西北地区矿山地质灾害的监测及预警研究

2020-12-08张浒德

世界有色金属 2020年21期

张浒德

（武威市自然资源局，甘肃武威 733000）

我国西北地区的降水主要集中在夏季，并且部分地区的降雨表现为强度较大、持续时间较长。西北地区矿山所在区域通常沟壑较多，短时的强降雨极容易造成山洪，进而引发滑坡、泥石流等地质灾害，结合相关的调查研究发现西北地区矿山地质灾害发生与自然环境之间的关系十分密切。

1 西北地区地质形态

我国西北地区地处内陆，地域范围辽阔，在经纬度方面进行划分，主要指的就是在大兴安岭以西，昆仑山以北范围内的地区，其中包含了陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆这五个省份。西北地区的地形以高原和盆地为主，植被分布错落有致，草原、沙漠等壮阔景观分布期间。但是总体来说，西北地区的植被较为稀疏，气候温差较大、风沙明显。另外，在造山运动影响下，我国西北部地区形成了现代季风气候类型在同一个纬度地带，地势的走高造成了气温的降低。在降水方面来说，西北地区的降水空间分布差异性明显，在季节方面来说，雨季主要集中在5月上旬到10月上旬期间范围内。而降水量较大的地区主要有天山山脉、祁连山脉、陕南地区、甘肃南部等地区，主要是受到亚季风和南亚季风气候的影响所致，降水量的增加在一定程度上容易造成滑坡、泥石流等自然灾害的发生。

2 西北地区矿山地质灾害的预警研究

对于西北地区矿山地质灾害发生前的监测和预警的工作，国内外有很多的专家学者已经进行了相关的研究和分析，简单介绍如下：

2.1 数学统计方法

相较于其他的统计和监测方式来说，数学统计的方式便于操作、实用性强，在降雨型滑坡自然灾害中也应用较为广泛。随着计算机设备和互联网技术的不断发展，在很大程度上也造成了数学统计方法的发展和进步。相关的研究人员采取数学统计的方式，对于雨量进行统计，并且分析降雨量与矿山地质灾害之间的关系，统计降雨量与滑坡产生的频率、程度、危害性之间的相关性，进而预期能够找到进行矿山地质灾害预警的阈值。

2.1.1 日降雨量

采取统计分析日降雨量的阈值对于矿山地质灾害进行预警的方式兴起较早，一般认为在上个世纪80年代左右就已经开始。相关的专家学者采取日降雨量阈值的统计方式对于我国香港地区的降雨量与滑坡的关系之间进行了统计和分析。在此之后，我国的专家学者有采取这一研究方式对于降水与矿山地质灾害之间的关系进行分析，收集和整理了大量的气象资料，将地质灾害与降水这一自然现象之间的关系进行动态表征。采取这一研究和调查方式，首先应用于我国贵州地区的气象灾害预警方式及其相应的评价指标，进而建立起了针对于特定地质环境的矿山地质灾害预警模型。在此之后，这一方式被迅速推广和开展，在本世纪初的时候得到了广泛的使用，并且取得了较好的效果。我国使用这一方式的代表人物是陈百炼先生，在这一数据统计分析的基础上，他和他的其他工作人员借助于GIS技术，进一步完善了矿山地质灾害气象预警的相关方法和内容。

相对来说，日降雨量阈值按照敏感性和易发性为主要的划分标准，分析和考量了降雨量与自然灾害之间的关联性，进而使得小范围、高精度的地质灾害预警成为可能。但是这一方式也存在着一定的不足，时空预报的精度较低、降雨的持续性、降雨强度、频次等综合因素的考虑不足在很大程度上造成了这一方式的使用受到限制。

2.1.2 累计降雨量

日降雨量阈值能够在一定程度上解决局部地区的降雨导致矿山地质灾害发生的危险性，但是相对来说这一阈值的范围差异性明显，进而导致推广的难度相对较大，实用性有限。对于降雨量的阈值进行统计，获得更为精准的日降雨量阈值，进而在更为精确的范围内预测地质灾害，这也是一种较为常见的统计方式。这一方式首先是由外国学者进行实验的，旨在获取不同的季节、极端气候条件等对于矿山地质灾害发生的影响。结果发现如果只是在研究矿区发生一些低级别的地震，地质灾害发生率较低。同时也发现，不同区域的季节性降雨，对于区域地质灾害发生的诱导机理方面也存在着一定差异。在国内专家来说，王志禄教授等采取这一方式，选取陇南地区为主要的调查和研究对象，分析了降雨的时间段与山体崩塌、泥石流等灾害的产生原因之间的关系，同时也期望能够探明矿山地质灾害预警技术的实施措施极其对应的效益，结果探明了地质灾害受到降雨的强度、持续时间等方面的影响因素。

但是这一统计方式的缺陷在于没有考虑到降雨的入渗作用与降雨时间长短等因素对于自然灾害发生的影响，尤其是对于造成地质灾害的主要诱因——降水对于地下水特征的改变缺乏相应的考虑，进而没有注意到在预警机制中，防止降雨的渗入才是降低地表自然灾害发生的重要基础。

2.2 理论模型的推理

应用数学的发展，在一定程度上也扩大了数学统计方式的发展，使得数学统计逐渐朝着逻辑分析、数学模型等方式进行转变，这对于矿山地质灾害来说，也进一步拓展了滑坡地质灾害的统计方法的多样化。采取理论预警模型的方式进行预测，能够在一定程度上克服数学统计方法对于降雨过程的描述过于单一化、片面化的缺陷，在当前阶段，以孕灾环境为主要建模基础和以降雨生态地质环境耦合这两种方式进行建模较为常见，也已经取得了一定的成效。

2.2.1 孕灾地质环境建模

在实际的矿山地质灾害预警工作中，可以结合不同地区的实际情况，对于降雨的时间、强度、降雨间隔等因素进行调整，进而建立起孕灾环境与降雨过程之间的一个动态模型，随后采取这一模型对于临界降雨量进行统计和预测。除此之外，还可以对于大气压变化、降雨量变化、预警方程等因素进行调整，采取联合概率模型对于矿山地质灾害进行预警。在这一模型的建设和运行过程中，还可以引入一些特殊的检验方式，如卡方检验、假设推理等方式，对于地质环境条件、诱发因素、形成过程等方面的因素进行独立分析。我国相关的专家学者曾经对于甘肃地区、云南地区的降雨与矿山地质灾害之间进行建模分析，对于不同地区的时空分布状态、降雨的诱发主导因素等进行比较分析，建立起了有效的降雨模型。采取这一模型的预测方式，不但充分明确了降雨强度、持续时间、降雨间隔等因素对于地质灾害的诱发性，另外也明确了降雨的入渗、地下水的条件等因素，在很大程度上也是诱发矿山地质灾害发生的重要因素。采取这一预测模型，还可以对于一些小范围地区的自然灾害发生情况进行预警，相对来说具有较强的精度和实用性。

但是这一建模的方式也存在着一定的不足，尽管在这一方式建立的时候是基于降雨的数据、地区的自然气候背景条件，并且采取了二元统计的方式进行建模，但是地质背景条件方面的考虑不足，在一定程度上降低了这一预测模型的准确性。

2.2.2 以生态环境为模型

以地区的孕灾环境为单一的考虑方式，在一定程度上造成了预测结果的片面性和主观性，对于西北地区的植被影响因素、降雨入渗过程等方面的考虑不够充分，这样就容易造成了预测的准确性缺失，进而影响了这一方式的实际应用价值。为了进一步完善这一预警模型，加强对于矿山地质灾害预警的准确性，进一步将生态环境因素带入其中进行观察和比较，之后综合考虑进行建模，这样才能够保证这一方式的实用性能。对于西北地区的生态环境进行建模考察，需要对于这一地区的植被种类、生长状况等生态环境进行调查和分析，在此基础上，结合不同矿区的地质背景，建立地质灾害预测模型，这样的方式能够在更大程度上提升预测的准确性。但是在这一模型建立和考察中需要注意不同季节植被的生长状态，这也是造成矿山地质灾害发生的重要原因之一。相关的学者采取这一模型对于我国西北地区的地质灾害发生情况进行预测和分析，结合不同季节的降雨强度、降雨阈值、降雨时间、植被类型、植被状态、地下水情况等方面的因素建立了生态环境模型，提升了矿山地质灾害预警的准确性和有效性。