山东省地质灾害预警预报工作进展与展望

沙令宝，张 晔，魏 嘉，贺 敬，王庆兵

（山东省国土空间生态修复中心，山东 济南 250014）

0 引言

山东省独特的地层岩性特征、构造特征和气象特征为地质灾害的多样与频发提供了条件。随着社会经济的持续发展，人类工程经济活动范围和强度不断扩大和增大，在降雨等自然因素和地下水开采等人为因素的作用下，地质灾害频频发生。

山东省突发性地质灾害多发生在鲁中南及鲁东丘陵山区，对人民的生命财产和生产活动构成重大威胁，85%的地质灾害与强降水有着密切关系，因而开展地质灾害气象预警预报工作十分必要。为了加强地质灾害防治工作，最大限度地减少地质灾害造成的经济损失和人员伤亡，2003 年7 月山东省开始开展地质灾害预警预报工作，具体业务由山东省国土空间生态修复中心（原山东省地质环境监测总站）与山东省气象台共同承担，预警预报工作时间主要为每年6—9 月。山东省地质灾害预警预报工作主要经历了3 个阶段。

1 预警预报工作起步发展阶段2003—2012 年

该项工作自2003 年启动以来，得到了上级领导的大力支持和高度重视，地质灾害预警应急能力和预报质量得到提升，受到了社会公众的广泛关注。2003 年8 月收集、分析已有资料，研究各类突发性、缓变性地质灾害的发生机制、分布规律、发生和发展趋势。在分析研究气象因素与地质灾害的关系的基础上，初步建立了汛期地质灾害气象预警系统。2003年8 月20 日—9 月30 日，山东省地质环境监测总站和山东省气象中心根据前期和实际降水过程，结合具体地质环境条件和人类活动等因素采用专家评判法做出预报。2004 年在专项费用的支持下，开始系统性预警预报研究，完成了致灾因素危险性相关分析与归一化处理研究；完成了山东省第一张坡度、岩性、构造致灾营力分区图，并对诸致灾营力进行了空间属性处理；研发了山东省第一套地质灾害气象预警预报系统；确立了以致灾营力分析为理论基础的地质灾害预警预报方法和预警预报模型，将基本预报计算单元空间尺度推进到了0.25 km×0.25 km。2005 年建立了地质灾害预报预警会商室，安装了可视化会商系统，建立了山东地质环境信息网，为开展预警预报工作提供了理想的硬件和软件环境。2006年进一步完善了已有的预警预报系统，完善了地质灾害气象预报值班及信息反馈制度，规范了与中国地质环境监测院、山东省气象台的两级会商及预报产品的会商、签批和发布程序，完善了地质灾害预报预警信息发布渠道，加强了与各大新闻媒体的合作。2011 年进一步与有关技术公司合作，在地质灾害综合量化预报研究的基础上，开发了山东地质灾害预警应急系统。

2003—2012 年期间每年不断完善预警预报工作流程，深化了基础理论研究，不断优化了预警预报软件；加大了与省气象局、地震局、省电视台、省灾害防御协会等相关单位的合作力度，并与原省国土厅测绘局合作，将“影像山东三维地理信息平台”应用于地质灾害预警预报工作中，该平台包含了全省15.0 m、2.5 m、0.3 m 等多分辨率的影像数据，5 m 格网间距的高程数据及地名、交通等基础矢量框架要素，平台加载了地质灾害点信息后，实现了与地质灾害气象预警预报系统的结合，同时基于该平台初步建立了山东省地质灾害应急指挥系统，该系统投入运行后，大大提高了山东省地质灾害预警预报的信息化和科学化水平。2005 年5 月23 日在济南召开的全国地质灾害预警预报经验交流会上山东省地质灾害预警预报工作方法被当作典范向全国推广。2011 年山东省的地质灾害预警预报方法被山东省国土资源厅评为“全省国土资源系统先进工作法”。提交的《山东省地质灾害预警预报研究》获“山东省国土资源科学技术进步一等奖”，并通过国家一级科技查新。研究方法和综合研究成果在国内同类项目实施过程中，起到一定的指导作用。

2 预警预报工作发展提高阶段2013—2015 年

2013 年在第一代预警预报系统的基础上，在MapGIS K9 平台基础上开发了山东省第二套地质灾害预警预报系统。系统分预警分析、预警发布、气象信息、灾点查询、灾点管理5 个子系统。新系统具有优良的空间分析功能和数字地面模型分析功能、有先进的算法模型，实现了“人-软件-业务流程”的有机统一，系统功能齐全，业务覆盖面广，准确高效，易学易用。2013—2015 年期间，对第二套预警预报软件进行了正式运行、检验和不断修正。新软件对数据的网格化组织和算法进行了优化升级，实现了气象数据自动获取与自动离散数据网格化处理，软件的智能化程度较旧版本有了很大提高。经过3 年的运行和校验，其效果良好，预报精度、准确度、智能化程度都较以前有很大提高。同时还对1:5 万灾害调查成果中1371 个群测群防员联系方式进行了核实，与移动公司协商并签订合同，实现了预警信息面向群测群防员的直接发送，增强了预警效果，扩大了预警信息受众面。黄色及以上预警短信均能通过移动短信代理服务器，第一时间发送到省厅领导、站领导、站中层、17 地市国土局分管局长、地环科科长、地环站站长、17 地市各县、市、区国土局（国土所）有关人员及各地市群测群防员共3068 人手机上。每年内还积极帮助和推进了各市级、县级地质灾害预警预报工作。

3 预警预报工作不断完善阶段2016—2021 年

2016 年通过综合分析山东省近年开展地质灾害调查的成果，在原有系统软件的基础上，通过增加降雨量来源数据（在原有的国家级气象站监测数据的基础上增加了省气象台在全省已建成区域气象站实时降水、精细化格点预报、强降水落区预报等资料）、增加地质灾害易发性评价因子（地震、道路建设）、增加地质灾害易发性分区计算方法等措施，开展了地质灾害精细化预警预报研究，在此基础上研发了山东省地质灾害精细化预警预报系统。该系统中地质灾害致灾营力数学分析计算方法主要有归一化方法、证据权方法和信息量方法等。其中归一化模型算法是山东省经过多年实践的模型算法；信息量和证据权算法是目前国内地质灾害易发性评价中比较主流的模型算法。山东省地质灾害精细化预警预报系统同时提供这3 种不同的计算方法。实际工作运行中以归一化法为主，信息量法、证据权法辅助检验归一化法预警成果，校核预警成果准确性。山东省地质灾害精细化预警预报系统通过地质灾害自身（坡度、岩性、构造、地震、人类工程活动等）致灾营力值以及诱发（历史降雨、预报降雨等）致灾营力值的地理信息系统叠加计算，同时参考预警区域内地质灾害隐患点等信息，制作预警预报产品，并对预警预报产品进行入库、签批和发布（短信、邮件和Web 等方式）。系统通过实现以上流程，得到预警结果，用于山东省地质灾害气象风险精细化预警预报工作的开展。依托山东省地质环境信息平台，采用大数据、云计算及互联网等信息技术，首次实现了预警预报系统与各相关平台的集成和数据共享，提升了山东省地质灾害预警预报工作的便利性、可靠性、稳定性，提高了山东省地质灾害预警预报工作的信息化水平。

2017 年根据汛期地质灾害发生情况和系统运行情况，对系统数据库进行了更新；通过调整数据结构设计、调整数据库结构化查询语言、调整服务器内存分配及数据库缓存处理等方式对数据库进行了优化；通过调整代码中预警计算的工具、方法、优化计算步骤等措施对系统预警分析计算方法及数据处理速度进行了优化；完善了气象数据查询等功能模块；根据汛期系统运行情况对预警模型进行了校验。

2018 年通过增加虚拟机数量、更新部署系统服务，提高了系统运行速度；简化了预警策略，提升了数据查询速度；从构架和功能上不断完善，提高了系统的稳定性。

2019 年继续对预警预报系统进行优化、升级，完善了系统架构与功能，实现了多源异构监测数据的集成与分析，避免了资源浪费。

2020 年优化了格点运算功能，调整了后台雨量数据格式。

2021 年优化了监测雨量站数据同步功能，提高了预警预报系统自动化程度。

近几年，山东省每年都建设了一定数量的地质灾害自动化监测站，安装了裂缝计、内部位移计、表面位移计、泥水位计、视频等设备，地质灾害自动化监测站监测数据和图像可直观地反映地质灾害隐患点的状态变化情况；每年对已建地质灾害自动化监测站进行了及时维护、维修、数据分析研判，地质灾害自动化监测预警系统运行稳定、监测预警信息获取、发布及时。利用地质灾害自动化监测站实时监测数据，提高了地质灾害预警预报精度。另外，安装了一体化雨量计的地质灾害自动化监测站实现了雨量数据直接参与到地质灾害精细化预警预报致灾概率计算中，使得系统参与计算实际降水量数据更加接近实际情况，地质灾害预警预报精度得到较大提高。

山东省地质灾害预警预报工作已经开展了19年，在地质灾害预警预报理论与方法及模型建立、预警预报系统建设、工作组织领导、工作机制建设、预报精度等方面都取得了可喜成绩，为山东省长期开展地质灾害预警预报工作打下了稳固的基础，山东省地质灾害预警预报整体工作水平处于国内前列。19 年来共取得地质灾害预警预报成果2277 个，发布黄色及以上地质灾害预警预报信息228 次，成功预报了235 起地质灾害。汛期制作的228 期黄色及以上预警预报产品均通过山东卫视、山东人民广播电台、山东广播经济频道、山东地质环境信息网、山东省国土空间生态修复中心网站、山东省自然资源厅网站、齐鲁晚报、生活日报、济南时报等新闻媒体向公众进行了发布，同时通过中国移动通信JX01 移动代理服务器、中国移动云移动代理服务器等为全省各级国土和自然资源相关部门、技术人员及群测群防员等提供地质灾害预警预报信息620 000 余条。

山东省地质灾害预警预报工作在提高政府职能部门地质灾害防灾减灾工作效率的同时，也提高了受灾害威胁地区人们的防灾减灾意识，取得了良好的防灾减灾效果，社会经济效益明显，达到了预期目的。

4 山东省地质灾害预警预报工作展望

由于工程建设等人类活动的影响以及每年强降雨和台风等极端天气仍频繁发生，继续开展并加强山东省地质灾害预警预报工作仍是全省建设中国特色社会主义的必然要求。

（1）在山东省地市级和县（市、区）级深化地质灾害精细化预警预报工作，做到省、市、县三级地质灾害预警预报工作全覆盖，提高地质灾害防治效果。

（2）加大全省地质灾害一体化自动化监测站建设力度，增加参与地质灾害预警预报分析计算一体化自动化雨量站数量，以提高预警预报精度与准确度。

（3）科学结合多种学科，对地质灾害进行仿真，分析引发地质灾害的具体因素，实现地质灾害的准确预警预报将成为地质灾害预警预报的主要发展趋势[1]。

（4）完善现有的省级地质灾害预警预报系统，充分利用大数据和人工智能开展地质灾害预警预报研究。例如，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[2]。将神经网络学习算法与地质灾害特性相结合，开发学习引擎，对诱发地质灾害的相关数据进行深度学习，挖掘灾害发生与自然、人为因素的关系，获得地质灾害监测预警模型库，并在不断自我学习中对模型进行优化和完善，实现对潜在地质灾害区域的有效预测[3]。提高地质灾害预警预报系统智能化程度，不断积累灾害样本，不断修正完善预警预报模型，提高地质灾害预警预报精度。

（5）深化气象、水文监测预报新成果共享及运用。在提升地质灾害预警工作精度的同时，在时间上实现实时临灾预警，解决预警时效问题[4]。

（6）对于降雨型滑坡预警预报，可采用数值模拟法，即基于动力学原理，充分考虑降雨过程及其特征对滑坡地质灾害的影响，采用数值模拟方法进行动态分析和反演地质灾害受降雨的影响及变化特征[5]。

5 结语

山东省自2003 年开展地质灾害预警预报工作以来，地质灾害预警预报技术趋于成熟，工作体系得到了不断完善，为全省地质灾害防灾减灾工作提供了有力的技术支撑。深化地市级和县（市、区）级地质灾害预警预报工作是今后迫切的任务。人工智能、深度学习、仿真和大数据等技术的兴起和发展，给地质灾害预警预报工作带来了前所未有的机遇和挑战，在今后的工作中，还需充分利用这些新兴技术深化预警预报理论，使得预警预报模型更接近现实，从而提高预警预报系统的智能化程度。