度 Rs、纵坐标为有效降水 Rv的预警等级判别标准，建立不同地质稳定性区域的气象预警指标及预警等级判别标准。在实际应用中，以连续晴好( 无雨) 5 d 以上为计算中断期，即认为在连续晴好 5 d 以上，前期气象因子对地质灾害的发生不起诱导作用。根据对突33浙 江 气 象 33 卷 2 期发性地质灾害的各种诱因的综合分析，拟订了临界值降雨量预警判据 。表 2、表 3 分别为高易发区、中易发区地质灾害隐患点气象预警等级判别标准。地质灾害点对点实时预警技术研究地质灾害隐患点和雨量站

10、分布状况杭州市 1 6 万 km2建有 298 个自动气象站，平均间距 5 10 km2，每个乡镇和主要地质灾害易发区至少有一个自动气象站，分布基本均匀，雨量数据每分钟实时采集; 地质灾害隐患点 1000 个左右，分布不均匀，每年根据调查情况进行动态更新。2009 年，针对地质灾害易发区增建了自动气象站，雨量监测数据可为地质灾害气象精细化实时预警提供充分的实时监测数据。地质灾害隐患点代表雨量数据实现地质灾害隐患点代表雨量数据实现关键的工作之一是将离散点资料插值成规则的网格点资料。本系统采用 Surfer 软件提供 Grid 内插计算完成插值过程。Grid 提供了距离倒数加权法、最小曲率法、三角

11、网线性插值法、克立格法、多元回归法等数学插值模型。考虑到降雨不匀均性，本系统采用了克立格插值方法，将全市离散点雨量资料插值成规则的 0.01° ×0 01°网格点资料，来代表网格点内的地质灾害隐患点雨量数据。点对点实时预警发布技术实现随着通讯技术的发展，以 CDMA，GSM/GPRS 网络为基础形成的数据服务，不受地理环境和天气条件的限制，投资和运行费用低，数据传输准确，安全可靠性高，时效性和带宽满足地质灾害预警短信的传输要求。根据地质灾害预警判别算法，系统每 10 min 自动计算全市地质灾害隐患点的气象预警等级，判定地质灾害发生的可能性，对于达到 3 级或以上预警等级的地质灾害隐患点，则自动采用无线通信技术，按照集约规则，只向隐患点对应的责任人和所在的村、乡镇、国土部门相关责任人发布预警信息，提醒或指导相关人员做好监测防灾工作。而未达到 3 级预警等级的地质灾害隐患