插值方法對地質災害預警本地化影響分析

李云 張瑩 許金萍 楊聃 蔣曉梅

摘要：通過對強臺風“菲特”影響期間安吉縣地質災害預警算法本地化改進、插值方法對比、站點密度影響等方面研究，探索分析了安吉縣地質災害預警的本地化與插值方法優劣。對地質災害預警公式本地化，選擇克里金插值、多項式回歸、改進謝別德等8種插值方法對24站逐時降水量數據進行網格化處理并進行了對比分析，擇優選擇2個插值方法對不同站點密度進行了對比。結果表明;“菲特”影響期間，安吉縣的地質災害等級整體是階梯式先升后降;對比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時受短時雨量變化影響大，尤其是小時雨強超過30 mm！改進謝別德方法“表現”較好，與實際等級最為符合。站點密度對克里金插值影響變化不大，未出現漏報現象;改進謝別德方法站點密度對其影響還是比較明顯的。

關鍵詞：插值方法;地質災害氣象風險預警;本地化算法

中圖分類號：P694 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）20-0010-04

1引言

安吉縣是浙江省典型的山區縣，山地面積約21606.67 hm²，占全縣土地總面積11.5%，主要分布在東部、西部和南部，海拔大多在500～800 m之間，其中龍王山海拔達1587 m。安吉縣地質災害點多，地質災害多發頻發，但地質災害預警信息技術嚴重落后，目前仍以地質災害人員的經驗判斷為主，因此地質災害預警技術的研究迫在眉睫。

2013年10月6日凌晨至8日15時，安吉縣受強臺風“菲特”與冷空氣的嚴重影響，全縣普降大暴雨，局部出現特大暴雨。平均面雨量349 mm，最大降水出現在天荒坪上水庫1054 mm，均超歷史氣象記錄極值。此次臺風暴雨降水強度之大、持續時間之長，全縣受災十分嚴重。安吉縣境內多處發生地質災害災（險）情。經統計，臺風“菲特”帶來的持續性強降雨引發全縣境內地質災害災（險）情達83處。

本文試圖通過對強臺風“菲特”影響期間安吉縣地質災害預警算法本地化改進、插值方法對比、站點密度影響等方面研究，探索分析了安吉縣地質災害預警的本地化與插值方法優劣，為安吉縣地質災害預警系統的研發提供必要的理論研究和技術支持。

2資料與方法

2.1數據來源

項目數據來源：安吉23個區域自動站及1個國家觀測站逐時降水量、安吉國土局提供的浙江華東建設工程有限公司完成的安吉縣“強臺風”菲特引發質災害應急調查資料。

2.2研究方法

將24個觀測站根據經緯度、拔海高度、建站時間等因素綜合考慮分別選取16個站、8個站系列進行站點密度影響對比（圖1），擬選擇克里金插值、多項式回歸、改進謝別德、加權反距離、徑向基函數、自然鄰點、最近鄰點、最小曲率等8中插值方法對24個站逐時降水量數據進行網格化處理，同時對地質災害氣象風險預警公式本地化;擇優選擇2個插值方法對16站、8站降水量插值網格化對比，以期得到站點密度影響。

用加權反距離法、克里金插值法、最小曲率法、多元回歸法、徑向基函數法、改進謝別德法、自然鄰點插值法、最近鄰點插值法等8中插值方法分別對逐時降水量網格化，生成如下100×79網格矩陣數據（圖2）。

3研究結果

3.1地質災害氣象風險預警公式本地化

以2005年杭州市地質災害氣象條件預警計算模型為原型設計安吉縣地質災害氣象風險預警公式如下：

Rd≥Max（Rv，Rs）。

短時降雨強度（Rs），1 h、2 h、3 h和6 h的降雨強度如表1所示。

Rv為有效累計雨量，取前nd有效累計雨量，取5d，分I級到V級;Rs短時降雨強度，指定1小時、2小時、3小時和6小時雨強，分I級到V級（表2）。

最近5 d有效降水量（Rv）：

3.2 24站8種插值方法與地質災害預警等級對比分析

對24站8個插值方法測算得到的地質災害等級與實際地質災害等級對比分析（圖3），“菲特”影響期間，安吉縣的地質災害等級整體是階梯式先升后降;對比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時受短時雨量變化影響大，尤其是小時雨強超過30 mm;8個插值方法測算得到的等級普遍要比實際的高，未出現漏報情況，空報較普遍;其中改進謝別德方法“表現”較好，與實際等級較為符合。

3.3站點密度影響分析

用克里金、改進謝別德插值方法對8站、16站進行地質災害風險等級測算與檢驗（圖4），克里金插值變化不大，未出現漏報現象，但與24站一樣，出現了預報等級偏大，出現較大空報風險;改進謝別德方法16站表現依舊比克里金好，但是8站出現了明顯漏報現象，因此站點密度對其影響還是比較明顯的。

另外，對8種插值降水結果與地質災害等級對比三維圖發現（圖5），普遍存在著“負值陷阱”，這種現象需要特別注意。這也是本文下一步要完善的目標，改進與更新算法，包括插值算法以及地質災害算法。

4結論

根據經緯度、拔海高度、建站時間等因素綜合考慮分別選取16個站、8個站系列進行站點密度影響對比，選擇克里金插值、多項式回歸、改進謝別德、加權反距離、徑向基函數、自然鄰點、最近鄰點、最小曲率等8中插值方法對24站逐時降水量數據進行網格化處理，生成100×79網格矩陣數據。同時以2005年杭州市地質災害氣象條件預警計算模型為原型設計安吉縣地質災害預警本地化算法，對地質災害氣象風險預警公式本地化;擇優選擇2個插值方法對16站、8站降水量插值網格化對比，以期得到站點密度影響。得到以下結論：

（1）對24站8個插值方法測算得到的地質災害等級與實際地質災害等級對比分析，“菲特”影響期間，安吉縣的地質災害等級整體是階梯式先升后降;對比降水量變化，有明顯的滯后性，滯后2～4 d;同時受短時雨量變化影響大，尤其是小時雨強超過30 mm;8個插值方法測算得到的等級普遍要比實際的高，未出現漏報情況，空報較普遍;其中改進謝別德方法“表現”較好，與實際等級較為符合。

（2）用克里金、改進謝別德插值方法對8站、16站進行地質災害風險等級測算與檢驗，克里金插值變化不大，未出現漏報現象，但與24站一樣，出現了預報等級偏大，出現較大空報風險;改進謝別德方法16站表現依舊比克里金好，但是8站出現了明顯漏報現象，因此站點密度對其影響還是比較明顯的。

（3）對8種插值降水結果與地質災害等級對比三維圖發現，普遍存在這“負值陷阱”，這種現象需要特別注意。這也是本文下一步完善的目標，改進與更新算法，包括插值算法以及地質災害算法。