system: [SYSTEM]

user: 2. 山洪泥石流发育的规律及气象预警区划方法 2.1. 山洪泥石流发育的规律 山洪泥石流多分布于中低山区，沟谷发育，流水侵蚀作用、季节冻融作用较为普遍；降水较丰富，多暴雨区和多雨区；第四季松散堆积物较发育；山洪泥石流也多发生于人类工程活动强烈的地方，容易受开矿、修路等人类活动对地质环境的影响，大量的人类工程降低了水土的抗冲蚀能力，易形成松散堆积物。山洪泥石流的暴发主要受连续降雨、暴雨的激发，发生的时间规律通常与集中降雨时间规律相一致，具有明显的季节性，一般发生在多雨的夏秋季节；山洪泥石流灾害受暴雨、洪水、地震的影响，且与它们的活动周期相一致。当暴雨、洪水两者的活动周期相叠加时，常形成山洪泥石流活动的一个高潮。 2.2. 山洪泥石流成灾机理 山洪泥石流的形成有三个基本条件：地形地貌条件、松散物质来源条件和水源条件。首先，在地形上沟谷深度较大，流域形状便于水流汇集。上游汇集区的地形多为三面环山，一面出口为瓢状或漏斗状；中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷，谷床纵坡较大；下游堆积区的地形多为开阔平坦的山前平原或河谷阶地。其次，还需要有足够的松散物质来源，因此山洪泥石流常发生于新构造活动强烈、地震烈度较高的地方。地表岩石破碎，发育崩塌等不良地质灾害；岩层结构松软，易发生风化、节理；人类工程活动导致水土流失严重，都为山洪泥石流提供了物质来源。暴雨、冰雪融化等的突发或连续性冲刷，是山洪泥石流灾害的激发条件，同时也是泥沙石块的动力来源。具备这三个条件，达到一定程度时就能启动山洪泥石流。 2.3. 山洪泥石流时空分布与降雨的关系 山洪泥石流的发生是许多因素的组合，但降雨是诱发山洪泥石流的最主要、最直接的因素。据突发性山洪泥石流的分类统计，发现持续降雨诱发者占其总发生量的65％，其中的局地暴雨诱发约占总发生量的66% [ 10 ] 。可见2/3的突发性山洪泥石流是由于大气降雨直接诱发的或与气象因素相关的，这也说明降雨是山洪泥石流的主要诱发原因。 基于国内外研究成果，由降雨引发的山洪泥石流大概可以分为以下3种类型 [ 11 ] ： (1) 当日大降雨型：前期累计雨量不大，持续时间也不长，只要当时有足够大的强降雨，山洪泥石流就可能发生。大量的研究表明，当日大降雨与山洪泥石流的关系最为密切。(2) 持续降雨型：前期降雨持续时间长，已经使下垫面饱和，山洪泥石流易发地带变得很脆弱。对于这种类型，持续降雨天数是很重要的因子。(3) 前期降雨型：灾害发生前的降雨不一定持续，但前期的累计雨量大，也会使下垫面饱和，山洪泥石流易发地带变得很脆弱，即使当日雨量不一定很大，同样会激发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害。对于这种类型，有效(实效)降雨量是重要因子。 我国的山洪泥石流具有很大的空间差异性。泥石流灾害发生强烈的地区都是暴雨频发、降雨丰沛的地区。一般来说暴雨的覆盖范围差别较大，从几百平方公里以上到几平方公里之间都有覆盖，泥石流、滑坡的发生具有更强的局地性，一般都是小范围的局部灾害，水平尺度一般不超过千米。因此，在用降雨量做山洪泥石流预报时，要充分考虑降雨范围与山洪泥石流范围之间的尺度差异，精细的山洪泥石流预报必须建立在丰富及时的地学因子实时观测资料和精细的降雨预报的基础上。 2.4. 山洪泥石流灾害气象预报模型 山洪泥石流灾害预报通常是将山洪泥石流灾害预报简化为降雨量与山洪泥石流灾害发生(如阈值雨量)的简单判别关系，从而便于运作和实施预报分析。我们假定在同一个预警区内，发生山洪泥石流灾害的其它潜在条件都相似，降雨量成为唯一的决定因素。这样就可以根据各区内的降雨量与山洪泥石流灾害发生之间的统计关系建立分区预报方程。为了解决预警区山洪泥石流灾害的预报问题，我们挑选出预警区内附近有雨量测量站的地质灾害发生地，并对相应的降雨资料进行整理，图1是黄陵县境内六个气象站点(阿党、店头、隆坊、太贤、田庄、腰坪) 2008至2009年度的月平均降雨量，可以看出黄陵县6~9月份降雨量达到年内的最大值，因此，6~9月份是地质灾害预报的重点时段。然后通过统计历史记录中地质灾害过程与前期降雨的关系，建立气象预报模型。 模型采用有效降雨量、当日降雨量2个指标。用有效降雨量综合表示前期降雨特征 [ 12 ] 。有效降雨量计算式为： (1) 式中： ——有效雨量； ——预报当日雨量； ——从灾害发生当日的前 算起的第 (灾害发生当日 ，灾害发生前1 d， ，前2 d， )的雨量； ——前 日的影响系数。通过优化方法求得 值为0.75。 2.5. 临界降雨量确定 预报临界降雨量的确定需要对大量的样本进行统计分析，样本需要满足两个条件：(1) 样本数量能满足要求；(2) 各样本灾害发生时与其对应的降雨资料需要有详细的记录。本项目与陕西省气象局进行合作研究，以陕北黄土高原有详细记录的28个雨量站(见表1)及山洪泥石流等灾害的详细资料为样本进行分析研究，结合流域水文模型对流域水文过程进行模拟 [ 13 ] ，建立降雨和径流之间的数值模型，在此基础上，利用3S技术，对山洪泥石流致灾效应进行评估，进而确定预警降雨临界值。 研究结果表明： (1) 在1984~2009年中，陕北黄土高原共出现P 1h ≥ 10 mm的强降水2638时次，P 1h ≥20mm强降水574时次，年平均P 1h ≥ 10 mm的强降水有106时次，P 1h ≥ 20 mm强降水有23时次。 (2) P 1h ≥ 10 mm发生时次最多的年份是1994年，为173时次；最少的是1980年，仅有36时次。P 1h ≥ 20 mm强降水发生次数最多的年份是1994年，为56时次；最少的是1982年，仅有3时次。可见陕北强降水出现时次的年际差异较大，最多年份与最少年份相差十几倍之多。 (3) P 1h ≥ 10 mm强降水旬分布具有多峰值的特点。7月中旬、7月下旬和8月上旬为第一高峰值，在数值比较接近也是全年的最大峰值；8月下旬为全年的次峰值，6月上旬为全年的第三峰值。P 1h ≥ 20 mm单峰特征较明显，8月上旬为其高峰值，8月上旬之前，强降水频次缓升后，强降水的频次突然降低、减少。 (4) 淋雨(连绵雨)主要出现在9月，10月份也有淋雨和大雨发生。 (5) 黄陵县大雨日年频次为4次左右。 对比分析本区降水特征和地质灾害发生的关系，可以确定地质灾害气象预警的临界降雨量。预警的临界降雨量特征值分别是： (1) 日降雨量 ≥ 50 mm (P 24h ≥ 50 mm)； (2) 6小时降雨量 ≥ 25 mm (P 6h ≥ 25 mm)； 图1. 月平均降雨量年内分布 Table 1 Information about the observation stations in north Shaanxi Province in the Loess Platea 站名 纬度 经度 海拔高度/m 府谷 37˚02' 111˚05' 980.7 吴旗 36˚55' 108˚10' 1331.1 神木 38˚49' 110˚26' 941.1 志丹 36˚46' 108˚46' 1218.9 榆林 38˚14' 109˚42' 1058.5 安塞 36˚53' 109˚19' 1068.8 横山 37˚56' 109˚14' 1107.5 延川 36˚53' 110˚11' 801.3 靖边 37˚37' 108˚48' 1336.9 延安 36˚36' 109˚30' 958.8 佳县 38˚02' 110˚29' 895.4 延长 36˚35' 110˚04' 805.4 米脂 37˚46' 110˚10' 872.9 甘泉 36˚16' 109˚21' 1006.3 子洲 37˚36' 110˚03' 896.0 宜川 36˚04' 110˚11' 840.5 绥德 37˚30' 110˚13' 928.5 富县 36˚00' 109˚23' 921.3 吴堡 37˚31' 110˚43' 746.4 洛川 35˚49' 109˚30' 1159.1 清涧 37˚07' 110˚07' 938.8 子长 37˚11' 109˚42' 1065.9 表1. 陕北黄土高原区测站 (3) 1小时降雨量 ≥ 20 mm或3小时降雨量 ≥ 25 mm并且日降雨量 ≥ 30 mm (P 1h ≥ 20 mm或P 3h ≥ 25 mm且P 24h ≥ 30 mm)； 符合以上条件之一就应该进行山洪泥石流灾害预警。 2.6. 气象预警的流程 山洪泥石流气象预警业务工作在每年的汛期4~9月每日进行。预警的基本流程为：实时资料处理、预警模型计算、图形结果显示、产品制作发布。图2是主体数据处理和预警计算过程示意图。 每日下午由气象台负责提供最新5 d累积降雨量实况数据、24 h降雨量预报数据，并制作成降雨量等值线图。环境监测部门从气象台专用服务器上读取雨量数据及图形资料，并在预警地理信息系统中与地质灾害易发分区图进行叠加分析，根据气象预警指标和判别标准，自动进行地质灾害预警等级计算，并生成山洪泥石流气象预警等级分布图(填色等值线图)。当出现较大范围三级以上山洪泥石流气象预警情况，一般由国土和气象两部门专家会商确定。