泰安市地質(zhì)災害預警預報系統(tǒng)研究

夏學生，曹啟亮，林茂山，李瑞龍

(1.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000；2.濟南中地公司,山東 濟南 250013)

0 引言

地質(zhì)災害是指包括自然因素或者人為活動引發(fā)的危害人民生命和財產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災害[1]。隨著人類對大自然環(huán)境的破壞，氣候條件變的較為嚴峻，地質(zhì)災害發(fā)生的頻率也明顯提高，給人類生命和財產(chǎn)造成的損失也越來越大。

泰安市地處魯中山區(qū)，地形地貌條件復雜，形成地質(zhì)災害點多面廣的分布特點。近年來，隨著人類對環(huán)境破壞程度的增加，地質(zhì)災害防治任務(wù)加劇。特別是進入汛期后，隨著降雨的增加，很容易誘發(fā)多種地質(zhì)災害，主要表現(xiàn)在崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫地質(zhì)災害。其中崩塌、滑坡、泥石流主要分布在泰山、徂徠山、新甫山、太平頂、玉皇堂山及西部中低山丘陵地區(qū)。地面塌陷主要分布在泰山區(qū)省莊、羊婁和舊縣,岱岳區(qū)大汶口東武地區(qū),新泰市果都鎮(zhèn)、宮里鎮(zhèn)、禹村鎮(zhèn)以及翟鎮(zhèn)王家寨村,寧陽縣伏山鎮(zhèn)；肥城市湖屯鎮(zhèn),東平縣大羊鄉(xiāng)西部。地裂縫大多伴隨地面塌陷產(chǎn)生，主要分布在地面塌陷區(qū)[2]。如果缺少科學的、準確的預警預報體系，會造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失[3]。如何對突發(fā)性地質(zhì)災害進行預警預報,減輕地質(zhì)災害給人民所帶來的損失,已成為地質(zhì)災害防治領(lǐng)域急需解決的一個重大問題[4]。

1 總體設(shè)計思路

系統(tǒng)是在泰安市1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查的基礎(chǔ)上，將調(diào)查成果進行計算機數(shù)字化處理，充分利用GIS強大的空間分析功能以及采用泰安市地理信息公共平臺的數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)，將各種致災因素疊加到泰安市地理信息平臺上，建立地質(zhì)災害預警預報信息平臺，利用平臺制作并發(fā)布預警預報產(chǎn)品，適時應急指揮[5]。

1.1 技術(shù)路線

根據(jù)大量研究資料表明，地質(zhì)災害的發(fā)生一般由內(nèi)部因素和外部因素共同作用引起的，其中內(nèi)部因素是災害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件，外因和觸發(fā)機制則是災害發(fā)生的氣象條件。所以，在開發(fā)泰安市地質(zhì)災害預警預報系統(tǒng)時，必須詳細掌握泰安市的地質(zhì)環(huán)境信息以及氣象信息，然后通過對泰安地區(qū)歷史上發(fā)生的地質(zhì)災害數(shù)據(jù)進行分析，借助GIS的空間分析功能，將相關(guān)的外部因素和內(nèi)部因素進行某種函數(shù)疊加運算，通過計算的結(jié)果評估地質(zhì)災害發(fā)生的危險性大小，自動生成并發(fā)布地質(zhì)災害預報預警預報圖及預報詞。通過以防為主、防治結(jié)合、多措施并舉的綜合治理方針，以達到防治地質(zhì)災害發(fā)生、發(fā)展和防災、減災的目的[6]。

1.2 總體設(shè)計框架

泰安市地質(zhì)災害氣象預警系統(tǒng)通過對市國土資源局提供的泰安市1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查數(shù)據(jù)整理和分析，提取需要的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和地質(zhì)災害數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)，同時結(jié)合泰安市氣象局提供的過去24h實況雨量與未來24h的預報雨量數(shù)據(jù)，以MapGIS開發(fā)平臺為基礎(chǔ)運行支撐平臺，根據(jù)符合泰安市的地質(zhì)災害氣象預警預報分析模型，建設(shè)包括可實現(xiàn)氣象監(jiān)測信息的導入導出管理查詢分析、地質(zhì)災害點的綜合管理分析查詢、氣象地質(zhì)災害預警、預報產(chǎn)品發(fā)布、群測群防人員管理、地理信息數(shù)據(jù)管理等功能的系統(tǒng)。能很好地滿足地質(zhì)災害氣象預警預報業(yè)務(wù)需求，提高地質(zhì)災害氣象預警預報精度。

1.3 系統(tǒng)開發(fā)模式

C/S架構(gòu)即Client/Server(客戶機/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，C/S結(jié)構(gòu)模式中，可以充分利用客戶端PC的處理能力，能夠給服務(wù)器減輕壓力，同時，C/S系統(tǒng)一般面向相對固定的用戶，在安全性方面具有很高的控制力。C/S結(jié)構(gòu)的運行速度很快，適合處理大量的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求，進行個性化定制。

2 主要功能模塊

系統(tǒng)功能涵蓋氣象監(jiān)測信息管理與分析、地質(zhì)災害點管理、氣象地質(zhì)災害預警分析、預警信息會商、預警信息發(fā)布與地理信息數(shù)據(jù)綜合業(yè)務(wù)管理等地質(zhì)災害氣象預警業(yè)務(wù)分析的各個方面，可實現(xiàn)信息的共享和服務(wù)。系統(tǒng)主要包含預警分析、預警發(fā)布、應急分析、應急管理、氣象信息管理、地理信息管理、應急資源管理、地質(zhì)災害點管理、態(tài)勢標繪等功能(圖1，圖2)。

圖1 系統(tǒng)主界面

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 預警分析模塊

主要功能為制作地質(zhì)災害預警預報產(chǎn)品并發(fā)布。系統(tǒng)把每個地質(zhì)災害點致災因素：主要地形地貌、地層巖性、巖層傾角、地形坡角、地應力、第四系厚度、地下水動力、人為等因素分別賦予一個數(shù)值，然后疊加分析，根據(jù)理論分析與實踐結(jié)合綜合確定每個地質(zhì)災害點發(fā)生地質(zhì)災害的臨界降雨量，然后把從氣象局獲得的實況雨量與預報雨量導入系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)預警模型，利用空間平面分析功能,運算追蹤生成預警等級分區(qū)圖[7]，然后根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)果與專家會商結(jié)果最終確定發(fā)生地質(zhì)災害的區(qū)域，制作預警預報產(chǎn)品[8](圖3)。

圖3 地質(zhì)災害氣象預報產(chǎn)品

2.2 應急管理模塊

應急管理模塊包括應急分析、應急管理、應急歷史3個子模塊。應急分析和應急管理子模塊主要是針對已發(fā)生或?qū)l(fā)生的地質(zhì)災害做出科學的分析并提供出應急方案。可實現(xiàn)災害點的位置定位，并且分析出災區(qū)影響范圍，系統(tǒng)可智能分析受災范圍內(nèi)的地理信息要素，能大大提高對于突發(fā)性地質(zhì)災害事件的應急處理能力。應急歷史可以查詢已發(fā)的地質(zhì)災害的相關(guān)文件，包括地質(zhì)災害的發(fā)生位置、類型、時間、應急文檔等信息。

2.3 態(tài)勢標繪模塊

主要功能是對地質(zhì)災害應急預案進行動態(tài)展示，當?shù)刭|(zhì)災害發(fā)生或即將發(fā)生時，系統(tǒng)可模擬應急路線與應急救援小組。

2.4 災點管理模塊

災點管理就是把泰安市289個地質(zhì)災害點的詳細信息全部輸入系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以隨便查詢每個地質(zhì)災害點坐標、地理位置、災種、威脅對象、以往發(fā)生地質(zhì)災害的情況、群測群防的監(jiān)測人、責任人、分管領(lǐng)導等詳細信息。

2.5 氣象信息模塊

主要利用模塊下的實況雨量與預報雨量2個子模塊。系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)是泰安市氣象局提供的雨量站數(shù)據(jù)。每天下午16:00以前，通過泰安市國土資源局與泰安市氣象局之間的專線每天自動傳到預警預報系統(tǒng)的電腦上，人工再手動導入系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)提前設(shè)置的參數(shù)，就可制作預報產(chǎn)品。

系統(tǒng)利用的實況雨量指截止到發(fā)布產(chǎn)品前15d的累積降雨量；預報雨量指的是未來24h的降雨量。能生成降雨量及預報雨量等值線專題圖和地質(zhì)災害氣象預警專題圖，便于直觀查看降雨量大小和地質(zhì)災害氣象預警等級的區(qū)域分布，利于整體把握行政區(qū)的降雨狀況和地質(zhì)災害易發(fā)情況?？梢詫⒉樵兘Y(jié)果導出為Exel表格進行下載，能以直方圖的形式展示某個雨量站點連續(xù)幾天來的雨量大小。

2.6 地理信息模塊

該模塊主要是指地質(zhì)災害點周圍的一些村莊、醫(yī)院、避難路線、避難場所等，可以進行查詢與分析。將來某個地質(zhì)災害點一旦發(fā)生災害，就可以很快的獲知災害點附近的相關(guān)地理信息，為物資調(diào)撥，人員安排以及救災工作提供及時的應急管理指導。

3 預警預報功能實現(xiàn)

根據(jù)預警模型進行地質(zhì)災害氣象預警分析計算，生成地質(zhì)災害區(qū)域風險性預警圖層。根據(jù)實際需要可進行預警分析結(jié)果的調(diào)整和修改。主要通過以下3個步驟實現(xiàn)該功能。

(1)預警分析：系統(tǒng)獲取實況雨量數(shù)據(jù)和預報雨量數(shù)據(jù)，根據(jù)預警模型進行地質(zhì)災害氣象預警分析計算，計算出每個區(qū)域的致災營力值，根據(jù)營力值對應的顏色，系統(tǒng)自動在圖上顯示出可能會發(fā)生地質(zhì)災害的區(qū)域。

(2)生成預報產(chǎn)品：系統(tǒng)經(jīng)過預警分析步驟之后，生成地質(zhì)災害區(qū)域風險性預警圖層，添加相應的預報等級，根據(jù)實際需要可進行預警分析結(jié)果的調(diào)整和修改，人工在地圖上繪制出預警區(qū)域，系統(tǒng)自動分析所繪區(qū)域的行政區(qū)劃并自動生成預報產(chǎn)品。

(3)預報產(chǎn)品發(fā)布：預報產(chǎn)品制作好之后，通過領(lǐng)導審核及專家會商后，可進行預警信息發(fā)布。目前，泰安市地質(zhì)災害預警預報系統(tǒng)生成的預報產(chǎn)品主要通過泰安市國土資源局網(wǎng)站發(fā)布與短信發(fā)布2種方式。網(wǎng)站發(fā)布的信息包含地質(zhì)災害氣象預警分布圖、預警預報詞。通過短信平臺向地質(zhì)災害防治相關(guān)責任人發(fā)布所負責區(qū)域的地質(zhì)災害氣象預警信息，短信發(fā)送方式能及時傳遞地質(zhì)災害氣象預警消息，便于提前做好災害防治、避讓和應急準備。

4 應急管理功能實現(xiàn)

應急管理功能可以及時地分析出災點位置、影響范圍等相關(guān)信息，一旦某地發(fā)生地質(zhì)災害，應急管理功能可以統(tǒng)計出災點影響范圍內(nèi)的詳細情況，制作出動態(tài)預案并生成應急文檔，以輔助相關(guān)部門的災害救助和應急指揮決策。

(1)災害點定位：根據(jù)掌握的已有信息，可以對災害點通過區(qū)域名稱或者經(jīng)緯度的方式在地圖上進行災區(qū)定位，查詢時支持模糊查找，查詢結(jié)果可以在地圖上進行高亮度閃爍顯示。

(2)災區(qū)地理信息分析：災害點定位之后，通過設(shè)置相應災區(qū)影響范圍，系統(tǒng)可自動分析出災區(qū)影響范圍內(nèi)的醫(yī)院、學校、村莊、應急避難所、救援單位、政府機關(guān)單位等地理信息?？梢詫⒉樵兘Y(jié)果導出為Exel表格進行下載，為各級政府開展救災工作提供信息支持。

(3)應急管理：在地圖上進行點、線、面、注記文本等信息的標繪，可以查詢管理動態(tài)應急預案，同時可以對歷史應急文檔進行查詢，方便快捷的獲取應急方案，直觀展示應急工作態(tài)勢，提高政府面對突發(fā)狀況的應急指揮能力。

(4)路徑分析：開展救援工作時，系統(tǒng)可以分析出從救援隊伍到地質(zhì)災害點之間的最短路徑，方便救援隊伍選取最佳路線，節(jié)省救援時間，使救災人員及時迅速抵達災害發(fā)生所在地。

5 結(jié)語

泰安市地質(zhì)災害預警預報與指揮系統(tǒng)集地質(zhì)災害氣象預警、應急指揮管理等功能于一體。通過地質(zhì)災害氣象預警模型與先進GIS技術(shù)的結(jié)合，生成地質(zhì)災害風險性區(qū)域預警圖，直觀展示行政區(qū)的各預警等級區(qū)域分布，并提供各預警等級的行政區(qū)統(tǒng)計、災害點統(tǒng)計，災害發(fā)生時可在第一時間對受災區(qū)進行應急救援與指揮，為各地方政府進行地質(zhì)災害防治工作提供科學指導，能夠較好地滿足地質(zhì)災害氣象預警預報業(yè)務(wù)需求。泰安市地質(zhì)災害預警預報與指揮系統(tǒng)可以為各級政府提供防災救災的科學依據(jù)，具有較重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1] 潘憊, 李鐵鋒.災害地質(zhì)學[M].北京：北京大學出版社, 2002.

[2] 王鵬.重點防范突發(fā)性地質(zhì)災害[N].齊魯晚報，2012-06-13(B06).

[3] 焦星東，羅勇平，孫忠強. 基于Mapgis技術(shù)的地質(zhì)災害氣象預警系統(tǒng)研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2010，6(4):103-108.

[4] 馮杭建，李偉，麻土華.地質(zhì)災害預 警預報信息發(fā)布系統(tǒng)——基于ANN和GIS的新一代發(fā)布系統(tǒng)[J].自然災害學報，2009，18(1):187-193.

[5] 卓寶熙.關(guān)于建立實用的工程地質(zhì)災害立體防治系統(tǒng)的設(shè)想[J].中國地質(zhì)災害與防治學報，1994，5(Sup)：295-299.

[6] 石寶玉，胡慧萍.山東省主要地質(zhì)災害及防治對策[J].山東國土資源,1998,14(2):46-51.

[7] 胡紅文.山東省地質(zhì)災害氣象預警等級分區(qū)追蹤[J].山東國土資源,2005,21(10)：51-52.

[8] 胡玉祿，魏嘉，任翠愛，等.致災營力當量預報預警方法探討——以山東省地質(zhì)災害—氣象預報預警為例[J].中國地質(zhì)災害與防治學報，2006，17(2)：119-122.