广西大化瑶族自治县地质灾害气象预警区划

梁国军

(广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530023)

0 引言

降雨是地质灾害的触发因素，根据降雨量进行地质灾害预警预报可以较大减少地质灾害损失[1]。在分析大量地质灾害资料和气象资料的基础上，探讨了地质灾害发生与汛期降水过程及其动态特征之间的关系，建立了一定地质环境特征条件下地质灾害预警的气象模式和预报系统[2-8]。文章将以地质环境背景、灾点实地调查结果等条件为基础，根据过去气象资料和未来预报降雨量，试着建立地质灾害的气象预警预报模型，确定降雨致灾临界雨量对地质灾害进行预警预报。为大化瑶族自治县(以下简称大化县)防灾减灾工作提供重要理论依据。

1 地质灾害气象预警预报思路

1)利用“3S”技术[遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)]，配合野外地质灾害调查工作，确定区域内各类地质灾害发生的类型、数量、位置、规模及影响范围，完成地质灾害的基础资料收集工作。

2)根据调查和资料收集的结果，选取可能影响地质灾害发生的各种因素，建立基于GIS的地质灾害信息系统，编制相应的空间数据库和图层，主要包括地质灾害空间数据库、坡度图、高差图、地貌图、残坡积土厚度分布图、工程地质岩组类型图、地质构造形迹图、降雨分布图、人类活动强度分布图等。

3)对该地区地质灾害及其影响因素进行了相关分析，选择了控制和影响地质灾害的主要因素，建立相应的数学模型，根据数学模型进行定量计算，生成该区域的地质灾害易发程度区划图。

4)根据历史资料，确定地质灾害与降水因子之间的关系，得到地质灾害的临界降雨指数。

5)在对地质灾害易发程度进行区划的基础上，根据历史地质灾害与各类降雨条件下降水的关系，建立数学模型进行定量分析，确定各易发分区在各类降雨条件下地质灾害气象预警预报等级。

6)据据气象预报确定的降雨范围、降雨持续时间、降雨强度以及各地区地质灾害临界雨量指数，可以对该地区地质灾害进行预警预报。

7)根据今后发生的地质灾害事件，不断修订和完善地质灾害易发程度分区、降雨临界值和地质灾害气象预警预报等级等。

2 地质灾害易发程度区划

2.1 易发区划分的方法

1)首先，根据大化县地质灾害的发育特征(主要指崩塌、滑坡、泥石流地质灾害)，确定控制和影响地质灾害发生的主要因素(n个主要因素)，参与地质灾害易发性评价；以定性评价方法建立各参评因素的优势范围，并根据定性评价结果将单因素评价分区划分为4个等级，赋单因素评价值(Yi)。

2)采用专家打分法确定各因素权重值(Wi)。

3)在GIS平台上进行多因素“叠加分析(overlay)”，根据各参与因素将大化县划分为地质灾害易发性不同的区域。

4)根据各分区单因素评价得分及各因素权重值，采用加权的方法计算各分区地质灾害易发性综合评价值(R)。按地质灾害易发性综合评价得分的高低，进行地质灾害易发分区。

2.2 评价因素选取及单因素区划

根据工作区地质灾害发生发育特征，地质灾害易发性评价因素总体结构见图1。单因素选取及评价赋值标准见表1。

图1 地质灾害易发性评价因素结构图

表1 地质灾害易发程度评价中各参评因素赋值标准及权重分配

2.3 评价因素权重的确定

根据地质灾害灾点密度、地貌类型、地形坡度、相对高差、残坡积层厚度、工程地质岩组、降雨、人类工程活动特征等8个评价因素的权重得分，计算各因素的算术平均值作为该因素的权重(表1)，总权重值为1。

2.4 基于GIS的信息量叠加

利用ArcGIS系统空间分析功能，对参与评价的8张单因素图进行叠加分析(Analysis Tools-> Overlay-> INTERSECT)，得到1564个具有叠加属性的不同分区。

2.5 易发性综合评价及易发区的划分

采用加权的方法计算各分区地质灾害易发性综合评价值，其数学模型：

(1)

式中：R为评价单元内综合评价值；Wi为评价单元内评价因子的权重；Yi为评价单元内评价因子的标准值；n为评价单元内评价因子的数量。

在上述叠加分区的基础上，利用ArcGIS系统 “字段计算(Data Management Tools->Fields-> Calculate Field)” 功能，根据式(1)和表1中列出的各因素权重值，计算出11 215个分区各自的综合评价值。为便于对易发区进行分类，根据综合评价值对每个区域进行渐变颜色划分(图2)。

图2 大化县地质灾害易发程度综合评价值区划图

根据地质灾害易发性综合评价得分，划分地质灾害易发性分区。本次采用突变点法进行测定。经统计分析，以突变点作为易发程度分区的边界值，并将区域划分为4个不同等级的高易发区、中易发区、低易发区和不易发区。

同时，对大化县县境北部的小面积岩溶区出现的岩溶塌陷地质灾害，采用定性—半定量相结合的方法进行评价，参考中国地质调查局《1∶5万岩溶地面塌陷调查规范(送审稿)》，具体评价方法步骤如下：

第一步 从影响岩溶塌陷的“岩-土-水”相互作用分析，确定单因素对易发性的影响程度(表2)。根据大化县岩溶区的特征，其灰岩岩溶发育程度中等，土层厚1～45 m，双层结构，岩性上部为颗粒较小的黏土层，下部为颗粒较粗的砂土、砂砾石层，地下水年水位埋深2～5 m，均在基岩面以上波动，年水位变幅2～10 m，已有的塌陷坑密度<2个/10 km2，按照就高原则，各级只要有一个满足即定为该级别，大化县岩溶区基岩、土层、地下水、已有塌陷对岩溶塌陷的影响分别评为“中、中、中、低”。

表2 岩溶塌陷主要影响因素

第二步 根据基岩岩溶发育程度和第四系覆盖层特征，综合评价地质构造对岩溶塌陷易发性的影响程度(表3)。大化县岩溶区地质结构对岩溶塌陷易发性的影响程度为“中”。

表3 地质结构对易发性的影响

第三步 根据地质结构和地下水对易发性的影响程度、现有塌陷坑(土洞)密度进行岩溶塌陷易发性定性评价(表4)，岩溶塌陷易发性分为高易发性、中易发性及低易发性三个等级。根据以上论述，大化县岩溶区各评价指标对岩溶塌陷的影响如下：地质结构影响为中，地下水影响为中，塌陷坑密度为低。

表4 岩溶塌陷易发性评价

综上所述，大化县的岩溶区划分为地面塌陷中易发区，大化县地质灾害易发程度分区图见图3。

图3 大化县地质灾害易发程度分区图

3 临界降水指标的确定

降雨是地质灾害发生的最主要诱发因素，降雨对地质灾害的影响一直是学术界研究的热点，以往众多学者从降水历时、降雨量和降水强度等方面对滑坡预报开展过研究。受现有降雨资料的限制，本次工作主要采用当日降水强度指标进行预报。

当日降水强度与滑坡、崩塌关系统计表见表5，据此绘制折线图4。图4显示了随着降水强度的增加，滑坡和崩塌发生的数量呈强阶式增多，2处高台阶分别出现在50 mm和120 mm，其中，日降水强度从50 mm增至60 mm，滑坡、崩塌由24处增至53处，滑坡、崩塌总数增29处，日降水强度从120 mm增至130 mm，滑坡、崩塌总数剧增28处。故日降水强度50 mm和120 m可作为临界降雨量阀值。

表5 滑坡崩塌数量与日降雨量之间关系统计

图4 滑坡、崩塌数量与日降雨量关系折线图

4 地质灾害气象预警预报

4.1 降水阀值及危险性等级划分

根据第4.3节的统计分析，可把降水危险性划分为3个等级：高危险性、中危险性、低危险性，分别对应50 mm和120 m两个降雨量阀值(表6)。

表6 诱发滑坡、崩塌的降水阀值及危险性等级划分

4.2 预警预报等级的划分

根据降雨量的强度，调查区分为4个预警等级：蓝色预警区(Ⅰ)和黄色预警区(Ⅱ)发生地质灾害的可能性分别为“小”和“较小”；橙色预警区(Ⅲ)发生地质灾害的可能性较大；红色预警区(Ⅳ)发生地质灾害的可能性大。

参照区内浦北、灵山、平南县等县份详查中预警等级划分依据，结合本项目实际，大化县预警区等级划分见表7，将降雨量危险等级和灾害易发区等级进行叠加，分别得出低危险性、中危险性、高危险性降雨阀值对应的预警区划图。

表7 大化县预警区等级划分

4.3 预警预报信息的发布

根据气象部门未来24 h的降雨预报资料和前期的实际降雨资料，结合各地质灾害区的易发等级，分析判断发生降雨诱发地质灾害的空间范围和可能性，确定地质灾害预警预报等级(图5)。这个任务可以通过参考图5来快速完成。

图5 大化县不同降雨量地质灾害气象预警区划图

编制地质灾害预报报告，应当按规定程序报送政府，并在预报范围内进行统一公告。对于三级以上发布预报，其中Ⅱ级为注意级，Ⅲ级为预警级，Ⅳ级为警报级。

1)当发生台风特大暴雨天气(或3 h降雨量≥100 mm或6 h降雨量>80 mm)时，所有地质灾隐患点进入到警报级，在接到警报后，县乡镇国土资源系统及乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人以及应急小分队成员进入地质灾害隐患点现场，应立即组织地质灾害隐患点受威胁人员或位于居住于高陡边坡下的人员撤离至安全地带，并做好地质灾害防御和抢险工作。

查图位于红色预警区的村庄，应立即组织防灾监测负责人和抢险队员进入地质灾害易发地区，地质灾害隐患点和可能发生地质灾害的乡镇、村庄，发现危险后立即报警，组织群众躲避危险，做好地质灾害防治救援工作。

位于橙色预警区的村庄。乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人，在接到警报后，进入地质灾害易发区，加强地质灾害的监测工作，发现险情立即报警、组织群众避险并做好地质灾害防御和抢险工作。

2)当日降雨量>120 mm(或3 h降雨量≥50 mm或6 h时降雨量≥80 mm)时，所有地质灾害隐患点进入到预警级，县乡镇国土资源系统及乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人，在接到警报后，应立即组织地质灾害隐患点受威胁人员或位于居住于高边坡下的人员撤离至安全地带。

位于红色预警区的村庄。县乡镇国土资源系统及乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人，在接到警报后，进入地质灾害易发区做好地质灾害防范工作，发现险情立即报警、组织群众避险并做好地质灾害防御和抢险工作。

位于橙色预警区的村庄。乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人，在接到警报后，进入地质灾害易发区，加强地质灾害的监测工作，发现险情立即报警、组织群众避险并做好地质灾害防御和抢险工作。

3)当日降雨量50～120 mm时，所有地质灾害隐患点进入到注意级，乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人，在接到警报后，应立即加强地质灾害隐患点的监测工作，并做好防范工作，组织稳定性差的地质灾害隐患点受威胁人员或位于居住于高边坡下的人员撤离至暂时撤离至安全地带。

位于在橙色预警区的村庄。乡镇村屯的防灾责任人与监测责任人，在接到警报后，进入地质灾害易发区，加强地质灾害的监测工作，发现险情立即报警、组织群众避险并做好地质灾害防御和抢险工作。

5 结语

大化县面积大，地形地貌变化大，区内降雨量变化较大。目前收集到的降雨量资料只是到乡一级的站点，调查大多数灾害点发生的具体时间难以确定，使得在工作区内，降雨与地质灾害之间的关系不能从灾害发生的时间段进行准确的分析。由于以上不足，使得本次统计的临界降雨量可能存在一定的偏差。本预警体系尚未接受实际检验，有待于在后续工作中进一步完善。

建议在每个地质灾害高易发区建立3～5处雨量站，深入研究降雨诱发地质灾害的深层次原因。通过以上工作，积累第一手资料，总结成功预防的经验，分析存在的问题，不断提高地质灾害预报预警的准确性。