札达县中小河流、山洪、地质灾害气象服务技术研究

榆林市能源化工气象服务重点实验室研究基金 资助

引言

札达县地处西藏自治区西部的阿里地区西南部，平均海拔超过3700 米，地形呈南低北高的趋势，受喜马拉雅山脉和冈底斯山脉共同影响，地形起伏大，河谷深切，地质构造活跃[1]。独特的土林地貌虽为世界地质奇观，但同时造成了地表土质疏松、抗冲刷能力差，在暴雨、冰雪融水等作用下极易引发山洪、泥石流及滑坡等灾害。中小河流洪水与山洪灾害在该区域的发生具有突发性强、流速快、破坏力大的特点，而地质灾害往往与降水过程紧密相关，形成灾害链效应，增加防灾难度。在国内外，山洪与地质灾害气象预报技术已取得一定成果，欧美等发达国家在基于降雨阈值的洪水预警、基于遥感与 GIS 的灾害监测方面已形成较为成熟的体系。然而，在西藏阿里等高原边境地区，由于气象站点稀疏、地形复杂、数据基础薄弱，相关技术的适应性与精细化程度仍显不足。本研究正是在此背景下开展，旨在结合本地气象、水文和地质条件，建立标准化、智能化的气象风险预报与预警服务体系，以填补札达县在中小河流、山洪、地质灾害气象服务领域的技术空白。

1 研究背景与意义

1.1 自然地理与气候概况

札达县位于喜马拉雅山北麓，地处阿里地区西南部，属高原温带季风干旱气候区，年均降水量不足 200 毫米，但降水时空分布极不均匀，主要集中在 6-9 月汛期，且多以短历时、大强度的暴雨形式出现。受地形与气候共同作用，降水径流响应快，极易在局地形成山洪与地质灾害[2]。

1.2 灾害发生机理

该区域的山洪与地质灾害多由短时强降雨触发。暴雨使土壤含水量迅速饱和，地表径流量骤增，在河谷、沟道等地形收敛处形成高能洪流，冲刷河床与两岸，引发崩塌、滑坡及泥石流。地质构造活动与冻融作用则在一定程度上加剧了岩土体的不稳定性。

2 研究区域灾害特征分析

2.1 灾害历史事件回顾与统

札达县历史上多次发生中小河流洪水、山洪及地质灾害，这些事件多集中在主汛期（6—9 月），尤其在短时强降水或连续降雨条件下更为频繁。通过对历史案例的系统回顾，不仅可以总结出灾害发生的气象背景和触发条件，还能为降雨阈值的确定提供宝贵的参考依据。历史数据表明，札达县的灾害多呈现“点多面广、突发性强、链式反应明显”的特征，尤其是地质灾害往往与山洪事件相伴发生，形成复合型灾害，对防灾减灾提出了更高要求[3]。

2.2 降雨、河流径流与地质灾害的相关性分析

在札达县，降雨与河流径流之间的响应关系十分敏感，尤其是在土壤湿度已接近饱和的条件下。通过对2016-2024 年自动气象站降雨数据与河道水文监测数据的对比分析发现，当1 小时降雨量超过20 毫米或6 小时累积降雨量超过35 毫米时，中小河流流量会在短时间内急剧上升，引发洪峰过程，而这类洪峰往往伴随着河岸冲刷、沟道堵塞等次生问题，进一步触发滑坡、泥石流等地质灾害。由于札达县土壤结构疏松、植被覆盖率低，降雨下渗能力有限，大部分降水转化为地表径流，径流形成时间短，流速快，冲击力强。此外，降雨分布的不均匀性也增加了灾害预测的复杂性，即便在同一降水事件中，不同流域或同一流域的不同支流其洪水响应程度差异显著。这种强耦合的水文与地质过程，要求预报在考虑降雨总量的同时，还需充分评估降雨历时、强度变化及前期土壤含水量等综合因子[4]。

2.3 灾害时空分布规律及影响因素

札达县灾害的空间分布具有明显的地域性特征。地质灾害多发生在县域西北部和中南部山地，这些区域地形起伏大，地层破碎，切割深度高，且人口相对分散，交通不便，使得应急响应难度加大。从时间分布看，灾害高发期集中在6—9 月，占全年总次数的80%以上，其中7 月和8 月为峰值期。气候变化背景下，极端降水事件的频率和强度均有上升趋势，这直接加大了山洪与地质灾害的风险。此外，人类活动也是重要的影响因素，如不合理的开挖、道路修建、河道采砂等，都可能破坏原有的地貌与水文平衡，降低生态系统的调节能力，从而加剧灾害发生的可能性。灾害时空分布规律的研究，不仅有助于确定重点防范区域和时段，还能为优化气象监测站网布局、提高预报精度提供科学依据[5]。

3 数据采集与处理

3.1 气象自动站降水数据的获取与质量控制

本研究所用降水数据主要来自札达县境内及周边的气象自动观测站，这些站点能够实时采集降水量、气温、湿度、风速等多种气象要素。为了保证数据的准确性与代表性，首先需对原始数据进行质量控制，包括剔除异常值、修正漏测值和填补缺测值等。在汛期，自动站的观测频率可提高至每 5 分钟一次，以捕捉短时强降水过程的变化特征。此外，本研究还对长期降水序列进行了同质性检验，以确保数据的一致性和可比性，这对于后续的降雨阈值计算和风险等级评定具有关键作用。

3.2 水文与地理信息数据处理方法

水文数据主要包括河道断面特征、径流量、水位及流速等信息，这些数据来自水文监测站和实地测量。为了便于分析，这些数据需要在 GIS 平台上进行空间配准与格式统一处理，并通过空间分析工具提取流域边界、坡度、坡向等地形参数。在洪水与地质灾害模拟中，地形因子和土地利用信息对于确定径流汇集路径、滑坡易发区及泥石流沟道具有重要意义。通过遥感影像结合实地调查，可以动态更新地表状况变化信息，提供更为精细的输入数据。

3.3 灾害隐患点调查与数据库构建

隐患点调查是本研究的重要组成部分，旨在全面掌握札达县境内可能发生洪水、山洪及地质灾害的重点位置。调查对沟谷、陡坡、河岸、居民点及重要 设施周边进行排查， 记录隐患点的地理坐标、地貌特征、周边植被状况、历史灾害发生情况等信息。 调查结果统 录入灾害隐患数据库，通过与降雨阈值数据库及气象监测数据的联动，可以实现隐患点的实时监测与动态风险评估，从而为预警决策提供精准支持。

4 降雨阈值与风险等级评定

4.1 降雨阈值理论基础

降雨阈值是指在一定时间尺度内，引发洪水、山洪或地质灾害所需的最小降雨量，它反映了降雨与灾害发生之间的临界关系。在札达县，由于土壤疏松、植被稀少、地形陡峭，降雨阈值往往较低，尤其在前期土壤含水量高的情况下，较小的降雨量即可触发灾害。降雨阈值理论主要基于降雨入渗、径流形成与坡面稳定性理论，通过统计历史灾害事件发生时的降雨特征，结合流域水文响应和地质条件，确定临界值。降雨阈值不仅受到降雨总量的影响，还与降雨强度、历时、分布特征以及降雨前土壤含水状态密切相关。例如，在干旱条件下，地表具有较强的入渗能力，可能需要较大的降雨量才能引发径流，但在湿润条件下，较小降雨即可产生大量径流并触发灾害。因此，阈值的设定应综合考虑动态环境条件，而非固定数值。此外，在高原干旱地区，降雨强度往往在短时内集中，因而短历时（如1 小时、3 小时）降雨阈值的研究尤为重要，这对于山洪和突发性滑坡泥石流的预测具有直接指导意义。

4.2 基于历史数据的临界面雨量计算方法

临界面雨量计算依赖于长期的气象和灾害数据积累。本研究首先收集了 2016-2024 年札达县及周边自动气象站的分钟级降雨数据，并与同期灾害事件进行逐一匹配，筛选出灾害发生前的降雨过程数据。在数据处理阶段，采用累积降雨曲线分析方法，结合前期降雨量与灾害发生时的即时降雨量，计算不同时间尺度下的临界面雨量。为了提高计算的科学性，本研究将前期若干天的降雨按指数衰减加权计入总降雨量中，以反映土壤湿度对灾害触发的影响。在具体计算中，分别针对中小河流洪水、山洪和地质灾害开展分析，阐明降雨指标（如 1小时、3 小时、6 小时、24 小时降雨量）与灾害发生概率的关系，并利用ROC 曲线评估各时间尺度阈值的预测性能。最终，形成了适应札达县不同地形区、不同灾害类型的降雨阈值体系，为风险等级评定提供定量依据。

4.3 风险等级评定与发布规则

在札达县，降雨阈值不仅是判断灾害风险的依据 更是落实防御措施的触发条件。基于前述分灾种、分区域阈值，本研究将风险分为四级： （较高）、Ⅳ级（一般），并以降雨量达成阈值的比例为核心判定标准。评定 ”的顺序，当短时降雨或累计降雨接近或超过阈值，且位于 应提升风险等级。风险信息通过气象、水利、自然资源及应急等部门联 及乡镇预警网络。等级一旦触发，将对应启动巡查、人员转移、交通管制等措施，实现降雨监测、 风险评定与应急响应的高效衔接。

5 气象风险预报与预警业务流程设计

5.1 一体化业务规范构建原则

在札达县构建气象风险预报与预警业务流程时，必须遵循科学性、规范性、实用性和可持续性原则。科学性要求流程基于可靠的数据，确保风险评估与预警信息的准确性；规范性要求制定统一的技术标准、操作规程和信息发布格式，实现部门间协同与信息互通；实用性强调流程需结合札达县实际情况，包括气象站网布局、通信条件、灾害类型等，确保预警信息能快速传递到风险区域的居民和防灾部门；可持续性则要求流程具备可扩展性和可维护性，能够随着观测预测技术的进步而不断优化。此外，考虑到札达县的边境特殊性，流程中还应强化与军警、边防、交通等部门的联动机制，确保防灾减灾的综合效益。

5.2 中小河流洪水预报流程

中小河流洪水预报流程包括数据采集、实时分析、结果订正与信息发布五个环节。首先，气象与水文监测站实时采集降雨、水位、流量等数据，并通过无线网络传输至气象局预报中心。其次，利用降雨-径流计算未来数小时至数天的河流流量变化，结合降雨阈值数据库评估洪水发生的可能性。在运算完成后，由预报员根据最新观测数据进行结果订正，确保预测结果的准确性。最后，生成洪水预警产品，通过短信、广播、网络平台及应急指挥系统发布至相关部门和公众。在此过程中，还需根据洪水风险等级，提前启动应急响应机制，包括人员撤离、物资调配和交通管制等措施。

5.3 山洪与地质灾害预警流程

山洪与地质灾害预警流程与洪水预报流程类似，但更强调短时强降水的监测与快速响应。流程首先依托高时空分辨率的气象雷达与自动雨量站，实时监控降雨变化。当监测到的降雨量达到阈值数据库中设定的山洪或地质灾害临界值时，系统将立即启动风险评估，判定潜在受影响区域，并自动生成预警信息。预警信息包括灾害类型、风险等级、影响范围、建议防范措施等内容，按预设的优先级推送至应急管理、交通、公安及基层乡镇防灾责任人。同时，结合地质灾害隐患点数据库，可实现针对具体隐患点的定点预警，从而提升预警的针对性与有效性。在极端天气条件下，该流程可缩短从监测到发布的时间至10 分钟以内，大大提高了对突发性灾害的应对能力。

6 应用示范与效果评估

6.1 示范区选择与实施方案

为了验证所建立的降雨阈值体系和气象风险预报预警流程的科学性与实用性，本研究在札达县内选择了三个地理特征和灾害类型各异的区域作为示范区。西北部示范区位于高山峡谷地带，受地形收敛作用，山洪与泥石流频发；中部示范区处于河谷平原，人口密集且中小河流洪水威胁突出；南部示范区以高原丘陵地貌为主，地质构造活动频繁，滑坡风险较高。实施方案包括在各示范区增设自动气象站与简易水文监测点，以确保降雨、水位等关键数据的实时采集；建立灾害隐患点档案，形成地理坐标、历史事件、风险等级等多维信息的本地数据库；在社区推行防灾教育与演练，强化居民自救互救意识。

6.2 预警产品的应用效果分析

在示范区运行的首个汛期内，发布洪水、山洪、地质灾害等气象服务产品，覆盖了绝大多数高风险区域。在2024 年7 月的一次强降雨过程中，降雨发生后立即发布降水是实况公报和山洪预报产品，通过短信、微信公众号、应急广播等多渠道向有可能影响的村落居 定 可能性。地方政府据此迅速组织人员撤离，成功避免了人员伤亡，并减少了农田和道路设施的破坏。事后评估显示 ，与以往无预警的类似事件相比，经济损失下降明显。公众反馈表明，预警信息在准确性、传递速度和可理解性方面均表现良好，显著提高了居民的防灾信心。

6.3 防灾减灾效益评估

为全面衡量系统的防灾减灾成效，本研究从经济、社会和生态三方面进行评估。在经济方面，示范区运行期间直接降低财产损失，间接效益（如减少交通中断、基础设施维修成本）更为可观；在社会方面，居民防灾意识明显增强，预警信息的信任度与响应度提升，形成了政府、社区与公众协同防灾的良性格局；在生态方面，预警系统促使地方加强对河道、坡面及易发区的生态修复与管理，从源头降低了灾害发生风险。

7 结束语

本研究针对札达县中小河流洪水、山洪与地质灾害的气象服务技术进行了系统探索与实践，提出了可操作性强的技术方案与业务流程，为边境高原地区的防灾减灾提供了有力支撑。未来，随着观测网络的完善与数值预报精度的提升，该体系将不断优化，并在更大范围内推广应用。

参考文献

[1]罗孳孳，唐云辉，武强，等. 气象大数据应用场景与气象服务技术预见研究——面向重庆农业领域[J].农业现代化研究，2024，45（01）：150-164.

[2]吴天明，气象服务助力扶贫——渠坤村回南天预报服务技术与应用.广西壮族自治区，广西壮族自治区气象培训中心，2022-12-05.

[3]张丽文，基于高分辨率遥感数据的湿地生态气象服务技术.湖北省，武汉区域气候中心，2022-10-27.

[4]孟莹，孙虹雨，杨劲，等. 农业病虫气象服务技术培训探讨[J].辽宁农业科学，2021，（04）：53-56.

[5]石伟伟，基于地理位置的交互式交通气象服务技术研究.广东省，广州市突发事件预警信息发布中心 （J^∗ 州市气象探测数据中心），2020-06-19.