暴雨型滑坡灾害预报预警方法研究评述.pdf

， ’ ” ” ” ” ’ 、 复 综 合 评 述 。； t l l ‘ l ‘ l ‘ l ‘ l 暴雨型滑坡灾害预报预警方法 研究评述① 魏丽 郑有飞 单九生 1 ．南京信息工程大学环境科学系， 2 1 0 0 4 4 ； 2 ．江西省气象台 提 要 滑坡 灾害对人类和社会经济的影响 已成为仅次于地震的第二 大 自然灾害。暴雨 诱发的滑坡 占滑坡 总数的 9 0 ％左右。从滑坡预报方法、 暴雨型 滑坡灾害时空预报预 警、 降雨和滑坡机制及稳定性、 GI S在滑坡预报 中的应用等几方面， 分析 了国内外动 态及发展趋势。分析结果认为 ， 现代数理科学新理论在滑坡预报 中的综合应用得到 了较快发展 ； “ 3 S ” 技术作为滑坡监测预报手段 ， 仍存在 没有开发 出来的较 大潜力； 从 理论上， 机理研 究与区域统计研究结合程度有待进一步发展和突破 ； 已建立的滑坡灾 害预测预报模型具有很大的地域性、 分散性 以及由于监测资料不足带来的不稳定性 ， 有必要进行更加 系统深入的探 讨， 尤其要着力建立基 于滑坡 灾害发生机理 的宏观 区 域预警模型； 降雨一 滑坡关 系需有更 准确的模型 ； 受降水影响的土体含水量和孔隙水 压力的测量方法应更精确、 有效； 基 于 we b GI S平 台建立区域 滑坡 灾害实时预 警预 报 系统十 分 必要 。 关键词 暴雨滑坡预报预 警动 态趋势 引 言 滑坡灾害对人类和社会的影响已成为一 个不可忽视的环境难题 ， 其危害已成 为仅次 于地震的第二大 自然灾害 j 。滑坡是地质灾 害中的主要类型 ， 全国 2 9 0个 县市地质 灾害 调查结果显示 ， 滑坡在地 质灾害中所 占比例 最大达 5 l ％， 其 主要 诱发原 因是暴雨 ， 暴雨 诱发的滑坡占滑坡总数的 9 0 ％L 2 ] 。以江西 为例 ， 该省是滑坡灾害的较高发 区， 暴雨型滑 坡 占总数的 7 9 ． 6 7 ％以上 ， 其中发生于 5 ～7 月的占总数的 8 0 ． 1 4 ％。根据 国际红十字会 统计 1 9 9 6 ， 1 9 6 3 ～1 9 9 6年每年平均 因滑 坡灾害死亡人数 达 1 5 5 0人 。我 国每年 由于 滑坡灾害造成 的损失达 2 0 0亿元 ， 而滑坡治 理的费用更高， 因此 ， 暴雨型滑坡灾害预报预 警已成为地学和大气科学交叉研究的重要领 域。 1 国内外研究进展 1 ． 1 滑坡预报 国内外研 究动态及发展趋势 文海家 、 张永兴 、 柳源L 4 指 出， 国 内外滑 坡预报研究的发展大体归纳为 3 个阶段。2 0 世纪 4 0 ～7 0年代 ， 经验一 统计学方 法预报阶 段 。日本学者 斋藤迪孝 时期是 先驱代 表之 一 。自2 0世纪 8 0年 代开始 ， 进入预测滑坡 学形成阶段 ， 预测滑坡学成 为滑坡学 和预测 学科交叉 的分支学科 。许强等 5 指 出， 建立 ①项 目来源 国家科技 部 2 0 0 2年社会公益项 目 暴雨型地质灾害风险预报研究 资助 一j一 维普资讯 气象第 3 1卷第 1 0期 滑坡预报模型和预报判据是滑坡时间预报 的 核心。2 0世 纪 9 0年代 以后 ， 滑坡预报 研究 的特点可归纳为 3个方面 ①多种预报方法 的综合应用； ②现代数理科学理论广泛应用 于滑坡预报方法研究 ； ③ 以“ 3 S ” 技术应用为 代表 ， 滑坡监测预报技术手段得 到前所未有 的发展。 1 ． 2 暴雨型滑坡 灾害时空预报预 警研 究动 态 国内外在滑坡灾害预报预警方面的研究 大体分为两种类型 一类是 以滑坡灾害位移 监测数据为基础， 结合室内模 型实验而开展 的模 型预 报研 究 ， 最早 的研究 由 日本 学者 S a i t o L 6 在上个世纪 6 0年代提出， 后 由 F u k u z o n o 、 Vo i g h t 等研究 得到进一步深化。另一 类是基于大气 降雨的观测 ， 研究降雨量 、 降雨 强度和降雨过程与滑坡灾害 的空间分布、 时 间上的对应关系 ， 建立滑坡 灾害时空分布 与 降雨过程 的统计关 系， 以到达预报预警之 目 的。这两种研究途径各有侧重 ， 前者强调滑 坡灾害位移机理研究 ， 后者则强调滑坡灾 害 受外 界触发 因素影响 的统计学 研究。1 9 8 5 年 ， 美国地质调查局 US GS 和美 国国家气 象服务 中心 US I％ WS 联合建立一套滑坡实 时预报 系统 Wi e c z o r e k ， 1 9 9 0 ， 该 系统 是基 于 1 9 8 2年 2月 3 ～5日在该地区发生的一次 特大暴雨所引起的滑坡灾 害数据 ， 建立 了滑 坡与降雨强度和持续时间的临界关系曲线。 刘传正等 根据致灾地质环境条件和气 候 因素 ， 将 中国划分为 7个大 区， 2 8个预警 区。根据对历史上滑坡灾害点和灾害发生前 1 5日内实际降水量及降水过程的统计分析， 创建了滑坡灾害气象预警等级判据模式图 ， 初步制作了预报预警判据 图。在每天收到国 家气象 中心全国降雨预报数据和图像半小 时 内， 对所预报的次 日降雨过程是否诱发滑坡 灾害和诱发灾害 的空间范围、 危害强度进行 预报预警。 基于降雨强度和持续时 间的监测 ， 确定 区域诱发滑坡的经验阈值 ， 在世界 的许多地 区得到应用 ， 如香港 、 日本 、 波罗黎哥、 夏威夷 4 和加利福尼亚北部等 J 。殷坤龙 认为暴雨 量 的阈值问题 随地 区差别、 滑坡类型差别 等 十分明显 。李嫒等L 1 。 。 分析 了国内外 滑坡 与 降雨关系研究动态 ， 认为诱发滑坡在世界范 围内是一个普遍现象 ， 以往重点一般是放在 滑坡岩土性质 的调查和机理分析 上， 而对诱 发因素没有进行 比较深入的研究和探索。早 期对滑坡降雨过程研究主要是建立滑坡发生 和降雨临界值间的经验公式。在 日本， 累积 雨量超过 1 5 0 ～2 0 0 ram， 或每小时 降雨强度 超过 2 0～3 0 mm 时， 大量 滑坡 将 发生 滑 动 O n o r d e r a e t a l ， 1 9 7 4 。美 国 S a n B e n i t o和 Al a me d a 在过程降雨量累积雨量超过 1 8 0 ～ 2 5 0 mm 为滑坡发生 的临界值 。加拿 大滑坡 发生的临界累积雨量值超过 2 5 0 mm， 中国香 港则超 过 3 5 0 mm， 且 日雨量 大于 1 0 0 mm， 1 小时雨量大于 4 0 mm。巴西滑坡 的暴雨强度 临界值为 2 5 0 ～3 0 0 mm。 我国气象工作者对湖北西部山区、 重庆、 三峡地区、 湖南 、 浙江、 四川 、 江西 、 甘肃等地 降雨量与滑坡关 系进行了研究 卜 ， 认为暴 雨或持续性 降雨是诱发山体滑坡的最主要 因 素， 并与连续降水的累计值有关。 1 ． 3 暴雨型滑坡机制及稳定性研 究概述 降雨对滑坡作用 的研究一直是学术界关 注的难点之一 ， 综合起来可分为两个方面 一 是基于大气 降雨分析 的滑坡 预报研究 ， 二是 研究滑坡水压力场与滑坡稳定性的关系。李 先华 等提 出了滑坡启动的两种不 同机制。 通过降水、 滑体含水率、 滑体容重、 滑带土内 摩擦角、 内聚力以及它们 与滑坡稳定系数的 定量关系及时间效应， 建立滑坡启动的速度、 推力 、 方向和启动时间的预测预报模 型。王 兰生 提 出， 具 有 不 同水 动力 学 特征 的斜 坡 ， 对 降雨 的敏感 度 存在 有 差别 。戚 国庆 等 ] 对土水特征 曲线数学模型进行 了研究 ， 将其分为对数 函数的幂 函数 、 幂函数 、 分形和 对数函数等 4种类 型， 推导 出具有统一表达 式的土水特征 曲线。 1 ． 4 基 于 GI S的暴 雨型 滑 坡预 报 系统 研 究 现 状 维普资讯 气象第 3 1卷第 1 0期 在滑坡灾 害研究领域 ， GI S技术 的应用 主要在以下几个方面 ①建立基于 GI S的滑 坡灾 害信 息 管 理 系 统。如 Ke a n e J a me s M 1 9 9 2 、 B a h a i “ 一 I r wa n 1 9 9 8 、 B l i s s No r ma n B 1 9 9 8 等将 GI S应用 到滑坡 灾害历史数据 管理及预测成果成图表达中。②GI S技术与 各种评价模 型相结合运 用于滑坡危 险性 预 测 。目前 ， 国外在滑坡灾害预测领域 已基本 实现了 R S与 GI S的结合 ， 个别项 目达 到了 3 S技术整体结合 。 国内应用 GI S技术开展 滑坡灾 害评价 起步较晚 ， 研究程度与发达国家相 比尚有较 大差距 ， 目前 尚未见到成熟实用 的滑坡灾害 预测评价 GI S系统 。姜云、 王兰生 1 9 9 4 在 山区城市地面岩体稳定性管理与控制中应用 了 GI S技术 。殷坤龙等_ l 对单个 示范 区开 展了基于 We b GI S的地质灾害实 时预警预 报研究。 2问题 与讨 论 1 滑坡预报方法问题及发展趋势主要 有三方面 ①现代数理科学新理论在滑坡预 报方法研究方面的综合应用将 进一 步发展 ； ②滑坡预报的智能化方法研究的发展空间及 潜力很大 ； ③“ 3 S ” 技术作 为滑坡监测预报手 段 ， 仍存在较大的开发潜力。 2 国内外滑坡灾害预警研究尽 管有 了 较大进展 ， 但从理论上 ， 机理研究与区域统计 研究结合程度不高 ， 有进一步发展 与突破的 可能和必要 。已建立 的滑坡灾害预测预报模 型具有很大 的地域性 、 分散性 以及 由于监测 资料不足带来 的不稳定性 ， 有必要进行更加 系统深入的探讨 ， 尤其要着力建立基 于滑坡 灾害发生机理 的宏观区域 预警模型 ， 这是实 现地质灾害预警任务的重要突破点 。 3 降雨与滑坡关系研究中 ， 降雨与滑坡 关系需精练 ， 要考虑长期 中等强度 降雨 的影 响 ； 土体含水量 和孔隙水压力 的测量方法要 更精确、 有效 ； 预警 系统需要模 式化 和 自动 化 ， 以便在暴雨期间能更快 、 更有效地得到数 据。 4 降雨对滑坡稳定性影响研究方面， 对 省级区域选择多个代表点进行系统监测， 并 进行降雨量人渗系数分析 ， 降雨与滑坡体水 位关系研究 ， 滑坡滑动临界降雨量研究 ， 滑坡 体水位变化延迟时间分析和滑坡稳定性评价 等综合研究报道不多。 5 开展基于 GI S技术的滑坡灾 害空 间 预警预报研究 ， 从国内外发展现状来看 ， 都是 一 个热点和重要研究课题。GI S技术在滑坡 灾害研 究领 域 中的应 用 的发展 趋势 是 ① GI S 、 GP S 、 R S集 成技术 的进一 步发展 与应 用 ； ②实现真正 的三维甚至四维信息的存贮 、 管理与再现 ； ③基 于 We b GI S平台建立 区 域地质灾害实时预警预报系统。 3 小结 综合文献 ， 暴雨型滑坡灾害预报预警研 究总体发展趋势主要体现在以下三个方面 1 降雨对滑坡稳定性 的影响具有较大 的时空变化特征 ， 建立不同滑坡体监测 网， 揭 示不同地 区滑坡体降雨的人渗特性 ， 降雨和 滑坡体地下水位 、 孔隙水压力 、 应力等因子的 关系 ， 客观描述滑坡体滑动的降水临界值。 2 在计算滑坡体水分动力过程 的情况 下 ， 建立 由实时过程雨量、 降雨预报 、 蒸发力 、 滑坡稳定性参数、 滑坡风险区划 等因子构建 的时空耦合预报预警模型。 3 建立基 于 We b GI S的暴雨 型滑坡 灾害预报预警方法和产 品实时发布系统 。 参考文献 1 郑 孝玉 ． 滑坡 预报 研 究方 法综 述 ． 世界 地 质 ， 2 0 0 0， 1 9 4 3 7 0 ． 2 李嫒 ， 孟 晖 ， 董颖等 ． 中国地质灾 害类型及其特 征基 于全 国县市地质灾 害调查成果分析 ． 中国地质灾害与 防 治学 报 ， 2 0 0 4 。 1 5 2 2 9 --3 1 ． 3 I n t e r n a t i o n a l Fe d e r a t i o n o f Red Cr o s s a n d Re d Cr e s c e d n t S o c i e t ie s 1 9 9 6 Wo r l d Dis a s t e r s Re p o r t 1 9 9 5， p p l 5 0 ． 4 文海家 ， 张永兴 ， 柳源 ． 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 ， 2 0 0 4 ， 1 5 1 2 ～1 5 ． 5 许强 ， 黄润秋 ， 李秀珍 ． 滑坡时 间预测预 报研究进 展． 地 球科学进展 ， 2 0 0 4 ， 1 9 3 4 7 8 --4 8 3 ． 6 S a i t o．M ．Fo r e c a s t i n g t h e t i me o f O C C L Ir r e n c e o f s l o p e f a i 1 一 u r e ．I nPr o c e e d i n g s o f 6 t h I n t e r n a t io n a l Co n g r e s s o f S o i l Me c h a n i c sandF o u n d a ti o nEngi n e eri n g，Mo n t r e a l ，1 9 6 5， 一 5 一 维普资讯 气象第 3 1 卷第 1 0期 2 5 3 7 5 4 1 ． 1 6 林孝松 ． 滑坡与降雨研究 ． 地质灾害与环境保护 ， 2 0 0 1 ， 7 刘传正 。 温铭行 ， 唐 灿 ． 中国地 质灾 害气象预警 初步研 1 2 3 2 ～7 ． 究 ． 地质通报 ， 2 0 0 4， 2 3 4 3 0 3 ～3 0 7 ． 1 7 B r a n d ，E．W．P r e mc h i t t ，J ．P h i l l i p s o n ，H．B ．R e la 一 8 周平根 。 李嫒． 滑坡 灾害预警 准则及 预测预报模型方法t i o n s h i p b e t we e n r a i n f a l l a n d l a n d s li d e i n H o n g k o n g ．P r o 一 研究 ． 国土资源大调查项 目专题 报告 ， 中国地质环境监 c e e d i n g 4 t h I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m L a n d s l i d e s ， T o ron 一 测院 。 2 0 0 2 ．t o ，1 7 S e p t e mb e r 1 9 8 4 ，1 3 7 7 3 8 4 ． 9 殷坤龙 ． 滑坡预测预报 分类 ． 中国地质灾 害防治学 报， 1 8 Ma r k E．Re i d ，a n d R i c h a r d G．L a h u s e n ．Re a l t ime 2 0 0 3 。 1 4 4 1 3 ～1 5 ． Mo n i t o r i n go f Ac t iv e L a n dsl i d e s A l o n g H i g h wa y 5 0 ，E 1 1 0 李嫒 ， 朱晓冬 ， 杨冰 ． 滑坡 泥石流与降雨关 系研究动 态．D o r a d o C o u n t y．a d a p t e d f rom C a l i f o rni a Ge o l o g y ， 典型地区突发性地 质灾害时空预警示范 区建设进展材 1 9 9 8 ，5 1 3 1 7 2 0 ． 料之一。 中国地质环境监测院， 2 0 0 2 1 6 --2 8 ． 1 9 周国兵， 马力， 廖代强． 重庆市山体滑坡气象条件等级 1 1 李晓． 重庆地区的强降雨过程与地质灾害的关系． 中国 预报业务系统． 应用气象学报， 2 0 0 3 ， 1 4 1 1 2 2 ～1 2 4 ． 地质灾害与防治学报， 1 9 9 5 ， 6 3 2 4 --3 2 ． 2 0 单九生 ， 魏丽 ， 刘修奋 等． 诱发 江西滑坡 的降水特 征分 1 2 杜榕恒等 ． 长江三峡库 区滑坡 与泥石流研究 ． 四川科学 析 ． 气象 ， 2 0 0 4 ， 3 0 1 1 3 ～1 5 ． 技术出版社 ， 1 9 9 1 ． 2 1 王锡稳 ， 陶建红 ， 冯军 等． 陇南 “ 5 ． 3 1 ” 特大 泥石流 灾害 1 3 杨顺泉 ． 灾发性地 质灾 害防灾预警 系统方案研究 ． 中国 成因分析 ． 气象 ， 2 0 0 3 ， 3 0 1 0 4 3 --4 6 ． 地质灾害与防治学报， 2 0 0 2 ， 1 3 2 1 1 0 ． 2 2 李先华， 林珲， 陈晓清等． G I S支持下降雨滑坡的启动 1 4 殷坤龙 。 张桂荣 ， 龚 E t 祥等 ． 基于 we b - GI S的浙 江省地 机制研究与数字仿真 ． 工程地 质学报 ， 2 0 0 1 ， 9 2 1 3 3 质灾害实时预警 预报 系统设 计 ． 水文地 质 工程 地质 ， ～1 4 0 ． 2 0 0 3 ， 3 1 9 ～2 2 ． 2 3 王兰生 ． 斜坡稳定性问题的工程地质分析 ． 三峡库区移 1 5 谢剑明， 刘礼领 ， 殷坤龙等． 浙江省滑坡灾害预警预报 民工程地质灾害防治与研究， 1 4 6 ～1 4 7 ． 的降雨阀值 研究 ． 地质 科技 情报 ， 2 0 0 3 ， 2 2 4 1 0 0～ 2 4 戚国庆 ， 黄润秋． 土水 特征 曲线 的通用数 学模 型研 究 ． 1 0 1 ． 工程地质学报 ， 2 0 0 4 ， 1 2 2 1 8 3 ～1 8 5 ． Re v i e w o n P r e d i c t i o n a n d W a r n i n g M e t h o d o f La n d s l i d e Ha z a r d Tr i g g e r e d b v He a v y Ra i n f a l l We i L i Z h e n g Y o u f e i S h a n J i u s h e n 1 ．Na n j i ng Un iv e r s i t y o f I n f o r ma t i o n S c i e n c e T e c h n o l o g y 。 2 1 0 0 4 4 ；2 ．J ia n g x i Me t e o rolo g i c a l O b s e r v a t o r y Ab s t r a c t Th e i mp a c t a n d d a ma g e s o f l a n d s l i d e h a z a r d s o n h u ma n a n d s o c i al e c o n o my h a v e b e c o me mo r e a n d mo r e s e r i o u s l y ．L a n d s l i d e h a z a r d s t r i g g e r e d b y h e a v y r a i n f all t a k e 9 0％o f t h e t o t a l am o u n t ．A r e v i e w o n t h e l a n d s l l d e r e s ear c h e s i S ma d e ，s u c h a S ，i t s f o r e c a s t me t h o d，i t s f o r e c a s t i n g a n d wa r n i n g，i t s t e mp o r a l a n d s p a t i a l d i s t r i b u t i o n，i t s me c h a n i c s i n d u c e d b y h e a vy r a i n f a l l ， s t a b i l i t y t h e o r y， a p p l i c a t i o n o f GI S．Mod e rn ma t h e ma t i c s an d p h y s i c s t h eorie s h a v e b e e n c o mp r e h e n s l v e l y a p p l i e d i n l an d s l i d e f o r e cas t ，wh i c h g a i n e d q u i c k l y d e v e l o p me n t f o r r e c e n t t wo d e c a d es ． 3 S t e c h n i q u e s h a v e b e e n u sed t o mo n i t o r a n d p r e d i c t i o n o f l an d s l i d e ．b u t f u r t h e r po t e n t i a l d o mi n an c e s h o u l d b e d e v e l o p e d ．C o mb i n i n g d e g r e e b e t ween me c h a n i s m r e s e a r c h a n d r e g i o n a l s t a t i s t i c s i S d i s s a t i s f i e d ， wh i c h i S n e c e s s a r y t o h a v e 3 b r eak t h r o u g h．B e cau se o f i t s l o c a l ，d i s pe r sed f eat u r e an d i n s t a b i l i t y d u e t o l a c k i n g s u f f i de n t d a t a ，wh i c h s h o u l d be d eep l y d i s c u s s e d，t h e d e v e l o p me n t o f r e g i o n a l wa r n i n g mod e l i s t h e r e f o r e e mp h asi z e d ．S u r v e y o f wa t e r con t e n t an d po r e wa t e r p r e s s u r e i n s o l l b o d y s h o u l d b e mo r e p r e c i s i o n an d a v a i l a b l e ．Re a l t i me F o r e c a s t i n g an d W a r n i n g S y s t e m o f l an d s l i d es b a sed o n W e b GI S n eed t o b e b u i l t f o r q u i c k l y g e t t i n g d a t a d u r i ng e x t r e me l y h eavy r a i n f a l 1 ． Ke y W o r d s l a n d s l l d e h eavy r a i n f a U f o r e c a s t i n g wa rni n g 一 6 一 维普资讯