汶川8.0級地震災區滑坡風險評估方法

喬建平，王　萌，吳彩燕

(1.中國科學院地表過程與山地災害重點實驗室, 四川 成都 610041；2.中國科學院·水利部成都山地災害與環境研究所, 四川 成都610041；3.西南科技大學， 四川 綿陽 621000)

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汶川8.0級地震災區滑坡風險評估方法

喬建平1,2，王萌1,2，吳彩燕3

(1.中國科學院地表過程與山地災害重點實驗室, 四川 成都 610041；2.中國科學院·水利部成都山地災害與環境研究所, 四川 成都610041；3.西南科技大學， 四川 綿陽 621000)

摘要:采用滑坡風險評估三要素的方法，即：風險區劃(R3)、風險概率(Rspan)、風險損失(Rspan)，對汶川大地震極震區10個縣市26 000 km2面積區的震后滑坡風險進行了評估。結果顯示，區內高風險區僅占9.03%面積，但承擔42%的滑坡發生概率和滑坡損失風險貢獻；較高風險區占14.61%面積，承擔25%的風險貢獻；中風險區占22.28.%面積，承擔19%的風險貢獻；低風險區占37.93%面積，承擔11%的風險貢獻；無風險區占16.15%面積，承擔3%的風險貢獻。震后由于采取了有效的避險措施，滑坡風險明顯降低的結果。

關鍵詞:汶川8.0級地震； 極震區； 滑坡； 風險評估

地震滑坡風險評估與常規滑坡風險評估相比多了“地震”因素條件，在評估的結構和方法上兩者的不同之處何在？對于這一問題，國內外可供參考的文獻極少[1-3]。筆者認為地震滑坡風險評估與常規滑坡風險評估兩者的區別主要應該體現在風險評估結構模型(即：風險區劃=危險度評估×易損度評估)中的危險度評估。評價地震滑坡風險只能通過滑坡危險性評估指標因子與地震相關因子的結合，才可能反映地震因素的影響作用。地震滑坡是在地震瞬間被地震動誘發的，地震動能量通過震源和發震斷層釋放，一次地震過程中距震中或斷層不同距離上分布的滑坡數量和規模差異性很大。因此在危險度評估中，可以通過增加地震滑坡震中距和發震斷層距等與地震相關的作用因子，來提高地震滑坡危險度評估中地震與滑坡的關聯度。而在風險評估中，地震因素的直接作用不能被直接反映。如汶川地震發生后，地震災區的建筑物基本都提高了抗震結構設計標準，區域空間的建筑承災體的易損性都明顯降低。隨著災區建筑物的易損性普遍降低，統計指標中也難以體現出與常規易損性指標的差別。只要在危險度評估中增加了地震因子作用，建立在滑坡危險度和易損度區劃基礎之上的地震滑坡風險評估，就可以反映出地震因素的作用了。因此，地震滑坡風險評估與常規滑坡風險評估的主要差別應該體現在危險度評估中滑坡與震源相關性因子選取上。本文選擇汶川地震極震區(I0≥ⅩⅠ)10縣市(面積26175.77 km2)為研究區域，探索了地震滑坡風險評估方法。

1地震滑坡風險分布(Rs)

根據文獻[4]中的滑坡風險分類方法，不同類型滑坡風險的研究深度不同，應用范圍也不一樣。因此滑坡風險研究應該具有不同的目標性和實用性，可以針對不同層次需要，采用不同階段的風險研究目標和方法解決需求。不同階段的風險評價方法也不相同。按照文獻[4]中的風險層次鏈實施階段劃分，筆者在完成汶川地震極震區滑坡風險區劃的基礎上[5]，根據滑坡風險綜合評估三要素的原則[6]，即：

(1)

式中：RS為風險分布；RP為風險概率；Rh為風險損失。對汶川地震極震災區(I0≥Ⅹ)的汶川、都江堰、彭州、茂縣、什邡、綿竹、安縣、北川、平武、青川10縣市(面積26 175.77 km2)進行了地震滑坡風險綜合評估。其中，地震滑坡風險分布是采用地震滑坡風險區劃方法確定；地震滑坡風險概率，通過對震后降雨滑坡發生概率統計方法確定；地震滑坡風險損失，根據滑坡受災面積的損失率方法確定。地震滑坡風險評估與常規滑坡風險評估的差別主要體現在滑坡風險區劃的要素中，而其它要素中是難以反映出地震因素的作用。

汶川地震極震區的滑坡風險分布可通過全區滑坡風險區劃獲得。采用GIS技術在研究區1:5萬DEM、DRG、20萬地質圖、1:5萬土地利用圖的基礎上，分別對滑坡危險度的10項因子指標、承載體易損度的5項因子指標進行權重疊加，按照5級劃分標準經過區劃劃分，獲得地震滑坡風險的分布結果(表1、表2、圖1)，即：

R=H×V，

(2)

或

(3)

表1　汶川地震極震災區滑坡風險區劃分類統計表

表2　汶川地震極震區各縣市滑坡風險等級分類統計

圖1　汶川地震極震災區滑坡風險區劃圖

2地震滑坡風險概率(RP)

地震滑坡風險概率與滑坡發生概率成正相關關系，滑坡隨機發生的次數越多，存在的風險概率越大。從宏觀區域滑坡發育規律分析，大地震誘發的滑坡后期復活主要受降雨因素的控制。因為再次發生大地震或余震具有不確定性，作為誘發因素參加滑坡事件概率統計的難度太大。震區降雨型滑坡后期活動是轉化泥石流并造成大面積受損的主要致災因素。所以，地震災區的滑坡風險概率應該由震后降雨滑坡的時間及空間分布概率所決定。

2.1　滑坡時間概率

采用文獻[6]中的降雨滑坡概率計算方法，可以分別得到降雨滑坡的時間和空間分布概率。時間概率表示在給定降雨臨界值和時間的情況下，發生滑坡的時間概率為：

Pt=[1-(1-f)(1-f′)]=(1-p)。

(4)

式中：Pt為時間概率；f為不同危險區發生滑坡頻率；f′為不同危險區降雨滑坡發生頻率；(1-f)為不發生滑坡的概率；(1-f′)為不發生降雨滑坡的概率；p為不發生滑坡概率。采用式(4)，對極震災區震后的降雨滑坡與地震滑坡進行統計計算，獲得時間概率(表3、表4)。

表3　汶川地震極震區全區震后降雨滑坡概率統計

表4　汶川極震區各縣市降雨滑坡發生時間概率統計

2.2　滑坡空間概率

空間概率表示按風險區面積為單元的滑坡分布概率，即：

P′=x[1-(1-f)(1-f′)]=x(1-p)。

(5)

式中：P′為空間概率；x為降雨滑坡分布密度系數(x=md/s、其中m為不同危險度區降雨滑坡數；d為樣本分區區間；s為不同危險度區總面積。采用式(5)，對極震災區10縣市震后的降雨滑坡與地震滑坡進行統計計算，獲得空間概率(表5、表6)。

表5　汶川極震區全區滑坡空間分布概率統計

表6　汶川極震區縣市區高危險度區滑坡空間分布概率統計

3地震滑坡損失評價(Rh)

在地震滑坡風險區劃的基礎上，可以通過對各風險區滑坡受損面積與滑坡風險區面積之比，評估滑坡災害可能造成的受損率。受損率不是經濟指標的評價關系，僅僅代表滑坡破壞范圍的概率。受損率預測對災區人員傷亡情況是難以準確評估的[7-13]，因為這與人們防災意識和政府防災管理程度密切相關。根據文獻[3]中的滑坡受災面積統計模型，可以對滑坡風險分布區內每一處滑坡受災面積與滑坡風險區面積進行受損率統計，即：

(6)

式中：Rh為受損率(%)；SL為滑坡受災面積(km2)；S0為滑坡面積(km2)；SR為評估風險區面積(km2)。

在實際滑坡風險損失評估中，由于在獲取當地經濟產量和固定資產資料信息的限制，如，經濟總量、建筑物、基礎建設、農業、林業、工業、水利等等，所以得出的經濟損失評估結果往往可信度較低。之前采用各種方法作出的經濟損失評估與實際情況一般差距較大。所以對區域滑坡災害發生前的損失預測評估，可以采用滑坡直接受損面積與風險區面積的比率Rh評估可能造成的損失范圍。

根據式(6)，可以統計汶川地震極震區全區滑坡風險區的滑坡受損情況(表7)。

汶川地震極震區全區滑坡風險受損率與風險類型趨勢呈指數衰減趨勢(圖2)，其衰減模型如下：

(7)

汶川地震極震區全區滑坡風險受損率結果中，高風險區滑坡災害受損面積可能達到11%,是較高風險區的1.92倍(5%)、中風險區的3.79倍(2%)、低風險區的10.0倍(1%)、無風險區的36.6倍(0.3%)。

表7　汶川地震極震區全區滑坡風險區受損類型統計表

圖2　汶川地震極震區全區滑坡風險受損趨勢圖

%

采用同上方法，對汶川地震極震區各縣市滑坡風險受損率進行統計，可獲得表8和表9所示的結果。

表9　汶川地震極震區各縣市區滑坡風險區受損率模型統計

以上統計結果，無論對極震災區全區的滑坡風險受損率，還是極震災區各縣市滑坡風險受損率，都可以看出未來滑坡風險的受損率一般不是太高。全區的高風險區受損率僅可能達到11%，其他風險區的損失率更低。

在完成以上準備之后，可以對汶川地震極震區滑坡風險進行綜合評估。根據表1、圖1表示的汶川地震極震區滑坡風險分布，表2、表3表示的汶川地震極震區滑坡概率，表4表示的汶川地震極震區滑坡風險受損率的統計結果，評價5類滑坡風險區可能分別承擔的風險損失概率。即：

(8)

式中：γ為風險損失概率。

表10　汶川地震災區全區滑坡風險綜合評估

圖3　5類型滑坡風險區對全區綜合風險貢獻關系圖

同時，5類滑坡風險區的綜合風險貢獻關系符合如下規律模型。

(9)

式(9)說明，隨著滑坡風險區的等級變化，綜合風險貢獻與風險等級呈線性函數發展關系，并且相關性好。

采用以上方法，對汶川地震極震區各縣市滑坡風險進行綜合評估，也可獲得各自的評估說明和規律曲線模型。

5結論

地震滑坡風險評估包括三方面的內容，即風險分布評價、風險概率評價、風險損失評價。而單一的風險評價不能真正代表風險評估的內容。本文根據評估的原則對汶川地震極震區10個縣市的滑坡風險進行了綜合評估。

地震發生后，由于政府采取了滑坡危險地帶主動搬遷避讓的恢復重建措施，極震災區的滑坡風險明顯降低。滑坡風險主要由全區9.03%面積

的高風險區承擔。其余區域的滑坡風險很小，所以極震災區大部分區域是安全的。

風險評估中，滑坡風險損失評價是一項比較難以確定的指標。目前的統計方法還達到不到包括人員在內的損失評價，只能滿足固有資產的統計。因此可能使滑坡綜合風險評估內容有所不足。

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Landslides Risk Assessment Method of Wenchuan M8.0 Earthquake Region

Qiao Jianping1, 2, Wang Meng1, 2and Wu Caiyan3

(1.KeyLaboratoryofGeo-surfaceProcessandMountainHazards,CAS,Chengdu6100412,China;

2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,CAS,Chengdu610041,China;

3.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China)

Abstract:We adopt the assessment method based on the three factors of landslide risk as risk zonation, risk probability and risk loss to evaluate the landslides risk of Wenchuan earthquake meizoseismal area, which including 10 counties with the whole area of 26 000 km2. Results show that although the higher risk region covers 9.03% area of the total, it makes 42% contribution to landslide occurrence probability and risk loss. The high risk region covers 14.61% area of the total and makes 42% contribution to landslide. The moderate risk region covers 22.28% area of the total and makes 19% contribution to landslide. The low risk region covers 37.93% area of the total and makes 11% contribution to landslide. The safe region covers 16.15% area of the total and makes 3% contribution to landslide. As results of effective prevention measures, the risk of landslide is reduced significantly after earthquake.

Key words:Wenchuan M8.0 earthquake; meizoseismal area; landslide; risk assessment

作者簡介：喬建平(1953-)，男，四川成都人，研究員，博士生導師，研究方向為滑坡規律、滑坡機理與滑坡危險度區劃、地震滑坡. E-mail：jpqiao@imde.ac.cn

基金項目：科技部重點國際合作項目(2013DFA21720)

收稿日期：2015-06-19修回日期：2015-08-03

中圖分類號：X43;P642

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)01-0055-05

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.012