地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)    2012-08-23     論文導(dǎo)讀:介紹了杭州地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計思路和功能特點。在地質(zhì)災(zāi)害隱患點普查基礎(chǔ)上，應(yīng)用足夠密度、實時傳輸?shù)挠炅坑^測資料，綜合分析各隱患點地質(zhì)穩(wěn)定狀況、前期有效降雨量、臨近降雨強度對滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害影響，運用統(tǒng)計方法建立了地質(zhì)災(zāi)害.    介紹了杭州地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計思路和功能特點。在地質(zhì)災(zāi)害隱患點普查基礎(chǔ)上，應(yīng)用足夠密度、實時傳輸?shù)挠炅坑^測資料，綜合分析各隱患點

2、地質(zhì)穩(wěn)定狀況、前期有效降雨量、臨近降雨強度對滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害影響，運用統(tǒng)計方法建立了地質(zhì)災(zāi)害氣象臨近預(yù)警模型，在此基礎(chǔ)上采用資料細網(wǎng)格插值、閥值自動判別、預(yù)警實時發(fā)布等技術(shù)，構(gòu)建了全自動化運行的地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)，將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警精細到村、信息實時發(fā)布到責任人。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，投入業(yè)務(wù)運行以來應(yīng)用效果良好，在防災(zāi)避災(zāi)和提高防治工作效率等方面發(fā)揮了積極作用。地質(zhì)災(zāi)害; 精細化; 臨近預(yù)警系統(tǒng)收稿日期: 2012-02-280 引 言杭州地質(zhì)結(jié)構(gòu)和天氣氣候復(fù)雜，平均每年發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害事件近 60 起，屬地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。隨著自動氣象站密度提高，信息無線傳輸技術(shù)成熟，地質(zhì)災(zāi)害隱患點等相關(guān)基

3、本信息數(shù)據(jù)完整詳實以及地質(zhì)災(zāi)害群測群防網(wǎng)絡(luò)體系不斷健全，深入開展地質(zhì)災(zāi)害實時氣象預(yù)警技術(shù)研究條件基本成熟。2008 年初，杭州市氣象局與市國土資源局提出建設(shè)“杭州市地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)”的工作思路，并開展技術(shù)路線設(shè)計和相關(guān)攻關(guān)技術(shù)研究，著重解決了地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警精細化、發(fā)布及時性、服務(wù)針對性和運行自動化 4 個關(guān)鍵問題，實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警和群測群防體系的無縫隙對接，提高了地質(zhì)災(zāi)害防治的科學(xué)水平?？傮w思路降水是滑坡、崩塌、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因，基于臨界雨量開展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警是我國當前及今后相當長時期內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警行之有效的減災(zāi)方法。本系統(tǒng)依據(jù)國土部門精細到點的地質(zhì)穩(wěn)定狀況

4、調(diào)查結(jié)果、落實到人的地質(zhì)災(zāi)害防治組織體系等基礎(chǔ)信息，利用氣象部門足夠密度、實時傳輸?shù)淖詣託庀笳举Y料，采用資料細網(wǎng)格插值、閥值自動判別、預(yù)警實時發(fā)布等技術(shù)，構(gòu)建了全自動化運行的地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)，將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警精細到村、信息實時發(fā)布到責任人。系統(tǒng)整體架構(gòu)見圖 1。圖 1 地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1建設(shè)目標構(gòu)建基于實時雨量等資料的地質(zhì)災(zāi)害精細化氣象臨近預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警精細浙 江 氣 象到村( 隱患點) ，預(yù)警信息通過手機短信直接發(fā)布到相關(guān)責任人，并實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)和手機終端在任何時間、任意地點可查詢地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警狀況及地質(zhì)災(zāi)害隱患點相關(guān)信息。預(yù)警對象與等級降雨誘發(fā)的

5、區(qū)域性和局地性地質(zhì)災(zāi)害，重點對地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點及所在村作為最小預(yù)警對象。參照氣象災(zāi)害預(yù)警發(fā)布規(guī)范，將地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警分為 5 個等級，1 5 級地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性依次增大，并明確響應(yīng)預(yù)警等級的防范對策建議。在實際預(yù)警發(fā)布中，1 2 級不對外發(fā)布預(yù)警，3 級或以上對外實時發(fā)布預(yù)警。地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報預(yù)警分為 5 個等級: 1 級，可能性很小; 2 級，可能性較小; 3 級預(yù)警用黃色表示，可能性較大; 4 級預(yù)警用橙色表示，可能性大; 5 級預(yù)警用紅色表示，可能性很大。預(yù)警時段與地域預(yù)警時段為全天候 24 h; 預(yù)警地域為整個杭州市域范圍。預(yù)警模型的建立臨界降雨量判據(jù)研究根據(jù)有關(guān)研

6、究積累和歷史經(jīng)驗，滑坡泥石流的發(fā)生不僅與前期降雨量、當日降雨量有關(guān)，且與臨近短時降雨強度關(guān)系密切。對全市 186 個歷史滑坡泥石流事件與降雨過程的相關(guān)性進行統(tǒng)計分析也發(fā)現(xiàn): 杭州地質(zhì)災(zāi)害主要為滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷，其中滑坡、崩塌兩類地質(zhì)災(zāi)害占 92%，因降雨直接或間接誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害占 72%。本系統(tǒng)確定的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警判別標準 Rd 與地質(zhì)穩(wěn)定性分區(qū) Gc、有效累計雨量 Rv 和短時降水強度 Rs 有關(guān)，Gc 為地質(zhì)穩(wěn)定性，分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū) 3類，根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件、地形坡度、不良地質(zhì)狀況和潛在威脅人員與財產(chǎn)等因子綜合劃定，具體劃分標準見國土資源部 2006 年 10 月印

7、發(fā)的縣( 市) 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求實施細則( 修訂稿) ，由市國土部門調(diào)查提供; Rv 為有效累計雨量，取前幾天有效累計雨量，本系統(tǒng)取 5 d; Rs 短時降雨強度，指定最近 1 h，2 h，3 h和 6 h 雨強; Rd 為預(yù)警判別標準，針對不同的地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)，分別建立基于 Rv，Rs 的判別標準。對于不同的降雨類型及不同的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，其降雨量臨界值及經(jīng)驗系數(shù)是變化的，根據(jù)統(tǒng)計計算和經(jīng)驗修正分別擬訂了高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)的臨界值降雨量預(yù)警判據(jù)，不設(shè)定低易發(fā)區(qū)臨界值降雨量預(yù)警判據(jù)。預(yù)警判別因子地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警的臨界值降雨量預(yù)警判據(jù)主要考慮 3 個因子: 隱患點的地質(zhì)穩(wěn)定狀況、最近 5

8、 d 有效降水量( Rv) 、短時降雨強度( Rs) 。Rv 計算方法參照杭州地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)等級預(yù)報方法研究成果，前期降水量對地質(zhì)災(zāi)害的作用隨著時間推移逐漸減弱。有效降水量( Rv) 計算公式為:Rv = 5i = 1Ai* Rpi式中，i =1 5，Rpi 以當天為基準前推第i d的日降水量，Rp2 即為昨天日降水量，Rp1 為截止當前的當天累計降雨量; Ai 為有效降水量折算系數(shù)，A1 A5 分別為 1，0.8，0.6，0.4，0.2。Rs 等級劃分Rs 短時降雨強度是指 1 h，2 h，3 h 和 6 h 的降雨量，系統(tǒng)所指的短時降雨強度及其對應(yīng)雨量根據(jù)經(jīng)驗制定級到級，具體標準見表 1。地

9、質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警等級判別標準參照杭州地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)等級預(yù)報方法研究成果，建立以該點所屬地質(zhì)穩(wěn)定狀況為類別，橫坐標為短時降雨強度 Rs、縱坐標為有效降水 Rv的預(yù)警等級判別標準，建立不同地質(zhì)穩(wěn)定性區(qū)域的氣象預(yù)警指標及預(yù)警等級判別標準。在實際應(yīng)用中，以連續(xù)晴好( 無雨) 5 d 以上為計算中斷期，即認為在連續(xù)晴好 5 d 以上，前期氣象因子對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不起誘導(dǎo)作用。根據(jù)對突33浙 江 氣 象 33 卷 2 期發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的各種誘因的綜合分析，擬訂了臨界值降雨量預(yù)警判據(jù) 。表 2、表 3 分別為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患點氣象預(yù)警等級判別標準。地質(zhì)災(zāi)害點對點實時預(yù)警技術(shù)研究地質(zhì)災(zāi)害隱患點和雨量站

10、分布狀況杭州市 1 6 萬 km2建有 298 個自動氣象站，平均間距 5 10 km2，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和主要地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)至少有一個自動氣象站，分布基本均勻，雨量數(shù)據(jù)每分鐘實時采集; 地質(zhì)災(zāi)害隱患點 1000 個左右，分布不均勻，每年根據(jù)調(diào)查情況進行動態(tài)更新。2009 年，針對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)增建了自動氣象站，雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)可為地質(zhì)災(zāi)害氣象精細化實時預(yù)警提供充分的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。地質(zhì)災(zāi)害隱患點代表雨量數(shù)據(jù)實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患點代表雨量數(shù)據(jù)實現(xiàn)關(guān)鍵的工作之一是將離散點資料插值成規(guī)則的網(wǎng)格點資料。本系統(tǒng)采用 Surfer 軟件提供 Grid 內(nèi)插計算完成插值過程。Grid 提供了距離倒數(shù)加權(quán)法、最小曲率法、三角

11、網(wǎng)線性插值法、克立格法、多元回歸法等數(shù)學(xué)插值模型?？紤]到降雨不勻均性，本系統(tǒng)采用了克立格插值方法，將全市離散點雨量資料插值成規(guī)則的 0.01° ×0 01°網(wǎng)格點資料，來代表網(wǎng)格點內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點雨量數(shù)據(jù)。點對點實時預(yù)警發(fā)布技術(shù)實現(xiàn)隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，以 CDMA，GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)形成的數(shù)據(jù)服務(wù)，不受地理環(huán)境和天氣條件的限制，投資和運行費用低，數(shù)據(jù)傳輸準確，安全可靠性高，時效性和帶寬滿足地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警短信的傳輸要求。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警判別算法，系統(tǒng)每 10 min 自動計算全市地質(zhì)災(zāi)害隱患點的氣象預(yù)警等級，判定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，對于達到 3 級或以上預(yù)警等級的地質(zhì)災(zāi)害隱患點，則自動采用無線通信技術(shù)，按照集約規(guī)則，只向隱患點對應(yīng)的責任人和所在的村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、國土部門相關(guān)責任人發(fā)布預(yù)警信息，提醒或指導(dǎo)相關(guān)人員做好監(jiān)測防災(zāi)工作。而未達到 3 級預(yù)警等級的地質(zhì)災(zāi)害隱患