插值方法对地质灾害预警本地化影响分析

李云 张莹 许金萍 杨聃 蒋晓梅

摘要：通过对强台风“菲特”影响期间安吉县地质灾害预警算法本地化改进、插值方法对比、站点密度影响等方面研究，探索分析了安吉县地质灾害预警的本地化与插值方法优劣。对地质灾害预警公式本地化，选择克里金插值、多项式回归、改进谢别德等8种插值方法对24站逐时降水量数据进行网格化处理并进行了对比分析，择优选择2个插值方法对不同站点密度进行了对比。结果表明;“菲特”影响期间，安吉县的地质灾害等级整体是阶梯式先升后降;對比降水量变化，有明显的滞后性，滞后2～4 d;同时受短时雨量变化影响大，尤其是小时雨强超过30 mm！改进谢别德方法“表现”较好，与实际等级最为符合。站点密度对克里金插值影响变化不大，未出现漏报现象;改进谢别德方法站点密度对其影响还是比较明显的。

关键词：插值方法;地质灾害气象风险预警;本地化算法

中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）20-0010-04

1引言

安吉县是浙江省典型的山区县，山地面积约21606.67 hm²，占全县土地总面积11.5%，主要分布在东部、西部和南部，海拔大多在500～800 m之间，其中龙王山海拔达1587 m。安吉县地质灾害点多，地质灾害多发频发，但地质灾害预警信息技术严重落后，目前仍以地质灾害人员的经验判断为主，因此地质灾害预警技术的研究迫在眉睫。

2013年10月6日凌晨至8日15时，安吉县受强台风“菲特”与冷空气的严重影响，全县普降大暴雨，局部出现特大暴雨。平均面雨量349 mm，最大降水出现在天荒坪上水库1054 mm，均超历史气象记录极值。此次台风暴雨降水强度之大、持续时间之长，全县受灾十分严重。安吉县境内多处发生地质灾害灾（险）情。经统计，台风“菲特”带来的持续性强降雨引发全县境内地质灾害灾（险）情达83处。

本文试图通过对强台风“菲特”影响期间安吉县地质灾害预警算法本地化改进、插值方法对比、站点密度影响等方面研究，探索分析了安吉县地质灾害预警的本地化与插值方法优劣，为安吉县地质灾害预警系统的研发提供必要的理论研究和技术支持。

2资料与方法

2.1数据来源

项目数据来源：安吉23个区域自动站及1个国家观测站逐时降水量、安吉国土局提供的浙江华东建设工程有限公司完成的安吉县“强台风”菲特引发质灾害应急调查资料。

2.2研究方法

将24个观测站根据经纬度、拔海高度、建站时间等因素综合考虑分别选取16个站、8个站系列进行站点密度影响对比（图1），拟选择克里金插值、多项式回归、改进谢别德、加权反距离、径向基函数、自然邻点、最近邻点、最小曲率等8中插值方法对24个站逐时降水量数据进行网格化处理，同时对地质灾害气象风险预警公式本地化;择优选择2个插值方法对16站、8站降水量插值网格化对比，以期得到站点密度影响。

用加权反距离法、克里金插值法、最小曲率法、多元回归法、径向基函数法、改进谢别德法、自然邻点插值法、最近邻点插值法等8中插值方法分别对逐时降水量网格化，生成如下100×79网格矩阵数据（图2）。

3研究结果

3.1地质灾害气象风险预警公式本地化

以2005年杭州市地质灾害气象条件预警计算模型为原型设计安吉县地质灾害气象风险预警公式如下：

Rd≥Max（Rv，Rs）。

短时降雨强度（Rs），1 h、2 h、3 h和6 h的降雨强度如表1所示。

Rv为有效累计雨量，取前nd有效累计雨量，取5d，分I级到V级;Rs短时降雨强度，指定1小时、2小时、3小时和6小时雨强，分I级到V级（表2）。

最近5 d有效降水量（Rv）：

3.2 24站8种插值方法与地质灾害预警等级对比分析

对24站8个插值方法测算得到的地质灾害等级与实际地质灾害等级对比分析（图3），“菲特”影响期间，安吉县的地质灾害等级整体是阶梯式先升后降;对比降水量变化，有明显的滞后性，滞后2～4 d;同时受短时雨量变化影响大，尤其是小时雨强超过30 mm;8个插值方法测算得到的等级普遍要比实际的高，未出现漏报情况，空报较普遍;其中改进谢别德方法“表现”较好，与实际等级较为符合。

3.3站点密度影响分析

用克里金、改进谢别德插值方法对8站、16站进行地质灾害风险等级测算与检验（图4），克里金插值变化不大，未出现漏报现象，但与24站一样，出现了预报等级偏大，出现较大空报风险;改进谢别德方法16站表现依旧比克里金好，但是8站出现了明显漏报现象，因此站点密度对其影响还是比较明显的。

另外，对8种插值降水结果与地质灾害等级对比三维图发现（图5），普遍存在着“负值陷阱”，这种现象需要特别注意。这也是本文下一步要完善的目标，改进与更新算法，包括插值算法以及地质灾害算法。

4结论

根据经纬度、拔海高度、建站时间等因素综合考虑分别选取16个站、8个站系列进行站点密度影响对比，选择克里金插值、多项式回归、改进谢别德、加权反距离、径向基函数、自然邻点、最近邻点、最小曲率等8中插值方法对24站逐时降水量数据进行网格化处理，生成100×79网格矩阵数据。同时以2005年杭州市地质灾害气象条件预警计算模型为原型设计安吉县地质灾害预警本地化算法，对地质灾害气象风险预警公式本地化;择优选择2个插值方法对16站、8站降水量插值网格化对比，以期得到站点密度影响。得到以下结论：

（1）对24站8个插值方法测算得到的地质灾害等级与实际地质灾害等级对比分析，“菲特”影响期间，安吉县的地质灾害等级整体是阶梯式先升后降;对比降水量变化，有明显的滞后性，滞后2～4 d;同时受短时雨量变化影响大，尤其是小时雨强超过30 mm;8个插值方法测算得到的等级普遍要比实际的高，未出现漏报情况，空报较普遍;其中改进谢别德方法“表现”较好，与实际等级较为符合。

（2）用克里金、改进谢别德插值方法对8站、16站进行地质灾害风险等级测算与检验，克里金插值变化不大，未出现漏报现象，但与24站一样，出现了预报等级偏大，出现较大空报风险;改进谢别德方法16站表现依旧比克里金好，但是8站出现了明显漏报现象，因此站点密度对其影响还是比较明显的。

（3）对8种插值降水结果与地质灾害等级对比三维图发现，普遍存在这“负值陷阱”，这种现象需要特别注意。这也是本文下一步完善的目标，改进与更新算法，包括插值算法以及地质灾害算法。