莆田市地质灾害气象预警研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 厂＿］　董　陈玉珍　郑文荣　黄丽娜　罗艳艳　李文飞　（１．福建省莆田市气象局，福建莆田５５ｆ１　００；２．福建省莆田市国土资源局，福建莆田５５ｆ１　００）　摘要：利用１　９９７～２００６年莆田市地质灾害和气象资料，分析了莆田市地质灾害的区域和现状特点；诱发地灾的气象条件；地灾与降　水量的相关系数。分析研究了地质灾害气象等级和以　镇行政区域为单元的地质环境背景等级修正系数，建立了各单元的地质灾害气　象预警模型Ｙｉ＝ＡＩ＊Ｄｉ。该方法科学新颖，实用性强，在近二年的地质灾害气象预报预警服务中，取得了明显的社会效益和经济效益。　关键词：地质环境背景等级；地灾气象预警模型；研究　ｌ　莆田市气候特征及地质灾害现状　地质灾害（主要是滑坡）个例。我们随机引用仙游站４６个　莆田市地处中国福建中部沿海，为低山丘陵地带。地　５天总降水量的资料，其中有ｌ８个个Ｎ５天降水量至１００ｍｍ出　势由西北向东南呈梯状倾斜：西部和北部以山地为主，低　现地质灾害；７个个例５天降水量８０～１００ｍｍ之间出现地质灾　山、峡谷、盆地错杂其间；中部和东部为冲积平原和海积　害；３个个例５天降水量在６０￣８０ｍｍ之间出现地质灾害，这　平原；东南部沿海为半岛和丘陵台地，地势低平，港湾环　可能与地质灾害点出现强降水，而在测站降水不大有关。　抱。属亚热带海洋性季风气候，全年降水充沛，雨量自西　ｌ６个个例５天降水量＜８０ｍｍ没有出现地质灾害；２个个例虽　北山区向东南沿海递减。西北部山区达２３００毫米以上，中　然５天降水量在８０～１００ｍｍ之间，但没有出现地质灾害，这　部平原为１２００毫米至１６００毫米，东南部沿海和岛屿在９００毫　可能与测站出现强降水，而在地质灾害点降水不大有关。　米至１３００毫米。５～６月的雨季、７～１０月上旬的台风季多强　上述总概括率为４１／４６：８９％。　降水，常引发地质灾害。　２．２地质灾害与暴雨的关系　莆田地质灾害的空间分布具有西北多东南少的区域性　统计山体滑坡发生当天仙游站２４ｔＪ￣时降水的量级（见　特点，以３２４国道为界，地质灾害分布密度呈现明显的差　表），当仙游站出现大雨时，发生山体滑坡的频率为　异，国道西北区域（面积２８４６．１９ｋｍ　），主要以中低山丘陵　２８，６％；出现暴雨时，发生山体滑坡的频率为３５．７％；出现　地形地貌为主，本市大部分的已调查灾害点分布于此，计　大暴雨时，发生山体滑坡的频率为ｌ０．７％；出现大雨到大暴　３７８处，占总数的９７．１７％；国道东南地区，地形地貌以平　雨总的频率为７５．０％。　原、台地、海岛为主，地质灾害分布较少，仅１１处，占　仙游站２４ｔＪ￣时降水与山体滑坡的关系　２．８３％。　本市的地质灾害按其成灾速度，可分为突发性地质灾　名称　潼鹱次数　援生频搴　囊计滑赣次数　囊计攘生鞭攀　害（滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡等）和渐变性地质灾　小雨　２　７Ｉ　２　７１　害（主要为地面沉降等）。截至２００２年，全市已调查有一定　中两　５　ｌ？擘　７　２５０　规模的地质灾害点３８９处，其中滑坡、崩塌占绝大多数，占　丈两　８　２８　ｌ５　５３　６　灾害总数的８８．６９％，计３４５处。另发现有泥石流５处，地面　豢两　ｌ０　３５　７　２５　９３　沉降ｌ处。已造成７５人死亡，毁坏房屋１７００多问，造成直接　经济损失２０００多万元，受威胁人口超过１２０００人，受威胁财　失暴两　３　１０．了　２鐾　ｌ００　产达６５００多万元。　出现２８个地质灾害的当天和前４天有暴雨的有ｌ９个个　２　影响地质灾害发生的气象条件　例，其中连续３天或３天以上出现暴雨的有３次，连续２天出　现暴雨的也有３次；剩下９个地质灾害的当天和前４天有大雨　利用莆田市国土资源局１９９７￣２００６年地质灾害资料和　的有８个个例，中雨的有１个个例。可见出现地质灾害的当　仙游站同步相对应的气象资料，分析气象条件与地质灾害　天和前４天中有暴雨的占６８％，有大雨占２９％，有暴雨或大雨　的关系。　的总概率为９７％。　２．１地质灾害与５天总降水量的关系　地质灾害不但与五天的总降水有关，还与逐日的降水　有关资料指出，地质灾害与五天（地质灾害的当天和　有关，发生地质灾害的当天有暴雨的有ｌ３天、大雨的有８　前４天）的降水量关系较为密切。１９９７￣２００６年我市有２８个　天，总概率为７５％；前一天有暴雨的有８天，大雨的有４天，　收稿日期：２００７—１２—１４修回日期：２００８—０１—０２　作者简介：陈玉珍（１９５０－），男，现任莆田市气象局天气气候高级工程师、市气象学会副理事长、福建省气象学会理事。　０１　维普资讯 http://www.cqvip.com 中国西部科技　２００８・０１　总概率为４３％；前二天有暴雨的有６天，大雨的有５天，总概　率为３９９６；前三天有暴雨的有２天，大雨的有３天，总概率为　１８％；前四天没有出现暴雨，但出现大雨的有４天，概率为　１４％。　地质灾害主要与当天的强降水关系密切，随着时间的　前移，概率逐渐降低，密切度也降低。　３　地质灾謇与降水量的相关系数　随机引用仙游站４６个个例降水量的资料，计算地质灾　害与降水量的相关系数。　３．１逐日降水量与地质灾害的相关系数　莆田市发生地质灾害时与仙游站当天的降水量的相关　系数为０．５１７０９，通过ｔ为０．０５％的显著检验；莆田市发生地　质灾害时与仙游站前一天的降水量的相关系数为０．３１４９３；　前二天的相关系数为０．３１０２１；前三天的相关系数为　０．２３３７２；前四天的相关系数为０．００５４５。可见，莆田市发　生地质灾害时与仙游站当天的降水量的相关系数为最高，　随着时间的前移，逐日降水量相关系数逐渐降低，对诱发　地质灾害的作用逐渐减少。日综合　３．２五天总降水量与地质灾害的相关系数　莆田市发生地质灾害时与仙游站当天的降水量的相关　系数为０．５１７０９；与仙游站当天及前一天的降水量和的相关　系数为０．５２３７６；与仙游站当天及前二天的降水量和的相关　系数为０．５５５１０；与仙游站当天的及前三降水量和的相关系　数为０．５７５８４：与仙游站当天的及前四天降水量和的相关系　数最高，达Ｎｏ．６０１５５。它们都通过ｔ为０．０５％的显著检验。　可以看出，随着时间的前移，总降水量相关系数逐渐增　大，对诱发地质灾害的作用逐渐加大。上面二点表述虽不　尽相同，但各天降水对诱发地质灾害的作用是一致的　４　莆田市地质灾謇气象预警模型　地质灾害不仅与降水的持续时间、强度有密切关系，　而且与地质环境背景的灵敏度有密切关系。地质灾害预报　预警模型由气象降水等级和地质环境背景灵敏度等级综合　确定。　４．１莆田市地灾气象等级的确定　利用仙游县站的资料，用时延法计算出仙游西苑乡前　县的１９９７￣２００６年我市２８个地质灾害个例的５天总降水量。　西苑乡前县的降水量基本能代表莆田市西北部（地质灾害　主要发生的区域）山区的降水情况，计算前县出现地灾各　百分比的降水量（见图）。根据莆田地灾的实际情况，以　发生地灾的累加频率达５％、１５％、４０％的５天总降水量，即　１００ｒａｍ、１３０ｒａｍ、Ｉ７０ｒａｍ作为进入预警（３级）、警报（４　级）、临灾（５级）三个状态的临界雨量值。５天总降水量　在ｌｏ０～１３０ｒａｍ之间２４ｄ，时内发生地质灾害的可能性较大，　地灾气象等级Ａ定为３级；在ｌ３０～１７０ｎ￣间２４小时内发生　地质灾害的可能性大，地灾气象等级Ａ定为４级；　５天总降　水量兰１７０ｍｍ２４￣时内发生地质灾害的可能性很大，地灾气　象等级Ａ定为５级。　Ｏ２　分析表明，５天总降水量＜８０￣ｍ，２４小时内发生地质灾　害的可能性很小，故地灾气象等级Ａ定为Ｉ级；在８０～　１００ｒａｍ之间２４小时内发生地质灾害的可能性小，故地灾气象　等级Ａ定为２级。　４．２莆田市地灾环境背景等级修正系数的确定　山地地质灾害滑坡、崩塌和泥石流的形成条件除诱发　因素强降雨外，还取决于发生地的地质环境背景条件，地　质环境条件主要包括原生环境的地形地貌，地层岩性、地　质构造、水文地质，工程地质、地形切割密度和植被发育　程度等致灾基础因子，还包括人类工程活动强度所形成的　次生生态环境致灾程度。根据不完全统计，地质灾害的形　成和发生，地质环境因素所占的比例为０．５５，强降雨因素　所占的比例为０．４５。为了提高预报预警精度，必须科学地　确定预报预警模型中的地质环境背景等级修正系数Ｄ。采用　预报预警区（以乡镇级行政单位为准）的地质灾害发育程　度（即地质灾害点频数）的大小来确定预报预警区的地质　环境背景等级修正系数Ｄ。　以全市５４个乡镇（含街道办事处，下同）行政区域为　预报预警区的单元，分别计算每个乡镇地质灾害发育点的　频数。根据地质灾害发育点频数，从小到大排列，根据预　警需要，结合地形地貌分区（山区、丘陵台地、平原）进　行分段分级，再把同级（即频数相近）的预报预警区归成　同一地质环境背景等级（表略）。把地质环境背景等级分为　５级：１级地质灾害发育点频数为０次，等级修正系数Ｄ定为　０．５，有ｌ２个乡镇；２级频数为０次，经过调查研究，未来在　强降水的袭击下，该单元的局部可能出现地质灾害，故系　数Ｄ为０．６，有６个乡镇；３级频数为１～７次，系数Ｄ为１．０，　有１４个乡镇；４级频数为８～２０次，系数Ｄ为Ｉ．４，有ｌ２个乡　镇；５级频数为量２１次，系数Ｄ为１．５，有１０个乡镇。　４．３莆田市地质灾害气象预警模型的确定　根据上述地灾气象等级和地灾环境背景等级系数的分　析，可建立某个区域（以乡镇级行政单位为准）的地质灾　害气象预警模型：　其中脚码ｉ为１～５４，表示第ｉ个乡镇，Ｙｉ为第ｉ个乡镇　地质灾害预报预警等级，Ｙｉ在０．５～Ｉ．９时为１级，Ｙｉ在　２．０～２．９时为２级，Ｙｉ在３．０～３．９时为３级，Ｙｉ在４．０～　４．９时为４级，Ｙｉ耋５．ｏＮ为５级；Ａｉ为第ｉ个乡镇地灾气象等　维普资讯 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厂＿］　董　级；Ｄｉ为第ｉ个乡镇地灾环境背景等级的修正系数。　（５）应用莆田市地质灾害气象预警这一研究成果，在　５　小结　２００６年６月７～８日的暴雨过程中、７月１５～１７日受强热带风　暴“碧利斯”影响，我市连续三天出现暴雨或大暴雨的过　（１）莆田地质灾害主要出现在５～６月的雨季和７～　程中，莆田市气象局和国土资源局联合发布地质灾害预报　１０月上旬的台风季，地质灾害空间分布密度呈现明显的差　警报，避免人员伤亡１４户，７１人，避免经济损失９８万元。　异，具有西北多东南少的区域性特点。　２００７年８月１８～２０日受台风“圣帕”袭击，台风过程雨量　（２）地质灾害不但与五天的总降水有关，还与逐日的　３００￣４００ｍｍ，局部超过５００ｍｍ，但由于地灾预警发布及时准　降水强度有关，特别与发生地质灾害的当天有大雨或暴雨　确，复盖面广，短信发送到市、县（区）、乡镇领导及各　关系密切，随着时间的前移，概率逐渐降低，密切度也降　村的书记、村长手中。各级领导和地灾隐患点的农民有效　低。　地做好地灾的预防、撤离工作，我市虽发生多处山体滑　（３）莆田发生地质灾害时与仙游站逐日降水量有关，　坡，但没有造成人员伤亡。在近二年的地质灾害气象预报　特别与当天的降水量相关最为密切，相关系数高达　预警服务中，取得了明显的社会效益和经济效益。　０．５１７０９，随着时间的前移，逐日降水量相关系数逐渐降　参考文献：　●　低，到前四天的相关系数仅为０．００５４５，对诱发地质灾害的　［ｉ］徐晶．中国地质灾害气象预报警报［Ｃ］．中国气象学会２００３年　作用逐渐减少。　年会，２００３　（４）经过大量的分析研究，确定了地灾气象预报等　［２］张书余．地质灾害气象预报基础［Ｍ］．北京，气象出版社，　级、地质环境背景等级的修正系数。从而建立某个区域　２００５　（以乡镇级行政单位为准）的地质灾害预报预警模型　［３］王国民．福建省地质灾害现状及地质灾害气象预报预警工作设　Ｙｉ＝Ａｉ＊Ｄｉ。该预报预警模型改变过去单纯以气象雨量等级　想［Ｇ］．福建省地质环境监测中心　来代替地质灾害等级，把地灾气象等级和地质环境背景条　［４］柳源．滑坡临乔暴雨强度［Ｊ］．水文地质工程，１９９８，　件紧密结合，突出了地质环境背景条件是发生地质灾害的　（３）：４３￣４５　关键因子，符合实际情况，有科学意义和现实意义。　（上接第０５页）　不影响结构短期安全性；　霎：　一　（３）拱肋实心段与空心段之间采取坡脚过渡集中应力　的峰值迅速减小，且区域更小，更利于结构的长期耐久　性，建议采用；　（４）拱座绝大部分区域应力水平较低，只是在拱肋周　边出现应力集中现象，但小于Ｃ４０混凝土的抗拉、抗压极限　强度，故拱座受力安全。　（ａ）第一主应力　（ｂ）第三主应力　参考文献：　图３．３拱座应力云图　［１］陈宝春，杨亚林．钢管混凝土上承式拱桥桥型分析［Ｊ］．公　路．２００６，（２）：ｉ－４　由图３．３９知拱座绝大部分区域应力水平较低，主拉应　力小于０．１Ｍｐａ，主压应力小于一１．７４　Ｍｐａ，小于Ｃ４０混凝土　［２］胡学军．锦屏大桥上承式混凝土箱型拱桥设计［Ｊ］．建设科技　（建设部）．２００５，（１０）：６２－６３　的抗拉、抗压极限强度。拱肋周边约ｌＯｃｍ的范围内出现应　力集中现象最大主拉应力约为２．２５Ｍｐａ；最大主压应力约为　［３］叶梅新，吴芹芹，黄琼，韩衍群．横粱与系杆“丁”字型接头空　９．７８Ｍｐａ，小于Ｃ４０混凝土的抗拉、抗压极限强度，故拱座　间应力分析［Ｊ］．铁道科学与工程学报．２００６，３（２）：３０－３３　受力安全。　［４］孙九春，吴冲．赵家沟大桥系杆锚固区局部应力分析［Ｊ］．结构　工程师．２００６，２２（２）：２９—３２　４　结论　［５］郑振飞，徐艳，陈宝春．深圳北站大桥拱墩固结点局部应力［Ｊ］．　（１）拱脚绝大部分区域应力水平较低，小于Ｃ４５混凝　中国公路学报．２０００。１３（２）：６７—７２．　土的抗拉、抗压极限强度；　［６］彭桂瀚，陈宝春，孙潮．下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥拱脚有　（２）拱肋实心段上、下端面均存在应力集中现象，并　限元应力分析［Ｊ］．福州大学学报（自然科学版）．　且上端面出现主拉应力超过Ｃ４５混凝土的抗拉极限强度，出　２００７．３５（１）：８５—８８　现局部开裂，但由于周边应力迅速减小，裂缝不会扩大，　０３