西北地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)及預(yù)警研究

張滸德

（武威市自然資源局，甘肅 武威 733000）

我國(guó)西北地區(qū)的降水主要集中在夏季，并且部分地區(qū)的降雨表現(xiàn)為強(qiáng)度較大、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。西北地區(qū)礦山所在區(qū)域通常溝壑較多，短時(shí)的強(qiáng)降雨極容易造成山洪，進(jìn)而引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，結(jié)合相關(guān)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與自然環(huán)境之間的關(guān)系十分密切。

1 西北地區(qū)地質(zhì)形態(tài)

我國(guó)西北地區(qū)地處內(nèi)陸，地域范圍遼闊，在經(jīng)緯度方面進(jìn)行劃分，主要指的就是在大興安嶺以西，昆侖山以北范圍內(nèi)的地區(qū)，其中包含了陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆這五個(gè)省份。西北地區(qū)的地形以高原和盆地為主，植被分布錯(cuò)落有致，草原、沙漠等壯闊景觀分布期間。但是總體來(lái)說(shuō)，西北地區(qū)的植被較為稀疏，氣候溫差較大、風(fēng)沙明顯。另外，在造山運(yùn)動(dòng)影響下，我國(guó)西北部地區(qū)形成了現(xiàn)代季風(fēng)氣候類型在同一個(gè)緯度地帶，地勢(shì)的走高造成了氣溫的降低。在降水方面來(lái)說(shuō)，西北地區(qū)的降水空間分布差異性明顯，在季節(jié)方面來(lái)說(shuō)，雨季主要集中在5月上旬到10月上旬期間范圍內(nèi)。而降水量較大的地區(qū)主要有天山山脈、祁連山脈、陜南地區(qū)、甘肅南部等地區(qū)，主要是受到亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)氣候的影響所致，降水量的增加在一定程度上容易造成滑坡、泥石流等自然災(zāi)害的發(fā)生。

2 西北地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警研究

對(duì)于西北地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前的監(jiān)測(cè)和預(yù)警的工作，國(guó)內(nèi)外有很多的專家學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的研究和分析，簡(jiǎn)單介紹如下：

2.1 數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法

相較于其他的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)方式來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方式便于操作、實(shí)用性強(qiáng)，在降雨型滑坡自然災(zāi)害中也應(yīng)用較為廣泛。隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，在很大程度上也造成了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法的發(fā)展和進(jìn)步。相關(guān)的研究人員采取數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方式，對(duì)于雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且分析降雨量與礦山地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)降雨量與滑坡產(chǎn)生的頻率、程度、危害性之間的相關(guān)性，進(jìn)而預(yù)期能夠找到進(jìn)行礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的閾值。

2.1.1 日降雨量

采取統(tǒng)計(jì)分析日降雨量的閾值對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警的方式興起較早，一般認(rèn)為在上個(gè)世紀(jì)80年代左右就已經(jīng)開始。相關(guān)的專家學(xué)者采取日降雨量閾值的統(tǒng)計(jì)方式對(duì)于我國(guó)香港地區(qū)的降雨量與滑坡的關(guān)系之間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。在此之后，我國(guó)的專家學(xué)者有采取這一研究方式對(duì)于降水與礦山地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)系進(jìn)行分析，收集和整理了大量的氣象資料，將地質(zhì)災(zāi)害與降水這一自然現(xiàn)象之間的關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)表征。采取這一研究和調(diào)查方式，首先應(yīng)用于我國(guó)貴州地區(qū)的氣象災(zāi)害預(yù)警方式及其相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而建立起了針對(duì)于特定地質(zhì)環(huán)境的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型。在此之后，這一方式被迅速推廣和開展，在本世紀(jì)初的時(shí)候得到了廣泛的使用，并且取得了較好的效果。我國(guó)使用這一方式的代表人物是陳百煉先生，在這一數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，他和他的其他工作人員借助于GIS技術(shù)，進(jìn)一步完善了礦山地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警的相關(guān)方法和內(nèi)容。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，日降雨量閾值按照敏感性和易發(fā)性為主要的劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析和考量了降雨量與自然災(zāi)害之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而使得小范圍、高精度的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警成為可能。但是這一方式也存在著一定的不足，時(shí)空預(yù)報(bào)的精度較低、降雨的持續(xù)性、降雨強(qiáng)度、頻次等綜合因素的考慮不足在很大程度上造成了這一方式的使用受到限制。

2.1.2 累計(jì)降雨量

日降雨量閾值能夠在一定程度上解決局部地區(qū)的降雨導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)這一閾值的范圍差異性明顯，進(jìn)而導(dǎo)致推廣的難度相對(duì)較大，實(shí)用性有限。對(duì)于降雨量的閾值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得更為精準(zhǔn)的日降雨量閾值，進(jìn)而在更為精確的范圍內(nèi)預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害，這也是一種較為常見的統(tǒng)計(jì)方式。這一方式首先是由外國(guó)學(xué)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，旨在獲取不同的季節(jié)、極端氣候條件等對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果只是在研究礦區(qū)發(fā)生一些低級(jí)別的地震，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率較低。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域的季節(jié)性降雨，對(duì)于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘導(dǎo)機(jī)理方面也存在著一定差異。在國(guó)內(nèi)專家來(lái)說(shuō)，王志祿教授等采取這一方式，選取隴南地區(qū)為主要的調(diào)查和研究對(duì)象，分析了降雨的時(shí)間段與山體崩塌、泥石流等災(zāi)害的產(chǎn)生原因之間的關(guān)系，同時(shí)也期望能夠探明礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)的實(shí)施措施極其對(duì)應(yīng)的效益，結(jié)果探明了地質(zhì)災(zāi)害受到降雨的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等方面的影響因素。

但是這一統(tǒng)計(jì)方式的缺陷在于沒有考慮到降雨的入滲作用與降雨時(shí)間長(zhǎng)短等因素對(duì)于自然災(zāi)害發(fā)生的影響，尤其是對(duì)于造成地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因——降水對(duì)于地下水特征的改變?nèi)狈ο鄳?yīng)的考慮，進(jìn)而沒有注意到在預(yù)警機(jī)制中，防止降雨的滲入才是降低地表自然災(zāi)害發(fā)生的重要基礎(chǔ)。

2.2 理論模型的推理

應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展，在一定程度上也擴(kuò)大了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方式的發(fā)展，使得數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)逐漸朝著邏輯分析、數(shù)學(xué)模型等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害來(lái)說(shuō)，也進(jìn)一步拓展了滑坡地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)方法的多樣化。采取理論預(yù)警模型的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠在一定程度上克服數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)于降雨過(guò)程的描述過(guò)于單一化、片面化的缺陷，在當(dāng)前階段，以孕災(zāi)環(huán)境為主要建模基礎(chǔ)和以降雨生態(tài)地質(zhì)環(huán)境耦合這兩種方式進(jìn)行建模較為常見，也已經(jīng)取得了一定的成效。

2.2.1 孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境建模

在實(shí)際的礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作中，可以結(jié)合不同地區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)于降雨的時(shí)間、強(qiáng)度、降雨間隔等因素進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而建立起孕災(zāi)環(huán)境與降雨過(guò)程之間的一個(gè)動(dòng)態(tài)模型，隨后采取這一模型對(duì)于臨界降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)。除此之外，還可以對(duì)于大氣壓變化、降雨量變化、預(yù)警方程等因素進(jìn)行調(diào)整，采取聯(lián)合概率模型對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。在這一模型的建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，還可以引入一些特殊的檢驗(yàn)方式，如卡方檢驗(yàn)、假設(shè)推理等方式，對(duì)于地質(zhì)環(huán)境條件、誘發(fā)因素、形成過(guò)程等方面的因素進(jìn)行獨(dú)立分析。我國(guó)相關(guān)的專家學(xué)者曾經(jīng)對(duì)于甘肅地區(qū)、云南地區(qū)的降雨與礦山地質(zhì)災(zāi)害之間進(jìn)行建模分析，對(duì)于不同地區(qū)的時(shí)空分布狀態(tài)、降雨的誘發(fā)主導(dǎo)因素等進(jìn)行比較分析，建立起了有效的降雨模型。采取這一模型的預(yù)測(cè)方式，不但充分明確了降雨強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、降雨間隔等因素對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)性，另外也明確了降雨的入滲、地下水的條件等因素，在很大程度上也是誘發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要因素。采取這一預(yù)測(cè)模型，還可以對(duì)于一些小范圍地區(qū)的自然災(zāi)害發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)警，相對(duì)來(lái)說(shuō)具有較強(qiáng)的精度和實(shí)用性。

但是這一建模的方式也存在著一定的不足，盡管在這一方式建立的時(shí)候是基于降雨的數(shù)據(jù)、地區(qū)的自然氣候背景條件，并且采取了二元統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行建模，但是地質(zhì)背景條件方面的考慮不足，在一定程度上降低了這一預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性。

2.2.2 以生態(tài)環(huán)境為模型

以地區(qū)的孕災(zāi)環(huán)境為單一的考慮方式，在一定程度上造成了預(yù)測(cè)結(jié)果的片面性和主觀性，對(duì)于西北地區(qū)的植被影響因素、降雨入滲過(guò)程等方面的考慮不夠充分，這樣就容易造成了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性缺失，進(jìn)而影響了這一方式的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了進(jìn)一步完善這一預(yù)警模型，加強(qiáng)對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步將生態(tài)環(huán)境因素帶入其中進(jìn)行觀察和比較，之后綜合考慮進(jìn)行建模，這樣才能夠保證這一方式的實(shí)用性能。對(duì)于西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行建模考察，需要對(duì)于這一地區(qū)的植被種類、生長(zhǎng)狀況等生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查和分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合不同礦區(qū)的地質(zhì)背景，建立地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，這樣的方式能夠在更大程度上提升預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。但是在這一模型建立和考察中需要注意不同季節(jié)植被的生長(zhǎng)狀態(tài)，這也是造成礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要原因之一。相關(guān)的學(xué)者采取這一模型對(duì)于我國(guó)西北地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，結(jié)合不同季節(jié)的降雨強(qiáng)度、降雨閾值、降雨時(shí)間、植被類型、植被狀態(tài)、地下水情況等方面的因素建立了生態(tài)環(huán)境模型，提升了礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性和有效性。

3 總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于我國(guó)西北地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的原因進(jìn)行調(diào)查和分析，不但具有較高的社會(huì)效益，提升人民的生活質(zhì)量；而且也具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)采取合理的方式對(duì)于不同礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，能夠?yàn)榈V企對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警、治理體系進(jìn)行完善提供幫助。