[摘要]地质灾害气象预报预警是指某一地质灾害因为降雨而诱发的地点和时间基本确定，尚未威胁到要预警的地区，从而根据事先掌握、分析的资料提前向该地区预先发出警报。国土气象两部门本着“边开发、边应用、边提高”的工作思路，从气象因素和全省地质灾害隐患入手逐步深化研究降水和地质环境与地质灾害发生的关系，由浅入深，在尝试和探索中开展地质灾害的预报预警研究，提出了基于GIS的地质灾害气象预警方法。并通过对2004年的地质灾害实例验证预报和2005年4—7月预报预警取得了很好的效果。本文提出的气象预警方法合理可行、简便实用，特别适用于开展省级地质灾害气象预警业务应用。
　　[关键词]地质灾害 气象 预警
　　
　　1、地质灾害防治形势严峻与地质灾害气象预报预警的可行性
　　贵州省处于云贵高原向广西丘陵平原过渡的斜坡地带，地形地貌、地质构造复杂，是地质灾害最为严重的省份之一。每年因灾死亡50—100人左右，财产损失近亿元，给全省经济建设发展造成严重威胁，是贵州省自然灾害中破坏性最大的灾种之一。贵州省地质灾害中摧毁性、危害性最大的灾种主要是滑坡、崩塌、泥石流。据对地质灾害发生原因的调查表明，地质灾害直接因自然原因（降水）诱发的占了70%以上，而且每年主要发生于4-10月的汛期。而在全省范围内已掌握的地质灾害隐患点5273处，受胁人数521479人，其中危及500人以上或城镇、工矿、学校的重大突发性地质灾害隐患点就有143处，潜在地危害着人民生命财产安全。
　　尽管对已发生的地质灾害采取监测措施可以实行控制，对人为造成的地质灾害通过法律约束都可以减轻或避免。然而，对省内普遍存在的不稳定斜坡、危岩和变形体难以投入大量人力物力实施监测。由于地质灾害的突发性，各级政府常奔波于灾后抢险救灾，防不胜防。如何有效的防止地质灾害带来的危害，已成为政府防灾管理中急需解决的重大课题。对其实行“国土、气象联手”的灾前预报，无疑成为有效减轻以降雨为主诱发因素的地质灾害伤亡和损失的一条科学途径。通过开展此项工作，使省、地（市）、县、乡各级政府领导和国土资源行政主管部门早知道，早设防，做到心中有数和防患于未然，就能最大限度的减少人员伤亡和财产损失，实现减灾防灾目标。
　　地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重属性。首先，理论研究与科学实践均证明，地质灾害具有可区划性、可监测预警性。其次，省国土资源行政管理部门及与省地矿局共管的公益性事业单位——贵州省地质环境监测总站，长期承担全省地质环境监测和地质灾害调查、统计、速报与集成研究等工作，掌握了全省大量地质灾害点的发生发展及危害程度的变化资料；同时，贵州省气象局全面掌握了全省详实的大气降水历史资料和实时资料，有4部先进的天气雷达组成的雷达网和较完善的气象信息收集传输网络系统作为技术支撑，条件完全满足了本项目的技术要求，建立和完善“贵州省地质灾害预报预警系统建设”，进一步提高预报预警针对性、准确性和及时性的工作目标是能够实现的。
　　2、降水单一诱发因素下的地质灾害气候条件预警方法
　　2.1、基本思路：地质灾害气象预报预警是指某一地质灾害因为降雨而诱发的地点和时间基本确定，尚未威胁到要预警的地区，从而根据事先掌握、分析的资料提前向该地区预先发出警报。由于贵州省受特定地形地质条件的影响，降雨在区域和季节上存在着巨大的差异性。除普降暴雨诱发群发性地质灾害以外，因为局地暴雨而诱发的突发性地质灾害也是贵州省的一大特征。从降水这一诱发地质灾害的主要和关键的自然因素入手，通过大量的灾害资料和气象资料，深入研究地质灾害发生与降水过程及其动态特征之间的关系，找出各种预警指标，建立地质灾害气象预警模型，进行地质灾害气象预警系统的开发研制和应用服务。
　　2.2、预警模型：参考国内最新的有关研究和实测结果，我们提出了考虑前期降雨过程、降雨类型、累积雨量和日雨量的综合预警指标，省气象台根据地质灾害点的分布，用纯降雨量分布因子规律进行了研究，建立了以下数学模型：
　　Rd≥Rc－Rs×C
　　其中Rd为当日最新日雨量，Rc为降雨量临界值，Rs为前期累积降雨量，C为经验系数。临界值Rc和经验系数C根据实测资料数据检验确定。对于不同的降雨类型，其降雨量临界值和冗余系数是不同的，需根据试验检验加以确定。根据地质灾害和气象件的关系，将地质灾害气象条件预警等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三级，分别定义为可能性较大、可能性一般、可能性较小，初步确定了两种主要降雨类型下地质灾害气象预警模型的具体参数。
　　地质灾害的发生不仅与降雨量、降雨时间等有关，同时还与降雨类型有密切的关系。不同雨型（大-暴雨型与连续性降雨型）对触发滑坡等地质灾害的降雨临界值有明显的差异。
　　2.3、预报预警情况
　　以全省地质灾害隐患点和全省84个气象站、800个乡镇雨量站实时观测资料为基础，建立了降水资料实时数据库、地质灾害隐患点数据库，与气象通讯网络联网，实现了自动实时运行，自动进行实时气象资料采集处理，对全省各地及地质灾害隐患地区进行实时天气监测，自动进行预警指标计算并输出预警结果。
　　经统计在2004年5—8月气象地质灾害预测预报中，发生与降雨有关的地质灾害166处，其中38处在地质灾害气象预测预报范围内，成功预报率为22.9%，不在气象地质灾害预警范围内的有128处。在实现预测预报的38例灾害中，预警结果达到Ⅲ级预报（可能性较小）的有16例，约占预警总数的42.1%；达到Ⅱ级预报（可能性一般）的有3例，约占总数的7.9%；达到Ⅰ级预报（可能性较大）的有19处，约占总数的50%。预测预报验证情况总体来看以Ⅰ级为主，Ⅲ级次之，Ⅱ级最少。
　　运行结果表明：（1）、通过降水监测和模型计算进行地质灾害的气候预警是有效果的，但成功率较低；（2）、由于本系统的预警模型和方法还是初步的，模型参数可根据灾情实况进行进一步调整，因此预警效果可以进一步提高；（3）目前只是通过降水这个单一的诱发因素进行地质灾害的气候条件预警，下一步系统预警模型应结合地质环境要素综合考虑，则预警效果会有更大的提高。
　　3、降水和地质环境条件复合的地质灾害气象预警方法
　　3.1、总体思路
　　地质灾害的发生是一个多因素共同作用的复杂的物理过程，受内因和外因控制，内因包括地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质、植被覆盖等；外因包括自然因素和人为因素，降雨是导致地质灾害发生的主要的自然诱因。只有当地质体处于临界稳定状态或接近临界稳定状态时，外因才能诱发地质灾害发生。在目前阶段来说，滑坡等地质灾害相关的力学参数还是一灰色系统问题，难以结合监测手段进行定点实体预测[1]。从国内外取得的经验来看，实行多学科、跨部门联合攻关，先易后难，由浅入深，采取由面到点的预测预报途径具有重要的现实意义。在综合研究和分析地质灾害内在与外在因素基础上进行多因素的预测预报成为该学科的发展方向。我们的思路是：先将导致地质灾害发生的内外因素在GIS中进行数值化综合处理，生成相对固定的全省地质灾害易发程度分区图，然后确定各易发区诱发灾害的气象预警指标和判别值，将实时气象预警指标与地质灾害易发分区背景图在GIS中进行叠加分析，按判别模型计算输出地质灾害预警等级结果。
　　3.2、预报预警指标和方法
　　国内相关研究表明，滑坡等地质灾害的发生与前期降雨量、降水强度、降水持续时间及间隔有密切的关系，尤其是与暴雨频次具有很好的一致性[2][3][4]。最新研究成果认为，地质灾害发生的规模和类型与降雨量有明显的正相关，而不同降雨类型下灾害的发生情况也存在明显差异[3][4]。根据观测事实，滑坡等地质灾害的发生并不完全与降雨过程同步，存在一定的滞后性，一般集中在降雨后72小时内发生[2][3]。这说明灾害发生前期的降雨情况是重要的，从理论和观测事实来说，灾害发生前3~5天的降水情况形成直接影响地质灾害发生的前期降雨条件，而超过5天以上的前期降雨情况的影响要弱的多，基本可以忽略[3]。
　　我们根据历史灾害事件和前期累计雨量的相关性统计分析，也得出灾害发生与前3天、前5天累积雨量相关性较好。因此我们分别选取了3天累积雨量和5天累积雨量进行灾害相关分析，应用精确到乡镇和灾害发生地点的真实降水数据，对近两年来降水诱发灾害对应的降雨指标进行了统计分析。
　　灾害发生当日雨量、前3天累积、前5天累积雨量。可以看出，诱发地质灾害的降水条件基本可分为当日暴雨—大暴雨诱发型和前期持续性累积降雨诱发型两类，累积雨量的作用主要体现在前期持续性累积降雨诱发型中，而5天累积雨量指标比3天累积更具有代表意义。因此，我们选取了5天实况累计雨量和24小时预报雨量作为地质灾害气象预报预警的气象指标。
　　在已有全省地质环境和地质灾害调查及区划成果基础上，将全省地质环境要素在GIS中进行数值处理和综合分析，使用的GIS系统平台为MAPGIS6.5。在GIS系统中对各致灾因子进行数值化概率化处理，形成各因子的信息专层，对地质灾害易发程度进行综合分析和评价，完成全省地质灾害易发程度区划，生成详细的全省地质灾害易发程度分区图，据此把全省划分为若干预警区域。按高易发、中易发和低易发三级对全省进行地质灾害易发程度的划分，作为地质灾害气象预报预警的地质环境基础指标。
　　 根据国土资源部和中国气象局的联合规定，地质灾害气象预警分为5级等级标准，具体定义为：一级预警为可能性很小、二级预警为可能性较小、三级预警为可能性较大（注意级）、四级预警为可能性大（预警级）、五级预警为可能性很大（警报级）。因此，我们设计了二维综合判别表的形式，并结合不同的地质灾害易发区背景条件，经过对近两年灾害历史资料的统计分析，初步确定了各地质灾害易发区各级预警等级判别标准。通过地质易发条件、五日累计降雨量和24小时预报降雨量共同叠加分析研判得出预报预警结果，当预警为可能性较大（注意级）三级以上时，在“贵州地质环境信息网”、“贵州气象在线”和贵州电视卫星频道等媒体上发布地质灾害气象预报预警信息。
　　3.3、2004年实例验证预报和2005年4—7月预报预警效果
　　2004年汛期（4～9月）经统计在气象地质灾害预警预报预警试验中：有13处在气象地质灾害预警范围内，占试验总量的61.9%，不在气象地质灾害预警范围内的有8处。预警结果达到三级预警（注意级）的有6例，达到四级预警（预警级）的有5例，达到五级预警（警报级）的有2处，分别约占总数的46%、38%和15%。
　　2005年4～7月地质灾害气象预报预警中：实际共发生地质灾害94起、出现隐患的有76处。在气象地质灾害预报预警三级以上范围内，发生地质灾害的有45起，占总灾害点的47.87%。其中，达到三级预警（注意级）的有36例，达到四级预警（预警级）的有7例，达到五级预警（警报级）的有2例，分别约占其80%、15.56%和4.44%。；出现隐患的有32处，占总隐患点的42.11%。
　　总体来看以三级为主，四级次之，五级最少，真正启动地质灾害防灾预案的机率较小，基本不会形成扰民现象。实际灾害的发生不在有效预警范围之内的产生原因可能有四：一是制定的判别指标标准可能还需要调整；二是该灾点的易发区分区可能不十分准确；三是诱发灾害的原因可能有降水外诱因其重要作用；四是未来24小时降雨预报的落区、雨量精度上在技术方面存在局限。
　　4、体会
　　通过从简单到复杂和由浅入深的科学研究，已经形成一套基于GIS的地质灾害气象预警方法。在初步完成地质灾害易发区划基础上，应用准确可靠的气象数据对诱发地质灾害的气象条件进行统计分析，将诱发地质灾害的降水条件分为当日暴雨-大暴雨诱发型和前期持续性累积降雨诱发型两类，得出了较为合理和全面的具有较好代表性的气象预警指标，设计了气象预警指标二维综合判别表，结合地质灾害易发区背景初步确定了各级预警等级判别标准。对2004年贵州省降水诱发的地质灾害实例进行验证预报和2005年4—6月预报预警的效果较好。为联合开展多因素的地质灾害气象预报预警工作奠定了运作基础。
　　开展多因素的预报方法比单因素的预报更有针对性和更高的成功率，因为该方法更贴近实际也更具有科学合理性。基于GIS的简便实用的地质灾害气象预警方法，简单明了、易于实现，特别适用于省级地质灾害气象预警业务应用，但在实际业务应用中还需注意以下问题：
　　（1）地质灾害易发区划分的真实可靠程度直接影响预警效果。易发分区是相对固定的，随着人类工程活动的加剧和各种环境变化，各地灾害易发程度也会有所改变，因此每隔一段时期有必要对易发分区进行更新；
　　（2）气象预报的准确性直接影响地质灾害的预警效果。开展的灾害实例验证中以当日实况雨量代替了预报雨量，这在很大程度上提高了预警准确率，而在实际业务中必须使用预报量，预警准确率将可能大为降低；
　　（3）地质灾害气象预警指标综合判别标准参数应根据实际应用情况进行必要的调整，以达到预警效果与实际情况更为相符。
　　由于地质灾害的孕育与产生有其自身的规律性，地质灾害的预报预警研究在我国目前还处于资料积累、方法探讨阶段，开展此项工作的理论基础和技术方法尚在进一步探索和研究当中。我们本着“边开发、边应用、边提高”的工作思路，从气象因素和全省地质灾害隐患入手逐步深化研究降水和地质环境条件与地质灾害发生的关系，由浅入深，在尝试和探索中开展地质灾害的预报预警研究。
　　除此之外，还要尽快建立与省内各市县链接的地质灾害信息网络，及时分析反馈情况，研究修正预报预警工作中使用的评判标准和方法，提高预测预警的可信度。加强进一步学习和研究适合贵州情况的地质灾害预报预警新技术新方法,立项开发地质灾害气象预报预警专用软件，并与正在立项开发的《贵州省地质灾害应急指挥系统》链接，以提高地质灾害预防能力。
　　
　　参考文献
　　[1] 文海家等,滑坡预报国内外研究动态及发展趋势.中国地质灾害与防治学报.2004(1):1-4
　　[2] 林孝松,郭跃.滑坡与降雨的耦合关系研究. 灾害学. 2001,16(2):87~92
　　[3] 张先发,李明华等.长江上游暴雨与滑坡崩塌关系.地理.1995,8(3):102-106
　　[4] 杜容恒等.长江三峡库区滑坡与泥石流研究. 成都:四川科技出版社,1991,33-36
　　
　　
　　[本文发表于“贵州地质”2005年3期，为第一作者, 其余作者依次为陈百炼、杨森林、张建江、王林]