第 8 期 张 桂 荣 等 : 基 于 WEBGIS 和 实 时 降 雨 信 息 的 区 域 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 1313 常 见 地 质 灾 害 具 有 发 生 频 率 高 分 布 地 域 广 的 特 点 随 着 我 国 经 济 的 发 展 和 工 程 建 设 规 模 的 扩

第 26 卷 第 8 期 岩 土 力 学 Vol.26 No.8 2005 年 8 月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2005 文 章 编 号 :1000-7598-(2005) 08 1312 06 基 于 WEBGIS 和 实 时 降 雨 信 息 的 区 域 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 张 桂 荣 1, 殷 坤 龙 1, 刘 礼 领 1, 谢 剑 明 1, 杜 惠 良 (1. 中 国 地 质 大 学 ( 武 汉 ) 工 程 学 院, 武 汉 430074; 2. 浙 江 省 气 象 台, 杭 州 310017) 2 摘 要 : 基 于 WEBGIS 平 台, 根 据 浙 江 省 地 质 灾 害 大 调 查 和 补 充 调 查 资 料, 结 合 浙 江 省 气 象 台 提 供 的 雨 季 实 时 降 雨 量 与 降 雨 量 预 测 信 息, 建 立 了 浙 江 省 突 发 性 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 该 系 统 目 的 在 于 :(1) 建 立 浙 江 省 突 发 性 地 质 灾 害 信 息 库 管 理 系 统, 实 现 对 突 发 性 地 质 灾 害 点 分 布 和 灾 情 信 息 的 图 形 和 数 据 一 体 化 管 理 ;(2) 建 立 基 于 网 络 或 其 它 通 讯 方 式 的 滑 坡 ( 泥 石 流 ) 灾 害 实 时 预 警 预 报 系 统, 实 现 与 气 象 部 门 的 连 接, 根 据 雨 季 的 实 时 降 雨 预 报 和 雨 量 资 料, 对 浙 江 省 滑 坡 ( 泥 石 流 ) 灾 害 发 生 的 空 间 范 围 进 行 实 时 发 布 该 系 统 核 心 是 地 质 灾 害 预 警 预 报 模 块, 而 模 块 是 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, 研 究 在 不 同 地 质 环 境 和 不 同 气 象 条 件 下 地 质 灾 害 体 发 生 的 规 律, 以 提 高 区 域 地 质 灾 害 的 预 报 精 度 2004 年 的 5 月 底 到 7 月 初 的 雨 季 中 进 行 了 试 运 行, 该 系 统 的 预 测 情 况 与 地 质 灾 害 的 实 际 发 生 情 况 吻 合 性 较 好, 表 明 预 测 方 法 和 模 型 是 基 本 可 行 的, 且 可 操 作 性 强 关 键 词 : 地 质 灾 害 ; 实 时 预 警 预 报 ; 有 效 降 雨 量 ; 临 界 降 雨 量 ; 降 雨 强 度 ; 减 灾 防 灾 ;WEBGIS 中 图 分 类 号 :P 456 文 献 标 识 码 :A A real-time regional geological hazard warning system in terms of WEBGIS and rainfall ZHANG Gui-rong 1, YIN Kun-long 1, LIU Li-ling 1, XIE Jian-ming 1, DU Hui-liang 2 (1.Engineering Faculty, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Zhejiang Provincial Meteorological Observatory, Hangzhou 310017, China) Abstract: Based on WEBGIS platform, the paper presents a real-time warning system for regional geological hazards in Zhejiang Province which is formulated with precipitation and its forecasting data and geological hazard investigation data. The system concludes four subsystems: subsystem of geological hazard management; subsystem of spatial prediction and time warning; subsystem of application in illustrative regions and subsystem of hazard reduction and prevention. The main purposes are (1) to establish systematic digital geological hazard management of individual and regional geological hazard information including data and maps according to the subsystem of geological hazard system, which can serves for decision-making in administrative ways; (2) to establish a real-time regional geological hazard warning system in Internet which is strongly connected with weather information center. The warning information of Zhejiang Province is released timely through Web net in raining seasons. The key part of this system is geological hazard prediction and warning modes, which is realized with the combination of regional geological hazard zonation and dynamic weather information. This system is run during the rain season from May to July of 2004. It is evaluated by in-site geological hazard inventory that practical geological hazards are mostly occurred within the warned high risk areas, which gives good confidences of the models and system operations. Key words: geological hazard; real-time warning; effect rainfall; threshold values of rainfall; rainfall intensity; protection and reduction of geological hazards; WEBGIS 1 前 言 地 质 灾 害 作 用 过 程 属 于 一 种 自 然 地 质 现 象, 但 其 造 成 的 后 果 却 是 一 种 社 会 和 经 济 现 象, 具 有 灾 害 性, 它 不 仅 给 人 类 生 命 安 全 带 来 威 胁, 而 且 对 财 产 环 境 资 源 等 具 有 破 坏 性 滑 坡 崩 塌 泥 石 流 等 收 稿 日 期 :2004-08-16 修 改 稿 收 到 日 期 :2005-01-24 基 金 项 目 : 浙 江 省 科 学 技 术 厅 重 大 科 技 攻 关 招 标 项 目 ; 教 育 部 博 士 点 基 金 资 助 项 目 (No. 20030491004) 作 者 简 介 : 张 桂 荣, 女,1979 年 生, 博 士 研 究 生, 主 要 研 究 方 向 是 地 质 灾 害 预 测 预 报 与 防 治 E-mail:zhgr52971@126.com

第 8 期 张 桂 荣 等 : 基 于 WEBGIS 和 实 时 降 雨 信 息 的 区 域 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 1313 常 见 地 质 灾 害 具 有 发 生 频 率 高 分 布 地 域 广 的 特 点 随 着 我 国 经 济 的 发 展 和 工 程 建 设 规 模 的 扩 大, 最 近 10 多 年 来 这 类 地 质 灾 害 在 我 国 造 成 的 经 济 损 失 和 人 员 伤 亡 逐 年 上 升 要 对 重 大 工 程 或 人 类 有 严 重 影 响 的 重 大 地 质 灾 害 点 的 预 测 预 报, 往 往 需 要 建 立 一 个 系 统 的 监 测 网 络, 从 而 保 证 预 测 预 报 的 可 靠 度 这 种 预 测 预 报 系 统 的 准 确 度 高, 但 系 统 的 建 立 需 要 很 大 的 经 济 和 技 术 投 入 因 此, 对 于 区 域 地 质 灾 害 的 预 测 预 报 必 须 具 有 新 的 技 术 路 线 和 方 法 [1~3] 本 文 是 浙 江 省 科 技 厅 和 国 土 资 源 厅 2002 年 设 立 的 浙 江 省 突 发 性 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 研 究 及 应 用 示 范 项 目 研 究 以 来 所 取 得 成 果 的 初 步 总 结, 研 究 了 基 于 GIS 技 术 和 Internet 网 络 平 台 开 展 区 域 地 质 灾 害 预 警 预 报 的 基 本 模 型 和 信 息 发 布 方 法 该 项 目 是 全 国 第 一 个 建 立 以 Internet 网 络 为 主 题, 结 合 实 时 降 雨 信 息 的 区 域 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 研 究, 项 目 的 核 心 任 务 是 建 立 以 滑 坡 ( 泥 石 流 ) 灾 害 为 主 体 的 突 发 性 地 质 灾 害 时 空 预 警 预 报 系 统, 并 在 浙 江 省 的 淳 安 磐 安 庆 元 永 嘉 4 个 县 开 展 实 时 预 警 示 范 研 究, 建 立 基 于 WEBGIS 的 实 时 预 警 预 报 系 统, 实 现 地 质 灾 害 实 时 预 警 预 报 与 网 络 连 接 的 地 质 灾 害 预 警 预 报 与 减 灾 防 灾 体 系, 并 结 合 浙 江 省 地 质 灾 害 地 形 地 质 气 象 条 件, 对 可 能 遭 受 的 突 发 性 地 质 灾 害 进 行 预 测 预 报 2 气 象 及 地 质 环 境 浙 江 省 属 亚 热 带 季 风 气 候 区, 年 降 雨 量 为 1 200 ~2 200 mm, 自 西 南 向 东 北 递 减, 全 年 有 2 个 主 要 雨 季, 是 地 质 灾 害 的 多 发 期 第 1 个 雨 季 出 现 在 5 月 初 至 6 月 底 的 梅 雨 季 节, 降 雨 强 度 不 大, 但 持 续 时 间 长 第 2 个 雨 季 一 般 发 生 在 7 月 底 至 9 月 的 台 风 季 节, 该 季 节 降 雨 强 度 大, 东 南 沿 海 一 带 受 台 风 侵 袭 次 数 较 多 近 几 年, 浙 江 省 每 年 因 地 质 灾 害 造 成 的 人 员 伤 亡 均 在 数 十 人 以 上, 经 济 损 失 上 亿 元 [4] 地 质 灾 害 发 生 由 自 然 因 素 和 人 为 因 素 造 成, 后 者 是 主 要 的 该 省 滑 坡 崩 塌 和 泥 石 流 大 多 发 生 于 坡 度 大 于 25 的 陡 坡 地 带 全 省 有 80 % 以 上 的 滑 坡 为 残 坡 积 层 组 成 的 滑 坡 体, 发 生 在 6~9 月 雨 季 的 滑 坡 崩 塌 和 泥 石 流 等 灾 害 占 该 省 全 年 发 生 地 质 灾 害 总 数 的 80 % 以 上, 因 而 浙 江 省 地 质 灾 害 发 生 与 降 雨 有 着 极 为 密 切 的 关 系 特 别 是 每 年 的 8~9 月, 浙 东 南 沿 海 常 受 热 带 风 暴 的 侵 袭, 形 成 狂 风 暴 雨 极 易 引 发 众 多 的 滑 坡 崩 塌 和 泥 石 流 等 突 发 性 灾 害, 如 2004 年 8 月 12 日 14 号 台 风 云 娜 在 温 岭 登 陆,12 日 至 13 日 局 部 地 区 过 程 降 雨 量 达 914 mm, 在 乐 清 北 部 山 区 引 发 特 大 山 洪 和 泥 石 流 灾 害, 造 成 了 42 人 死 亡 和 巨 大 经 济 损 失 3 WEBGIS 概 念 及 特 点 WEBGIS 是 指 基 于 Internet 平 台, 客 户 端 采 用 WWW 协 议 的 地 理 信 息 系 统, 是 GIS 与 Internet 技 术 相 结 合 的 产 物 它 的 基 本 思 想 就 是 在 万 维 网 上 提 供 空 间 信 息, 让 用 户 通 过 浏 览 器 获 得 和 浏 览 一 个 空 间 信 息 系 统 中 的 数 据 由 于 Internet 技 术 的 不 断 发 展 以 及 人 们 对 GIS 的 广 泛 需 求, 把 GIS 与 网 络 技 术 相 融 合, 利 用 Internet 在 Web 上 发 布 和 出 版 空 间 数 据, 为 用 户 提 供 空 间 数 据 浏 览 查 询 和 分 析 的 功 能, 形 成 一 个 网 络 化 的 地 理 空 间 集 成 平 台, 已 经 成 为 GIS 发 展 的 必 然 趋 势 在 地 质 灾 害 预 警 预 报 模 型 与 WEBGIS 的 集 成 系 统 上, 用 户 可 以 在 Internet 网 络 平 台 上 进 行 浙 江 省 滑 坡 泥 石 流 灾 害 信 息 浏 览 查 询 以 及 实 现 运 用 基 础 地 质 灾 害 资 料 和 实 时 气 象 地 质 灾 害 体 动 态 资 料 的 滑 坡 泥 石 流 灾 害 的 实 时 预 警 预 报, 并 进 一 步 利 用 Internet 技 术 在 Web 上 发 布 地 质 灾 害 信 息, 用 户 还 可 以 从 WWW 的 任 意 一 个 节 点 浏 览 该 集 成 系 统 站 点 中 的 地 质 灾 害 综 合 信 息, 并 进 行 各 种 信 息 查 询 浏 览 和 处 理 [5] 4 系 统 设 计 思 路 浙 江 省 突 发 性 地 质 灾 害 实 时 预 警 预 报 系 统 建 设 采 用 模 块 化 设 计 的 技 术 路 线, 主 要 包 括 四 大 模 块 : 地 质 灾 害 信 息 库 管 理 子 系 统 地 质 灾 害 实 时 预 警 预 报 子 系 统 ( 包 括 空 间 预 测 和 时 间 预 报 两 部 分 ) 地 质 灾 害 预 警 预 报 应 用 示 范 研 究 子 系 统 以 及 减 灾 防 灾 对 策 子 系 统 系 统 研 究 与 设 计 的 流 程 见 图 1 5 地 质 灾 害 信 息 库 地 质 灾 害 信 息 库 子 系 统 主 要 是 为 地 质 灾 害 的 预 警 预 报 工 作 提 供 空 间 信 息 和 和 非 空 间 信 息, 工 作 重 点 是 进 行 数 据 资 料 的 采 集 处 理 查 询 统 计 与 管 理 工 作 基 于 WEBGIS 的 浙 江 省 地 质 灾 害 信 息 子 系 统 的 特 点 在 于 和 其 他 几 个 相 关 系 统 比 较 起 来,GIS 可 对 图 形 数 据 和 属 性 数 据 库 共 同 管 理 分 析 和 应 用, 它 可 将 空 间 查 询 和 分 析 系 统 结 合 起 来 实 现 信 息 查 询 与 检 索 功 能, 将 矢 量 图 形 系 统 的 图 形 与 属 性 数 据 库

1314 岩 土 力 学 2005 年 地 理 图 地 形 图 地 质 图 滑 坡 灾 害 分 布 图 灾 害 历 史 记 录... WEBGIS 支 持 下 的 滑 坡 灾 害 数 据 库 与 信 息 库 时 空 预 测 预 报 模 型 区 域 空 间 预 测 区 域 和 单 体 灾 害 实 时 预 报 预 测 模 型 基 本 因 素 预 报 模 型 Web-GIS 集 成 灾 害 动 态 监 测 降 雨 动 态 等 实 时 数 据 危 险 性 空 间 预 测 结 果 实 时 时 间 预 报 结 果 基 于 Web-GIS 的 滑 坡 灾 害 实 时 空 间 预 测 与 时 间 预 报 结 果 滑 坡 灾 害 实 时 预 测 预 报 结 果 的 发 布 Internet 网 络 社 会 群 体 专 门 的 用 户 图 1 系 统 开 发 的 技 术 流 程 图 Fig.1 The flow diagram of system development 中 的 记 录 建 立 连 接, 把 属 性 数 据 与 图 形 元 素 关 联 起 来, 根 据 检 索 条 件 进 行 图 文 双 向 检 索, 实 现 了 在 互 联 网 上 基 于 空 间 位 置 对 地 质 灾 害 的 管 理, 如 对 图 形 的 放 大 缩 小 移 动 及 图 层 的 组 合 显 示 等 ; 数 据 查 询 包 括 分 类 查 询 组 合 查 询 与 模 糊 查 询 等, 由 于 每 个 连 接 信 息 中 记 录 了 与 之 相 关 的 图 形 对 象 的 唯 一 标 识 号 和 数 据 记 录 的 唯 一 标 识 号, 因 此 就 可 实 现 由 图 形 查 属 性 数 据 以 及 由 属 性 数 据 查 图 形, 并 将 查 询 结 果 可 视 化 信 息 库 基 础 图 件 采 用 MAPGIS 软 件 平 台, 将 数 字 化 矢 量 化 后 的 图 件 信 息 等 输 入 到 图 形 编 辑 子 系 统 属 性 库 子 系 统 等 进 行 编 辑 管 理 所 生 成 的 图 形 文 件 分 别 为 点 文 件 (wt) 线 文 件 (wl) 和 区 文 件 (wp), 按 点 线 面 分 图 层 显 示 浙 江 省 地 质 灾 害 的 具 体 分 布 情 况 根 据 现 有 的 资 料 进 行 整 理, 浙 江 省 地 质 灾 害 信 息 数 据 库 的 内 容 主 要 包 括 :(1) 基 础 地 理 信 息, 主 要 包 括 行 政 区 划 图 居 民 点 分 布 图 地 形 图 水 系 分 布 图 等 ;(2) 灾 害 背 景 图 层, 包 括 岩 组 类 型 图 坡 度 图 构 造 地 质 图 ;(3) 专 题 信 息 图 层, 主 要 包 括 地 质 灾 害 分 布 图 地 质 灾 害 区 划 图 层 建 立 的 信 息 库 子 系 统 可 实 现 如 下 功 能 :(1) 信 息 查 询 检 索 统 计 功 能 ;(2) 灾 害 点 信 息 远 程 实 时 更 新 功 能 ;(3) 空 间 信 息 可 视 化 功 能 ;(4) 空 间 信 息 共 享 功 能 该 子 系 统 实 现 了 对 浙 江 省 突 发 性 地 质 灾 害 点 分 布 和 灾 情 信 息 的 图 形 和 数 据 一 体 化 管 理, 为 政 府 决 策 部 门 提 供 高 效 的 管 理 平 台, 为 社 会 和 公 众 提 供 了 地 质 灾 害 基 本 信 息 和 预 警 预 报 信 息 的 远 程 实 时 浏 览 查 询 等 6 地 质 - 气 象 耦 合 预 警 预 报 系 统 该 系 统 是 本 项 目 的 核 心 技 术 部 分, 一 方 面 要 研 究 滑 坡 和 泥 石 流 灾 害 的 预 警 预 报 模 型 ; 另 一 方 面 要 基 于 WEBGIS 平 台 建 立 区 域 性 地 质 灾 害 的 时 间 与 空 间 为 一 体 的 实 时 预 警 预 报 模 型 与 系 统 该 系 统 是 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, 对 区 域 地 质 灾 害 发 生 的 空 间 位 置 和 时 间 作 出 预 警 预 报, 系 统 构 成 如 图 2 所 示 动 态 数 据 信 息 通 信 Internet 基 于 Web-GIS 的 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 GIS 集 成 预 警 预 报 模 型 政 府 决 策 媒 体 发 布 ( 互 联 网 电 视 通 信 报 刊 等 ) 灾 害 预 警 发 图 2 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 构 成 图 Fig. 2 The framework diagram of real time warning system of geological hazards

第 8 期 张 桂 荣 等 : 基 于 WEBGIS 和 实 时 降 雨 信 息 的 区 域 地 质 灾 害 预 警 预 报 系 统 1315 在 以 往 的 降 雨 预 报 滑 坡 方 面 的 研 究 中, 主 要 是 从 降 雨 的 角 度 入 手, 通 过 对 降 雨 因 子 ( 雨 强 雨 量 和 雨 时 ) 与 滑 坡 发 生 的 关 系 进 行 分 析, 从 而 得 出 经 验 的 滑 坡 预 报 模 式, 但 由 于 一 般 很 少 考 虑 地 形 地 质 的 因 素, 因 而 滑 坡 预 报 的 可 靠 性 和 准 确 性 疑 会 大 大 降 低 基 于 区 域 地 质 - 气 象 耦 合 分 析 的 滑 坡 预 报, 是 对 突 发 性 区 域 滑 坡 进 行 预 报 预 警 的 一 种 行 之 有 效 的 方 法 该 子 系 统 基 于 浙 江 省 淳 安 磐 安 庆 元 和 永 嘉 4 个 县 的 历 史 滑 坡 资 料, 根 据 降 雨 特 点 : 台 风 暴 雨 袭 击 的 地 区 主 要 分 布 于 浙 江 省 东 南 部, 而 梅 雨 主 要 由 内 地 带 来, 影 响 浙 中 西 部 因 此 将 位 于 浙 江 省 东 南 部 的 永 嘉 和 中 部 的 磐 安 归 为 台 风 影 响 区, 位 于 浙 江 西 部 的 淳 安 和 西 南 部 的 庆 元 归 为 非 台 风 影 响 区, 建 立 了 不 同 区 域 不 同 地 质 条 件 下 的 地 质 模 型, 然 后 运 用 统 计 方 法 分 析 区 域 地 质 - 气 象 耦 合 关 系, 确 定 区 域 性 滑 坡 的 临 界 降 雨 量 和 降 雨 强 度 阀 值, 建 立 区 域 滑 坡 灾 害 的 宏 观 预 警 模 型 通 过 建 立 的 滑 坡 ( 泥 石 流 ) 空 间 预 测 模 型 对 研 究 区 进 行 灾 害 危 险 性 预 测 分 区, 然 后 通 过 气 象 部 门 获 得 浙 江 省 降 雨 量 值, 形 成 降 雨 量 等 值 线 图, 并 将 危 险 性 预 测 分 区 图 与 降 雨 量 图 叠 加 确 定 预 警 预 报 区 6.1 滑 坡 与 降 雨 量 降 雨 强 度 的 相 关 分 析 降 雨 诱 发 的 滑 坡 是 3 个 降 雨 因 素 ( 雨 量 雨 强 雨 时 ) 综 合 作 用 的 结 果 考 虑 降 雨 量 导 致 滑 坡 发 生 或 复 活, 常 常 是 一 年 之 中 的 某 次 特 征 参 数 最 大 的 降 雨, 如 多 日 最 大 降 雨, 最 大 一 次 连 续 降 雨 最 长 一 次 连 续 降 雨 最 强 一 次 连 续 降 雨 或 最 大 组 合 降 雨 等 [6] 为 了 确 定 哪 一 个 降 雨 量 与 滑 坡 的 发 生 关 系 更 密 切, 即 探 讨 临 界 降 雨 量 的 值 该 用 什 么 变 量 来 确 定, 故 进 行 了 逐 月 滑 坡 的 发 生 次 数 与 滑 坡 发 生 前 2 个 月 的 降 雨 因 子 的 逐 步 回 归 分 析, 计 算 出 滑 坡 与 各 雨 量 因 子 的 相 关 系 数 ( 表 1) 表 1 滑 前 2 个 月 内 降 雨 量 因 子 与 滑 坡 的 相 关 性 分 析 结 果 Table 1 Result of correlation analysis between rainfall factors within two months and landslides 降 雨 因 子 台 风 区 滑 坡 发 生 次 数 非 台 风 区 滑 坡 生 次 数 序 号 降 雨 天 数 / d 相 关 系 数 r i 名 次 相 关 系 数 r i 名 次 1 1 0.93 5 0.584 6 2 2 0.947 3 0.6 5 3 3 0.95 2 0.644 3 4 4 0.96 1 0.66 2 5 5 0.945 4 0.67 1 6 7 0.9 6 0.64 4 7 一 次 降 雨 过 程 累 计 0.73 8 0.55 8 8 30 0.77 7 0.58 7 9 60 0.69 9 0.49 9 不 同 的 降 雨 强 度 对 滑 坡 的 影 响 是 不 同 的, 为 了 确 定 哪 一 种 降 雨 强 度 ( 如 小 雨 中 雨 大 雨 暴 雨 特 大 暴 雨 等 ) 与 滑 坡 的 相 关 性 更 大, 选 取 了 7 个 降 雨 强 度 因 子, 分 析 滑 坡 与 降 雨 强 度 因 子 的 相 关 性, 结 果 见 表 2 由 表 1 表 2 可 知 :(1) 台 风 区 和 非 台 风 区 的 滑 坡 都 与 1 个 月 和 2 个 月 的 累 计 降 雨 量 相 关 性 差 ; 台 风 区 的 滑 坡 与 4 d 累 计 降 雨 量 最 相 关, 而 非 台 风 区 的 滑 坡 与 5 d 累 计 降 雨 量 最 相 关, 说 明 了 台 风 区 和 非 台 风 区 的 滑 坡 与 滑 前 短 时 间 的 的 雨 量 很 相 关, 而 与 较 长 时 间 的 降 雨 量 相 关 性 不 大 (2) 台 风 区 的 滑 坡 与 暴 雨 的 相 关 性 系 数 最 大, 达 到 了 0.76, 其 次 分 别 为 特 大 暴 雨 和 大 雨 ; 非 台 风 区 的 滑 坡 与 特 大 暴 雨 和 暴 雨 最 相 关 这 表 明 暴 雨 和 特 大 暴 雨 对 滑 坡 灾 害 的 影 响 是 极 其 重 大 的, 甚 至 直 接 导 致 滑 坡 的 发 生 [7,8] 表 2 滑 前 2 个 月 内 降 雨 强 度 因 子 与 滑 坡 的 相 关 性 分 析 结 果 Table 2 Result of correlation analysis between rainfall intensity factors within two months and landslides 降 雨 强 度 因 子 台 风 区 滑 坡 发 生 次 数 非 台 风 区 滑 坡 发 生 次 数 序 号 降 雨 量 / mm 相 关 系 数 r i 名 次 相 关 系 数 r i 名 次 1 滑 前 连 续 0.3 7 0.27 7 2 0.1 0.54 5 0.29 6 3 3 0.55 4 0.33 5 4 10 0.48 6 0.38 4 5 25 0.67 2 0.52 3 6 50 0.76 1 0.59 2 7 100 0.57 3 0.61 1 6.2 有 效 降 雨 量 模 型 由 于 一 次 降 雨 并 不 一 定 会 导 致 滑 坡 的 发 生, 而 每 次 降 雨 量 中 也 只 有 部 分 对 滑 坡 的 发 生 起 作 用, 累 计 降 雨 量 显 然 不 能 作 为 临 界 降 雨 量, 因 此 用 一 段 时 间 的 当 天 降 雨 量 分 别 乘 以 有 效 降 雨 系 数 得 到 有 效 降 雨 量 确 定 有 效 降 雨 系 数 时, 拟 采 用 幂 指 数 和 直 线 递 减 两 种 形 式, 其 中 幂 指 数 形 式 如 式 (1) 在 以 直 线 递 减 形 式 计 算 有 效 降 雨 量 时, 当 天 有 效 降 雨 系 数 取 为 1,60 d( 或 30 d) 的 有 效 降 雨 系 数 取 为 0( 认 为 基 本 对 滑 坡 影 响 ), 最 后 将 两 种 计 算 方 法 得 到 的 相 关 性 系 数 进 行 比 较 确 定 有 效 降 雨 系 数 采 用 幂 指 数 形 式 : 2 n Rc R0 R1 R2 R n (1) 式 中 R c 为 有 效 雨 量 ; R 0 为 当 天 降 雨 量 ; R n 为 n 天 前 降 雨 量 ; 为 有 效 降 雨 量 系 数 根 据 历 史 资 料 的 统 计 分 析, 对 于 非 台 风 区 的 滑 坡, 取 0.8; 对 于

1316 岩 土 力 学 2005 年 台 风 区 的 滑 坡, 取 0.7 由 于 浙 江 省 突 发 性 地 质 灾 害 主 要 以 残 坡 积 层 和 全 风 化 层 组 合 的 土 质 滑 坡 为 主, 次 为 崩 塌 泥 石 流, 因 而 所 建 模 型 适 用 于 上 述 灾 害 情 况 6.3 临 界 降 雨 量 的 确 定 临 界 降 雨 量 的 大 小 与 一 个 地 区 的 滑 坡 土 体 结 构 滑 坡 类 型 规 模 植 被 以 及 当 地 常 年 降 水 量 大 小 等 因 素 有 关 根 据 浙 江 省 的 降 雨 资 料 和 历 史 滑 坡 相 关 资 料, 论 在 非 台 风 区 还 是 在 台 风 区, 地 质 灾 害 不 易 发 区 在 任 何 雨 量 情 况 下, 滑 坡 点 密 度 非 常 小 ; 地 质 灾 害 低 易 发 区 在 降 雨 量 较 大 时, 滑 坡 点 密 度 才 有 所 增 大, 增 幅 较 小 地 质 灾 害 高 易 发 区 的 滑 坡 点 密 度 均 大 于 其 它 易 发 区 的 滑 坡 点 密 度, 并 且 随 着 雨 量 的 增 加, 滑 坡 点 密 度 逐 渐 增 大 ( 图 3) 滑 坡 点 密 度 个 / km 2 高 易 发 区 中 易 发 区 低 易 发 区 不 易 发 区 极 小 ;2 级 预 警 区 指 24 h 内 灾 害 发 生 可 能 性 较 小 ;3 级 预 警 区 指 应 加 强 对 灾 害 点 的 监 测, 采 取 防 御 措 施 ; 4 级 预 警 区 应 全 天 对 灾 害 点 进 行 监 测, 暂 停 灾 害 易 发 地 点 附 近 的 户 外 作 业, 密 切 注 意 雨 情 变 化 ;5 级 预 警 区 应 全 天 对 灾 害 点 进 行 监 测,24 h 内 灾 害 发 生 可 能 性 很 大, 必 须 报 警 表 3 诱 发 不 同 区 域 滑 坡 的 降 雨 阀 值 及 危 险 性 等 级 Table 3 The threshold valves and hazard grades of rainfall triggering different zones of landslides 降 雨 量 低 危 险 性 中 危 险 性 高 危 险 性 / mm 非 台 风 区 台 风 区 非 台 风 区 台 风 区 非 台 风 区 台 风 区 当 日 0~50 0~90 50~130 90~150 130 150 有 效 0~150 0~125 150~225 125~275 225 275 滑 坡 灾 害 空 间 区 划 表 4 预 警 区 等 级 划 分 表 Table 4 Early-warning grade table 降 雨 量 危 险 性 等 级 低 危 险 性 中 危 险 性 高 危 险 性 高 易 发 区 2 级 预 警 区 4 级 预 警 区 5 级 预 警 区 中 易 发 区 2 级 预 警 区 3 级 预 警 区 4 级 预 警 区 低 易 发 区 2 级 预 警 区 3 级 预 警 区 4 级 预 警 区 不 易 发 区 1 级 预 警 区 1 级 预 警 区 1 级 预 警 区 图 3 有 效 降 雨 量 与 滑 坡 点 密 度 的 关 系 曲 线 Fig. 3 Curve of effective rainfall in non-typhoon zone and point density of landslides 6.4 地 质 - 气 象 耦 合 方 式 确 定 临 界 降 雨 量 根 据 统 计 的 246 处 滑 坡 灾 害 点, 按 滑 坡 规 模 分 为 大 型 滑 坡 2 处, 中 型 滑 坡 15 处, 小 型 滑 坡 229 处, 按 滑 坡 体 物 质 类 型 分 类, 有 岩 质 滑 坡 6 处, 而 土 质 和 碎 石 土 类 型 滑 坡 有 240 处 将 大 型 和 中 型 滑 坡 归 为 一 类, 分 别 确 定 每 类 的 临 界 降 雨 量 对 于 小 型 滑 坡, 当 有 效 降 雨 量 达 到 150 mm 时, 滑 坡 发 生 的 次 数 增 多, 说 明 达 到 这 一 降 雨 量 时, 一 些 稳 定 性 较 差 规 模 较 小 的 滑 坡 会 发 生, 达 到 250 mm 时 滑 坡 发 生 的 次 数 明 显 增 多 同 样, 对 于 大 中 型 滑 坡, 有 效 降 雨 量 达 到 200 mm 和 300 mm 时, 滑 坡 发 生 的 次 数 分 别 明 显 增 多 因 此 将 这 些 值 作 为 临 界 值 依 据 以 上 的 统 计 分 析, 降 雨 量 危 险 性 等 级 划 分 为 3 个 等 级, 即 低 危 险 性 中 危 险 性 和 高 危 险 性, 分 别 对 应 2 个 阀 值, 结 果 见 表 3 6.5 区 域 地 质 - 气 象 信 息 的 耦 合 预 测 预 报 将 降 雨 量 危 险 性 等 级 和 易 发 区 等 级 进 行 叠 加, 叠 加 结 果 见 表 4 对 4 个 不 同 的 易 发 区 预 警 等 级 划 分 为 5 级 :1 级 预 警 区 是 指 24 h 内 灾 害 发 生 可 能 性 7 基 于 WEBGIS 的 实 时 预 警 预 报 实 例 7.1 降 雨 信 息 的 实 时 传 递 与 接 收 方 式 在 浙 江 省 降 雨 型 滑 坡 的 预 测 预 报 中, 降 雨 信 息 主 要 是 通 过 浙 江 省 气 象 台 对 省 内 各 降 雨 量 观 测 站 的 实 时 降 雨 记 录 信 息 进 行 采 集 汇 总 加 工 和 预 测, 并 生 成 预 测 预 报 所 需 要 的 数 据 格 式, 以 图 件 文 本 数 据 等 形 式 上 传 至 服 务 器 降 雨 信 息 主 要 包 括 连 续 降 雨 量 实 测 信 息 和 连 续 降 雨 量 预 测 信 息 2004 年 的 5 月 到 6 月 浙 江 省 正 处 于 梅 雨 季 节, 省 气 象 台 每 天 按 时 上 传 数 据 到 服 务 器, 进 行 地 质 灾 害 的 实 时 预 警 预 报 7.2 地 质 灾 害 实 时 预 警 预 报 实 例 信 息 发 布 系 统 首 先 接 受 来 自 浙 江 省 气 象 台 的 降 雨 信 息, 经 系 统 进 一 步 处 理 后 计 算 出 每 日 的 有 效 降 雨 量, 并 结 合 地 质 灾 害 危 险 性 区 划 图 形 成 地 质 灾 害 预 警 预 报 图, 同 时 生 成 降 雨 量 与 时 间 关 系 曲 线, 在 网 上 发 布 预 警 预 报 信 息 预 报 当 日 8 时 之 前 一 个 月 内 逐 日 的 实 况 雨 量 由 式 (1) 计 算 出 有 效 雨 量, 再 加 上 由 MM5 计 算 得 到 的 24 h 预 报 雨 量, 比 较 实 况 有 效 雨 量 和 24 h 预 报 雨 量 之 和 与 发 生 地 质 灾 害 的 临 界 有 效 雨 量 如 果 大 于 临 界 有 效 雨 量, 则 预 报 有 地 质 灾 害 发 生 的 可 能, 反 之 则 预 报 地 质 灾 害 发 生, 据 此 得 到 表 5

第8期 张桂荣等 基于 WEBGIS 和实时降雨信息的区域地质灾害预警预报系统 表 5 庆元县 2004 年 5 6 月地质灾害预报情况 Table 5 The geological hazard forecasting result of Qingyuan County from May to June in 2004 日期 有效雨量 24 h 预报雨量 预报未来 24 h /月.日 / mm / mm 地质灾害 5.12 79.3 50 5.13 66.0 5 5.14 53.9 5 5.15 67.6 20 5.16 83.2 50 有 5.17 5.28 5.29 5.30 5.31 6.1 66.5 6.3 5.0 44.1 126.9 113.3 1 1 0 50 10 10 有 有 实况出现 的地质灾害 17 日凌晨 2 点发生山 体滑坡和泥石流 发生 7 处滑坡 发生 2 处滑坡 1317 地质灾害提供了较好的平台 在后者中采用统计分 析方法 分析了浙江省降雨量 降雨强度和区域性 滑坡的相关性 探讨了有效降雨量模型 分析表明 特大暴雨与滑坡的相关性系数最大 其次分别为暴 雨和大雨 说明了特大暴雨和暴雨对滑坡灾害的影 响是极其重大的 甚至是直接导致滑坡的发生 确 定了宏观区域性滑坡的临界降雨量和降雨强度阀 值 结合研究区的地质特点 将研究区滑坡灾害的 预警等级划分为 5 个等级 得到了基于区域地质气象信息的耦合预测预报模型 并在 2004 年的梅雨 季节进行了系统的试运行 反馈结果表明 对于发 生于浙江省区域内的以残坡积层和全风化层组合的 表 5 中 5 月 16 日前期实况有效雨量和预报雨 土质滑坡 崩塌 泥石流等地质灾害 该预测方法 量之和 133 mm 达到地质灾害发生的临界雨量 和模型是可行的 且预测结果可操作性强 具体到 125 mm 预报 24 h 有地质灾害 结果 17 日凌 了县市下面的乡镇甚至村组 同时提出了预警措施 晨 2 点在庆元县内安南乡林溪洋灾害点发生山体滑 参 考 文 献 坡 并形成泥石流约 1700 m3 图 4 滑体冲毁农 田 18 亩 经济损失 18 万元 威胁 10 幢民房和现住 [1] 12 人生命财产安全 5 月 31 日达到预报指标 预报 [2] 24 h 内有地质灾害 结果安南乡林溪洋灾害点新增 滑坡方量约 6 000 m3 冲断山路 再次造成经济损 失 10 多万元 另安南乡还发生 4 处滑动 6 月 1 日 [3] 达到预报指标 预报 24 h 内有地质灾害 结果当天 庆元县的黄田镇发生一处山体滑坡 6 月 2 日在庆 元县竹口镇发生一处山体滑坡 上述灾害点均在预 [4] 测范围内 根据梅雨季节后现场情况调研可知 发 生的灾害主要是以残坡积层和全风化层组合的土质 滑坡为主 与文中阐述的地质灾害预警模型的适用 情况一致 [5] [6] [7] 图 4 5 月 17 日安南乡林溪洋泥石流 Fig. 4 Linxiyang debris flow occurred on May 17, 2004, in Annan town, Qingyuan County 8 结 语 本文主要针对项目的两个主体部分地质灾害信 息库管理子系统和地质灾害预警预报子系统展开论 述 对前者重点阐述了 WEBGIS 的地质灾害信息库 的特征 该信息库的实现为政府职能部门有效管理 [8] 殷坤龙. 滑坡灾害预测预报[M]. 北京: 中国地质大学 出版社, 2004. Yin Kunlong, Yan Tongzhen. Statistical prediction models for slope instability of metamorphosed rocks[a]. Proceedings of the 5th International Symposium on Landslides[C]. [s.n.]: Lausanne, 1988. 1 269 1 272. 殷坤龙, 晏同珍. 滑坡预测及相关模型[J]. 岩石力学与 工程学报, 1996, 15(1): 1 8. YIN Kun-long, YAN Tong-zhen. Landslide prediction and relevant models[j]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 1996, 15(1): 1 8. 王洲平. 浙江省地质灾害现状及防治措施[J]. 灾害学, 2001, 16(4): 63 66. WANG Zhou-ping, Current situation of geological disasters and the prevention measures in Zhejiang Province[J]. Journal of Catastrophology, 2001,16(4): 63 66. 殷坤龙, 张桂荣, 龚日祥, 等. 基于 WEBGIS 的浙江省 地质灾害实时预警预报系统设计[J]. 水文地质工程地 质, 2003, (3): 19 23. YIN Kun-long, ZHANG Gui-rong, GONG Ri-xing, et al. A real time warning system of geo-hazards supported by webgis in Zhejiang Province, China[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, 2003, (3): 19 23. 罗文强, 黄润秋, 张倬元. 斜坡稳定性概率分析的理论 与应用[M]. 北京: 中国地质大学出版社, 2003. 谢剑明, 刘礼领, 殷坤龙, 等. 浙江省滑坡灾害预警预 报的降雨阀值研究[J]. 地质科技情报, 2003, 22(4): 101 106 XIE Jian-ming, LIU Li-ling, YIN Kun-long, et al. Study on threshold valves of rainfall of landslide hazards for early-warning and prediction in Zhejiang Province[J]. Geologic Science and Technology Information, 2003, 22(4): 101 106. 陈正洪, 孟斌. 湖北省降雨型滑坡泥石流及其降雨因 子的时空分布 相关性浅析[J]. 岩土力学, 1995, 9(3): 62 68. CHEN Zheng-hong, MENG Bin. Spatial and temporal distribution of rain-caused slopeslides and debris flows in Hubei Province and correlative analysis of rainfall factors[j]. Rock and Soil Mechanics, 1995, 9(3): 62 68.