摘要：云南省昭通市是長江上游地質(zhì)災(zāi)害最嚴重的地區(qū)之一。通過研究利用Z指數(shù)、主成分分析和地質(zhì)災(zāi)害前期有效降水量分析等方法，對歷史地質(zhì)災(zāi)害樣本、同期區(qū)域站和國家站逐12h、逐日降水資料等進行了分析研究。結(jié)果表明：昭通市境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點眾多，以滑坡為主，大中型地質(zhì)災(zāi)害也時有發(fā)生，其中95%以上的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在雨季，峰值在8月，與昭通市干濕季節(jié)相對應(yīng);其降水型地質(zhì)災(zāi)害與災(zāi)害臨近12h降水量、當天降水強度、前3d和前12d累積降水量及降水強度等降水因子密切相關(guān)。

　　因此，綜合考慮短時、短期和中長期的累積降水效應(yīng)，并引入國土部門的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃成果建立了昭通市降水型地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警模型，選取2018年的地質(zhì)災(zāi)害實例對模型進行檢驗，發(fā)現(xiàn)此模型對昭通雨季地質(zhì)災(zāi)害有較好的預(yù)警指示作用。

　　關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害;降水類型;成因分析;預(yù)警模型;昭通市

　　昭通市位于云南省東北部，地處金沙江下游.境內(nèi)山高谷深、溝壑縱橫、水系發(fā)育，地勢西南高東北低.昭通也是地震多發(fā)的地區(qū)，僅2014年就發(fā)生了“4.5”永善5.3級地震、“8.3”魯?shù)?.5級地震.同時，昭通屬低緯高原季風(fēng)氣候，干濕季節(jié)分明，干季降水稀少，雨季降水充沛，局地暴雨頻發(fā).加之人類工程活動加劇，使昭通成為長江上游地質(zhì)災(zāi)害最嚴重的地區(qū)之一[1]，如1991年9月23日18:20，昭通市盤河鄉(xiāng)頭寨溝發(fā)生大規(guī)模滑坡，造成216人死亡，直接經(jīng)濟損失約1200萬元[2].

　　截止2015年，云南省國土部門調(diào)查結(jié)果顯示，昭通市有各類地質(zhì)災(zāi)害隱患點近2000個.近年來，研究人員針對地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因子和預(yù)報預(yù)警模型方面做了大量的研究工作，取得了很多成果.沈軍等[3]指出一定的降水強度、持續(xù)時間和前期有效降水量是誘發(fā)湖南古丈群體滑坡事件的主要外源動力;段旭等[4]及陶云等[5]發(fā)現(xiàn)，云南滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與短時強降水和前期累積降雨量有密切關(guān)系，其高發(fā)區(qū)與強降水中心對應(yīng)較好;薛建軍等[6]從氣象降水的角度，建立了全國范圍內(nèi)的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害氣象潛勢預(yù)報模型;朱昳橙等[7]對比證明了地質(zhì)–降水綜合模型對怒江地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警準確度更好;Keiko等[8]采用多元線性回歸方法對滑坡所受的降水因子進行了分析。

　　閔穎、胡娟和李華宏等[9-11]從開展強降水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)方面，用云南116個國家站的相關(guān)資料系統(tǒng)研究了云南地質(zhì)災(zāi)害與降水的關(guān)系，并依據(jù)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的降水量、降水強度和國土部門地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃成果等因子，建立了省級降水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)，在日常業(yè)務(wù)工作中也取得了較好的效果.

　　但是省級產(chǎn)品直接用在州(市)的服務(wù)中，針對性相對較差[12].這可能與降水資料空間分辨率較低，各地州的降水誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害影響因子有所差別等因素有關(guān).徐則民等[13]研究也指出，在地形復(fù)雜的山區(qū)建立降水型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警模型時應(yīng)充分考慮氣象站點所能控制的有效相關(guān)區(qū)域.并且，以往針對昭通市地質(zhì)災(zāi)害的研究中只是提到降水對地質(zhì)災(zāi)害有影響，主要是從地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地震引發(fā)次生災(zāi)害等方面做了詳細分析[1,2,14]，沒有專門就降水誘發(fā)昭通地質(zhì)災(zāi)害方面深入地研究.

　　因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，選取區(qū)域加密自動站的地質(zhì)災(zāi)害樣本，對昭通市地質(zhì)災(zāi)害分布特征及降水型地質(zhì)災(zāi)害的降水特征進行研究，并建立昭通市地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警模型，為昭通市開展降雨型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警業(yè)務(wù)提供技術(shù)依據(jù).

　　1資料和方法

　　本文所用的2012—2018年地質(zhì)災(zāi)害信息來源于云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院和云南省氣象臺收集整理的地質(zhì)災(zāi)害報表，昭通市轄區(qū)內(nèi)均有地質(zhì)災(zāi)害隱患點.同期逐12h和逐日降水資料為昭通市區(qū)域加密自動站(簡稱區(qū)域站)和10個國家級常規(guī)地面氣象觀測站(簡稱國家站)觀測資料以及1977—2017年10個國家站逐日降水資料(累計時段為20:00至次日20:00)，均來源于云南省氣象臺.

　　其中，2018年的資料用于檢驗地質(zhì)災(zāi)害模型，2012—2017年的資料用于分析并建立降水型地質(zhì)災(zāi)害模型使用，1977—2017年的降水資料用于分析昭通市降水氣候特征.采用的方法主要有Z指數(shù)法、主成分分析方法以及地質(zhì)災(zāi)害前期有效降水量分析法.

　　1.1Z指數(shù)法

　　由于昭通南北降水差異明顯，若用全國統(tǒng)一的日降水量≥25mm為大雨或≥50mm為暴雨等定義昭通雨季的強降水事件，往往掩蓋由于氣候差異帶來的強降水事件特征[15]，有必要重新定義昭通的強降水事件.文中利用Z指數(shù)轉(zhuǎn)換法[16]，分別計算了昭通市1977—2017年雨季(5—10月)10個國家站日降水量的第85、90、95和99共4個百分位值，作為各臺站雨季的4個日臨界降水強度閾值.并參照鞠笑生等[17]旱澇劃分方法，初步定義各站第85個百分位值為雨季一般降水閾值，第90個百分位值為雨季較強降水閾值，第95個百分位值為雨季強降水閾值，第99個百分位值為雨季極端降水閾值，當某年雨季某日降水量超過強降水閾值時，就稱該站出現(xiàn)了雨季強降水或極端降水，把超過強降水閾值的降水日數(shù)，作為相應(yīng)臺站雨季強降水事件的雨強日數(shù).

　　1.2主成分分析方法

　　為了有效地判別地質(zhì)災(zāi)害中降水的主導(dǎo)因素，對地質(zhì)災(zāi)害樣本降水值采用主成分分析方法[18]挑選最佳降水影響因子.

　　1.3地質(zhì)災(zāi)害前期有效降水量分析方法

　　采用前期降水指數(shù)Iap(antecedentprecipitationindex)模型[19]研究昭通市降水型地質(zhì)災(zāi)害過程中前期持續(xù)降水的影響。

　　2結(jié)果分析

　　2.1降水氣候概況

　　從昭通市1977—2017年平均降水量的空間分布分析，降水量具有東北多西南少的分布特征，東北部年均降水量≥900mm，西南部年均降水量不足900mm.從昭通市雨季(5—10月)平均降水量的空間分布分析，雨季降水量同樣具有東北多西南少的分布特征，東北部年均雨季降水量基本≥800mm，西南大部地區(qū)年均雨季降水量不足800mm.

　　由昭通市年降水量可知，其年均降水量為881.2mm.從2012年開始，昭通年均降水量由偏少向偏多的氣候背景轉(zhuǎn)變.全市雨季(5—10月)年均降水量為752.1mm，占全年年均降水量的85.3%，干季(11月—次年4月)降水量平均不到15%，說明昭通市干濕季分明.從2012年開始，昭通雨季降水量也由偏少向偏多的氣候背景轉(zhuǎn)變，說明選取2012—2017年作為研究時段具有代表意義.

　　昭通區(qū)域雨季一般降水閾值為6.4~9.8mm，平均為8.4mm;較強降水閾值為9.7~14.7mm，平均為12.3mm;強降水閾值為16.1~24.2mm，平均為19.8mm;極端強降水閾值為32.0~52.5mm，平均值為41.8mm.其中，一般降水和較強降水平均閾值與全國統(tǒng)一的小雨和中雨的標準大致相當，而強降水和極端降水平均閾值均低于全國統(tǒng)一的大雨和暴雨的標準.

　　從地域分布看，均與多年年(雨季)平均降水量分布一致，均呈東北部雨量大西南部雨量小的分布特征，且東北部更接近全國統(tǒng)一的日降水量劃分標準.在后文中把昭通市汛期10個國家站日降水量的第85、90、95和99共4個百分位值，作為災(zāi)害發(fā)生當天的4個降水強度值，分別對應(yīng)Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅱ級和Ⅰ級

　　2.2地質(zhì)災(zāi)害分布特征

　　通過整理2012—2017年云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院提供的地質(zhì)災(zāi)害報表和云南省氣象臺收集的滑坡、泥石流災(zāi)情，共形成236條有效地質(zhì)災(zāi)害信息.將災(zāi)害點與昭通市地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖及地形圖疊加，結(jié)果可知，昭通市大部地區(qū)均會發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，危險區(qū)劃等級均為高風(fēng)險.在236個樣本中，滑坡、泥石流、崩塌和地面塌陷4種災(zāi)害類型分別占總樣本的67%、10%、22%和1%.小型、中型、大型和特大型4種災(zāi)害等級分別占樣本的85%、10%、2%和3%.

　　表明昭通地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主，其次是崩塌和泥石流，大中型地質(zhì)災(zāi)害(占15%)也會發(fā)生.分析昭通市各月平均降水量和各月災(zāi)情總次數(shù)的關(guān)系，可知兩者均存在單峰型曲線，只是月平均降水峰值區(qū)為7月，而月災(zāi)情總次數(shù)峰值為8月.全市雨季(5—10月)總災(zāi)情次數(shù)為225個，占總樣本的95.3%，干季(11月—次年4月)不到5%，說明地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在雨季.

　　隨著雨季到來，昭通各地降水量逐漸增多，土壤含水量由少向多轉(zhuǎn)變，達到飽和狀態(tài)后，再受到強降水或持續(xù)降水激發(fā)就容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，說明昭通市地質(zhì)災(zāi)害受降水的影響十分顯著.

　　2.3地質(zhì)災(zāi)害降水因子分析

　　為了開展地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警技術(shù)研究，在上述236個樣本中剔除沒有區(qū)域站降水資料匹配和不符合降水誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的個例，最終篩選得到147個降雨型地質(zhì)災(zāi)害樣本，約占總樣本的62.3%.胡娟等[12]研究中已指出降水型地質(zhì)災(zāi)害與當天及前期降水量均有關(guān)，對于不同地區(qū)前期降水強度、降水累積時段也有不同.

　　分析昭通市地質(zhì)災(zāi)害前期降水累積天數(shù)顯示，昭通市地質(zhì)災(zāi)害樣本在災(zāi)害發(fā)生當天、前3d和前12d有3個大值中心，分別對應(yīng)10、20mm左右降水和110mm左右降水，其中前3d還有1個對應(yīng)60mm左右降水的大值中心.表明昭通市地質(zhì)災(zāi)害與當天降水強度、短期累積降水量和降水強度、前12d累積降水量及降水強度等降水因子密切相關(guān).

　　2.4地質(zhì)災(zāi)害的降水類型判別

　　地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生除了與前期累積有效降水量有關(guān)，與降水類型也有較大關(guān)系.在對造成147個降雨型地質(zhì)災(zāi)害進行分析時，參照陳靜靜等[21]的研究方法，用判別系數(shù)來確定各個樣本的致災(zāi)降水類型。

　　3地質(zhì)災(zāi)害案例檢驗

　　將上述研究得到的臨界降水量、降水強度和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃等指標，利用文獻[9]中的方法建立了昭通市降水型地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警模型.并選取4個地質(zhì)災(zāi)害案例來檢驗此模型的預(yù)報預(yù)警能力，其中2017年的案例用于反演模型的結(jié)果，2018年的案例用于檢驗?zāi)Ｐ偷念A(yù)警效果.

　　4結(jié)果與討論

　　通過上述分析，得出以下主要結(jié)論：

　　(1)昭通市降水量具有東北多西南少的分布特征，85%以上的降水集中在雨季.超過95%的地質(zhì)災(zāi)害也發(fā)生在雨季，峰值在8月份，滯后于降水峰值(7月)，說明昭通市雨季地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)與降水有密切關(guān)系.

　　(2)昭通大部地區(qū)均有發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險，并以滑坡為主，其次是崩塌和泥石流，大中型地質(zhì)災(zāi)害也時有發(fā)生.

　　(3)昭通市降水型地質(zhì)災(zāi)害與當天降水強度、短期累積降水量和降水強度、前12d累積降水量及降水強度等降水因子密切相關(guān).其中，當天降水強度為10mm左右，前3d累積降水為20mm左右和60mm左右及前12d累積降水量為110mm左右等關(guān)鍵降水條件最為敏感，同時短時降水的誘發(fā)作用也十分顯著.因此，在建立昭通市地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警模型時，應(yīng)該綜合考慮短時、短期和中長期的累積降水效應(yīng)和降水強度.

　　(4)本文使用較高空間分辨率的資料研究得到了臨界降水量、降水強度，并引入國土部門的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃等指標建立了昭通市降水型地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險預(yù)警模型.選取了2017年和2018年的地質(zhì)災(zāi)害案例來檢驗此模型的預(yù)報預(yù)警能力.結(jié)果表明，此模型對昭通雨季地質(zhì)災(zāi)害有較好的預(yù)警指示效果.當然，本文也存在一定的問題.

　　首先，本研究為了提高降水資料的空間分辨率，只采用了有區(qū)域站匹配的災(zāi)害樣本進行分析，使得樣本相對較少，沒有分類建立模型，在以后的工作中會繼續(xù)加入新的地質(zhì)災(zāi)害樣本進行分類研究，提高模型的實用性和針對性.其次，模型中的地質(zhì)災(zāi)害因子直接引用了國土部門的區(qū)劃結(jié)果，雖有較好地指示作用，但是該區(qū)劃結(jié)果已有段時間沒有更新，空間分辨率也較低，后期會加強與國土部門的合作，及時跟進最新的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃成果，改進模型。

　　再次，該模型運用在實際業(yè)務(wù)工作中時，檢驗發(fā)現(xiàn)預(yù)警產(chǎn)品存在準確率較高，但是空報率也較高的現(xiàn)象.究其原因，一是模型產(chǎn)品的預(yù)報準確率也依賴于數(shù)值模式定量降水預(yù)報的可靠程度，二是目前地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情收集工作還不完善.另一方面，也說明地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生有一定的不確定性和突發(fā)性.因此，在實際運用中，預(yù)報員需要根據(jù)最新資料進行人工干預(yù)訂正，并且昭通地形復(fù)雜，轄區(qū)內(nèi)各地的承災(zāi)能力參差不齊，強降水尤其是局地強降水的預(yù)報、地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機理仍屬難題，要做好地質(zhì)災(zāi)害的確定性預(yù)報還需要長期技術(shù)攻關(guān).

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