气象类滑坡灾害的预报原理和方法探讨

段朝红

[摘 要]：滑坡是组成山坡的部分岩土在一定的地质条件下以及在环境因素不断的变化和作用下，以重力为主、沿向外缓倾的带或面产生向临空作整体或几大块向下、向前的移动现象。滑坡的发生给国家和人民带来了巨大的灾难，随着3S技术的飞速发展，RS、GIS被广泛应用于滑坡危险性区划和预测研究。特别是GIS技术，由于其储存图层的多层次性、挖掘和计算地质数据的快捷性以及空间形态模拟的超强能力，为滑坡灾害事故的预测提供了新的思路和方法。

[关键词]：滑坡灾害 预报 原理 方法

一、引言

我国是世界上地质灾害比较严重的国家之一，近年来随着社会的发展，城市化进程日渐加快、西部大开发的开启、水利水电工程的开发、切坡建房、公路开挖和植被破坏等人类活动的加剧，对地质内部构造造成了严重破坏，为各种灾害的发生创造了条件。

滑坡以其发生频繁、分布广泛、所造成的经济损失和人员伤亡巨大而被列为除地震外的地质灾害之首。滑坡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问题，具有灾害性，不仅给人类生命安全带来威胁，而且对财产、环境、资源等造成破坏。

人们对滑坡灾害事故的发生不具有先知性，因而造成的后果是无法想象的。据有关部门统计，仅在我国，包括崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害造成的直接经济损失每年可达30-50亿元左右。并且，在近几年滑坡发生的次数和可能性有逐渐增加的趋势。因此，对于滑坡灾害事故的预测预报具有十分重要的意义，它的研究对于减少人员伤亡和财产损失有着积极作用。

从全世界的范围来看，美国是世界上开展滑坡灾害预警最早的国家，先后于1985年、1992年、1993年、1997年、2000年在旧金山海湾地区、夏威夷州、加勒比海的波多黎各、俄勒冈州和弗吉尼亚州建立了滑坡实时预报系统。

二、滑坡灾害的成因

滑坡类灾害虽说被界定为自然灾害范畴内，然而今年来的调查数据却显示，滑坡灾害的成因更大部分是由于人类工程活动造成。由于人类不合理的改造地球，开展各类工程活动，大大加剧了滑坡灾害发生的频率。特别是在那些存在隐患的易于发生滑坡的地区，如果人类不加以防患，仍然肆意的开展工程活动，挖矿山、修公路、修高层建筑，这些都大大提高了滑坡发生的可能性，且一旦发生，将会是很严重很重大的灾难。

在发育时间上滑坡主要有同时性的特点：对于同时性，有些滑坡受诱发因素如强烈地震、暴雨等自然活动和不合理的开挖、爆破等人类活动的作用后，立即活动。

所以人类在尝试探究滑坡灾害的成因时、对滑坡发生进行预测时，要找准正确的空间位置。研究范围的大小决定了滑坡预测的方法及其结果的可靠程度。按研究范围的大小，可以将滑坡灾害空间预测划分为发生地点预测和危害范围预测。除了发生地点，对于发生时间的准确预测也至关重要，在任何灾害发生前，如果人们知道了灾害将要发生的时间，这样人们便可以做好提前应对灾害发生的准备，以至于灾害真的发生时能够最大程度上减少人员伤亡和财产损失。因此，做好时间预测预报是滑坡灾害事故预测系统至关重要的一步。

三、气象类滑坡灾害预报原理

按照时间预测的类型可以将时间预测预报分为两部分：中长期预报和短临预报。

1.中长期预报及模型方法

1）滑坡中长期预测预报主要采用的方法如下：

在滑坡时间预报的中长期预报中主要采用指数平滑法和灰色灾变预测模型。指数平滑法兼顾了全期平均法和移动平均法，它同多计算出的指数平滑值再结合一定的时间序列模型对现象的未来进行预测。它在使用中可以根据平滑次数的不同来分为一次，二次和三次指数平滑法。一次和二次指数平滑法是分别针对时间数列无明显的变化趋势、具有线性趋势的时间数列，三次指数平滑法则是在二次平滑基础上再平滑。这种方法能够对不同的时间数列进行预测。两者相比之下指数平滑法更能准确方便的对中长期滑坡灾害事故进行时间预预报预测。

2.短临预报及模型方法

当滑坡已经进入加速变形阶段的时候，通过中长期预报已经不能为灾害的发展情况提供帮助，此时需要采取短临预报的方法。

常用的斋藤迪孝模型是将岩土体的破坏分为三个阶段，能够将整个形成滑坡渐变过程分为三个不同的阶段进行研究。该模型同时提供经验公式，再根据不同时间段之间位移量相等为依据计算破坏时间。用该模型能够精确求得灾害发生的日期。

灰色理论的Verhulst模型是对Verhulst模型的微分方程式求解求得位移同滑坡时间预测值的关系式，然后将地质结构发生的位移带入该关系式求得时间预测值，但是该模型中系数随不同滑坡类型和不同的位移阶段而变化，在实例中确定系数的值准确度不高而且比较复杂。

非线性动力学模型是用非线性动力学理论为基础，但是滑坡演变的复杂性和外界环境的多变性决定了建立滑坡孕育过程的非线性动力学方程绝非易事。

多参数预报法中很难保证每个参数的准确性，因此预测结果的准确性更得不到保证。

黄金分割法虽然能够求得岩体失稳破坏的时间，但是这种方法只是对十余个实例的总结，其结果的准确性不是很高。

因此，对于上面几种模型的分析和对比，斋藤迪孝模型在滑坡灾害时间预报的短临预报中更具有可取性。

3.灾情损失预测预报模块

每一场灾难的发生都会给国家和人民带来巨大的损失，生命和财产是其中最重要的两个方面。因此，滑坡灾害预测预报系统在灾情损失预测预报模块应该分为生命损失和财产损失两个子模块。这两个小模块是在数据库的基础上联系灾害区域的具体情况，再结合GIS的强大数据处理功能和图形分析功能对灾难发生前后的生命和财产损失进行统计和预测。这些功能的建立对于对灾区的救援有重要的指导意义。

总结：滑坡每年给我国带来的灾难非常巨大，进行滑坡预测预报做到提前防灾减灾极其重要，但传统的数据信息管理规模化程度较低，已经不能满足当前工作的需要。滑坡的空间预报和时间预报都有很多模型和方法，虽然这些模型都能对灾害结果进行预测，但是各个模型的方法所预测的结果却相差很大。综合对比各个模型的具体使用方法和使用条件选出了最适合的模型才能通过系统对获得的灾害信息加以处理和模拟，真正做到实时监测滑坡灾害的发生，最大程度上减少人员伤亡和财产损失。

参考文献：

[1] 丁铭绩，张永波，地理信息系统在滑坡预测预报中的应用，山西科技，2002年第1期.

[2] 许春青，滑坡预测预报模型比较分析，哈尔滨工程大学，2011年3月.