張義順,梁夢(mèng)姣,肖常貴,陳麗霞*,李 燁,劉正華,陳衛(wèi)群,殷坤龍

(1.浙江省地質(zhì)院,浙江 杭州 310007;2.自然資源部浙江地質(zhì)災(zāi)害野外科學(xué)觀測(cè)研究站,浙江 杭州 310007;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院,湖北 武漢 430074;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,湖北 武漢 430074;5.磐安縣自然資源和規(guī)劃局,浙江 磐安 322300)

公路切坡改變了巖土體自然穩(wěn)定的狀態(tài)[1-3]。在降雨影響下,山區(qū)公路中地質(zhì)條件復(fù)雜的路段經(jīng)常會(huì)發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,對(duì)道路沿線(xiàn)人民生命財(cái)產(chǎn)、交通運(yùn)輸及公路施工人員安全構(gòu)成了很大的威脅[4-8]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及交通建設(shè)的需要,公路切坡工程明顯增多,人們對(duì)于道路沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警需求日益迫切。因此,開(kāi)展公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)研究具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)公路地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中不同層次的研究需求,學(xué)者們提出了多種單元的劃分方法?！豆饭こ痰刭|(zhì)勘察規(guī)范》(JTG C20—2011)[9]中針對(duì)公路工程提出調(diào)查單元的劃分范圍,一般為公路兩側(cè)各150～200 m寬,總體呈條帶狀或線(xiàn)狀。以此為研究范圍,學(xué)者們選用地貌單元、網(wǎng)格單元、斜坡單元等對(duì)公路地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了評(píng)價(jià)。如:韓華等[10]根據(jù)地形地貌將公路劃分為2段,開(kāi)展了公路地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià);戴建玲等[11]采用網(wǎng)格單元,從線(xiàn)和面上對(duì)線(xiàn)性工程巖溶塌陷危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià);田述軍等[12]以斜坡為評(píng)價(jià)單元,實(shí)現(xiàn)了公路邊坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。這些研究工作以公路沿線(xiàn)邊坡為關(guān)注對(duì)象,實(shí)現(xiàn)了對(duì)公路地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)。還有如游克思等[13]從公路的幾何特征出發(fā),提出了路段單元?jiǎng)澐值木唧w原則;馮文凱等[14]針對(duì)公路等線(xiàn)性工程提出了線(xiàn)評(píng)價(jià)概念,認(rèn)為它兼具點(diǎn)評(píng)價(jià)、面評(píng)價(jià)和區(qū)域評(píng)價(jià)特點(diǎn);《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[15]中以公路檢測(cè)為目的,從目標(biāo)路段、評(píng)價(jià)單元和檢測(cè)單元等方面提出了公路技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。然而,從公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警的需求出發(fā),除了考慮公路線(xiàn)性特點(diǎn)外,還需要關(guān)注公路沿線(xiàn)的切坡?tīng)顩r、地質(zhì)條件與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況,有針對(duì)性地確定預(yù)警單元。

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)是將預(yù)警理論轉(zhuǎn)化為指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控工作的有效方式。自2003年中國(guó)國(guó)土資源部和中國(guó)氣象局聯(lián)合開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警工作以來(lái),各省(市)相繼提出了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)。如:浙江省根據(jù)氣象條件和全省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù),基于Web-GIS建立了實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)[16];貴州省以地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃為基礎(chǔ),從氣象角度開(kāi)發(fā)了考慮降雨量指標(biāo)的預(yù)警系統(tǒng)[17];湖南省針對(duì)不同分辨率的降雨數(shù)據(jù),構(gòu)建了在GIS技術(shù)支持下的預(yù)警系統(tǒng)[18];天津市提出了考慮地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量、地質(zhì)環(huán)境條件、區(qū)域人類(lèi)工程和降雨因素的氣象預(yù)警系統(tǒng)[19];云南省采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)的降水?dāng)?shù)據(jù),根據(jù)預(yù)警區(qū)特征設(shè)置不同的降雨閾值,建立了云南省地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)[20]。省級(jí)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)多是大范圍的面狀預(yù)警,針對(duì)公路工程的專(zhuān)題地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)較少。王衛(wèi)東等[21]結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害宏觀區(qū)劃和單體邊坡穩(wěn)定性分析及監(jiān)測(cè)預(yù)警,建立了基于GIS的公路邊坡危險(xiǎn)性分析與預(yù)警系統(tǒng);豐德恩等[22]針對(duì)中國(guó)高速公路采用C/S體系結(jié)構(gòu)研發(fā)了交通氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)。目前,公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)主要是針對(duì)公路沿線(xiàn)邊坡,未能結(jié)合公路承災(zāi)體實(shí)現(xiàn)以風(fēng)險(xiǎn)管控為目標(biāo)的預(yù)警功能,在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。

本文以浙江省磐安縣方前鎮(zhèn)內(nèi)的主要公路為例,基于公路線(xiàn)性特征,考慮沿線(xiàn)切坡地質(zhì)環(huán)境因素,提出適用于公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警的路段單元?jiǎng)澐址椒?并在此基礎(chǔ)上,對(duì)主要公路沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系進(jìn)行研究;針對(duì)不同巖土體類(lèi)型的公路邊坡建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,計(jì)算每條路段的易發(fā)值并確定易發(fā)性等級(jí);聯(lián)合降雨閾值研究確定不同降雨工況誘發(fā)公路災(zāi)害的預(yù)警等級(jí),并通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)預(yù)警結(jié)果可視化并及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省金華市磐安縣東部方前鎮(zhèn)(圖1),總面積為119.66 km2。研究區(qū)地形屬浙江盆地中低山丘陵,地勢(shì)南北高、中部低;在地質(zhì)構(gòu)造上,發(fā)育一組北東向斷裂構(gòu)造,褶皺構(gòu)造不發(fā)育。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中生界白堊系下統(tǒng)的朝川組、西山頭組和高塢組,巖性以火山巖和凝灰?guī)r為主。該地區(qū)雨量充沛,年均降雨量約為1 460 mm,2021年 “煙花”臺(tái)風(fēng)期間,方前鎮(zhèn)氣象監(jiān)測(cè)站的累計(jì)降雨量達(dá)到243 mm,最大日降雨量達(dá)到40 mm以上。

圖1 研究區(qū)地理位置及歷史地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖Fig.1 Geographic location and distribution map of historical geological hazard points in the study area

區(qū)內(nèi)交通以公路為主,其中:省道323自西向東貫穿全境,總長(zhǎng)約為10.43 km;三級(jí)道路共有6條,總長(zhǎng)為75.68 km;四級(jí)道路共1條,總長(zhǎng)為4.64 km。區(qū)內(nèi)公路邊坡類(lèi)型主要為巖質(zhì)、土質(zhì)和土巖混合質(zhì)3種(圖2),其中巖質(zhì)邊坡居多,土質(zhì)邊坡位居其次。區(qū)內(nèi)公路沿線(xiàn)共有地質(zhì)災(zāi)害58處,其中2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害43處。地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型以崩塌為主,主要發(fā)育在巖質(zhì)邊坡中。區(qū)內(nèi)災(zāi)害在空間上集中分布于西北與東南兩側(cè)的三級(jí)道路沿線(xiàn),時(shí)間上主要集中于每年梅雨、臺(tái)風(fēng)季短時(shí)強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨期間。

圖2 研究區(qū)主要公路邊坡類(lèi)型Fig.2 Main slope types in the study area

1.2 研究數(shù)據(jù)與來(lái)源

本研究中使用的數(shù)據(jù)主要包括DEM數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、公路邊坡調(diào)查數(shù)據(jù)、行政邊界數(shù)據(jù)和雨量及站點(diǎn)數(shù)據(jù),如表1所示。其中:DEM數(shù)據(jù)來(lái)自NASA官網(wǎng)ALOS PALSAR數(shù)據(jù),分辨率為12.5 m,用于提取自然坡度指標(biāo);地質(zhì)圖來(lái)源于91衛(wèi)圖,用于獲取地層巖性;地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)來(lái)自2016—2020年《磐安縣年度地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患汛前排查報(bào)告》和2021年現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù),用于判斷公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況;遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)自91衛(wèi)圖,對(duì)其進(jìn)行矢量化得到道路數(shù)據(jù);公路邊坡調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)自野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,主要包括切坡坡高、剖面形態(tài)、邊坡坡度、邊坡巖土體性質(zhì)、覆蓋層性質(zhì)、水文條件和邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀數(shù)據(jù);行政邊界數(shù)據(jù)來(lái)自91衛(wèi)圖,用于確定研究區(qū)范圍;雨量及站點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)自磐安縣氣象局,數(shù)據(jù)精度為1小時(shí)。

表1 研究區(qū)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)來(lái)源

2 研究方法

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu),以 Oracle 11g為應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),選擇Java、JavaScript 作為核心語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),支持在Windows/Linux操作系統(tǒng)上使用。該系統(tǒng)自上而下分為表現(xiàn)層、控制層和數(shù)據(jù)層3層結(jié)構(gòu)。

山區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)主要包括基礎(chǔ)地理信息管理、路段信息管理和路段風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警預(yù)報(bào)3大部分,如圖3所示。其中基礎(chǔ)地理信息管理是系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分,主要完成地理信息數(shù)據(jù)的管理和顯示;路段信息管理主要通過(guò)調(diào)用地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和路段風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù),完成對(duì)道路等級(jí)、路段地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)和路段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的管理和查詢(xún);路段風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警預(yù)報(bào)主要基于地理信息數(shù)據(jù)庫(kù),并結(jié)合實(shí)時(shí)降雨量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警。

圖3 研究區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Functional structure diagram of the meteorological early warning system for highway geological hazard in the study area

2.2 預(yù)警單元?jiǎng)澐址椒?/h3>

面向公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警問(wèn)題時(shí),應(yīng)考慮地質(zhì)條件的差異性來(lái)劃分路段預(yù)警單元。結(jié)合游克思等[13]根據(jù)道路工程特征提出的劃分原則,本文從公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)環(huán)境出發(fā),進(jìn)一步優(yōu)化確定了路段預(yù)警單元的劃分方法:

1) 根據(jù)公路沿線(xiàn)是否存在邊坡進(jìn)行總體分類(lèi),因?yàn)檫吰碌拇嬖谝馕吨l(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的可能。

2) 基于地形數(shù)據(jù)劃分研究區(qū)斜坡單元,進(jìn)而根據(jù)邊坡所屬的斜坡單元進(jìn)行分段。因?yàn)樾逼率堑刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)育的基本單元,而相鄰的斜坡單元通常具有明顯不同的地形特征,據(jù)此可根據(jù)地形地貌存在明顯差異的路段來(lái)劃分研究區(qū)斜坡單元。

3) 根據(jù)公路沿線(xiàn)邊坡類(lèi)型(巖質(zhì)邊坡、土質(zhì)邊坡、土巖混合質(zhì)邊坡)進(jìn)一步劃分路段預(yù)警單元,因?yàn)椴煌?lèi)型邊坡的物質(zhì)組成和破壞機(jī)理不一樣,發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型和概率存在差別。

4) 根據(jù)公路沿線(xiàn)邊坡歷史地質(zhì)災(zāi)害分布密度進(jìn)行分段,因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害分布的密集程度代表著公路沿線(xiàn)邊坡的穩(wěn)定性程度,一般認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害分布越密集,邊坡穩(wěn)定性越差。

2.3 公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警模型建立

本文以路段為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警單元,建立公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警模型如圖4所示。首先針對(duì)不同物質(zhì)類(lèi)型邊坡分別建立研究區(qū)不同類(lèi)型邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)體系(表2);然后采用層次分析法[23]進(jìn)行邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià);再結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,劃分邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)區(qū)間,并在ArcGIS平臺(tái)繪制全區(qū)路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分布圖。謝劍明等[24]的研究成果表明浙江省臺(tái)風(fēng)區(qū)滑坡災(zāi)害事件與當(dāng)?shù)?日累計(jì)降雨量相關(guān)性最為顯著,聯(lián)合磐安縣降雨閾值研究成果[25],本文以3日累計(jì)降雨量為降雨預(yù)警判據(jù)并采用分位數(shù)回歸(QR)的方法進(jìn)行預(yù)警分級(jí),聯(lián)合地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果,將氣象預(yù)警劃分為紅色、橙色、黃色和藍(lán)色4個(gè)等級(jí)。

表2 研究區(qū)各類(lèi)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)體系

圖4 公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警模型Fig.4 Meteorological early warning model for highway geological hazard

3 研究結(jié)果與分析

3.1 預(yù)警單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果與分析

根據(jù)前述預(yù)警單元?jiǎng)澐址椒?對(duì)研究區(qū)主要的交通道路進(jìn)行分段:將平地路段劃分為無(wú)邊坡路段;基于地形數(shù)據(jù)提取山谷線(xiàn)和山脊線(xiàn)劃分斜坡單元(圖5);按照邊坡類(lèi)型分段,如以凝灰?guī)r和砂巖為主的巖質(zhì)邊坡、以第四系松散堆積物為主的土巖邊坡和上土下巖的土質(zhì)混合質(zhì)邊坡;根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害分布密度對(duì)相同邊坡類(lèi)型的路段進(jìn)行細(xì)分。最終,將研究區(qū)交通道路路段共劃分為199個(gè)預(yù)警單元。根據(jù)研究區(qū)道路分段統(tǒng)計(jì)情況(表3),發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)公路沿線(xiàn)以巖質(zhì)邊坡為主,路段預(yù)警單元的平均長(zhǎng)度在340～490 m之間。

表3 研究區(qū)交通道路分段統(tǒng)計(jì)表

3.2 公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)

研究區(qū)內(nèi)以巖質(zhì)邊坡為主,故以巖質(zhì)邊坡為例對(duì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。巖質(zhì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重與賦分情況,見(jiàn)表4。研究區(qū)內(nèi)3類(lèi)邊坡的判斷矩陣的一致性比率(CR)值分別為0.025 6(巖質(zhì)邊坡)、0.022 1(土質(zhì)邊坡)和0.043 2(土巖混合質(zhì)邊坡),均小于0.1,表明判斷矩陣中各因子的權(quán)重較為合理。

表4 巖質(zhì)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重及分值

基于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析,綜合研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)得分,根據(jù)道路邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)的分?jǐn)?shù)區(qū)間確定各路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí),其結(jié)果如表5所示。

表5 研究區(qū)公路沿線(xiàn)各路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)分?jǐn)?shù)區(qū)間表

由表5可知:研究區(qū)道路邊坡主要類(lèi)型為巖質(zhì)邊坡(80%),其次是土質(zhì)邊坡(13%)和土巖混合質(zhì)邊坡(7%);全區(qū)內(nèi)邊坡地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)路段居多,占總路段的58%,低易發(fā)路段占31%,高易發(fā)路段占11%,沒(méi)有極高易發(fā)路段。根據(jù)研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性路段分布圖(圖6),可知全區(qū)道路沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)最高為高易發(fā)性,無(wú)極高易發(fā)路段。

圖6 研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性路段分布圖Fig.6 Distribution map of slope geological hazard-prone sections along the highway in the study area

3.3 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)與驗(yàn)證

根據(jù)公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警模型,基于路段預(yù)警單元?jiǎng)澐趾偷刭|(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果,系統(tǒng)判斷實(shí)時(shí)降雨預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)所屬的閾值等級(jí),確定不同路段的預(yù)警信息。公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)界面如圖7所示,具體包括5個(gè)模塊與功能:一是路段基礎(chǔ)信息模塊,包含了路段地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性和地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)情況;二是氣象預(yù)警模塊,可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前降雨情況并統(tǒng)計(jì)當(dāng)前路段所處預(yù)警等級(jí)的情況;三是路段查詢(xún)定位模塊,支持根據(jù)道路等級(jí)和路段預(yù)警等級(jí)查詢(xún)并定位顯示具體路段的功能;四是預(yù)警信息模塊,可根據(jù)氣象預(yù)警結(jié)果發(fā)布路段預(yù)警信息;五是地圖展示模塊,包含了研究區(qū)范圍及主要的交通路段的顯示,支持路段搜索結(jié)果的定位顯示。

圖7 公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)界面Fig.7 Interface of the meteorological early warning system of highway geological hazard

根據(jù)不同降雨工況下研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警路段分布圖(圖8),分析各路段的預(yù)警等級(jí)分布情況,結(jié)果表明:

圖8 不同降雨工況下研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警路段分布圖Fig.8 Distribution of meteorological early warning sections for geological hazard of slopes along highways in the study area under different rainfall conditions

1) 在降雨工況Ⅳ情況下,全區(qū)路段預(yù)警等級(jí)均為藍(lán)色預(yù)警。

2) 在降雨工況Ⅲ情況下,全區(qū)路段預(yù)警等級(jí)均以藍(lán)色預(yù)警為主,占全區(qū)路段總數(shù)的89%;僅有22個(gè)路段屬于黃色預(yù)警等級(jí),占全區(qū)路段總數(shù)的11%。

3) 當(dāng)降雨工況Ⅱ情況下,全區(qū)路段中黃色預(yù)警等級(jí)增多,占全區(qū)路段總數(shù)的58%;達(dá)到橙色預(yù)警等級(jí)的路段共有22個(gè),總長(zhǎng)度約為7.26 km,約占全區(qū)道路總長(zhǎng)度的4%。

4) 當(dāng)降雨工況Ⅰ情況下,全區(qū)內(nèi)有7個(gè)路段需要進(jìn)行紅色預(yù)警,占全區(qū)路段總數(shù)的3%;43個(gè)路段達(dá)到橙色預(yù)警,總長(zhǎng)度為17.59 km,約占全區(qū)道路總長(zhǎng)度的19%;紅色預(yù)警和橙色預(yù)警路段主要分布于研究區(qū)內(nèi)東南、西北山區(qū)。

根據(jù)2021年7月“煙花”臺(tái)風(fēng)期間方前鎮(zhèn)各雨量站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,方前鎮(zhèn)3日累計(jì)降雨量在7月26日達(dá)到最高,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表6所示。據(jù)桐背水庫(kù)雨量站和柘溪雨量站數(shù)據(jù)顯示,方前鎮(zhèn)在臺(tái)風(fēng)期間降雨量達(dá)到最高等級(jí)Ⅰ;而茶潭、里田石和方前3處雨量站顯示降雨量達(dá)到等級(jí)Ⅱ。由此根據(jù)雨量站分布(圖1),認(rèn)為方前鎮(zhèn)西北部的降雨量等級(jí)處于Ⅰ級(jí),東南部的降雨量等級(jí)處于Ⅱ級(jí)。

表6 2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)期間方前鎮(zhèn)各雨量站降雨量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(7月26日)

根據(jù) 2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)后調(diào)查的新生地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)氣象預(yù)警結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證(圖9),結(jié)果表明:研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡共發(fā)生43處地質(zhì)災(zāi)害,其中10處落在紅色預(yù)警路段,15處落在橙色預(yù)警路段(表7),18處落在黃色預(yù)警路段,預(yù)警成功率達(dá)100%。進(jìn)一步對(duì)紅色和橙色預(yù)警路段發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表7),發(fā)現(xiàn)公路沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害以巖質(zhì)崩塌為主,符合研究區(qū)實(shí)際情況。其中有2處紅色預(yù)警路段發(fā)生3起以上地質(zhì)災(zāi)害,結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查(圖10),說(shuō)明氣象預(yù)警結(jié)果與實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果相符。

表7 2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)后研究區(qū)公路沿線(xiàn)紅色和橙色預(yù)警路段發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

注:FS-04指方山公路第4路段為2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)期間發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的紅/橙色預(yù)警的路段編號(hào)依此類(lèi)推;a、b、c、d、e指地質(zhì)災(zāi)害序號(hào)。圖9 2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)期間研究區(qū)公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警路段分布圖Fig.9 Distribution map of meteorological early warning sections for geological hazard of slopes along highways in the study area during Typhoon In-Fa in 2021

注:a與b地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在SA/FQ-08路段;c地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在FS-04路段(已清理);d地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在QWC/LL-14路段;e地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在QWC/LL-15路段。圖10 2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)后研究區(qū)公路沿線(xiàn)紅色預(yù)警路段發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.10 Photos of geological hazard that occurred along the red early warning road section of the study area after Typhoon In-Fa in 2021

4 結(jié) 論

1) 本文基于公路線(xiàn)性特征和沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)條件,提出了路段預(yù)警單元?jiǎng)澐址椒?。路段預(yù)警單元?jiǎng)澐志C合考慮了道路等級(jí)、斜坡單元、邊坡類(lèi)型和邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀4個(gè)方面,反映了公路沿線(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害與邊坡地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系,未來(lái)可進(jìn)一步完善成為風(fēng)險(xiǎn)管控單元,從而進(jìn)一步提高地質(zhì)災(zāi)害管控水平,為人們?nèi)粘３鲂邪踩峁┍Ｕ稀?/p>

2) 本文以浙江方前鎮(zhèn)為研究區(qū),綜合考慮公路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性等級(jí)和前3日累計(jì)降雨量,構(gòu)建了公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警模型,利用2021年“煙花”臺(tái)風(fēng)引發(fā)的43起地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果表明:所有災(zāi)害均落在黃色預(yù)警等級(jí)及以上的路段,表明該模型劃分預(yù)警區(qū)域的效果較為準(zhǔn)確。隨著降雨等級(jí)的提高,位于研究區(qū)東南和西北山區(qū)路段的預(yù)警等級(jí)提高至橙色及以上預(yù)警等級(jí),需要引起注意。

3) 本文以公路為研究對(duì)象設(shè)計(jì)了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了GIS技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的有機(jī)結(jié)合,為政府部門(mén)管理公路災(zāi)害與發(fā)布預(yù)警信息提供可視化平臺(tái)。經(jīng)測(cè)試和驗(yàn)證,該預(yù)警系統(tǒng)取得了一定的預(yù)警效果,可服務(wù)于后續(xù)磐安縣全縣范圍內(nèi)道路沿線(xiàn)邊坡地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警與管理工作。

4) 由于預(yù)警系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng),預(yù)警的準(zhǔn)確率和合理性還需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)。隨著各類(lèi)數(shù)據(jù)的累積,公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警可以與大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域方面的技術(shù)進(jìn)行融合,以提高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)氣象預(yù)警水平。