宁德市地质灾害气象风险预警系统应用与展望

兰腾达

(宁德市地质环境监测中心，宁德，352101)

宁德市地处东南沿海，境内地质灾害的发生受到许多因素的影响，其中最重要的影响因素是地质敏感度和降雨量。境内地貌以丘陵为主，地质灾害的发生在4～6月，主要受到短时强降雨影响，7～10月主要受到台风影响。房前屋后高陡边坡、山边河边、沟口地带、尾矿库、堆土场等区域在短时强降雨或持续降雨条件下易引发地质灾害。辖区内地质灾害隐患点多面广，受地方财力、人力、物力与自然条件所限，无法彻底消除地质灾害隐患。因此，开展地质灾害气象风险预警，不断提高预警水平，进而为地质灾害防治决策提供技术参考，减少因地质灾害造成的人员伤亡与财产损失，保障人民群众的生命财产安全是十分有必要的。根据宁德市地质灾害气象风险预警系统运行实践情况，在总结分析预警系统建设与运行、预警模型、地质灾害气象预警成效的基础上，对未来预警工作提出设想与建议。

1 预警系统建设情况

2012年，宁德市作为地市级地质灾害预警预报工作的福建省试点城市，根据“国土资源部 中国气象局关于进一步推进市(地、州)、县(市、区)地质灾害气象预警预报工作的通知”，组织研发了宁德市地质灾害预警预报系统。该系统以显式统计预警模型为基础，初步实现地质灾害预警预报自动化与智能化，对地质灾害进行一定程度的监测、预警和推演，为地质灾害防治工作提供辅助决策信息。2013年，宁德市地质灾害气象预警预报系统启动试运行。预警模型参数的具体取值由原省国土资源厅地质环境监测中心提供。自2013年5月1日起将“地质灾害气象预报预警业务”调整为“地质灾害气象风险预警业务”，原来的“地质灾害五级预报预警”调整为“地质灾害四级气象风险预警”[1]。经过4年的探索运行，2017年原宁德市国土资源局再次组织对该系统进行升级改造，将系统名称更改为“宁德市地质灾害气象风险预警系统”，并于2018年1月启动试运行。2018年6月，该系统经专家中期评估后正式运行。

2 预警模型简介

2.1 建立预警模型依据

关于地质灾害气象预警模型的分类，宁德市地质灾害气象风险预警模型，属于第二代预警模型，即显式统计模型。第二代预警模型综合考虑了地形、地质、工程活动和土地利用等因素，综合计算获得地质灾害潜势度作为预警背景值，再通过叠加降雨预报和实况二次计算得到最终的预警产品[2]。地质灾害气象风险预警系统模型建立的背景资料主要是宁德市9个县(市、区)1∶5万地质灾害详细调查成果、年度地质灾害防治方案、全市228个过程雨量站点的逐小时实时雨量数据、98个站点的24 h预报雨量数据。预警模型综合考虑地质环境因素与降雨量因素，通过多元线性回归分析[3]，耦合建立预警判据。

2.2 预警模型参数取值

预警模型的通用函数：T=f(G，R)

式中：T为预警指数；G为潜势度；R为有效降雨量。

预警指数是指地质灾害气象风险预警等级的量化指标，据此确定预警等级。潜势度是指区域地质灾害孕育生成的条件组合或潜在能力的评价指标，代表着一个地区地质环境的特征，是反映地质灾害生成内因的一种综合表达[4]。在宁德市地质灾害气象风险预警系统中，G的取值主要考虑地质构造、地层岩性、地形地貌、土层厚度等4个因素，根据不同预警区域的地质环境条件取值，可以较为全面地反映不同预警区域地质环境的差异，并可以随着区域地质调查精度的提高相应地提高取值精度。目前将宁德市划分为10 km×10 km的网格，每个网格节点在1～5取整数赋值，代表各节点处地质环境对地质灾害发生可能性的影响程度。有效降雨量是区域1 d累积雨量、3 d累积雨量、5 d累积雨量与24 h预报雨量的加权平均值。因为台风和短时强降雨期间的累积降雨量的趋势不同，致灾风险不同，所以采用不同的权重。

R=K+(r-r1)/(r2-r1) (K为常数；r1，r2代表不同雨量范围的上、下限，单位：mm)

台风工况：r=0.3×rain(1 d)+0.2×rain(3 d)+0.1×rain(5 d)+0.4×rain(24 h)

短时强降雨工况：r=0.35×rain(1 d)+0.17×rain(3 d)+0.08×rain(5 d)+0.4×rain(24 h)

台风与短时强降雨两种工况的回归模型方程分别：

第一种为台风工况下，T1=0.25×G+0.75×R1；

第二种为短时强降雨工况下，T2=0.3×G+0.7×R2。

地质灾害气象风险预警等级划分及相应的防治措施(表1)。

表1 地质灾害气象风险预警等级划分

3 预警工作流程

3.1 前期准备

首先确定市自然资源局与市气象局值班电话、值班传真、会商联系人、联系电话、电子邮箱。其次是定期更新完善自然资源系统汛期联系人与联系方式，主要包括三个层面：一是各县(市、区)分管地质灾害的领导、股室负责人、联络人。二是各乡镇(街道办事处)分管自然资源工作的领导、国土所所长。三是市级主要地质灾害隐患点的防灾责任人、监测人、协管员。

3.2 预警产品

短时强降雨、台风等极端天气期间，每日16：30分制作地质灾害气象风险预警产品，对个别不符合实际的异常点进行人工干预，调整预警等级。

3.3 会商

将初步确定的地质灾害气象风险预警产品通过邮箱发送至市气象局，并与市气象局通过电话会商，经双方充分讨论后，形成有关预警时段、等级、范围等的一致意见。

3.4 联合审批

市自然资源局与市气象局的审批依次分为4个环节：一是预报员负责制作地质灾害气象风险预警产品初稿；二是业务科室负责人，对预警产品制作和人工干预进行核实确认；三是分管领导，负责对预警产品进行审核；四是局长，负责联合签发最终的预警成果。

3.5 联合发布预警成果

市自然资源局通过多种渠道与市气象局联合发布地质灾害气象风险预警信息：一是通过值班人员传真至各地各有关部门；二是在宁德市电视台“闽东天气预报栏目”以滚动字幕的形式联合发布；三是视预警工作需要，向有关防灾工作人员、灾点监测人、防灾责任人定向推送预警短信。

4 地质灾害气象预警成效

4.1 群测群防体系概况

福建省地质灾害综合管理系统建立地质灾害隐患点一点一卡，数据包括统一编号、灾害类型、坐标、地质环境背景、变形迹象、威胁对象情况、灾情信息、群测群防体系、应急避让与防治建议等，实现全市地质灾害隐患点调查全覆盖，威胁对象信息采集率达到并保持100%。经过多年的努力，建成完善了以村两委为隐患点责任人、受威胁对象为隐患点监测人、协管员为辅助人员的群测群防体系，有效提高群众应急响应与自救互救的能力。

4.2 2013年至2019年地质灾害灾情

近年来，每年因台风、短时强降雨等极端天气不断地形成新的地质灾害隐患。但是，随着地质灾害气象预警工作的深入开展与各方面资金、人力的投入不断加大，地质灾害隐患点的总数总体呈现出下降的趋势。与此同时，随着主管部门对地质灾害防治工作的要求愈加严格，新发现的一些不稳定的高陡边坡也纳入地质灾害隐患点管理，最终导致地质灾害隐患点的数量、受威胁群众的规模始终处于高位。据统计，2013年至2019年间，宁德市发生地质灾害395起，造成直接经济损失3 901.9万元(表2)。

表2 2013年至2019年地质灾害隐患点数量及灾情情况

4.3 群测群防的意义

地质灾害气象预警集成了地质灾害、降雨量、地形图、人类工程活动等因素，成功实现地质灾害预警信息的直观可视化，在汛期地质灾害群测群防工作中，为防汛各有关部门提供地质灾害的最新预警数据，提醒社会公众防范身边有可能发生的地质灾害，为基层一线群测群防人员提供技术参考，最大限度地避免人员伤亡和经济损失。

5 预警时空准确率

5.1 总体时空准确率

以24 h作为一个预警周期，统计汇总灾情情况与预警单元的重叠情况，计算并分析预警的准确率。在2016年1月至2019年12月期间， 177起灾情分布在114个预警周期中，其中17个预警周期发布的预警区域与39起灾情所在区域重叠，所以，总体预警时间准确率为14.91%，空间准确率为22.03%。

5.2 不同预警等级的预警准确率

114个预警周期中，发布黄色预警区域396处，与39起灾情发灾区域重叠，准确率为9.85%。发布橙色预警区域23处，与2起灾情发灾区域重叠，准确率为8.70%。

5.3 不同工况的预警准确率

每年10月至次年6月的短时强降雨工况下，74个预警周期中有101起灾情，其中4个预警周期发布的预警区域与4起灾情发灾区域重叠，准确率为5.41%。7月至9月台风工况下，40个预警周期中有76起灾情，其中13个预警周期发布的预警区域与35起灾情发灾区域重叠，准确率为32.5%。

5.4 不同区域的预警准确率

沿海地区(蕉城区、福安市、福鼎市、霞浦县)117起灾情，其中25起灾情发灾区域与预警区域重叠，准确率为21.37%。丘陵山区(古田县、屏南县、寿宁县、周宁县、柘荣县)60起灾情，其中14起灾情发灾区域与预警区域重叠，准确率为23.33%。

5.5 原因分析

(1)宁德市辖区内地质灾害点多面广，地形(地貌)起伏多变，区域地质条件复杂。区域内局部气候异常现象多发，特别是每年的4月至6月期间，短时强降雨突发性、隐蔽性强，在前期累积雨量不大的情况下，往往是由于短时强降雨引发突发性的地质灾害，致灾时间往往较短，难以准确预测。

(2)基础数据支撑薄弱，当前的预警工作依据的地质资料多为1∶5万及以下精度的地质调查数据，对预警区域的细分以及地质灾害潜势度的估计不够准确，影响最终结果的准确率。地形复杂地区的实际降雨情况复杂，单位距离内的雨量变化较大，而当前雨量站点有限，布点的覆盖率仅为每个乡镇即每个预警区域1～2个，且雨量站点与地质灾害隐患点空间位置重叠率不高，雨量数据并不能完全代表地质灾害隐患点位置的实际雨量，造成对降雨引发地质灾害的临界雨量划定不准确。

(3)现有的预警模型高度依赖已有的灾情资料和地质灾害潜势度作为预警背景值，地质灾害灾情信息依赖基层防灾人员的统计，部分信息的可靠性存疑。地质灾害潜势度计算受到地质构造、地层岩性、地形(地貌)、土层厚度等因素以及各因素计算权重的影响大，回归分析中受到统计数据的限制，最终得到的参数值有可能与实际偏离较大。

6 未来预警工作的设想与建议

6.1 优化预警模型

当前国内地质灾害气象预警模型主要分为两代[5]。随着大数据与人工智能领域的技术进步，地质灾害预警完全可以借此做一些深度融合，从而提高预警水平。比如，在给定区域的临界雨量判定方面，可以采取基于机器深度学习的方式，在大量已有灾险情与雨量数据的基础上判定某处给定区域的临界雨量，可以极大减少确定临界雨量时的人工工作量，并且得到的临界雨量可以随着数据量的增加不断更新调整。

6.2 区域性灾害与单体灾害预警

目前，我们的预警系统只是针对区域性灾害的预警[6]，对于某时某地发生的单体灾害预警缺乏有效预测手段。特别是突发性的高位远程的地质灾害，当前地质灾害调查的范围并未覆盖，然而往往最终造成重大人员伤亡的就是一些单体的大型或特大型地质灾害。对于这一类单体灾害预警，目前的预警系统考虑得不够，相关的技术储备与技术力量比较薄弱。