CN114093133A - 一种区域地质灾害气象预报预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区域地质灾害气象预报预警方法，其特征是以区域地质灾害现有易发分区为基础，以地质灾害预报当日的当日预报雨量及5日预报雨量为输入变量，采用数字高程模型DEM的剖分方法对研究区域进行正方格网剖分，识别每个剖分格网单元的地质灾害易发风险程度，实现区域地质灾害气象预报预警。本发明输入参数简单、参数获取方便、自动化程度高且同时具有适度人工干预功能，使降雨量阈值会随着后续地质灾害实际发生的次数和位置等信息的变化而变化，不断提高地质灾害预报预警的精度和工作效率。
Description
技术领域
本发明属于地质灾害气象预报预警方法，更具体地说是涉及一种如国家、省、地市或县区级等区域的地质灾害气象预报预警方法。
背景技术
地质灾害系统是一个复杂的开放系统和耗散体系，其系统行为具有很强的非确定性和突发性。根据近几年中国突发性滑坡、泥石流灾害的分类统计，约三分之二的突发性滑坡、泥石流灾害是由于大气降雨直接诱发形成或与气象因素相关。突发性地质灾害的发生多由强降水引起，且降水强度愈大，灾情愈重，而渐变性的地质灾害则与长期的、周期性的、变异性的气候影响有关。
目前国内外针对地质灾害进行了广泛深入研究，对影响地质灾害的地质条件、诱发因素等有较深入的了解，也提出了一些地质灾害气象预报预警方法。但是，现有的地质灾害气象预报预警方法存在如下不足：现有方法对各类地质灾害统计资料的依赖性很大，过分突出以往地质灾害的发生次数，片面认为历史上地质灾害发生次数越多，该地区的地质灾害易发程度就越高，忽略了各类潜在的地质灾害区域；现有的地质灾害气象预报预警方法还存在如下不足：一些方法要求输入过多的参数，不少参数难以准确测量或量化估算，并过分强调预报预警过程的全自动化，缺少适当的人工干预；一些方法过分依赖人工判断，导致预报预警结果的人为主观性偏大，进一步导致预报预警结果不准确；此外，目前大多数现有地质灾害气象预报预警方法的降雨量阈值参数一般都一直保持不变，不能随着后续地质灾害实际发生的次数和位置等信息的变化而变化，使其预报预警精度难以不断提高。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种输入参数简单、参数获取方便、自动化程度高且同时具有适度人工干预功能的区域地质灾害气象预报预警方法，使降雨量阈值会随着后续地质灾害实际发生的次数和位置等信息的变化而变化，不断提高地质灾害预报预警的精度和工作效率。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明区域地质灾害气象预报预警方法的特点是：以区域地质灾害现有易发分区为基础，以地质灾害预报当日的当日预报雨量及5日预报雨量为输入变量，采用数字高程模型DEM的剖分方法对研究区域进行正方格网剖分，识别每个剖分格网单元的地质灾害易发风险程度，实现区域地质灾害气象预报预警；所述5日预报雨量是指当日预报雨量与过去4日的实测雨量之和。
本发明区域地质灾害气象预报预警方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1、根据地质灾害预报预警区域的行政区划范围，收集预报预警区域地质灾害现有易发分区图，采用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对所述地质灾害现有易发分区图进行栅格化处理，获得地质灾害现有易发分区栅格图；
步骤2、确定区域地质灾害预报预警阈值：
根据区域内所有雨量监测站的降雨量历史记录，以及历史记录中已发生地质灾害的时间和地点，获得历史记录中地质灾害发生当日的当日降雨量以及相应的5日降雨量，由此获得历史记录中已发生地质灾害点的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值；
利用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对所述当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值进行栅格化处理，并结合由步骤1获得的地质灾害现有易发分区栅格图，形成当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值的栅格图；
所述5日降雨量是指地质灾害发生当日的当日降雨量和之前的4日降雨量之和；
所述地质灾害是指山体崩塌、滑坡和泥石流引发的地质灾害；
步骤3，针对当日预报降雨量和5日预报降雨量进行格网化处理：
收集地质灾害预报预警区域内所有雨量监测站点的当日预报雨量以及之前的4日实测雨量，将当日预报雨量加上前4日实测雨量形成5日预报雨量；利用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对所述当日预报雨量和5日预报雨量进行栅格化处理，形成当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图；
步骤4、实现区域地质灾害的气象预报预警：
4.1利用由步骤2获得的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值的栅格图和由步骤3获得的当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图，采用GIS栅格叠加空间分析方法和区域地质灾害风险等级确定方法，确定每个格网单元的地质灾害风险等级；
4.2依据由自然资源管理部门发布的地质灾害气象风险等级的五级标准，将每个格网单元的地质灾害风险等级与地质灾害气象风险等级的五级标准进行比较，按照不同的预报预警级别将各个风险区域显示为相应的颜色，实现区域地质灾害气象预报预警。
在所述五级标准中：预报预警级别为第一级和第二级时仅发布地质灾害气象预报；预报预警级别为三级则发布为黄色预警，预报预警级别为四级则发布为橙色预警，预报预警级别为五级则发布为红色预警。
本发明区域地质灾害气象预报预警方法的特点也在于：按如下方式确定每个格网单元的地质灾害风险等级：
由式(1)分别计算获得各格网单元与当日预报雨量值和5日预报雨量值相对应的地质灾害气象预报预警等级值Hi,j：
以i表征格网单元所在行数，以j表征格网单元所在列数；
Hi,j为第i行、第j列格网单元的地质灾害气象预报预警等级值；
EFi,j为第i行、第j列格网单元的预报雨量值；
ECi,j为第i行、第j列格网单元的临界雨量值；
当预报雨量值EFi,j取为当日预报雨量值，则临界雨量值ECi,j对应取为当日临界雨量值；
当预报雨量值EFi,j取为5日预报雨量值，则临界雨量值ECi,j对应取为5日临界雨量值。
本发明区域地质灾害气象预报预警方法的特点也在于：利用当前地质灾害野外调查的最新成果，根据每个格网点所属的地质灾害易发分区，对当日临界降雨量和5日临界降雨量值进行调整，使其更加符合实际情况；在有最新的地质灾害发生的情况下，根据地质灾害预报预警情况和地质灾害实际发生情况，动态对降雨量临界值做进一步的调整，实现地质灾害的当日临界降雨量和5日临界降雨量的动态更新，不断提高地质灾害预报预警精度。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明方法中建立了基于数字高程模型DEM的区域地质灾害气象预报预警模型，是一种输入参数简单、参数获取方便、自动化程度高且具有适度人工干预功能的地质灾害气象预报预警新方法，可提高地质灾害预报预警的精度和工作效率。
2、本发明方法能够在充分利用现有区域地质灾害易发分区和当日预报雨量及5日预报雨量的情况下，基于数字高程模型DEM剖分技术和地理信息系统(GeographicInformation System，GIS)空间分析等相关技术，结合区域地质灾害风险等级，自动实现区域地质灾害气象预报预警。
3、本发明方法的降雨量阈值会随着后续地质灾害实际发生的次数和位置等信息的变化而变化，从而不断动态地提高地质灾害预报预警的精度。
附图说明
图1为本发明具体实施例中合肥市地质灾害气象预报预警流程图。
具体实施方式
本实施例中区域地质灾害气象预报预警方法是：以区域地质灾害现有易发分区为基础，以地质灾害预报当日的当日预报雨量及5日预报雨量为输入变量，采用数字高程模型DEM的剖分方法对研究区域进行正方格网剖分，识别每个剖分格网单元的地质灾害易发风险程度，实现区域地质灾害气象预报预警；地质灾害的5日预报雨量是指当日预报雨量与过去4日的实测雨量之和；降雨诱发的地质灾害一般具有几个小时到120小时左右的滞后时间，因此，5日预报雨量也作为一个重要的输入变量。
本实施例中区域地质灾害气象预报预警方法按如下步骤进行：
步骤1、根据地质灾害预报预警区域的行政区划范围，收集预报预警区域地质灾害现有易发分区图，采用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对地质灾害现有易发分区图进行栅格化处理，获得地质灾害现有易发分区栅格图；在获得易发分区栅格图后，在后续确认区域地质灾害预报预警阈值时，就可以根据不同区域的地质灾害易发程度，分别赋予其不同的地质灾害预报预警阈值，从而使地质灾害预报预警的阈值能够更好地符合地质灾害易发程度。
步骤2、确定区域地质灾害预报预警阈值：
根据区域内所有雨量监测站的降雨量历史记录，以及历史记录中已发生地质灾害的时间和地点，获得历史记录中地质灾害发生当日的当日降雨量以及相应的5日降雨量，由此获得历史记录中已发生地质灾害点的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值；为了更加准确地统计出区域内地质灾害发生的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值，应充分收集到区域内自有较为完整的地质灾害发生时间和地点记录以来的当日降雨量及其相应的5日降雨量。
利用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值进行栅格化处理，并结合由步骤1获得的地质灾害现有易发分区栅格图，形成当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值的栅格图；5日降雨量是指地质灾害发生当日的当日降雨量和之前的4日降雨量之和；地质灾害是指山体崩塌、滑坡和泥石流引发的地质灾害。
步骤3，针对当日预报降雨量和5日预报降雨量进行格网化处理：
收集地质灾害预报预警区域内所有雨量监测站点的当日预报雨量以及之前的4日实测雨量，将当日预报雨量加上前4日实测雨量形成5日预报雨量；利用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对当日预报雨量和5日预报雨量进行栅格化处理，形成当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图。为了能够使当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图能够覆盖整个地质灾害预报预警区域，除了需要收集地质灾害预报预警区域内所有气象站点的雨量数据之外，还应收集处在预报预警区域边界附近的外围气象站点的雨量数据，从而可以大幅度提高预报预警区域边界附近单元格的当日预报雨量和5日预报雨量精度，并确保当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图能够覆盖整个地质灾害预报预警区域。
步骤4、实现区域地质灾害的气象预报预警：
步骤4.1利用由步骤2获得的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值的栅格图和由步骤3获得的当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图，采用GIS栅格叠加空间分析方法和区域地质灾害风险等级确定方法，确定每个格网单元的地质灾害风险等级。
步骤4.2依据由自然资源管理部门发布的地质灾害气象风险等级的五级标准，将每个格网单元的地质灾害风险等级与地质灾害气象风险等级的五级标准进行比较，按照不同的预报预警级别将各个风险区域显示为相应的颜色，实现区域地质灾害气象预报预警。
在五级标准中：预报预警级别为第一级和第二级时仅发布地质灾害气象预报；预报预警级别为三级则发布为黄色预警，预报预警级别为四级则发布为橙色预警，预报预警级别为五级则发布为红色预警。
为了尽量减小纯粹依赖以往地质灾害历史统计数据带来的误差，应尽量利用当前地质灾害野外调查的最新成果，根据每个格网点所属的地质灾害易发分区，对当日临界降雨量和5日临界降雨量值进行调整，使其更加符合实际情况；在有最新的地质灾害发生的情况下，应根据地质灾害预报预警情况和地质灾害实际发生情况，动态对降雨量临界值做进一步的调整，实现地质灾害的当日临界降雨量和5日临界降雨量的动态更新，不断提高地质灾害预报预警精度。
本实施例中区域地质灾害气象预报预警方法是按如下方式确定每个格网单元的地质灾害风险等级：
由式(1)分别计算获得各格网单元与当日预报雨量值和5日预报雨量值相对应的地质灾害气象预报预警等级值Hi,j：
以i表征格网单元所在行数，以j表征格网单元所在列数；
Hi,j为第i行、第j列格网单元的地质灾害气象预报预警等级值；
EFi,j为第i行、第j列格网单元的预报雨量值；
ECi,j为第i行、第j列格网单元的临界雨量值；
当预报雨量值EFi,j取为当日预报雨量值，则临界雨量值ECi,j对应取为当日临界雨量值；
当预报雨量值EFi,j取为5日预报雨量值，则临界雨量值ECi,j对应取为5日临界雨量值。
以安徽省合肥市为例，图1所示为合肥市地质灾害气象预报预警流程图。针对合肥市的滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，按如下过程进行地质灾害预报预警，预报预警期间为每年的雨季，即每年的5月1日到9月30号。在预报预警期间每天进行一次预报预警，当预报预警结果中出现第三级～第五级预警区域时，通过电视台、报纸等公共平台及时向社会各界发布地质灾害气象预警信息。
第一步：收集1∶10万的合肥市地质灾害易发分区矢量图，利用MapGIS等GIS软件将合肥市区域范围按照5km×5km的格网精度进行栅格化，各格网一一对应为各地质灾害气象预报预警单元，最终形成合肥市地质灾害易发分区栅格图。
在对合肥市地质灾害易发分区进行栅格化之后，需要对合肥市内的降雨量监测数据进行同样的栅格化处理，根据每一个格网点所处的地质灾害易发区的不同和所属降雨量监测点监测范围的不同，分别给每一个格网点附加一个预报日的当日临界雨量值和5日临界雨量值，最终分别形成合肥市当日临界雨量值和5日临界雨量值栅格图。
第二步、对合肥市地质灾害预报预警的临界雨量值进行赋值：
为了合理确定合肥市每个格网点的当日临界雨量和5日临界雨量，首先，根据合肥地区有地质灾害记录以来的多年历史降雨量数据，以及合肥市所有记录在案的已经发生过的地质灾害数据，结合已有的合肥市地质灾害易发分区栅格图，初步确定每个格网的当日临界降雨量和5日临界降雨量；为了减小纯粹依赖以往地质灾害历史统计数据带来的误差，结合当前地质灾害野外调查的最新成果，并根据每个格网点所属的地质灾害易发分区，对当日临界降雨量和5日临界降雨量的值进行调整，使其更加符合实际情况；在有最新的地质灾害发生的情况下，根据地质灾害预报预警情况和地质灾害实际发生情况，动态对降雨量临界值做进一步的调整，实现地质灾害的当日临界降雨量和5日临界降雨量的动态更新，不断提高地质灾害预报预警精度，最终形成当日临界降雨量和5日临界降雨量的栅格图。
第三步、当日预报降雨量和5日预报降雨量的栅格化：
从合肥市气象部门收集合肥市内全部雨量监测站点(共99个)的分布图和预报日的当日预报雨量以及前4日的实测雨量，利用合肥市气象部门发布的当日预报雨量加上前4日的实测雨量形成5日预报雨量；利用MapGIS等GIS软件，按照5km×5km的格网精度对当日预报雨量和5日预报雨量进行同样的栅格化，最终形成当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图；
第四步、实现区域地质灾害的气象预报预警：
利用由第二步形成的当日临界降雨量和5日临界降雨量阈值的栅格图和由步骤3形成的当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图，利用GIS栅格叠加空间分析方法和区域地质灾害风险等级确定方法，按式(1)计算获得区域内各格网单元地质灾害气象预报预警等级值Hi,j。
将单元格A的当日和5日地质灾害气象预报预警等级值分别表征为HA和HA5，按如下方式确定单元格A的气象风险值P，实现地质灾害气象预报预警风险值的分级表示；
当HA<60％，且HA5<60％，单元格A的气象风险值P为1；
当60％≤HA<80％，或60％≤HA5<80％，单元格A的气象风险值P为2；
当80％≤HA<120％，或80％≤HA5<120％，单元格A的气象风险值P为3；
当120％≤HA<202％，或120％≤HA5<202％，单元格A的气象风险值P为4；
当202％≤HA，或202％≤HA5，单元格A的气象风险值P为5。
根据自然资源部发布的地质灾害气象风险等级的五级标准，气象风险值P为1-5一一对应为风险等级的第一级-第五级；针对第一级和第二级只发布地质灾害气象预报，达到第三级、第四级和第五级一一对应为发布黄色、橙色和红色预警，从而实现合肥市地质灾害气象预报预警。
Claims (4)
1.一种区域地质灾害气象预报预警方法，其特征是：以区域地质灾害现有易发分区为基础，以地质灾害预报当日的当日预报雨量及5日预报雨量为输入变量，采用数字高程模型DEM的剖分方法对研究区域进行正方格网剖分，识别每个剖分格网单元的地质灾害易发风险程度，实现区域地质灾害气象预报预警；所述5日预报雨量是指当日预报雨量与过去4日的实测雨量之和。
2.根据权利要求1所述的区域地质灾害气象预报预警方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤1、根据地质灾害预报预警区域的行政区划范围，收集预报预警区域地质灾害现有易发分区图，采用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对所述地质灾害现有易发分区图进行栅格化处理，获得地质灾害现有易发分区栅格图；
步骤2、确定区域地质灾害预报预警阈值：
根据区域内所有雨量监测站的降雨量历史记录，以及历史记录中已发生地质灾害的时间和地点，获得历史记录中地质灾害发生当日的当日降雨量以及相应的5日降雨量，由此获得历史记录中已发生地质灾害点的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值；
利用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对所述当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值进行栅格化处理，并结合由步骤1获得的地质灾害现有易发分区栅格图，形成当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值的栅格图；
所述5日降雨量是指地质灾害发生当日的当日降雨量和之前的4日降雨量之和；
所述地质灾害是指山体崩塌、滑坡和泥石流引发的地质灾害；
步骤3，针对当日预报降雨量和5日预报降雨量进行格网化处理：
收集地质灾害预报预警区域内所有雨量监测站点的当日预报雨量以及之前的4日实测雨量，将当日预报雨量加上前4日实测雨量形成5日预报雨量；利用数字高程模型DEM正方格网剖分方法对所述当日预报雨量和5日预报雨量进行栅格化处理，形成当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图；
步骤4、实现区域地质灾害的气象预报预警：
4.1利用由步骤2获得的当日临界降雨量阈值和5日临界降雨量阈值的栅格图和由步骤3获得的当日预报雨量和5日预报雨量的栅格图，采用GIS栅格叠加空间分析方法和区域地质灾害风险等级确定方法，确定每个格网单元的地质灾害风险等级；
4.2依据由自然资源管理部门发布的地质灾害气象风险等级的五级标准，将每个格网单元的地质灾害风险等级与地质灾害气象风险等级的五级标准进行比较，按照不同的预报预警级别将各个风险区域显示为相应的颜色，实现区域地质灾害气象预报预警。
在所述五级标准中：预报预警级别为第一级和第二级时仅发布地质灾害气象预报；预报预警级别为三级则发布为黄色预警，预报预警级别为四级则发布为橙色预警，预报预警级别为五级则发布为红色预警。
3.根据权利要求2所述的区域地质灾害气象预报预警方法，其特征是：按如下方式确定每个格网单元的地质灾害风险等级：
由式(1)分别计算获得各格网单元与当日预报雨量值和5日预报雨量值相对应的地质灾害气象预报预警等级值Hi,j：
以i表征格网单元所在行数，以j表征格网单元所在列数；
Hi,j为第i行、第j列格网单元的地质灾害气象预报预警等级值；
EFi,j为第i行、第j列格网单元的预报雨量值；
ECi,j为第i行、第j列格网单元的临界雨量值；
当预报雨量值EFi,j取为当日预报雨量值，则临界雨量值ECi,j对应取为当日临界雨量值；
当预报雨量值EFi,j取为5日预报雨量值，则临界雨量值ECi,j对应取为5日临界雨量值。
4.根据权利要求2所述的区域地质灾害气象预报预警方法，其特征是：利用当前地质灾害野外调查的最新成果，根据每个格网点所属的地质灾害易发分区，对当日临界降雨量和5日临界降雨量值进行调整，使其更加符合实际情况；在有最新的地质灾害发生的情况下，根据地质灾害预报预警情况和地质灾害实际发生情况，动态对降雨量临界值做进一步的调整，实现地质灾害的当日临界降雨量和5日临界降雨量的动态更新，不断提高地质灾害预报预警精度。
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- 2021-11-24 CN CN202111406483.1A patent/CN114093133A/zh active Pending
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