地质灾害预警预报及信息管理系统应用研究

2023-09-02 来源：步旅网

17卷6期2008年12月自　然　灾　害　学　报

JOURNALOFNATURALDISASTERSVol.17,No.6Dec.,2008

文章编号:100424574(2008)0620060204

地质灾害预警预报及信息管理系统应用研究

岳建伟

1,2

,王　斌

1,2

,刘国华,蔡洪春

31,3

,周玉才,余广文44

(1.北京师范大学资源学院北京100875;2地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875;3.辽宁省国土资源厅信息中心,辽宁沈阳110032;4.江西省地质环境监测总站,江西南昌330012)

摘要:根据调查,江西省地质灾害的诱发因素主要是降雨,因此,通过总结前人关于地质灾害预报预警的研究,提出了一套应用降雨资料对地质灾害进行预报预警的预警流程,并建立预警及信息管理系统。该系统采用空间数据库引擎技术管理海量滑坡、地质、地貌、降雨等数据及地质灾害的文档等资料。系统基于WebGIS技术,实现了地质灾害预报预警图的发布、信息查询、空间定位、空间叠加和地质灾害预警预报信息反馈等功能。关键词:地质灾害;预警预报;信息管理中图分类号:P694　　　文献标识码:A　

Applicationstudyonearlywarning/forecastandinformation

managementsystemofgeologicaldisaster

YUEJian2wei,WANGBin

1,2

,LIUGuo2hua,CAIHong2chun

31,3

,ZHOUYu2cai,YUGuang2wen

(1.CollegeofResourcesScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;2.StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourcesEcology,Beijing100875,China;3.LiaoningBureauofLandandResources,

Shenyang110032,China;4.JiangxiStationofGeo2enviromentMonitoring,Nanchang330012,China)

Abstract:Rainfallisthemaininducing2factorofgeologicaldisasterinJiangxiProvince.Thispapersummarizestheresearchongeologicalhazardsandproposesamethodfortherainfall2inducedlandslidesprediction.Asystemofforecastingandearly2warninggeologicalhazardsweredevelopedbasedonthismethod.Thesystemmanagesenor2mousrelativedatawhichincludeslandslidedata,geologicdata,geomorphologicdata,rainfalldataanddocumentsofgeologicalhazardsviaspatialdatabaseengine.BasedonWebGIStechnology,thesystemimplementsandprovidesfollowingfunctions:issueofpredictionmapoflandslidehazardsprobability,informationquery,spatiallocalizationandspatialoverlapping,forecastedinformationfeedbackandsoon.

Keywords:geologicaldisaster;forecastingandearlywarning;informationmanagement

地质灾害属于自然灾害中的一类重要灾种,它不仅给人类生命安全带来威胁,而且对环境、资源、财产等具有严重破坏性。江西省是全国地质灾害最严重的12个省份之一,为充分掌握江西省地质灾害情况,从20

世纪90年代后期开始了县(市)地质灾害调查,截至2004年底,共完成39个县(市)的地质灾害调查工作,地质灾害调查面积82572km,调查灾害点12684个。据调查,江西省发育有9类20多种地质灾害,常见的

收稿日期:2008-05-21;　修订日期:2008-08-13

　　基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2007AA120306,2007AA120205);国际科技合作计划项目(2007DFA20640);对发展中国家科技

援助项目

　　作者简介:岳建伟,(1975—),男,博士,主要从事地图学与地理信息系统、国土资源信息化研究,E2mail:yuejw@ires.cn

6期岳建伟等:地质灾害预警预报及信息管理系统应用研究・61・

突发性地质灾害有:崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等。据全省已开展的39个县(市)地质灾害调查统计,全省崩、滑、流、地面塌陷等突发性地质灾害点共10163点。灾害类型以滑坡为主,滑坡6634点,占灾害总数的65.4%,另外崩塌2813点、泥石流266点、地面塌陷450点,分别占灾害总数的27.7%,2.6%,4.4%。

目前,39个县(市)的调查成果(调查与区划报告、重要地质灾害隐患点防灾预案、地质灾害防治规划建

议稿、数据库等)已提交地方政府使用,为这些重点县(市)乃至全省的地质灾害防灾工作奠定坚实的技术基础,为地质灾害的预警预报提供了数据基础,使地质灾害预警预报成为可能,同时也对如何管理这些大量的地质灾害资料从而为更好地进行预警预报服务提出了要求。

1　地质灾害预警预报方法

1.1　地质灾害预警预报原理

影响地质灾害发生的环境因素

[1-3]

包括:地形地貌、工程地质岩组、岸坡结构类型、软弱地层状况、构造

情况、地面变形情况、植被发育情况、已有动力地质现象、河流动力地质作用、结构面组合状况、裂隙发育程度等。在一定时期内这些影响因子可以看成是固定的。而对于降雨和人类工程活动因素而说,由于时空变化较大,成为影响滑坡、泥石流等地质灾害的很重要的诱发因子。据调查,江西省灾害形成的主导因素以暴雨型为主,占总点数的79.7%;与人类工程活动有关的灾害点,占灾害总点数的72%。

由于形成地质灾害涉及的因素较多,因此,地质灾害预警预报的应用研究目前在国际上还是一个难题

。当前主要的地质灾害预测方法是采用多元线性回归方法:

Zw=C1Z1+C2Z2+…+CnZn

式中:Zw为地质灾害综合危险性指数

Z1,Z2,Zn为各种影响地质灾害发生的因素的强度指数C1,C2,Cn为各种影响地质灾害发生的因素的权值1.2　地质灾害预测预报的思路和方法地质灾害预测主要是圈定容易产生地质灾害的区域。地质灾害易发区的划分基于地质灾害现状,参考历史地质灾害发育特征进行。地质灾害空间预测流程见图1。1.3　时空耦合区域地质灾害预警预报研究

研究思路:在区域地质灾害空间预测的基础上,结合实时的气象动态信息,分析研究江西省滑坡(泥石流)灾害的主要诱发因素,研究不同地质环境在不同气象条件下的地质灾害体发生的统计规律和内在机理,通过确定有效降雨量模型、降雨强度模型、降雨过程模型的临界阈值,建立基于实时动态气象信息的区域地质灾害预警预报时空耦合关系,对区域性的崩滑灾害进行危险性与风险性时空预警预报。其中计

算有效降雨量的实施技术如下:

(1)计算有效降雨量

图1　地质灾害预测流程

α有效降雨量的确定采用的是幂指数形式,计算式如下所示,取=Fig.1　Flowchartofgeologicaldisaster

0.7～0.8和30d的幂指数形式作为有效降雨量系数,计算有效降雨量:forecast

(2)Rc=R0+αR1+αR2+…+αRn

式中,Rc为有效雨量,R0为当天降雨量,R0为前第n日降雨量,α为系数,n为经过的天数。

(2)降雨诱发指数计算

降雨诱发指数,主要反映降雨强度。根据各降雨特征指标临界值(有效降雨量、预报日降雨量、前1小时降雨量)与各降雨特征指标实际值关系计算,其计算公式为

R=max(Ri)

(3)

[4]

(1)

式中:n为降雨诱发指数,Ri为各降雨特征指标(有效降雨量、预报日降雨量、前1h降雨量)降雨诱发指数,其中Ri根据降雨特征指标按其实际值及临界值,采用下式计算:

・62・

自　然　灾　害　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　17卷

Ri=(n-1)+

Rr-RlRn-Rl

(4)

式中:n为降雨特征指标实际值所处临界值区间对应的预警状态级别值,Rr为降雨特征指标实际值,Rn为降雨特征指标实际值所处临界值区间的上限,Rl为降雨特征指标实际值所处临界值区间的下限。

(3)临界降雨量的确定

根据江西省的地质条件、滑坡灾害调查情况、气象条件等,划分地质灾害易发区等级,统计已发生地质灾害与有效降雨量、24h降雨强度的相关性,确定出不同易发区不同等级的临界降雨量(Ⅰ,Ⅱ),作为判别分析的阀值,确定降雨量危险性等级。降雨量小于Ⅰ级临界降雨量的为低危险性,降雨量介于Ⅰ级临界降雨量、Ⅱ级临界降雨量之间的为中危险性,降雨量大于Ⅱ级临界降雨量的为高危险性。表1　降雨特征临界值一览表Table1　Criticalcharacteristicvaluesforprecipitationearly2warning降雨特征

一级

有效降雨量/mm预报日降雨量/mm

<50<30预警状态二级50～12030～60

三级

120～17060～100

四级

170～250100～150

五级≥250≥150

　　注:预报等级划分为5级:一级为可能性很小、二级可能性较小、三级为可能性较大、四级可能性大、五级为可能性很大。其中,三级在预报

中为注意级,四级在预报中为预警级,五级在预报中为警报级。

　　(4)判别分析

将各单元的有效降雨量与临界有效降雨量进行对比,确定出各单元的降雨量危险性等级,将降雨量危险性等级和地质灾害易发区等级进行叠加,叠加结果如表2,对应于4个不同的易发区把地质灾害预警预报等级划分为5级:其中:3级及3级以上为预警预报等级,5级为预警预报区的最高等级,1级和2级为不预警区,不同的预警预报等级采用不同的颜色予以表示。3级预警区是指应加强对灾害点的监测的地区;4级预警区是指应密切加强对灾害点的监测的地区,采取一定的防范措施;5级预警区是指应全天对灾害点进行监测,直接受害对象尤其是住户和人员在必要时应该采取避让措施。在预警预报中,3级为注意级,4级为预警级,5级为警报级。

表2　预警区等级划分表

Table2　Classificationofearly2warningdistrict

降雨量危险性等级

低危险性

高易发区

滑坡灾害空间区划

中易发区低易发区不易发区

不预警区(2级)不预警区(1级)不预警区(1级)不预警区(1级)

中危险性

4级预警区3级预警区3级预警区

高危险性

5级预警区4级预警区4级预警区

不预警区(1级)不预警区(2级)

2　系统设计

本系统的设计目标是在对地质灾害多发区、易发区实施监测的基础上,建立地质灾害信息一体化管理、地质灾害评估分析与预测预警、地质灾害信息发布等子系统,形成集地质灾害的数据管理、评估分析、监测预警、发布传输于一体的防灾、减灾系统,实现对地质灾害信息的动态、科学管理,为地质灾害的防灾减灾提供决策支持。为了达到该目的,系统由3部分组成:资料管理、预警预报和信息发布。

(1)资料管理

地质灾害资料管理是整个系统图形、数据和地质灾害文档进入系统的入口,也是管理地质灾害资料的窗口。该模块主要实现对突发性地质灾害点分布和灾情信息的图形、数据各种文档的一体化管理,为预警预报提供高效的管理平台。主要功能包括:地质灾害数据包括空间数据(包括3S和测量数据)、图形、表格数据、文本数据的输入建库;空间数据,图形、表格数据,文本数据的增加、修改与删除;可视化的地质灾害数据查询

6期岳建伟等:地质灾害预警预报及信息管理系统应用研究・63・

与统计;图表、文档(包括查询结果)的输出,各种图形格式(包括矢量和栅格)的输出等。系统将ArcGIS和Autovue高度集成,使用户在本系统中就能够实现对图形、数据和文档的查询浏览。

(2)预警预报预警预报功能是根据预报模型设计开发的根据降雨和地质灾害易发区进行分析预测地质灾害危险区模块。它根据资料管理模块提供的数据进行计算,并把计算结果存入地质灾害数据库中。由于影响地质灾害发生的地质、地貌等环境因素相对来说变化不大,因此,在进行预测计算时可以将这些因素影响地质灾害发生的影响因子计算后保存,在进行以后的预测计算时仅计算降雨量影响因子,然后叠加分析即可,从而加快预测计算速度。当环境因素发生变化后再重新计算环境影响因子。(3)信息发布

信息发布功能是根据预警预报的结果将地质灾害的预测结果向社会公众进行发布,并且还负责在灾情发生后收集灾情的工作。信息发布是系

图2　系统设计图

Fig.2　Designofsystem

统与社会大众进行交流的窗口。系统采用ArcIMS进行开发,用户能够通过系统查询地质灾害的预报情况、

地质灾害的分布等其他有关的地质灾害信息。如图所示。

图3　预警信息发布界面

Fig.3　Interfaceofissuingforecastandearly2warninginformation

3　结论

江西省每年4-6月为雨季,降水占全年降水的42%～65.5%;多暴雨及连绵阴雨,一次性过程降雨量

可达200～400mm。连绵阴雨致使雨水大量渗入土层,增加荷重,导致滑坡体的抗剪降低;强降雨的发生,加剧了这一情况,是地质灾害诱发的重要因素。系统根据预报的降雨强度和有效降雨情况,结合该地区的地质结构和地貌等条件做出地质灾害气象预警预报,及时发出地质灾害可能发生的警报,为地方政府和公众采取防御措施提供了科学依据。

参考文献:

[1]　宋光齐,等.地质灾害气象预警预报方法探讨[J].水文地质工程地质,2004,(2):33-36.

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