湖南省茶陵縣地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃研究

王國(guó)衛(wèi)，彭文祥

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083;2.湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，長(zhǎng)沙 410007)

湖南省茶陵縣地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃研究

王國(guó)衛(wèi)1,2，彭文祥1

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083;2.湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，長(zhǎng)沙 410007)

地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素包括自然因素和人為因素，自然因素主要為降雨，在確定的地質(zhì)背景條件下，研究氣象和地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系，對(duì)今后地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)與地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作有著重要意義。在總結(jié)過(guò)去十年地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃方法。

地質(zhì)災(zāi)害;降雨閾值;氣象預(yù)警;區(qū)劃

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害造成重大人員傷亡的事故呈上升趨勢(shì)。為減少因地質(zhì)災(zāi)害造成的群死群傷事件，提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作的準(zhǔn)確度，國(guó)土資源部與中國(guó)氣象局于2003年6月1日啟動(dòng)了全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作，將氣象與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)工作緊密結(jié)合，10 a來(lái)，取得了良好效果，為地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作提供了新的思路。本文以湖南省茶陵縣為例，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃研究。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

茶陵縣位于湖南東部，湘江支流洣水流域，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，據(jù)茶陵氣象站1980～2014年統(tǒng)計(jì)資料，多年平均降水量1 461.9 mm，最大降水量2 208.7 mm，日最大降雨量270.7 mm，時(shí)最大降雨量124.8 mm。

茶陵縣地貌多屬山地和丘陵，山體起伏大，總體格局是：西北、東南山地矗立，地勢(shì)逐漸向中部?jī)A斜，形成一個(gè)向西南敞開(kāi)的丘陵性盆地。境內(nèi)除元古界、志留系、震旦系缺失外，從下古生界寒武系至新生界第四系均有分布。二云母花崗巖主要分布于東北部和東部地區(qū)。區(qū)內(nèi)山體連綿起伏，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，全縣共有各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害417處，多為降雨型地質(zhì)災(zāi)害。

3 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃原則與方法

3.1 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃原則

地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)的劃分原則主要根據(jù)境內(nèi)地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)等內(nèi)在決定因素， 結(jié)合大氣降水和人類(lèi)活動(dòng)等誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的外部因素，充分考慮現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)度、分布規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)， 采用定性分析為主、定量分析為輔， 定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合進(jìn)行預(yù)警區(qū)的劃分。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃方法

采用單元網(wǎng)格法，在1∶5萬(wàn)行政區(qū)圖上對(duì)全縣進(jìn)行網(wǎng)格化，每個(gè)網(wǎng)格單元面積為1 km×1 km，面積不足一個(gè)單元格的，按標(biāo)準(zhǔn)單元格進(jìn)行計(jì)算處理。采用計(jì)分法確定最小評(píng)價(jià)單元地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警級(jí)別，將相同級(jí)別最小評(píng)價(jià)單元進(jìn)行合并，并對(duì)邊界進(jìn)行平滑，繪制地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃。

3.2.1 臨界降雨量的確定方法

斜坡類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素是降雨，一個(gè)地區(qū)往往有一個(gè)臨界降雨強(qiáng)度。因此，在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警時(shí)，必須搞清楚該區(qū)域內(nèi)可誘發(fā)降雨型地質(zhì)災(zāi)害的最小雨量值(即臨界雨量)，并結(jié)合其他區(qū)劃要素的分析，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警等級(jí)劃分。

本次研究將茶陵縣地質(zhì)災(zāi)害分為兩種情況，第一種為能夠確切知道發(fā)生時(shí)間的地質(zhì)災(zāi)害；另一種為不能準(zhǔn)確知道發(fā)生日期但能確定發(fā)生月份的災(zāi)害。然后針對(duì)此兩種分類(lèi)的地質(zhì)災(zāi)害采用不同的方法進(jìn)行降水雨量閾值分析。

(1) 具有準(zhǔn)確發(fā)生時(shí)間的災(zāi)害雨量

對(duì)具有準(zhǔn)確發(fā)生日期的地質(zhì)災(zāi)害采用回放法，選取災(zāi)害發(fā)生當(dāng)天6 h和24 h(因降水過(guò)程而異)離發(fā)生災(zāi)害點(diǎn)最近的區(qū)域自動(dòng)雨量站的降雨量為致災(zāi)雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為使臨界雨量值更具代表性，將同一(或相近)地點(diǎn)、同一降水過(guò)程地質(zhì)災(zāi)害頻次合并，以免重復(fù)統(tǒng)計(jì)同一降水?dāng)?shù)值。

基于以上汛期各次地質(zhì)災(zāi)害不同時(shí)段的降雨量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算得出典型區(qū)域臨界雨量值。臨界雨量值的計(jì)算方法：

Rij臨界=min(Rij)(i,j= 1, 2, 3, 4, …,N)

式中，Rij臨界為典型流域地質(zhì)災(zāi)害臨界雨;Rij為第j次山洪災(zāi)害對(duì)應(yīng)i次降水過(guò)程的最大平均雨量。

(2) 不能確定準(zhǔn)確發(fā)生時(shí)間災(zāi)害的雨量

對(duì)于那些不能確定發(fā)生時(shí)間的地質(zhì)災(zāi)害(只能精確到月份)，我們按月份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)時(shí)包含已知準(zhǔn)確發(fā)生時(shí)間的地質(zhì)災(zāi)害樣本，即對(duì)所有的地質(zhì)災(zāi)害樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

設(shè)某月災(zāi)害發(fā)生頻次為Z，降水量為R，可能致災(zāi)降水頻次P，降水致災(zāi)概率為G，P和G均為R的函數(shù)，有：G(R)=Z/P(R)，即致災(zāi)概率=災(zāi)害頻次/致災(zāi)降水頻次；尋找降水閾值的過(guò)程亦即尋找與相應(yīng)致災(zāi)概率對(duì)應(yīng)的致災(zāi)降水量值得過(guò)程。為此，我們首先統(tǒng)計(jì)出某地點(diǎn)災(zāi)害發(fā)生頻次和相應(yīng)的致災(zāi)降水頻次曲線(xiàn)，即降水量與相應(yīng)降水頻次變化曲線(xiàn)。統(tǒng)計(jì)各時(shí)次降水量從20～100 mm(間隔10 mm)發(fā)生頻次，得到P與R的關(guān)系，進(jìn)而得出G與R的關(guān)系G(R)，取致災(zāi)概率G達(dá)到某一數(shù)值時(shí)對(duì)應(yīng)的降水量R為臨界雨量值。G值通過(guò)公式中確定時(shí)間的災(zāi)害發(fā)生頻次Z0與所求對(duì)應(yīng)臨界雨量值降水發(fā)生頻次P0求出。

此外，根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)多年最大降雨量平均值和臨界雨量的比例關(guān)系，得出臨界降雨系數(shù)，其數(shù)值大小直接說(shuō)明了降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)程度。

(3) 閾值分級(jí)定義

降雨型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率決定于降水量強(qiáng)度的變化，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們定義地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率為30%的降水量為預(yù)報(bào)區(qū)閾值，發(fā)生概率為50%的降水量為預(yù)警區(qū)閾值，發(fā)生概率為70%的降水量為警報(bào)區(qū)閾值。

3.2.2 引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的閾值分析

采用2006～2014年期間由降雨引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害情況，對(duì)閾值進(jìn)行分析驗(yàn)證。得出各個(gè)時(shí)段的降雨量閾值。

(1) 6 h降水閾值圖(圖1)

(2) 24 h降水閾值圖(圖2)

4 地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃評(píng)價(jià)

根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，綜合降雨量分布圖以及降雨閾值研究成果，對(duì)茶陵縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警區(qū)劃研究，將全縣分為3個(gè)大區(qū)，66個(gè)小區(qū)域(圖3)，其中五級(jí)預(yù)警區(qū)3個(gè)，四級(jí)預(yù)警區(qū)1個(gè)，3級(jí)預(yù)警區(qū)2個(gè)，各分區(qū)情況如下所述：

4.1 5級(jí)警報(bào)區(qū)

(1) 洣江-舲舫氣象預(yù)警警報(bào)區(qū)Ja1

分布于茶陵的中南部地區(qū)，包括洣江茶廠(chǎng)、舲舫鄉(xiāng)、桃坑鄉(xiāng)、青年水庫(kù)及石井電站的大部分地區(qū)，面積約319.6 km2，區(qū)內(nèi)短時(shí)降水(0～6 h)達(dá)到50 mm、短期(0～24 h)降水達(dá)到65 mm就有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

(2) 堯水氣象預(yù)警警報(bào)區(qū)Ja2

分布于嚴(yán)塘鎮(zhèn)西北部地區(qū)，面積約37.9 km2，區(qū)內(nèi)短時(shí)降水(0～6 h)達(dá)到65 mm、短期(0～24h)降水達(dá)到80 mm就有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

(3) 八團(tuán)鄉(xiāng)氣象預(yù)警警報(bào)區(qū)Ja3

分布于茶陵北部的八團(tuán)鄉(xiāng)部分地區(qū)，面積約10 km2，區(qū)內(nèi)短時(shí)降水(0～6 h)達(dá)到65 mm、短期(0～24 h)降水達(dá)到85 mm就有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

4.2 4級(jí)預(yù)警區(qū)

茶陵中部大部分地區(qū)氣象預(yù)警區(qū)Jb1:分布于茶陵縣中部除1級(jí)預(yù)警區(qū)的狹長(zhǎng)地區(qū)和西南部，包括火田鎮(zhèn)、腰陂鎮(zhèn)、馬江鎮(zhèn)和洮水水庫(kù)大部分地區(qū)，面積約720.8 km2。區(qū)內(nèi)短時(shí)降水(0～6 h)達(dá)到70 mm、短期(0～24 h)降水達(dá)到90 mm就有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

4.3 3級(jí)預(yù)報(bào)區(qū)

(1) 茶陵西部預(yù)報(bào)區(qū)Jc1

分布于茶陵縣西部的潞水鎮(zhèn)、平水鎮(zhèn)、棗市鎮(zhèn)、界首鎮(zhèn)大部分地區(qū)，總面積約為641.9 km2，區(qū)內(nèi)短時(shí)降水(0～6 h)達(dá)到75 mm、短期(0～24 h)降水達(dá)到95 mm就有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

(2) 茶陵?yáng)|部預(yù)報(bào)區(qū)Jc2

分布于茶陵?yáng)|部的高隴鎮(zhèn)、嚴(yán)塘鎮(zhèn)東部地區(qū)，面積約765.2 km2，區(qū)內(nèi)短時(shí)降水(0～6 h)達(dá)到80 mm、短期(0～24 h)降水達(dá)到95 mm就有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

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STUDY ON THE DIVISION BY METEOROLOGICAL PREWARNING OF GEO-HAZARDS IN CHALING COUNTY, HUNAN PROVINCE

WANG Guo-wei1,2，PENG Wen-xiang1

(1.School of Geosciences and Info-Physics,Central South University, Changsha 410083,China；2.Geological environment monitoring station of Hunan Province, Changsha 410007,China)

The geological hazards can be induced by both natural factors and artificial factors. Precipitation is the main natural factor. Research on the relationship between meteorology and geological hazards under certain geological condition plays an important role not only in the early warning and prediction of Geo-hazards but also in protecting against and mitigating Geo-hazards. Methods of division by meteorological prewarning of Geo-hazards are suggested,which is based on the summary of Geo-hazards prewarning and prediction in the past 10 years.

geological hazards; precipitation threshold; meteorological rewarning ; Division

1006-4362(2015)04-0052-04

2015-06-28改回日期：2015-09-19

X43

A

王國(guó)衛(wèi)(1985- )，男，本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)就職于湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，在中南大學(xué)攻讀巖土工程方向的在職研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、評(píng)價(jià)工作。E-mail:373933421@qq.com