北京市突发地质灾害预警模式研究

王海芝，韩建超，王晟宇，刘欢欢

（北京市地质研究所，北京100120）

北京市突发地质灾害预警模式研究

王海芝，韩建超，王晟宇，刘欢欢

（北京市地质研究所，北京100120）

突发地质灾害气象预警预报，是有效降低灾害可能造成的人员、财产损失的重要方法。本文概略地总结了北京市突发地质灾害气象预警第一代人工预警产品和第二代智能预警产品的特点。基于即将建成的覆盖北京市山区、浅山区的突发地质灾害专业监测网络，对未来突发地质灾害的预警产品影响的分析，提出了未来突发地质灾害气象预警，将由一、二代的单因素的气象预警模式，转化为激发因素、响应因素、表达因素等多因素联合的第三代物联多维度的预警模式的构想。

突发地质灾害；气象预警；专业监测

0 前言

北京是世界上突发地质灾害较为频繁的首都城市之一，存在着泥石流、崩塌、滑坡、采空塌陷等多种突发地质灾害。自1949年以来，北京地区各类突发地质灾害造成的死亡人数已超过600人，直接经济损失达数亿元。截止到2014年底，全市存在各类突发地质灾害隐患4706处（北京市国土资源局，2015），其中：崩塌2412处、滑坡34处、泥石流879处、地面塌陷88处、不稳定斜坡1293处。种类全，数量多，范围广，是北京市突发地质灾害的突出特点。如何有效降低突发地质灾害可能造成的人员、财产损失是目前国内突发地质灾害防灾减灾管理研究的主要课题。基于降雨是突发地质灾害的主要激发因素这一特点（刘传正等，2004），北京市国土资源局与北京市气象局联合开展了突发地质灾害气象预警预报工作，有效守护了首都地质环境安全。

1 国内外地质灾害气象预警现状

20世纪80代日本、美国先后开展地质灾害气象预警，之后波多黎各、巴西、委内瑞拉等多个国家利用降雨资料及远程监测系统，陆续开展了突发地质灾害气象预警研究，预警精度以小时衡量。其中美国于1985—2000年间在旧金山湾、夏威夷等地分别建立了滑坡实时预报系统，通过研究滑坡启动的临界降雨强度与降雨时间关系开展滑坡的预警预报工作。香港于1984年建立了滑坡灾害预警系统，研究者从滑坡规模与降雨强度之间的关系着手建立并不断完善预警系统（Au S W C，1993）。

我国内地地质灾害气象预警起步较晚，始于20世纪90年代末期。2003年4月，国土资源部与中国气象局签署《联合开展地质灾害气象预警预报工作协议》，主要目的是提升应对重大气象条件，尤其是降雨过程的地质灾害预警预报能力，及时发布预警预报信息。刘传正等研究了相应的预警预报方法（刘传正，2015），10多年以来，在两部门的共同努力下，地质灾害气象预警预报工作持续深入推进，全国各地纷纷建立了预警预报系统（张景康等，2006；钟洛加，2005；殷坤龙等，2005；李芳等，2006；张红兵，2006；余丰华等，2006；单玉香等，2007），推动了地质灾害气象预警预报的开展。

全国地质灾害气象预警经历了两代预警模型，第一代为隐式统计模型，基于不同地质环境区域引发地质灾害的临界雨量不同，分区建立临界降雨判据。第二代为显式统计预警模型，耦合了地质环境变化与降雨参数等多因素建立预警判据，地质环境指标在模型中显式表达。第二代模型自2008年开始在国家级预警业务中使用，并逐步升级推广。随着研究工作的不断进展，两代预警模型在中国地质灾害气象预警业务中成功运行并不断升级完善，提高预警精度。

地质灾害预警预报信息是基层启动应急预案的重要依据，是实施避让转移的集结号。地质灾害气象预警预报工作取得了实效。 初步统计，截止2012年，全国共成功避让地质灾害近6000起，避免了30多万人伤亡，避免经济损失超过45亿元（汪民，2012）。

2 北京市突发地质灾害气象预警现状

北京市突发地质灾害气象预警预报工作始于2003年，根据国务院办公厅国办发布电[2003]29号“国务院办公厅关于加强汛期地质灾害防治工作的紧急通知” 及国土资源部国土资发［2003］299号“国土资源部和中国气象局关于联合开展汛期地质灾害气象预报预警工作的通知”的精神，北京市国土资源局与北京市气象局召开了联合会议，决定自2003年起两局联合开展北京地区汛期地质灾害气象预报预警工作成立了由两局局、处级领导组成的工作协调小组，设立办公室负责相关方案的制定及日常管理，具体业务由技术支撑单位北京市地质研究所与市气象台组织实施。

突发地质灾害气象预警工作开始的初期，采用的是雨情通报—专家会商—等级确定—成果绘制—领导审批—信息发布的线式传递流程，由于工作设施与工作方法都处于起步阶段，产品的制作是在会商之后，技术人员根据会商结果，手动绘制并制作预警预报产品，因此一代人工预警产品相对粗糙。

随着工作设施与工作方法的进一步改进，目前突发地质灾害气象预警采用的是雨情通报—专家会商—成果生成—领导审批—信息发布的智能线性流程，生产出智能二代预警预报产品。

与一代人工预警产品相比，二代智能预警产品的产出过程中使用的分析系统中嵌入了突发地质灾害下垫面基础环境信息与激发因素相结合智能分析模块，下垫面的基础环境信息与激发雨量的计算分析是在预警预报系统的智能分析环境下自动完成的。在降雨量的引入方面，智能模式除了考虑预报的未来24小时降雨量的影响，兼顾了前期雨量对突发地质灾害的作用，符合突发地质灾害的发生与前期雨量是回归关系的理论（王海芝等，2015），更加接近突发地质灾害发生的实际情况。但是，由于受专业监测设施数量较少的约束，雨量信息均来自气象部门的预报，使得前期实际降雨量与预报雨量之间有一定的差异，不能如实反映灾害现场的降雨情况，致使二代智能预警产品缺乏与来自隐患现场的真实信息联动。

3 北京市突发地质灾害专业监测

基于北京市突发地质灾害的广泛发育及目前专业监测手段缺乏的现状，北京市地质矿产勘查开发局申请并组织实施了北京市突发地质灾害专业监测项目，由北京市地质研究所承担该项目。一期工程在密云区、房山区、门头沟区130处典型突发地质灾害隐患上安装了国内先进的专业监测仪器，目前专业监测设备的密度已经达到了突发地质灾害发育区域（涵盖高、中、低易发区）≥1台套/50km2（图1），随着二期在全市山区、浅山区的全覆盖和优化，专业设备的密度会进一步加大，全市典型突发地质灾害隐患的变化情况，均在实时监测之中，将成为目前国内领先的专业监测网络，并将掀开北京市突发地质灾害专业监测的新篇章。专业监测系统的建设，全面考虑了泥石流发生的各类影响因素，将各类影响因素的变化均纳入了实时监控体系，为突发地质灾害预警预报提供多因素的现场信息。

（引自北京市地质研究所，一期工程运行项目2016年度运行报告）

3.1 降雨数据实时采集

泥石流的发生，不仅仅是当日激发雨量的作用，而是前期雨量（5分钟雨强、10分钟雨强、1天雨量、2天雨量、3天雨量等）共同作用的结果（王礼先等，2001），一体化自动雨量站的采用，实时采集了泥石流发生前期各时段的雨量数据（图2），为泥石流的预警预报提供翔实的雨量信息。

图2 房山区1小时雨强等值线分布图Fig.2 Fangshan District 1 hours rainfall intensity contour map

（引自北京市地质研究所，一期工程运行项目2016年度运行报告）

3.2 土壤含水率实时采集

降水入渗使得土体含水量增加，进而造成土体基质吸力降低，导致土体最终失稳，启动进入水流，形成泥石流中的固体物质。因此，实时掌握松散物质含水率的变化情况（图3），也就相对直接地掌握了泥石流可能启动的时间，从泥石流启动机制方面掌握泥石流发生的时间。

图3 门头沟区清水镇上达摩村东北沟土壤含水率仪0010监测成果曲线Fig.3 The monitoring results of soil moisture content in the Northeast ditch of Dharma village in Qingshui Town,Mentougou District

3.3 次声实时采集

泥石流在运动过程中放射出次声信号（频率＜20Hz），次声信号的传播速度远远大于泥石流的运动速度，因此形成了时间差，使得次声预警成为泥石流发生之前的逃生预警。因此，采集到泥石流次声（图4），及时发出逃生预警，成为泥石流影响区域人民躲避灾难的临灾预警。（引自一期工程运行项目2016年度运行报告）

3.4 动态变化实时采集

泥石流广泛分布在偏远的山区，研究人员及管理人员无法及时到达灾害现场采集相关信息，为预警、应急及各类情况的处置作出准确的判断。一体化野外视频监控手段的采用，使得研究人员和管理人员能够在汛期实时掌握重点沟谷泥石流沟的现场及周边情况（图5），为预警及后期管理提供真实的现场信息。

图5 视频白天和夜间效果对比图Fig.5 Video day and night effect comparison chart

3.5 预警模式构想

多因素专业监测系统的建设，开启了不同时间维度的突发地质灾害预警模式（贾三满等，2016）的新纪元，推动了突发地质灾害气象预警预报由单因素的气象预警预报模式向物联多维度预警模式方向的转换（图6）。

从预报方式来看，未来突发地质灾害预警从简单的激发模式，向激发因素—响应因素—表达因素联合预警的多因素模式转化；从预报时间尺度来看，从未来24小时的预报模式，向提醒预警（24小时内）—转移预警（数小时内）—逃生预警（数分钟内）的时间缩短推进模式转化；从预报空间范围来看，从目前大面积的区域性预报模式，向未来的单体化预报模式转化。

图6 突发地质灾害物联多维度预警体系构架Fig.6 Multi dimensional forecast system framework of geological disasters

4 结论

（1）北京市突发地质灾害预警模式，已经基本实现了从第一代人工预警产品、第二代智能预警产品向第三代物联多维度预警产品的转换，完成了预警产品的升级。

（2）北京市突发地质灾害物联多维度预警体系的构建，将使预警等级更加明晰，采取的应对措施更加具有针对性，进一步提高突发地质灾害预警水平。

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The Study on Forecast of Geological Disasters in Beijing

WANG Haizhi, HAN Jianchao, WANG Shengyu, LIU huanhuan

(Beijing Institute of Geology, Beijing 100120)

The meteorological forecast is the key method to reduce the impact of geological disasters. This paper presents the characteristics of the first-generation and second-generation of meteorological forecast systems of geological disasters in Beijing, and makes a systematic analysis on the professional third-generation, which is combined with internet. Based on these data, we propose a scheme of the third-generation forecast system of geological disasters integrated with multi-dimensions internet.

Geological disasters; Meteorological forecast; Professional monitoring

A

1007-1903（2017）03-0031-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.006

北京地区滑坡泥石流灾害监测预警示范研究（1212010740909,1212010814033）。

王海芝（1975- ），女，硕士，高工，主要从事地质环境方面研究。E-mail：bingx_1@163.com