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摘要：

近年來(lái)，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警將地質(zhì)災(zāi)害防治工作從被動(dòng)防御轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)測(cè)，省內(nèi)已建立多個(gè)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)多利用地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警方法進(jìn)行區(qū)域或片區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，客觀上提高了地質(zhì)災(zāi)害防治水平。但需要看到，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警在取得重要成果的同時(shí)也存在諸多問(wèn)題：重視區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，單體地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警缺乏；重視地質(zhì)環(huán)境研究，地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)機(jī)理研究缺乏；重視地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)性科學(xué)分析缺乏。本文針對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題重點(diǎn)對(duì)佛山地區(qū)的崩塌、滑坡和地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警方法開(kāi)展探索，以期達(dá)到提高地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警準(zhǔn)確性的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：

地質(zhì)災(zāi)害；預(yù)警；準(zhǔn)確性；佛山

1關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害精確預(yù)警的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

地質(zhì)災(zāi)害的精細(xì)化預(yù)警已成為熱點(diǎn)，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警定時(shí)、定點(diǎn)、定量是技術(shù)人員的最高目標(biāo)，也是地質(zhì)災(zāi)害防治工作的迫切需求。作為一名地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警地質(zhì)人員，常有以下三點(diǎn)思考。（1）單體地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的可行性：地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)性，這種突發(fā)性常常被形容為不可預(yù)測(cè)性。眾所周知，控制地質(zhì)災(zāi)害的因素較為復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害的形成受地質(zhì)環(huán)境和動(dòng)力因素控制。地質(zhì)環(huán)境包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等，是地質(zhì)災(zāi)害孕育、形成、發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，是內(nèi)在條件。動(dòng)力因素又分自然、人為兩種，自然因素如活動(dòng)斷裂、地震、大氣降水、地表水、地下水等動(dòng)力因素，人為因素如水利、礦山、交通、城建等人類(lèi)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，常常作為地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素。不同的地質(zhì)環(huán)境和誘發(fā)因素，導(dǎo)致不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害，其發(fā)育分布特征也不同?；仡櫧甑刭|(zhì)災(zāi)害防治工作，我們已經(jīng)較好掌握區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，并較為成功地做出區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，取得顯著效果；再者，在地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，已經(jīng)積累大量案例和數(shù)據(jù)，諸如地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨量關(guān)系密切，巖溶地面塌陷與地下水位劇烈波動(dòng)關(guān)系密切等規(guī)律，只是目前對(duì)這些規(guī)律的內(nèi)在機(jī)理尚有模糊之處，只要進(jìn)一步掌握這些規(guī)律，單體地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生絕不再作為隨機(jī)事件看待，而是有其必然性，單體地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)是可行的。（2）地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素在地災(zāi)預(yù)警中的重要性：地質(zhì)災(zāi)害精確預(yù)警之所以難度如此之大，很大原因是因?yàn)榭刂埔蛩貥O多，但將這些因素分類(lèi)視之，無(wú)外乎包括兩大類(lèi)，即地質(zhì)環(huán)境條件及誘發(fā)因素，其中地質(zhì)環(huán)境條件中絕大部分條件在短期內(nèi)是相對(duì)穩(wěn)定的，如地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等，那么問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為，在怎樣的誘發(fā)因素下，該處地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。在佛山地區(qū)，前輩多年的工作經(jīng)驗(yàn)表明，絕大多數(shù)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害與降雨量密切相關(guān)；絕大多數(shù)地面沉降、地面塌陷由地下水位波動(dòng)誘發(fā)；只要抓住誘發(fā)因素這一變量同地質(zhì)災(zāi)害發(fā)災(zāi)的關(guān)系，地質(zhì)災(zāi)害精確預(yù)警將成為可能，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警應(yīng)用價(jià)值將得到巨大提高。（3）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累和應(yīng)用：毫無(wú)疑問(wèn)，探索誘發(fā)因素與地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)在機(jī)理是困難的，需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)支撐，而這些數(shù)據(jù)主要來(lái)源于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)。地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)手段是多樣的，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括降雨量、地下水位、應(yīng)力變化等，以佛山市地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為例，降雨量監(jiān)測(cè)已形成精度較高的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，數(shù)據(jù)密度、數(shù)據(jù)傳輸都已較為先進(jìn)。地下水監(jiān)測(cè)也已在全市范圍內(nèi)開(kāi)展，部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)精度和密度均較高。除此之外，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)還安裝滑坡探測(cè)儀、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測(cè)等設(shè)備，取得較好監(jiān)測(cè)效果。與此同時(shí)，我們也注意到，監(jiān)測(cè)工作還需解決兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性不足，若開(kāi)展誘發(fā)機(jī)理研究，數(shù)據(jù)需要配套成系統(tǒng)才有研究?jī)r(jià)值，如研究土質(zhì)邊坡崩塌、滑坡與降雨量的關(guān)系，對(duì)土壤含水率等土體力學(xué)性質(zhì)的監(jiān)測(cè)和土體應(yīng)力的監(jiān)測(cè)顯得較為重要，這樣才能形成數(shù)據(jù)鏈，便于用于數(shù)據(jù)分析；二是現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析利用程度不夠，多注重于數(shù)據(jù)本身，而缺乏挖掘數(shù)據(jù)信息，如某監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)災(zāi)前降雨模式的數(shù)據(jù)分析，由地下水水位變化體現(xiàn)的水力特征參數(shù)變化等。

2崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警

地質(zhì)災(zāi)害特征：佛山地區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害與降雨量高度相關(guān)，降雨成為主要誘發(fā)因素。多年監(jiān)測(cè)資料表明，區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害絕大部分為降雨型地質(zhì)災(zāi)害。以南海區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害為例，崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)間主要集中在降雨量較多的5～10月（圖1），占災(zāi)害總數(shù)的90.6%。地質(zhì)災(zāi)害精確預(yù)警探討：①預(yù)警方法的選取：針對(duì)佛山地區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害多為降雨誘發(fā)型這一顯著特征，可采用聯(lián)合概率法，探索對(duì)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)精確預(yù)警，初步構(gòu)思如下：該方法以單個(gè)斜坡單元為預(yù)警單元，以地質(zhì)災(zāi)害潛勢(shì)度為基底概率，以地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)條件與降雨的耦合作用形成的聯(lián)合概率作為增量概率。降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害是概率事件，通常認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率由以下兩部分構(gòu)成:一是地質(zhì)環(huán)境內(nèi)部條件形成地質(zhì)災(zāi)害的可能性，即潛勢(shì)度；二是降雨與地質(zhì)環(huán)境相互作用增大了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，以此構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警公式，計(jì)算預(yù)警指數(shù)，進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，模型可表達(dá)為：P=f(P0，△P)=P0+f(G，R)。式中：P——地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率，即預(yù)警指數(shù)；P0——非降雨情況下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率，即潛勢(shì)度；△P——降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的增量概率；G——與地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)的環(huán)境因子；R——降雨量；這里關(guān)鍵點(diǎn)在于特定斜坡單元降雨量閥值的選取，基于地質(zhì)環(huán)境條件越好、引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害所需要的雨強(qiáng)或雨量就越大，地質(zhì)環(huán)境條件越惡劣、較小的雨強(qiáng)或雨量就可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的基本認(rèn)識(shí)，根據(jù)長(zhǎng)期地質(zhì)災(zāi)害雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)災(zāi)概率曲線(xiàn)，從而根據(jù)雨量得到增量概率。降雨量統(tǒng)計(jì)有多種指標(biāo)，常用的有小時(shí)降雨量、日降雨量、7天累計(jì)降雨量、有效降雨量等，目前已知有效降雨量較好適用于佛山地區(qū)，但衰減系數(shù)尚需大量數(shù)據(jù)調(diào)整最終確定。②地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和積累：預(yù)警精確程度很大程度依賴(lài)于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，根據(jù)各斜坡單元的特點(diǎn)選擇系統(tǒng)配套的監(jiān)測(cè)手段較為關(guān)鍵，如土質(zhì)邊坡中對(duì)土壤含水率等土體物理力學(xué)特征數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，巖質(zhì)邊坡中對(duì)地下水壓力的監(jiān)測(cè)、滑動(dòng)面應(yīng)力監(jiān)測(cè)等將為降雨誘發(fā)崩塌、滑坡內(nèi)在機(jī)制分析提供依據(jù)。此時(shí)將反映氣象降水量和水文飽和情況的飽和因子之間的關(guān)系式和反映飽和情況與斜坡穩(wěn)定性之間關(guān)系的進(jìn)行聯(lián)立，即得到降水量和穩(wěn)定性之間的關(guān)系式，即氣象－水文－地質(zhì)之間的耦合關(guān)系。

3地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警

地質(zhì)災(zāi)害特征：佛山地區(qū)地面塌陷絕大多數(shù)為巖溶地面塌陷，分布于巖溶發(fā)育區(qū)，多為覆蓋型巖溶。巖溶地面塌陷險(xiǎn)情等級(jí)小型、中型、大型和特大型均有分布，地面塌陷誘發(fā)因素以地下水位劇烈波動(dòng)為主。地下水動(dòng)力變化引發(fā)潛蝕效應(yīng)、真空吸蝕效應(yīng)等應(yīng)力作用，導(dǎo)致巖溶地面塌陷。地質(zhì)災(zāi)害精確預(yù)警探討：①預(yù)警理論依據(jù)：巖溶地面塌陷本質(zhì)為力學(xué)失衡致塌（圖2），地下水位下降表征為臨界流速，對(duì)于不同的塌陷土體，由于其滲透性、水位、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力C、塌陷土體半徑等因素的不同，其致塌臨界流速也不相同，形成巖溶塌陷的可能性也不相同。當(dāng)塌陷土體的滲透性很低時(shí)，地下水在土體內(nèi)向下滲流的水頭損失Hw將較大，甚至與地下水面至土洞頂部的距離h2極為接近，這時(shí)，致塌臨界流速較小，發(fā)生整體塌陷的可能性較大。當(dāng)塌陷土體的滲透性較好時(shí)，水頭損失Hw將較小，致塌臨界流速相對(duì)將較大，塌陷土體發(fā)生整體塌落的可能性相對(duì)較小，但此種情況中，往往容易由于潛蝕作用而形成土洞或使土洞擴(kuò)大，逐漸造成地表塌陷。②預(yù)警臨界因子及地下水動(dòng)力監(jiān)測(cè)：由上述理論分析，可選取臨界流速作為判據(jù)之一，通過(guò)對(duì)基巖面上覆土層的滲透變形實(shí)驗(yàn)，得到臨界流速實(shí)驗(yàn)值，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，綜合得到臨界流速作為判據(jù)。當(dāng)?shù)叵滤O(jiān)測(cè)網(wǎng)獲得數(shù)據(jù)后，可通過(guò)地下水位變化實(shí)時(shí)解算地下水流場(chǎng)中各點(diǎn)地下水流速，通過(guò)與臨界流速對(duì)比，判斷是否預(yù)警。由此避免將單一地下水監(jiān)測(cè)井水位波動(dòng)大于某一定值作為預(yù)警判據(jù)的片面性。值得注意的是，通過(guò)大量巖溶塌陷案例分析，當(dāng)?shù)叵滤晃挥诨鶐r面上下3m波動(dòng)時(shí)，發(fā)生地面塌陷的概率較高，通過(guò)巖溶調(diào)查，可得到區(qū)域內(nèi)基巖面埋深數(shù)據(jù)，將其與地下水位對(duì)比，即可對(duì)某一區(qū)域提前做出預(yù)警。兩個(gè)判據(jù)的聯(lián)合使用，將使得巖溶地面塌陷預(yù)警精度進(jìn)一步提高。

4結(jié)語(yǔ)

地災(zāi)防治，預(yù)警先行。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的重要性不言而喻。通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析、地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素與發(fā)災(zāi)關(guān)系的研究，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警準(zhǔn)確性將能夠得到進(jìn)一步提高。

作者:鄒杰 羅錫宜 賴(lài)桂林 單位:廣東省佛山地質(zhì)局