山洪泥石流風(fēng)險研究評述

張 婧 ，王 東

（1.西華大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院,成都 610039；2.四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院,成都 610041）

1 前言

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

2 山洪泥石流風(fēng)險概念

1992年聯(lián)合國人道主義事務(wù)部給出了自然災(zāi)害風(fēng)險的定義：風(fēng)險是在一定區(qū)域和給定時段內(nèi)、由于特定的自然災(zāi)害而引起的人們生命財產(chǎn)和經(jīng)濟活動的期望損失值，它的定量表達式為[2]：

2004年聯(lián)合國開發(fā)計劃署給出的風(fēng)險定義為：自然或人為災(zāi)害與承載體的易損性之間相互作用而導(dǎo)致一種有害的結(jié)果或預(yù)料損失發(fā)生的可能性，其定量表達式為：

公式（2）認(rèn)為社會經(jīng)濟條件好的地區(qū)，采取一定防災(zāi)減災(zāi)措施來提高區(qū)域承災(zāi)能力，能夠有效降低研究區(qū)域的相對損失率。近年來，這一表達式也得到一些研究學(xué)者的應(yīng)用[3-4]。

山洪泥石流風(fēng)險評價是一個典型的綜合分析過程，涉及地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣象、承災(zāi)體類型和價值等許多復(fù)雜因素。早期開展的山洪泥石流風(fēng)險評價一般采用數(shù)理統(tǒng)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(shù)值。20世紀(jì)90年代以后，隨著遙感、GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于區(qū)域背景資料的風(fēng)險區(qū)劃研究不斷涌現(xiàn)[6]，為制作大尺度的山洪泥石流風(fēng)險區(qū)劃圖提供了技術(shù)平臺。唐川[7]和鐵永波[8]等人采用多因子權(quán)重分析法和分類統(tǒng)計法在GIS平臺上生成危險度區(qū)劃圖和易損度區(qū)劃圖，通過疊加得到云南昆明市東川城區(qū)和汶川縣城后山南溝的山洪泥石流風(fēng)險區(qū)劃圖。基于GIS的風(fēng)險區(qū)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(jié)果的呈現(xiàn)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(xiàn)行的觀點不同。Fuchs[5]，Uzielli[9]和Mavrouli[10]等眾多學(xué)者認(rèn)為風(fēng)險度是關(guān)于災(zāi)害i出現(xiàn)的概率Psi,承災(zāi)體j總價值A(chǔ)Oj，與災(zāi)害強度相關(guān)的承災(zāi)體j的易損度VOj,Si和承災(zāi)體j在災(zāi)害i中的暴露度POj,Si的函數(shù)，如公式（3）所示。承災(zāi)體的易損度應(yīng)與其遭受災(zāi)害的程度息息相關(guān)，而絕非一個常數(shù)。

3 山洪泥石流風(fēng)險評估難點

山洪泥石流風(fēng)險評估的重要性雖然得到許多學(xué)者的肯定，但與滑坡、洪水、雪崩、地震等其他類型自然災(zāi)害相比，其研究進展一直相對落后。從公式（1）～（3）可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險的研究實質(zhì)上是危險度、易損度及其兩者之間相互關(guān)系的研究，因此風(fēng)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(fēng)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(zāi)害進行評估時，首先應(yīng)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(tài)或動態(tài)的風(fēng)險評估。前者是指某一特定時期對研究區(qū)域的風(fēng)險評估，主要是反映災(zāi)害可能對地區(qū)產(chǎn)生的影響程度；后者是某一段時期對研究區(qū)域的風(fēng)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(tài)風(fēng)險評估的必要性主要是由承災(zāi)體對象價值和人口密度的變化所帶來的。Fuchs等人[11]統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)歐洲阿爾卑斯山區(qū)自然災(zāi)害的風(fēng)險變化正是由于承災(zāi)體數(shù)量和價值的變化而產(chǎn)生的。我國近年來農(nóng)村經(jīng)濟體加速膨脹，受山洪泥石流危害的山區(qū)農(nóng)村承災(zāi)體價值和人口會迅速提高，風(fēng)險將大大增加。然而，動態(tài)的風(fēng)險評估需要更豐富的資料和更復(fù)雜的分析過程，例如人口密度和經(jīng)濟增長變化規(guī)律、國家政策分析、市場規(guī)律解讀等等，涉及人口統(tǒng)計學(xué)、社會學(xué)、心理學(xué)、政治學(xué)和經(jīng)濟學(xué)等等。

空間尺度是指評估范圍的大小，我國的風(fēng)險評估尚沒有進行這方面的區(qū)分和研究。依據(jù)國外的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合我國的行政劃分等級，山洪泥石流風(fēng)險評估的空間尺度可分為三種：鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、縣、市內(nèi)范圍(local scale)；省內(nèi)范圍(regional scale)；多省范圍內(nèi)或全國范圍(national scale)。不同空間尺度風(fēng)險評估的研究目的、所面向的風(fēng)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(fēng)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(shù)據(jù)來源和強大的技術(shù)平臺支持

山洪泥石流風(fēng)險評估工作需要進行海量數(shù)據(jù)的存儲和運算，因此需要強大的技術(shù)平臺，能夠生成圖像方便決策者比較不同地區(qū)并查詢目標(biāo)風(fēng)險值。另外，在進行風(fēng)險評估之前，數(shù)據(jù)的收集至關(guān)重要，但往往是最耗時耗力。因此，在遙感技術(shù)和GIS技術(shù)平臺出現(xiàn)之前，山洪泥石流的風(fēng)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(xiàn)不同地區(qū)的風(fēng)險大小，較少應(yīng)用于實踐當(dāng)中。

遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。自1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標(biāo)志著航天遙感時代的開始。通過解譯遙感數(shù)據(jù)，可以很容易獲取研究區(qū)域的地理地質(zhì)特征參數(shù)，減輕了繁重的野外調(diào)查工作。遙感數(shù)據(jù)還能夠提供大量的承災(zāi)體類別和數(shù)量，避免了冗長、復(fù)雜的排查和搜集工作。地理信息系統(tǒng)(GIS)，又可稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”，可以在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。結(jié)合遙感技術(shù)和GIS技術(shù)系統(tǒng)平臺可以顯著提高山洪風(fēng)險評估的效率，降低評估工作的難度，同時可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時更新，直觀地呈現(xiàn)風(fēng)險評估成果。Weichselartner在2001年，就強調(diào)過遙感和GIS技術(shù)對災(zāi)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(fēng)險評估的重要環(huán)節(jié)起步較晚，而且泥石流本身行為復(fù)雜，承災(zāi)體種類豐富，加之兩者相互作用機制不明，因此還沒有嚴(yán)格的物理和數(shù)學(xué)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(biāo)綜合判斷法和價值核算法[12]。曲線法與災(zāi)害強度一一對應(yīng)，但是依賴歷史災(zāi)情的調(diào)查，由于承災(zāi)體類型特別豐富，數(shù)據(jù)較難收集，因此成果較少。多指標(biāo)綜合判斷法和價值核算法適用于大尺度區(qū)域的靜態(tài)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(fēng)險評估提供確切的特征值。目前在我國流行的多指標(biāo)綜合判斷法的危險度評估忽略復(fù)雜的山洪泥石流機理，考慮對觸發(fā)山洪泥石流有貢獻作用的，現(xiàn)實考察中可獲取的參數(shù)，提高了評估的可操作性。指標(biāo)賦值和權(quán)重系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，保證危險度的取值范圍在0～1之內(nèi)。但是，這種方法同時存在著不足。首先，因子之間的權(quán)重系數(shù)采用灰色關(guān)聯(lián)度方法確定，依賴于所使用的歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)的序列長短，準(zhǔn)確性，多樣性對關(guān)聯(lián)度結(jié)果的影響是客觀存在的。如果泥石流流域物質(zhì)儲備充足，降雨達到一個比較低的臨界條件就會觸發(fā)泥石流；反之物質(zhì)儲備不充足，則流域地質(zhì)地貌特征參數(shù)對泥石流發(fā)生更具有決定性。其次，為消除計量單位對結(jié)果的影響，研究者對研究區(qū)域內(nèi)單元的指標(biāo)數(shù)值進行極差變換。變換后得到的指標(biāo)無量綱數(shù)值并不具有絕對意義，與所在研究區(qū)域內(nèi)該指標(biāo)的數(shù)值序列位置有關(guān)，因此可能出現(xiàn)同一單元在不同研究序列內(nèi)，有兩個不同的數(shù)值。這樣，區(qū)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(fēng)險評估的黑箱模型

一般災(zāi)害的風(fēng)險值是發(fā)生的概率乘上后果，如工程風(fēng)險、地下水風(fēng)險和洪水風(fēng)險等。這些領(lǐng)域的災(zāi)害動力學(xué)機制成熟，基本可以實現(xiàn)災(zāi)害過程的數(shù)值模擬及其參數(shù)的獲求，研究的關(guān)注點在于風(fēng)險發(fā)生的概率，隨機理論被大量引用。現(xiàn)有的泥石流風(fēng)險評估模型（如公式（1）和（2））還沒有將危險度和易損度聯(lián)系起來，而是單獨進行評估相乘得到無量綱的風(fēng)險數(shù)值，屬于黑箱模型。模型不需要考慮泥石流復(fù)雜的動力過程，避免未知的承災(zāi)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(zāi)害特征及其與承災(zāi)體的聯(lián)系，一旦脫離評比序列就無法根據(jù)數(shù)值大小做出決策。對于受泥石流威脅的具體地區(qū)，如果泥石流危險范圍以外的建筑財產(chǎn)也被當(dāng)做承災(zāi)體，那么就會高估風(fēng)險。泥石流溝可能沖出不同規(guī)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(zāi)體。不同的承災(zāi)體易損程度不同，分布在不同位置的承災(zāi)體遭受泥石流的損壞程度也不相同。為了更好的做到減災(zāi)管理，降低因高估風(fēng)險而造成不必要的經(jīng)濟浪費，減災(zāi)工作者需要掌握風(fēng)險分布情況。因此，在對小尺度的已知泥石流高風(fēng)險地區(qū)(村、鄉(xiāng)、鎮(zhèn))進行風(fēng)險評估時，需要建立基于泥石流動力過程的風(fēng)險評估模型，考慮泥石流與承災(zāi)體的耦合作用過程。

4 結(jié)語

綜上所述，由于存在多方面因素的影響，泥石流風(fēng)險評估的研究仍有較大的發(fā)展空間，危險度和易損度的理論研究仍亟待突破。現(xiàn)階段泥石流風(fēng)險評估模型可以對區(qū)域整體損失風(fēng)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(fēng)險的區(qū)域而言，難以給出定量化的評價。因此，建議構(gòu)建基于泥石流動力過程風(fēng)險評估模型，緊密聯(lián)系危險度和易損度，得到更適用與小尺度區(qū)域評估的風(fēng)險數(shù)值。

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