地质灾害预警准确性的提高

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摘要：

近年来，地质灾害预警将地质灾害防治工作从被动防御转变为主动预测，省内已建立多个地质灾害预警系统，这些系统多利用地质灾害气象预警方法进行区域或片区地质灾害预警，客观上提高了地质灾害防治水平。但需要看到，地质灾害预警在取得重要成果的同时也存在诸多问题：重视区域地质灾害预警，单体地质灾害预警缺乏；重视地质环境研究，地质灾害诱发机理研究缺乏；重视地质灾害监测，监测数据系统性科学分析缺乏。本文针对以上几个问题重点对佛山地区的崩塌、滑坡和地面塌陷地质灾害的预警方法开展探索，以期达到提高地质灾害预警准确性的目标。

关键词：

地质灾害；预警；准确性；佛山

1关于地质灾害精确预警的几个关键问题

地质灾害的精细化预警已成为热点，地质灾害预警定时、定点、定量是技术人员的最高目标，也是地质灾害防治工作的迫切需求。作为一名地质灾害监测预警地质人员，常有以下三点思考。（1）单体地质灾害预警的可行性：地质灾害具有突发性，这种突发性常常被形容为不可预测性。众所周知，控制地质灾害的因素较为复杂，地质灾害的形成受地质环境和动力因素控制。地质环境包括地形地貌、地层岩性、地质构造等，是地质灾害孕育、形成、发生的物质基础，是内在条件。动力因素又分自然、人为两种，自然因素如活动断裂、地震、大气降水、地表水、地下水等动力因素，人为因素如水利、矿山、交通、城建等人类工程经济活动，常常作为地质灾害的诱发因素。不同的地质环境和诱发因素，导致不同类型的地质灾害，其发育分布特征也不同。回顾近年地质灾害防治工作，我们已经较好掌握区域地质灾害发生、发展规律，并较为成功地做出区域地质灾害预警，取得显著效果；再者，在地质灾害防治工作中，已经积累大量案例和数据，诸如地质灾害的发生与降雨量关系密切，岩溶地面塌陷与地下水位剧烈波动关系密切等规律，只是目前对这些规律的内在机理尚有模糊之处，只要进一步掌握这些规律，单体地质灾害的发生绝不再作为随机事件看待，而是有其必然性，单体地质灾害预测是可行的。（2）地质灾害诱发因素在地灾预警中的重要性：地质灾害精确预警之所以难度如此之大，很大原因是因为控制因素极多，但将这些因素分类视之，无外乎包括两大类，即地质环境条件及诱发因素，其中地质环境条件中绝大部分条件在短期内是相对稳定的，如地质构造、地层岩性等，那么问题可以简化为，在怎样的诱发因素下，该处地质灾害监测点会发生地质灾害。在佛山地区，前辈多年的工作经验表明，绝大多数崩塌、滑坡等地质灾害与降雨量密切相关；绝大多数地面沉降、地面塌陷由地下水位波动诱发；只要抓住诱发因素这一变量同地质灾害发灾的关系，地质灾害精确预警将成为可能，地质灾害预警应用价值将得到巨大提高。（3）地质灾害监测数据的积累和应用：毫无疑问，探索诱发因素与地质灾害的内在机理是困难的，需要大量的统计数据支撑，而这些数据主要来源于地质灾害监测。地质灾害的监测手段是多样的，监测内容包括降雨量、地下水位、应力变化等，以佛山市地质灾害监测预警系统为例，降雨量监测已形成精度较高的监测网，数据密度、数据传输都已较为先进。地下水监测也已在全市范围内开展，部分实现自动监测，监测精度和密度均较高。除此之外，重点监测点还安装滑坡探测仪、实时视频监测等设备，取得较好监测效果。与此同时，我们也注意到，监测工作还需解决两个方面的问题，一是数据的系统性不足，若开展诱发机理研究，数据需要配套成系统才有研究价值，如研究土质边坡崩塌、滑坡与降雨量的关系，对土壤含水率等土体力学性质的监测和土体应力的监测显得较为重要，这样才能形成数据链，便于用于数据分析；二是现有的监测数据分析利用程度不够，多注重于数据本身，而缺乏挖掘数据信息，如某监测点发灾前降雨模式的数据分析，由地下水水位变化体现的水力特征参数变化等。

2崩塌、滑坡地质灾害预警

地质灾害特征：佛山地区崩塌、滑坡地质灾害与降雨量高度相关，降雨成为主要诱发因素。多年监测资料表明，区内崩塌、滑坡地质灾害绝大部分为降雨型地质灾害。以南海区崩塌地质灾害为例，崩塌地质灾害发生时间主要集中在降雨量较多的5～10月（图1），占灾害总数的90.6%。地质灾害精确预警探讨：①预警方法的选取：针对佛山地区崩塌、滑坡地质灾害多为降雨诱发型这一显著特征，可采用联合概率法，探索对区内地质灾害监测点进行单点精确预警，初步构思如下：该方法以单个斜坡单元为预警单元，以地质灾害潜势度为基底概率，以地质灾害触发条件与降雨的耦合作用形成的联合概率作为增量概率。降雨诱发地质灾害是概率事件，通常认为地质灾害发生的概率由以下两部分构成:一是地质环境内部条件形成地质灾害的可能性，即潜势度；二是降雨与地质环境相互作用增大了地质灾害发生的可能性，以此构建地质灾害气象风险预警公式，计算预警指数，进行分级预警，模型可表达为：P=f(P0，△P)=P0+f(G，R)。式中：P——地质灾害发生概率，即预警指数；P0——非降雨情况下地质灾害发生概率，即潜势度；△P——降雨诱发地质灾害的增量概率；G——与地质灾害有关的环境因子；R——降雨量；这里关键点在于特定斜坡单元降雨量阀值的选取，基于地质环境条件越好、引发地质灾害所需要的雨强或雨量就越大，地质环境条件越恶劣、较小的雨强或雨量就可能引发地质灾害的基本认识，根据长期地质灾害雨量监测数据分析得到降雨量与地质灾害发灾概率曲线，从而根据雨量得到增量概率。降雨量统计有多种指标，常用的有小时降雨量、日降雨量、7天累计降雨量、有效降雨量等，目前已知有效降雨量较好适用于佛山地区，但衰减系数尚需大量数据调整最终确定。②地质灾害监测数据的分析和积累：预警精确程度很大程度依赖于地质灾害监测数据分析，根据各斜坡单元的特点选择系统配套的监测手段较为关键，如土质边坡中对土壤含水率等土体物理力学特征数据的监测，岩质边坡中对地下水压力的监测、滑动面应力监测等将为降雨诱发崩塌、滑坡内在机制分析提供依据。此时将反映气象降水量和水文饱和情况的饱和因子之间的关系式和反映饱和情况与斜坡稳定性之间关系的进行联立，即得到降水量和稳定性之间的关系式，即气象－水文－地质之间的耦合关系。

3地面塌陷地质灾害预警

地质灾害特征：佛山地区地面塌陷绝大多数为岩溶地面塌陷，分布于岩溶发育区，多为覆盖型岩溶。岩溶地面塌陷险情等级小型、中型、大型和特大型均有分布，地面塌陷诱发因素以地下水位剧烈波动为主。地下水动力变化引发潜蚀效应、真空吸蚀效应等应力作用，导致岩溶地面塌陷。地质灾害精确预警探讨：①预警理论依据：岩溶地面塌陷本质为力学失衡致塌（图2），地下水位下降表征为临界流速，对于不同的塌陷土体，由于其渗透性、水位、内摩擦角、内聚力C、塌陷土体半径等因素的不同，其致塌临界流速也不相同，形成岩溶塌陷的可能性也不相同。当塌陷土体的渗透性很低时，地下水在土体内向下渗流的水头损失Hw将较大，甚至与地下水面至土洞顶部的距离h2极为接近，这时，致塌临界流速较小，发生整体塌陷的可能性较大。当塌陷土体的渗透性较好时，水头损失Hw将较小，致塌临界流速相对将较大，塌陷土体发生整体塌落的可能性相对较小，但此种情况中，往往容易由于潜蚀作用而形成土洞或使土洞扩大，逐渐造成地表塌陷。②预警临界因子及地下水动力监测：由上述理论分析，可选取临界流速作为判据之一，通过对基岩面上覆土层的渗透变形实验，得到临界流速实验值，经过大量实验数据分析，综合得到临界流速作为判据。当地下水监测网获得数据后，可通过地下水位变化实时解算地下水流场中各点地下水流速，通过与临界流速对比，判断是否预警。由此避免将单一地下水监测井水位波动大于某一定值作为预警判据的片面性。值得注意的是，通过大量岩溶塌陷案例分析，当地下水位位于基岩面上下3m波动时，发生地面塌陷的概率较高，通过岩溶调查，可得到区域内基岩面埋深数据，将其与地下水位对比，即可对某一区域提前做出预警。两个判据的联合使用，将使得岩溶地面塌陷预警精度进一步提高。

4结语

地灾防治，预警先行。地质灾害预警的重要性不言而喻。通过地质灾害监测数据的分析、地质灾害诱发因素与发灾关系的研究，地质灾害预警准确性将能够得到进一步提高。

作者:邹杰 罗锡宜 赖桂林 单位:广东省佛山地质局