基于水文地質(zhì)耦合的滑坡災(zāi)害空間預(yù)警研究

崔靜光++李敏++謝兆鵬

摘要：我國的地形結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其中山區(qū)的滑坡災(zāi)害已經(jīng)嚴(yán)重影響了社會(huì)安定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了加強(qiáng)對(duì)于滑坡災(zāi)害的空間預(yù)警，需要以氣象、水文和人文作為重要參數(shù)，將斜坡單元作為預(yù)警單元，重點(diǎn)分析參數(shù)與災(zāi)害之間的聯(lián)系，并在GIS技術(shù)的支持下，構(gòu)建基于氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合的滑坡災(zāi)害空間預(yù)警模型。

關(guān)鍵詞：氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合；滑坡；空間預(yù)警

我國地質(zhì)災(zāi)害種類十分齊全，從地震到滑坡，從水土流失到地面塌陷等，其中滑坡是山區(qū)較為常見的地質(zhì)災(zāi)害之一。為了充分保障山區(qū)百姓生活安定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國迫切需要建立完善成熟的滑坡災(zāi)害空間預(yù)警體系。與此同時(shí)，基于氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合的滑坡災(zāi)害預(yù)警模型得以構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)行準(zhǔn)確細(xì)致的研究分析，從而更好地為山區(qū)滑坡災(zāi)害區(qū)提供理論支持。

一、預(yù)警空間單元的選擇

為了更加精確的研究滑坡災(zāi)害，構(gòu)建合理的空間預(yù)警模型，預(yù)警空間單元的選擇是第一步，也是十分重要的一步。伴隨著降雨或者人文活動(dòng)等多重因素，加上斜坡地形的內(nèi)部因素，山區(qū)極易發(fā)生滑坡自然災(zāi)害，其中斜坡單元是滑坡的重災(zāi)區(qū)，可以在最小尺度下基本保障單元內(nèi)部屬性的一致。綜合以上各類情況，預(yù)警空間單元的最佳選擇為斜坡單元。為了更加準(zhǔn)確合理的研究這個(gè)預(yù)警空間，需要將其在GIS平臺(tái)上，使用源頭切割法將溝谷線和山脊線作為邊界，將斜坡單元合理劃分，為接下來的研究奠定基礎(chǔ)。

二、氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合預(yù)警模型

在確定預(yù)警單元選擇之后，就要依次進(jìn)行氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合的滑坡災(zāi)害空間預(yù)警模型的構(gòu)建、計(jì)算和驗(yàn)證工作，在每個(gè)環(huán)節(jié)都需要研究者投入一定的精力和時(shí)間，并且保持著科學(xué)負(fù)責(zé)的態(tài)度，為滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)做出一份貢獻(xiàn)，從而推動(dòng)山區(qū)人民生活安定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（一）構(gòu)建氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合預(yù)警模型

構(gòu)建氣象-水文-地質(zhì)耦合模型是研究的第一步，為了研究滑坡災(zāi)害發(fā)生的水文臨界點(diǎn)，需要假設(shè)斜坡為極限平衡的狀態(tài)，此時(shí)就可以得出降水量與水文飽和因子的關(guān)系式，此時(shí)將其和斜坡穩(wěn)定性與反映飽和情況關(guān)系結(jié)合，從而獲取到降水量與穩(wěn)定性的關(guān)系式，也就是氣象-水文-地質(zhì)三者的耦合關(guān)系。

在得到氣象-水文-地質(zhì)三者的耦合關(guān)系之后，就要研究其與人文的內(nèi)在聯(lián)系。由于人類活動(dòng)對(duì)于山區(qū)滑坡災(zāi)害存在不可忽視的影響，過度的樹木砍伐和工業(yè)活動(dòng)，不僅改變了山區(qū)的地貌形態(tài)，而且嚴(yán)重影響了地下水循環(huán)的原有狀況。假設(shè)在受到人文影響情況下，斜坡保持0.5的穩(wěn)定性系數(shù)，也是其臨界狀態(tài)，以此類推得到臨界降雨量的計(jì)算公式，從而有效判斷滑坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（二）計(jì)算氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合預(yù)警模型

為了更加準(zhǔn)確計(jì)算模型預(yù)警，需要對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括土壤有效粘聚力、導(dǎo)水系數(shù)、山洪因子以及人類工程活動(dòng)定量化指數(shù)。

首先，導(dǎo)水系數(shù)的獲取需要進(jìn)行野外量測(cè)工作，得到地表坡度及土層厚度兩者數(shù)據(jù)。而通過單元平均坡度值，就可以反過來推出土層的厚度分布，獲取導(dǎo)水系數(shù)的分布。

其次，山區(qū)洪水是誘發(fā)滑坡災(zāi)害的誘因，為了更好的研究洪水造成的滑坡災(zāi)害，需要對(duì)滑坡水文環(huán)境的變化進(jìn)行估算，這主要可以借助ARCGIS平臺(tái)進(jìn)行分析，從而獲取有效數(shù)據(jù)。

另外，人類活動(dòng)是滑坡地質(zhì)災(zāi)害的原因之一，而為了更加準(zhǔn)確的計(jì)算預(yù)警，需要選擇建筑強(qiáng)度、道路密度、墾殖指數(shù)等作為衡量人類活動(dòng)的指標(biāo)，合理反應(yīng)當(dāng)今人類活動(dòng)對(duì)于滑坡地質(zhì)災(zāi)害的影響。之后采用層次分析法和加權(quán)法，獲得人類工程活動(dòng)定量化指數(shù)。

在獲取每個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)之后，需要合理預(yù)測(cè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，綜合各方因素準(zhǔn)確劃分滑坡危險(xiǎn)區(qū)，結(jié)合模型和參數(shù)設(shè)置，計(jì)算各斜坡單元的臨界降雨量值，然后與實(shí)際的降雨量比較，就可以判斷出斜坡單元是否穩(wěn)定，從而有效預(yù)測(cè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

（三）驗(yàn)證氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合預(yù)警模型

雖然以上模型可以判斷出地質(zhì)災(zāi)害是否發(fā)生的預(yù)警，但是缺乏科學(xué)準(zhǔn)確性，為了更加規(guī)范合理的預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害，我們需要對(duì)于模型開展驗(yàn)證工作。首先，通過對(duì)比實(shí)際滑坡災(zāi)害發(fā)生記錄，判斷預(yù)警模型的準(zhǔn)確性。這就需要每個(gè)地區(qū)認(rèn)真記錄每次滑坡災(zāi)害發(fā)生的情況，如發(fā)生地點(diǎn)、時(shí)間、發(fā)生原因等一系列數(shù)據(jù)，從而為模型驗(yàn)證提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。其次，可以參考滑坡地質(zhì)災(zāi)害的歷史資料，完成預(yù)警模型的驗(yàn)證工作。

通過以上一系列驗(yàn)證工作，才能有效判斷氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合預(yù)警模型是否準(zhǔn)確合理，從而為實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，充分保障滑坡重災(zāi)區(qū)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，從而促進(jìn)我國地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的完善，推動(dòng)社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

三、氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合預(yù)警模型研究結(jié)論

通過以上模型研究，我們可以得出很多結(jié)論。其一，確定預(yù)警單元，是滑坡災(zāi)害預(yù)警工作不可或缺的一部分。傳統(tǒng)預(yù)警模型通常將柵格及行政單元作為預(yù)警的基本單元，這種方法雖然便于計(jì)算預(yù)警模型，但是不能有效科學(xué)的反應(yīng)災(zāi)害原因機(jī)理。本文另辟蹊徑，將斜坡單元作為預(yù)警單元，有利于研究滑坡成災(zāi)的規(guī)律，有利于實(shí)現(xiàn)預(yù)警的快速計(jì)算。

其二，基于氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合的滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警研究，充分體現(xiàn)了學(xué)術(shù)研究的科學(xué)性合理性。因?yàn)榛聻?zāi)害是由多種因素導(dǎo)致的，除了大氣降水的誘因，還涉及到地質(zhì)、水文、人文等多方面條件，因此模型綜合了考慮了多種因素，并通過歷史材料進(jìn)行驗(yàn)證，讓預(yù)警更加合理計(jì)算出來。

其三，氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的研究，建立在多種假設(shè)條件的基礎(chǔ)上，與實(shí)際情況之間存在必然的差異，但是，只要加強(qiáng)對(duì)于野外檢測(cè)資料的搜集，多方驗(yàn)證模型的實(shí)際效果，將會(huì)為我國滑坡災(zāi)害空間預(yù)警做出不可磨滅的貢獻(xiàn)。

結(jié)束語：

總而言之，氣象-地形-水文-地質(zhì)-人文耦合滑坡災(zāi)害空間預(yù)警模型，是地質(zhì)災(zāi)害研究的最新成就，將會(huì)為我國地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行客觀有效的預(yù)測(cè)，為山區(qū)社會(huì)安定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

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