山洪泥石流風險研究評述

張 婧 ，王 東

（1.西華大學 能源與環境學院,成都 610039；2.四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院,成都 610041）

1 前言

鑒于災害機理研究的不成熟導致工程措施在防治山地災害上的局限性，越來越多的科學家和一些歐洲阿爾卑斯山區國家傾向于采用“風險區劃”、“風險評估”、“預報和預警”等非工程措施來降低災害帶來的經濟損失和人員傷亡[1]。從1987年聯合國開展的“國際減災十年”活動開始，山洪泥石流風險分析的研究逐漸興起。

2 山洪泥石流風險概念

1992年聯合國人道主義事務部給出了自然災害風險的定義：風險是在一定區域和給定時段內、由于特定的自然災害而引起的人們生命財產和經濟活動的期望損失值，它的定量表達式為[2]：

2004年聯合國開發計劃署給出的風險定義為：自然或人為災害與承載體的易損性之間相互作用而導致一種有害的結果或預料損失發生的可能性，其定量表達式為：

公式（2）認為社會經濟條件好的地區，采取一定防災減災措施來提高區域承災能力，能夠有效降低研究區域的相對損失率。近年來，這一表達式也得到一些研究學者的應用[3-4]。

山洪泥石流風險評價是一個典型的綜合分析過程，涉及地質構造、地形地貌、氣象、承災體類型和價值等許多復雜因素。早期開展的山洪泥石流風險評價一般采用數理統計及分析等方法開展定性或半定量的評價研究[5]，主要是因為無法給出易損度的具體數值。20世紀90年代以后，隨著遙感、GIS技術的廣泛應用，基于區域背景資料的風險區劃研究不斷涌現[6]，為制作大尺度的山洪泥石流風險區劃圖提供了技術平臺。唐川[7]和鐵永波[8]等人采用多因子權重分析法和分類統計法在GIS平臺上生成危險度區劃圖和易損度區劃圖，通過疊加得到云南昆明市東川城區和汶川縣城后山南溝的山洪泥石流風險區劃圖。基于GIS的風險區劃方法操作步驟清晰，一旦掌握可靠詳實的遙感解譯圖片就具有很高的可行性，結果的呈現也非常直觀。然而圖形疊加采用公式（1）的計算方法，將易損度和危險度看做兩個獨立的變量，這與國外現行的觀點不同。Fuchs[5]，Uzielli[9]和Mavrouli[10]等眾多學者認為風險度是關于災害i出現的概率Psi,承災體j總價值AOj，與災害強度相關的承災體j的易損度VOj,Si和承災體j在災害i中的暴露度POj,Si的函數，如公式（3）所示。承災體的易損度應與其遭受災害的程度息息相關，而絕非一個常數。

3 山洪泥石流風險評估難點

山洪泥石流風險評估的重要性雖然得到許多學者的肯定，但與滑坡、洪水、雪崩、地震等其他類型自然災害相比，其研究進展一直相對落后。從公式（1）～（3）可以發現，風險的研究實質上是危險度、易損度及其兩者之間相互關系的研究，因此風險的評估水平很大程度上決定于這三者的研究層次。本文從五個方面切入，展開對山洪泥石流風險評估難點的分析。

3.1 評估范圍的尺度不同，對評估的目的和精度要求不同

在對災害進行評估時，首先應確定評估的時間尺度和空間尺度。時間尺度可以理解為靜態或動態的風險評估。前者是指某一特定時期對研究區域的風險評估，主要是反映災害可能對地區產生的影響程度；后者是某一段時期對研究區域的風險評估，而評估時期長則幾十年或者上百年，短則一年或者幾年。動態風險評估的必要性主要是由承災體對象價值和人口密度的變化所帶來的。Fuchs等人[11]統計研究發現歐洲阿爾卑斯山區自然災害的風險變化正是由于承災體數量和價值的變化而產生的。我國近年來農村經濟體加速膨脹，受山洪泥石流危害的山區農村承災體價值和人口會迅速提高，風險將大大增加。然而，動態的風險評估需要更豐富的資料和更復雜的分析過程，例如人口密度和經濟增長變化規律、國家政策分析、市場規律解讀等等，涉及人口統計學、社會學、心理學、政治學和經濟學等等。

空間尺度是指評估范圍的大小，我國的風險評估尚沒有進行這方面的區分和研究。依據國外的區分標準結合我國的行政劃分等級，山洪泥石流風險評估的空間尺度可分為三種：鄉、鎮、縣、市內范圍(local scale)；省內范圍(regional scale)；多省范圍內或全國范圍(national scale)。不同空間尺度風險評估的研究目的、所面向的風險決策者或者使用者都有差別。一般來說，隨著空間尺度的加大，風險評估對資料要求的詳實程度和評估成果的精度是遞減的。

3.2 評估需要可靠的數據來源和強大的技術平臺支持

山洪泥石流風險評估工作需要進行海量數據的存儲和運算，因此需要強大的技術平臺，能夠生成圖像方便決策者比較不同地區并查詢目標風險值。另外，在進行風險評估之前，數據的收集至關重要，但往往是最耗時耗力。因此，在遙感技術和GIS技術平臺出現之前，山洪泥石流的風險評估停留在理論和個別案例的研究上，研究成果很少，一般以列表的形式展現不同地區的風險大小，較少應用于實踐當中。

遙感是以航空攝影技術為基礎，在20世紀60年代初發展起來的一門新興技術。自1972年美國發射了第一顆陸地衛星后，這就標志著航天遙感時代的開始。通過解譯遙感數據，可以很容易獲取研究區域的地理地質特征參數，減輕了繁重的野外調查工作。遙感數據還能夠提供大量的承災體類別和數量，避免了冗長、復雜的排查和搜集工作。地理信息系統(GIS)，又可稱為“地學信息系統”或“資源與環境信息系統”，可以在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。結合遙感技術和GIS技術系統平臺可以顯著提高山洪風險評估的效率，降低評估工作的難度，同時可以實現數據的實時更新，直觀地呈現風險評估成果。Weichselartner在2001年，就強調過遙感和GIS技術對災害防治工作的重要性。

3.3 泥石流易損度定量評估困難

泥石流易損度研究作為風險評估的重要環節起步較晚，而且泥石流本身行為復雜，承災體種類豐富，加之兩者相互作用機制不明，因此還沒有嚴格的物理和數學方程能夠解決此問題。目前山洪易損度定量評估的方法主要有曲線法、多指標綜合判斷法和價值核算法[12]。曲線法與災害強度一一對應，但是依賴歷史災情的調查，由于承災體類型特別豐富，數據較難收集，因此成果較少。多指標綜合判斷法和價值核算法適用于大尺度區域的靜態評估，對詳細信息的披露少。總的來說，山洪泥石流易損度研究的定量化水平仍然不高。

3.4 泥石流機理研究尚不成熟

由于泥石流機理的研究仍不成熟，理論研究無法為風險評估提供確切的特征值。目前在我國流行的多指標綜合判斷法的危險度評估忽略復雜的山洪泥石流機理，考慮對觸發山洪泥石流有貢獻作用的，現實考察中可獲取的參數，提高了評估的可操作性。指標賦值和權重系數的標準化處理，保證危險度的取值范圍在0～1之內。但是，這種方法同時存在著不足。首先，因子之間的權重系數采用灰色關聯度方法確定，依賴于所使用的歷史數據。歷史數據的序列長短，準確性，多樣性對關聯度結果的影響是客觀存在的。如果泥石流流域物質儲備充足，降雨達到一個比較低的臨界條件就會觸發泥石流；反之物質儲備不充足，則流域地質地貌特征參數對泥石流發生更具有決定性。其次，為消除計量單位對結果的影響，研究者對研究區域內單元的指標數值進行極差變換。變換后得到的指標無量綱數值并不具有絕對意義，與所在研究區域內該指標的數值序列位置有關，因此可能出現同一單元在不同研究序列內，有兩個不同的數值。這樣，區域單元的危險度一旦脫離所在的比較序列就不再具有參考價值。

3.5 風險評估的黑箱模型

一般災害的風險值是發生的概率乘上后果，如工程風險、地下水風險和洪水風險等。這些領域的災害動力學機制成熟，基本可以實現災害過程的數值模擬及其參數的獲求，研究的關注點在于風險發生的概率，隨機理論被大量引用。現有的泥石流風險評估模型（如公式（1）和（2））還沒有將危險度和易損度聯系起來，而是單獨進行評估相乘得到無量綱的風險數值，屬于黑箱模型。模型不需要考慮泥石流復雜的動力過程，避免未知的承災體易損曲線，操作效率高而且便捷，評估成果直觀易于理解。

但是，黑箱模型沒有考慮泥石流災害特征及其與承災體的聯系，一旦脫離評比序列就無法根據數值大小做出決策。對于受泥石流威脅的具體地區，如果泥石流危險范圍以外的建筑財產也被當做承災體，那么就會高估風險。泥石流溝可能沖出不同規模的泥石流，并不是所有的泥石流都會完全毀壞所有的承災體。不同的承災體易損程度不同，分布在不同位置的承災體遭受泥石流的損壞程度也不相同。為了更好的做到減災管理，降低因高估風險而造成不必要的經濟浪費，減災工作者需要掌握風險分布情況。因此，在對小尺度的已知泥石流高風險地區(村、鄉、鎮)進行風險評估時，需要建立基于泥石流動力過程的風險評估模型，考慮泥石流與承災體的耦合作用過程。

4 結語

綜上所述，由于存在多方面因素的影響，泥石流風險評估的研究仍有較大的發展空間，危險度和易損度的理論研究仍亟待突破。現階段泥石流風險評估模型可以對區域整體損失風險作出評估，但不能提供具體的分布信息，對于一個已知高風險的區域而言，難以給出定量化的評價。因此，建議構建基于泥石流動力過程風險評估模型，緊密聯系危險度和易損度，得到更適用與小尺度區域評估的風險數值。

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[3]鐵永波.強震區城鎮泥石流風險評價方法與體系研究[D].博士論文,成都:成都理工大學,2009.

[4]張一凡.西南地區城鎮地質災害易損性評價方法研究[D].碩士論文,成都:成都理工大學,2009.

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[11]Fuchs S., Keiler M., and Zischg A. et al. The longterm development of avalanche risk in settlements considering the temporal variability of damage potential[J]. Nat Hazards Earth Syst Sci., 2005,(05): 893-901.

[12]張婧.山洪泥石流災害動力過程試驗研究及風險分析[D].成都:四川大學博士論文,2013.