• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
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干旱气象, 2024, 42(5): 813-823 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2024-05-0813

技术报告

强降水诱发陇南电网地质灾害风险评估及预警方法研究

孙涛,1, 李玥2, 王津3, 李晓琴,4, 何金梅4, 赵文婧4, 吕玫霞4

1.国网甘肃省电力公司,甘肃 兰州 730030

2.国网兰州供电公司,甘肃 兰州 730070

3.国网甘肃省电力公司电力科学研究院,甘肃 兰州 730070

4.甘肃省气象服务中心,甘肃 兰州 730020

Research on risk assessment and early warning method for geological hazards induced by heavy precipitation in Longnan power grid

SUN Tao,1, LI Yue2, WANG Jin3, LI Xiaoqin,4, HE Jinmei4, ZHAO Wenjing4, LYU Meixia4

1. State Grid Gansu Electric Power Company, Lanzhou 730030, China

2. State Grid Lanzhou Power Supply Company, Lanzhou 730070, China

3. State grid Gansu Electric Power Company Electric Power Science Research Institute, Lanzhou 730070, China

4. Meteorological Service Center of Gansu Province, Lanzhou 730020, China

通讯作者: 李晓琴(1994—),女,甘肃武威人,主要从事专业气象服务。E-mail:lxqin369@163.com

责任编辑: 王涓力;校对:黄小燕

收稿日期: 2024-05-24   修回日期: 2024-08-30  

基金资助: 甘肃省青年科技基金项目(22JR5RA756)
甘肃省重点研发计划-工业类项目(23YFGA0016)
甘肃省气象局人才专项(2425rczx-G-QNQHRC-08)
甘肃省科技计划项目(23JRRA1574)
甘肃省气象局气象科研重点项目(Zd2022-04)

Received: 2024-05-24   Revised: 2024-08-30  

作者简介 About authors

孙涛(1982—),男,甘肃兰州人,高级工程师,主要从事电力气象应用研究。E-mail:suntao821115@163.com

摘要

陇南输电线路沿线地质灾害频发易发,严重威胁线路安全稳定运行。为有效提升陇南电网防灾减灾能力,选取2018—2022年5—10月降水数据,利用降水分布特征和有效雨量致灾概率评估地质灾害致灾因子危险性,利用信息量-层次分析耦合模型评估孕灾环境暴露度,利用地质灾害脆弱性简化评估模型评估承灾体脆弱性,并以陇南±800 kV青豫线、祁韶线为例,利用地质灾害个例检验强降水诱发电网地质灾害风险预警效果。结果表明,陇南短时强降水和暴雨局地性强,发生频次自西北向东南呈增加趋势,灾情点大多发生在较高和高危险性区域。地质灾害灾情点大多位于海拔较高、坡度较陡区域,易发坡向为北坡、南坡并以凸型坡为主,旱地、中度及以下植被覆盖度区域地质灾害易发,67.4%的灾情点位于较高暴露度以上区域。陇南±800 kV青豫线、祁韶线电线杆塔不处于极高暴露度与极高脆弱性区域。地质灾害气象风险模型能够捕捉到较密集的地质灾害事件,有效雨量致灾概率对降水诱发的地质灾害预警效果较好。

关键词: 地质灾害; 陇南; 输电线路; 强降水

Abstract

Geological hazards occur frequently along the transmission lines in Longnan, Gansu, which seriously threaten the safe and stable operation of power lines. In order to effectively improve the disaster prevention and mitigation ability of Longnan power grid, the precipitation data from May to October during 2018 to 2022 were selected to analyze the distribution characteristics of precipitation, and the disaster probability of effective rainfall was used to evaluate the risk of disaster-causing factors of geological hazards. The coupling model of information quantity and analytic hierarchy process was used to evaluate the exposure of pregnant environment, and the simplified evaluation model of geological disaster vulnerability was used to evaluate the vulnerability of disaster-bearing body. The effect of geological disaster risk early warning of power grid induced by heavy precipitation was tested using cases of geological disasters, taking Longnan ±800 kV Qingyu Line and Qishao Line as examples. The results show that the short-term heavy rainfall and rainstorm in Longnan have strong local characteristics, and their frequency increases from northwest to southeast. The disaster sites mostly occur in higher and high risk areas. Most of the disaster sites of geological disasters are located in the areas with higher elevation and steeper slope, and the north and south slope as well as convex slope are the main slopes. The geological disasters are easy to occur in the areas with dry land, moderate vegetation coverage and below, and 67.4% of the disaster sites is located in the areas with higher exposure. Longnan ±800 kV Qingyu Line and Qishao Line are not in the area of extremely high exposure degree and vulnerability. The meteorological risk model of geological disaster can capture the dense geological disaster events, and the probability of disaster caused by effective rainfall has a good effect on the early warning of geological disasters induced by precipitation.

Keywords: geological hazards; Longnan; electric transmission line; heavy precipitation

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本文引用格式

孙涛, 李玥, 王津, 李晓琴, 何金梅, 赵文婧, 吕玫霞. 强降水诱发陇南电网地质灾害风险评估及预警方法研究[J]. 干旱气象, 2024, 42(5): 813-823 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2024-05-0813

SUN Tao, LI Yue, WANG Jin, LI Xiaoqin, HE Jinmei, ZHAO Wenjing, LYU Meixia. Research on risk assessment and early warning method for geological hazards induced by heavy precipitation in Longnan power grid[J]. Arid Meteorology, 2024, 42(5): 813-823 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2024-05-0813

0 引言

甘肃省地处青藏高原、内蒙古高原交汇处,受区域地质构造、第四纪青藏高原隆起和大范围巨厚黄土堆积影响,地质环境条件复杂,生态环境脆弱。根据地质环境及灾害分布特点,全省可大致分为陇南山区、黄土高原区和河西山地区(郭富赟等,2015)。陇南山区地处秦巴山区、黄土高原、青藏高原的交接区域,沟谷纵横且河流广泛分布,降水量和降水频次呈极显著增加趋势(马莉等,2023),暴雨多发频发(胡倩等,2019)且主要集中在每年7—8月(赵庆云等,2014),短时强降水增多(张君霞等,2023)及降水的突发性和局地性(石延召等,2024)导致水土流失增多,加之“5·12”地震后山体松动(田广旭和陈俊,2013),易诱发滑坡、崩塌、泥石流(冯军等,2006;熊木齐等,2016;杨丽杰等,2022)等地质灾害,给当地人民生命财产安全造成极大威胁(牛全福,2023)。

输电杆塔作为高压输电线路与地面的连接节点,为缩短输送距离降低电损和避免与人类活动的相互影响,需要修建于人烟稀少地区的山体陡坡处,易受山体滑坡、山洪、泥石流等地质灾害影响(邓创等,2016)。地质灾害会造成输电线路杆塔倾斜以及电力传输设施的严重损坏(赵倩等,2020);另外,当某些电力电缆长时间浸泡在水中时有可能造成短路事故,危害电力系统正常运行。相关学者已对电网地质灾害风险评估(Ge et al.,2018;Zhao et al.,2021;邬礼扬等,2024)和预警模型等(陈强等,2020;汤奕等,2020;刘书豪,2021)做了大量研究,但陇南电网地质灾害风险评估及预警模型构建尚欠缺,需进一步研究。

地质灾害具有灾变性、多因性(陈长坤等,2024),灾害风险是致灾因子、孕灾环境与承灾体相互作用的结果(IPCC,2012;姚玉璧等,2016;王莹,2019;Zhang et al.,2019;孙蕊等,2022;王莺等,2022;肖瑞迪等,2024)。本文采用有效雨量概率模型评估地质灾害致灾因子危险性(李宇梅等,2020;张君霞等,2023;杨思慧等,2023),利用信息量-层次分析耦合模型(胡现振等,2023;刘康等,2023)进行孕灾环境暴露度评估,利用地质灾害脆弱性简化评估模型(李宇梅等,2020;狄靖月等,2022)进行承灾体脆弱性评估。构建地质灾害气象风险预警模型,并利用电网地质灾害实例进行模型检验,以期为陇南电网地质灾害防灾减灾提供理论依据,有效提升电网对强降水地质灾害的反应处置能力,对保障电网的安全稳定运行并维护居民的正常生活有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料

1)栅格资料:2022年陇南归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)、国内生产总值(Gross Domestic Product, GDP)、人口密度、土地利用类型等数据均来源于“地理遥感生态网科学数据注册与出版系统”(www.gisrs.cn),空间分辨率为1 km×1 km。

2)气象资料:陇南境内共407个国家站及区域气象站(图1)2018—2022年5—10月的小时降水数据,根据《降水量等级》(GB/T28592—2012)(全国气象防灾减灾标准化技术委员会,2012)和《强对流天气等级》(QX/T 416—2018)(全国气象防灾减灾标准化技术委员会,2018),将1 h降水量大于20 mm认定为短时强降水,24 h降水量大于50 mm认定为暴雨,利用ArcGIS进行反距离权重插值,分析陇南短时强降水及暴雨时空分布特征。

图1

图1   陇南气象站、地质灾害点、河流及±800 kV送变电线路分布

注:基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站标准地图制作,审图号为GS(2020)4619号,底图无修改,下同

Fig.1   Distribution of meteorological stations, geological disaster points, rivers, and ±800 kV power transformation lines in Longnan


3)输电线路受灾资料:国网甘肃电力分公司提供的陇南境内2018—2023年强降水引发的地质灾害灾情统计数据共1 322起,其中2018—2021年灾情数据用于构建预报模型,选取2022—2023年108起灾情数据用于预报模型效果检验。

1.2 方法

本文参考《暴雨诱发的地质灾害气象风险预警等级》(QX/T487—2019)(全国气象防灾减灾标准化技术委员会,2019)和《地质灾害气象风险预警规范》(DZ/T 0449—2023)(全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会,2023),从致灾因子危险性、孕灾环境暴露度和承灾体脆弱性构建地质灾害风险评价体系。

1)致灾因子危险性

当日雨量和前期降水都是地质灾害重要诱发因子,采用有效雨量致灾概率(李宇梅等,2020;张君霞等,2023)评估地质灾害危险性:

Pe=a+bRe+cRe2+dRe3
Re=k=0n0.8kr

式中:Pe(%)为有效雨量致灾概率;Re(mm)为有效雨量;r(mm)为逐日雨量;n为地质灾害发生前总天数,取15 d。陇南有效雨量临界值(Rc)取值为132.43 mm,ReRc时,a=0.006,b=0.014,c=-0.000 092 58,d=0.000 000 253 2;Re>Rc时,a=0.495,b=0.004,c=-0.000 012 93,d=-0.000 000 012 54。选取有效雨量Re作为地质灾害气象致灾因子,用有效雨量致灾概率Pe衡量降水致灾危险性。

2)承灾体脆弱性

采用区域地质灾害脆弱性简易评估模型(李宇梅等,2020;狄靖月等,2022)估算地质灾害脆弱性(V),单个评价单元内的脆弱性计算公式如下:

Vi=(Gi+Li)/2+Di2

式中:Vi为单位面积脆弱性;Gi为单位面积国内生产总值归一值;Li为单位面积土地利用类型赋值;Di为单位面积人口密度归一值。土地利用类型分为城乡居民用地、耕地、林地、草地、水域、未利用地6类,L分别赋值为1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0。

3)孕灾环境暴露度

层次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)是一种定性和定量分析相结合的评价方法(赵焕臣等,1986;王莲芬和许树柏,1990),采用信息量-层次分析耦合模型(胡现振等,2023;刘康等,2023),提取高程、坡度、坡向、曲率、NVDI等因子,分别计算单个因子信息量并计算各因子所占权重,结合各因子所占信息量得到总信息量,再通过标准化处理得到孕灾环境暴露度:

Ii=i=1mWi×IXi=i=1mWi×ln Ni/NSi/S
Ehi=Ii-IminImax-Imin

式中:IXi)为Xi因子信息量;Xi为第i个地质环境影响因子;Wi为层次分析法中计算得到的权重;Ni为分布在Xi内的地质灾害单元数;N为研究区所含有的地质灾害总单元数;Si为研究区内含有Xi的单元数;S为研究区总单元数;Eh为评价单元的孕灾环境暴露度;Imin为总信息量最小值;Imax为总信息量最大值。

承灾体脆弱性、孕灾环境暴露度及有效雨量致灾概率取值均为0~1,按0~0.2、>0.2~0.4、>0.4~0.6、>0.6~0.8、>0.8~1.0划分为5个等级区间,依次表示极低、低、较高、高和极高等级,三者乘积为地质灾害气象风险度。结合业务需求将地质灾害气象风险预警分为4个等级:有一定风险(Ⅳ级,蓝色)、较高风险(Ⅲ级,黄色)、高风险(Ⅱ级,橙色)、极高风险(Ⅰ级,红色)。

2 结果分析

2.1 致灾因子危险性

图2为2018—2022年陇南年均降水日数与降水量、年均暴雨及以上量级降水次数及降水量、年均短时强降水次数和降水量的空间分布。分析可知,陇南大部分区域年平均降水日数为60~80 d,礼县东北部、西和中部、徽县东北部、两当西北部以及文县东南部为40~60 d,宕昌八力镇、兴化乡、城关镇,文县中庙镇,康县豆坝镇、碾坝镇等地年平均降水日数超过80 d。陇南年平均降水量大多在200 mm以上,其中西部约200~300 mm,东部(除徽县北部、两当西北部)约500~700 mm,东南部(康县南部、武都区东南部)为700~900 mm,康县铜钱镇、阳坝镇等地超过900 mm。±800 kV青豫线年平均降水日数西和段为40~60 d,康县、礼县段为60~80 d,宕昌段为80~100 d;±800 kV祁韶线徽县段为60~80 d。±800 kV青豫线年均降水量礼县、西和段为300~500 mm,宕昌、成县、康县段为500~700 mm;±800 kV祁韶线徽县段大部为500~700 mm。

图2

图2   2018—2022年陇南年均降水日数(a)与降水量(b),年均暴雨及以上量级降水频次(c)与降水量(d),年均短时强降水频次(e)和降水量(f)分布

Fig.2   Distribution of annual average precipitation days (a) and precipitation amount (b), annual average frequency of rainstorm and above (c) and their precipitation amount (d), annual average short-time strong precipitation frequency (e) and precipitation amount (f) in Longnan from 2018 to 2022


陇南年均暴雨及以上量级降水出现频次自西北向东南有明显的梯度变化,大部分区域在1~2次,其中文县、武都、康县、成县大部分地区在2次及以上,部分区域可达3~4次,文县中庙镇,武都五马镇、裕河镇,康县铜钱镇、阳坝镇等地超过4次。陇南地区年均暴雨及以上量级降水量大部分区域为50~70 mm,东南部和礼县北部为70~90 mm,礼县湫山镇、罗坝镇、龙林镇,文县玉垒乡、口头坝乡、碧口镇、中庙镇等地超过100 mm(达大暴雨量级)。±800 kV青豫线暴雨及以上量级降水频次康县、成县段为1~3次,西和、礼县、宕昌段为1~2次;±800 kV祁韶线徽县段为2~3次。±800 kV青豫线、±800 kV祁韶线年均暴雨及以上量级降水量大部分区域为50~70 mm,局地超过70 mm。

陇南短时强降水空间分布与地形有重要联系(苏军锋等,2021),其出现频次自西北向东南呈增加趋势,大部分区域年均在2次以下,其中东南部、东北部、成县大部、礼县中部为2~4次,文县中庙镇、康县铜钱镇、武都姚寨镇等地为4~6次。陇南地区出现短时强降水的年均降水量大部分区域为20~30 mm,武都三仓镇、安化镇,宕昌城关镇等地可达40~60 mm。±800 kV青豫线、±800 kV祁韶线短时强降水频次为2~4次;±800 kV青豫线、±800 kV祁韶线短时强降水年均降水量分别为30~40 mm、20~30 mm。

地质灾害的发生与灾害前期的累积降水密不可分,选取灾害发生当天至前15天的有效雨量作为致灾降水因素,计算2018—2022年陇南暴雨有效雨量致灾概率平均值来评估致灾因子危险性。基于ArcGIS反距离权重插值,重采样为空间分辨率1 km×1 km的栅格网格,结合评价因子分级统计陇南2018-2021年发生的1 214起降水事件引发的地质灾害所占栅格数并计算比例。经统计(图3表1),陇南电网66.49%地质灾害点处于危险性较高以上等级区域,其中56.53%灾害点处于较高危险性区域,9.87%处于高危险性区域,31.62%处于较低危险性区域。

图3

图3   陇南致灾因子危险性分布

Fig.3   The hazard distribution of disaster-causing factors in Longnan


表1   陇南地质灾害灾情点不同等级危险性、暴露度及脆弱性占比

Tab.1  The percentage of hazard, exposure degree and vulnerability with different grades at geological hazard sites in Longnan 单位:%

危险性极低较高极高
1.8931.6256.539.870.09
暴露度极低较高极高
1.3231.2820.7939.746.87
脆弱性极低低度较高极高
35.4723.5936.414.140.01

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2.2 孕灾环境暴露度

根据国家电网甘肃分公司提供的2018-2021年1 214起陇南电网地质灾害灾情数据,基于ArcGIS分析孕灾环境暴露度各评价因子,按各因子重要程度进行赋值构建判断矩阵,基于判断矩阵计算权重,基于权重计算其信息量,重分类后利用栅格计算器叠加分析,用自然断点法将地质灾害孕灾环境暴露度分为极低、低、较高、高、极高5个等级。分析发现(图4表2),陇南地质灾害发生点高程范围以2 500~3 500 m为主;对平面曲率分析发现,凸型坡发生地质灾害概率最大;灾害主要发生坡度为15°~45°,易发坡向以北、南、东北为主;地质灾害多发区植被稀少,旱地、中度及以下植被覆盖区较易发生地质灾害;20.79%的灾害点发生于陇南地质灾害孕灾环境较高暴露度区域,39.74%处于高暴露度区域。

图4

图4   陇南坡度(a)、坡向(b)、高程(c)、曲率(d)、NDVI(e)、暴露度(f)分布

Fig.4   Distribution of slope (a), aspect (b), elevation (c), curvature (d), NDVI (e), exposure degree (f) in Longnan


表2   地质灾害暴露度评价因子分级及信息量值

Tab.2  Geological hazard exposure degree valuation factor classification and information quantity values

评价因子分级(Ni/N)/%信息量值
高程/m≤2 0008.221.52
>2 000~2 50023.330.36
>2 500~3 00037.010.24
>3 000~3 50023.57-0.15
>3 500~4 0006.57-0.79
>4 0001.30-1.79
曲率<09.580.70
039.71-0.23
>050.71-0.67
坡度/(°)≤158.23-0.02
>15~2566.38-0.15
>25~3541.21-0.15
>35~4526.010.42
>459.890.79
坡向20.24-0.13
东北12.260.01
8.76-0.25
东南10.16-0.14
17.300.44
西南10.66-0.03
西9.01-0.15
西北11.590.09
NDVI≤0.2512.4510.45
>0.25~0.5059.552.90
>0.50~0.7519.25-1.00
>0.75~1.008.75-0.50

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2.3 承灾体脆弱性

利用地质灾害脆弱性简易评估模型,自然断点法将承灾体脆弱性分为极低、低、较高、高、极高5个等级。分析(图5)发现,地质灾害点土地利用类型为旱地、低覆盖草地、河渠、农村居民点。另外,将归一化人口密度、归一化GDP空间分布重采样,53.66%的地质灾害点位于人口密集区。经统计(表1),区域承灾体脆弱性普遍较低,35.47%的灾害发生在承灾体脆弱性极低区域,23.59%的灾害发生在低脆弱性区域,只有36.41%灾害点处于较高脆弱性区域。因此陇南易发生地质灾害,但总体规模较小。

图5

图5   陇南人口密度归一值(a)、GDP归一值(b)、土地利用类型(c)、脆弱性(d)分布

Fig.5   Distribution of normalized population density (a), normalized GDP (b), land use type (c), vulnerability (d) in Longnan


2.4 风险评估与区划

选取陇南境内±800 kV青豫线、祁韶线输电线路,分析499个电线杆塔致灾因子危险性、孕灾环境暴露度及承灾体脆弱性情况。由表3可知,34.58%的电线杆塔处于低危险性区域,50.83%处于较高危险性区域,10.28%处于高危险性区域;44.69%的电线杆塔处于低暴露度区域,45.49%处于较高暴露度区域,无杆塔位于极高暴露度区域;35.89%的电线杆塔处于极低脆弱性区域,21.37%处于低脆弱性区域,42.54%处于较高脆弱性区域,无杆塔位于极高脆弱性区域。总体而言,±800 kV电线杆塔位置选择较为合理,基本避开了地质灾害高风险区。

表3   陇南±800 kV电线杆塔点不同等级危险性、暴露度及脆弱性占比

Tab.3  The proportion of hazard, exposure degree and vulnerability with different grades of the sites of ±800 kV transmission tower poles 单位:%

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分析陇南各县域地质灾害致灾因子危险性、孕灾环境暴露度及承灾体脆弱性(表4)可知,在较高和高危险性区域地质灾害点分布数量最多,成县、宕昌、徽县、礼县、两当、武都、西和较高危险性占比最大,康县高危险性占比最大;高暴露度区域地质灾害点分布数量最多,成县、宕昌、康县、礼县、两当、文县、武都地质灾害高暴露度占比最大,其中宕昌、文县暴露度较高以上等级的面积占比最大,分别为81.07%和78.07%,文县16.26%面积处于极高暴露度区域;宕昌、礼县、文县、西和处于较高脆弱性区域面积较大,而成县、康县、两当、武都处于极低脆弱性的面积较大。

表4   陇南各县(区)不同等级危险性、暴露度及脆弱性面积占比

Tab.4  The area proportion of hazard, exposure degree and vulnerability with different grades in each county (district) of Longnan 单位:%

等级成县宕昌县徽县康县礼县两当县文县武都区西和县
危险性极低0.3713.22/0.080.66/5.529.440.49
0.5640.630.290.848.170.9156.4329.534.99
较高71.9245.7988.4722.9975.1394.7219.4338.8670.92
27.150.3111.2376.0914.714.3718.6222.1823.48
极高/0.05//1.33///0.12
暴露度极低2.620.311.420.171.090.351.672.211.10
40.1618.6340.5039.5337.3830.9020.2629.0344.38
较高14.7030.2318.1213.8517.1921.8829.0018.1615.62
41.2136.7938.3744.0942.0243.0632.8144.5237.53
极高1.3114.051.602.362.323.8216.266.081.37
极低36.7131.0535.5141.1930.6135.5932.3041.0234.79
23.6722.8124.7623.5621.6128.8320.5128.7418.04
脆弱性较高34.7840.6536.0833.2242.9434.6841.4326.6538.40
4.835.493.652.034.710.905.763.368.25
极高////0.14//0.230.52

注:“/”表示该县(区)无此等级区域。

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2.5 风险预警个例检验

据统计,2022年7月15日及8月27日、2023年7月12日及27日陇南多地出现强降水,引发地质灾害,对电力系统造成危害。选取4次地质灾害事件,计算有效雨量及有效雨量致灾概率,构建地质灾害气象风险预警模型,分析108个地质灾害点对应时段是否处于预警栅格内,检验模型准确性。由表5可知,2022年7月15日强降水过程中,康县、两当、武都南部、徽县南部受前期降水影响较大,地质灾害气象风险度指标预警准确率为72.73%,蓝色预警比例最高,为27.27%;2022年8月27日强降水过程中,文县北部、武都东部、康县南部、成县北部、徽县北部受前期降水影响较大,地质灾害气象风险度指标预警准确率为71.44%,蓝色预警比例最高,为42.86%;2023年7月12日强降水过程中,文县东部、康县东部、武都南部受前期降水影响较大,地质灾害气象风险度指标预警准确率为72.52%,黄色预警比例最高,为25.82%;2023年7月27日强降水过程中,徽县、两当、文县东部、康县东部、武都南部受前期降水影响较大,地质灾害气象风险预警准确率为79.55%,橙色预警比例最高,为29.55%。经统计,4次强降水事件中108个地质灾害点61.34%位于危险性较高以上等级区域,56.28%位于暴露度较高以上等级区域,42.52%位于较高或高脆弱性区域。图6也显示有效雨量大值区与地质灾害高风险区相对一致。总体而言,地质灾害气象风险模型能够捕捉到较密集的地质灾害事件,对强降水诱发的地质灾害预警效果较好,暴露度和脆弱性也可以较好地预判高危地质灾害事件是否带来高风险影响。

表5   2022年7月15日、8月27及2023年7月12日、27日陇南不同等级地质灾害气象风险预警占比及预警准确率

Tab.5  The proportion and accuracy of geological disaster meteorological risk warnings with different grades on July 15 and August 27, 2022, and July 12 and 27, 2023 in Longnan 单位:%

强降水过程时间地质灾害气象风险预警
有一定风险较高风险高风险极高风险预警准确率
2022-07-1527.2718.1822.734.5572.73
2022-08-2742.8614.2914.29071.44
2023-07-1222.5325.8218.685.4972.52
2023-07-2711.3621.5929.5517.0579.55

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图6

图6   陇南4次强降水过程有效雨量(左)及地质灾害气象风险预警(右)

Fig.6   Effective rainfall (the left) and geological disaster meteorological risk warning (the right) during four strong rainfall processes in Longnan


3 讨论

灾害的形成是致灾因子危险性、孕灾环境暴露度和承灾体脆弱性等方面综合作用的结果。对陇南电网地质灾害开展风险评估,致灾因子危险性偏高区域即强降水多发易发区域,±800 kV青豫线、±800 kV祁韶线杆塔基本避开了暴雨及短时强降水大值区,但大部分杆塔仍处于频发区。大量降雨导致输电杆塔周围土壤水分趋于饱和,造成土体向地势低处滑动或出现山体裂缝致使杆塔地基出现不均匀沉降(谭洋洋,2016)。与以往地质灾害风险评估的研究相似,本研究也表明高程不仅影响植被覆盖,同时也影响土壤特性(杜国梁等,2016)。坡度在一定程度上代表斜坡稳定性,坡度增大导致产生滑动的剪应力增加,发生地质灾害的概率也相应增大(卢佳燕等,2019);而缓坡区易受风化、流水作用影响,极软岩体堆积物聚集致使泥石流等地质灾害易发(赵良军等,2017)。另外坡向影响斜坡的光照程度,不同坡向地质灾害发育程度不同(薛永安等,2022),植被稀少区域无法较好地保持水土,岩土稳定性较差,导致坡体在强降水影响下较易发生地质灾害,且人类活动频繁易破坏边坡稳定性,从而引发崩塌、滑坡等地质灾害(裴静,2022)。

±800 kV青豫线、±800 kV祁韶线输电线路常年暴露在野外山体陡峭处,地理地质环境复杂,植被覆盖率低,加之人类工程活动影响,造成承灾体的高暴露度和孕育环境的高脆弱性,持续性、突发性的强降水加剧了地质灾害发生的可能性。对陇南电网地质灾害个例进行风险预警检验分析,有效雨量致灾概率对降水诱发型地质灾害有较好的预判,这与李宇梅等(2020)和张君霞等(2023)的结论一致。±800 kV青豫线、±800 kV祁韶线杆塔地质灾害气象风险预警准确率较高,模型能够为陇南电网地质灾害预警提供有力支撑。

降水诱发的地质灾害具有偶发突发性,地质灾害预警技术的精细化和时效性仍需进一步提升。下一步研究将不局限于有效雨量致灾因子,尝试多因子综合分析;并增加地质灾害密切相关的暴露度和脆弱性评价因子,将机器学习与多源监测数据相结合,按照业务需求提高预警空间和时间分辨率,及时识别地质灾害隐患,从而提高陇南电网地质灾害防灾减灾能力。

4 结论

本文以陇南为研究区,综合考虑了侧重降水诱发型的地质灾害致灾因子、孕灾环境和承灾体,构建了降水诱发型地质灾害风险评估指标体系,并对陇南电网降水诱发型地质灾害风险进行评估,得到如下主要结论。

1)陇南输电线路沿线年均降水量大多为500~700 mm,年降水日数大多为40~80 d,其中±800 kV青豫线宕昌段为80~100 d;年均暴雨及以上量级降水量为50~70 mm,局地超过70 mm;短时强降水年均降水量为20~40 mm。短时强降水和暴雨局地性强,出现频次自西北向东南呈增加趋势,地质灾害灾情点大多发生在较高危险性区域。

2)陇南地质灾害多发点高程以2 500~3 500 m为主,凸型坡发生灾害概率最大,灾害主要发生坡度为15°~45°,易发坡向以北、南、东北为主,地质灾害多发区植被稀少,旱地、中度及以下植被覆盖区域较易发生地质灾害。在高暴露度区域地质灾害分布数量最多,宕昌、文县暴露度较高以上等级面积占比最大,宕昌、礼县、文县、西和处于脆弱性较高区域的面积较大。±800 kV青豫线、祁韶线499个电线杆塔位置选择较为合理,基本避开了高风险区。

3)2022年7月15日及8月27日、2023年7月12日及27日陇南4次地质灾害事件中,地质灾害气象风险预警准确率均达70%以上,61.34%位于危险性较高以上等级区域,42.52%地质灾害点位于脆弱性较高或高等级区域,56.28%位于暴露度较高以上等级区域。总体而言,地质灾害气象风险预警方法能够捕捉到较密集的地质灾害事件,对强降水诱发的地质灾害预警效果较好。

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