山區橋梁建設期泥石流災害風險評價

程杰

(蘇交科集團股份有限公司,江蘇南京 210017)

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山區橋梁建設期泥石流災害風險評價

程杰

(蘇交科集團股份有限公司,江蘇南京 210017)

摘要:為了對山區橋梁建設期防范泥石流災害提供科學的決策依據,文中從泥石流發生的潛在危險性、橋梁的抗災能力兩個方面構建風險評價指標體系,利用流域環境動態函數與降雨條件函數進行潛在危險性評價,再利用模糊綜合評價法對橋梁進行抗災能力評價,求得山區橋梁建設期發生泥石流災害的風險度,并將該理論和方法運用到實例中,對某山區一座在建先簡支后剛構橋梁建設期發生泥石流的可能性及危害進行評價,驗證其可行性。

關鍵詞:工程管理;橋梁;泥石流災害;危險性評價;抗災能力評價;模糊綜合評價

橋梁是布設于地表的一條帶狀構造物,在碰到各種地質災害時難免會遭到破壞,而山區的地形地貌復雜、地質條件不穩定、地質災害十分頻繁,對山區橋梁構成較大威脅。其中泥石流的暴發通常較突然,且歷時短暫、速度快、破壞力強,能將大量固體物質沖出山外。泥石流會以沖刷、撞擊的形式對流經區域的橋梁造成直接破壞,泥石流的沉積還會對河道造成淤塞,引發水流沖毀橋梁的上部結構。因此,尋找一種科學的方法預估泥石流對橋梁的破壞性,對山區橋梁建設期防范泥石流災害意義重大。

1 泥石流災害風險評價原理

1.1 泥石流災害風險分析

對泥石流災害進行風險評估,就是對可能遭到破壞的承載體附近泥石流可能發生的概率及其可能損失進行評價和估算的過程。根據聯合國救災組織對自然災害風險的定義,其中包含致災因子和脆弱性兩個因素。因此,發生泥石流災害的風險度D可通過下式來計算:

式中:D∈[0,1];H∈[0,1],表示潛在危險性;F∈[0,1],表示抗災能力。

泥石流風險度等級劃分見表1。

表1 泥石流風險度等級

1.2 評價體系的建立

對山區處于建設期的橋梁進行泥石流災害風險評價,就是分析在橋梁附近發生泥石流災害的可能性及發生泥石流后對橋梁會造成多大破壞兩個方面,評價指標體系見圖1。

圖1 山區橋梁建設期泥石流災害風險評價指標體系

2 泥石流風險評價方法

2.1 潛在危險性評價

通過對某區域內歷史災害發生的強度及誘發泥石流災害的風險因素兩方面進行潛在危險性評價。歷史災害發生強度為誘發災害風險評價提供依據與補充,對泥石流的活動程度進行綜合評價,反映該區域內發生泥石流的可能性。

采用環境動態函數E與降雨條件函數R的乘積Y來判斷泥石流是否發生。由于人類活動因素可通過一些制度進行約束,量化較難,只考慮其他因素對泥石流的影響。

(1)環境動態函數為:

式中:Ki為誘發因素統計權重;Ni為誘發因素的量化評分值(見表2)。

E取值的含義如下:E＜3.5時,流域環境穩定;若3.5≤E＜8.4,則流域環境基本穩定;8.4≤E ＜11.37時,流域環境不穩定;E≥11.37時,流域環境很不穩定。

表2 環境動態因素的量化評分值

(2)降雨條件函數為:

式中:K為降雨修正系數,K＞1;H24為該地區1 d的最大降雨量(mm);H24(D)為降雨量在1 d內可能引發泥石流的界限值(mm);H1為該地區1 h最大降雨量(mm);H1(D)為降雨量在1 h內可能誘發泥石流的界限值(mm);H1/6為該地區10 min最大降雨量(mm);H1/6(D)為降雨量在10 min內可能誘發泥石流的界限值(mm)。

H24(D)、H1(D)、H1/6(D)的取值見表3。

表3 引發泥石流界限值的取值　mm

R取值的含義如下:R＜3.1時,表示安全雨情;3.1≤R≤4.2時,表示可能發生泥石流的概率P＜0.2;4.2＜R≤10時,表示可能發生泥石流的概率為0.2≤P≤0.8;R＞10時,表示可能發生泥石流的概率P＞0.8。

(3)泥石流是否發生的綜合判別函數為:

各參數取值見表4。Y取值的含義:25＜Y＜35 時,泥石流發生的幾率約為64%;Y≤25時,發生泥石流的幾率約為17%;Y≥35時,發生泥石流的幾率約為85%。

表4 判別函數值

2.2 抗災能力評價

泥石流爆發后,泥石流主要通過以下方式對橋梁造成破壞:1)對橋梁進行沖刷,使橋梁基礎受到掏蝕,進而破壞橋梁基礎的穩定性;2)泥石流中含有大量固體物質,加上泥石流速度快,其對橋梁的沖擊力大,造成橋梁的橋墩喪失承載力并影響橋梁的整體性能;3)泥石流若在橋梁附近沉積,會造成橋梁堵塞,進而破壞橋梁上部結構。

鑒于山區橋梁受泥石流損毀程度受其設計參數合理性的影響,加上橋梁抗災能力的影響因素具有較強的模糊性,采用模糊綜合評價法對山區橋梁的抗災能力進行評價,評價指標等級見表5。

表5 橋梁抗災能力評價指標等級

分值A的含義如下:0.8＜A≤1時,橋梁具有極低抗災性;0.6＜A≤0.8時,橋梁具有低度抗災性;0.4＜A≤0.6時,橋梁具有中等抗災性;0.2＜A ≤0.4時,橋梁具有高度抗災性;當0＜A≤0.2時,橋梁具有極高抗災性。

3 實例應用

某山區正在建設一座橋梁,該橋梁主跨180 m,為先簡支后剛構。橋址處為一發育不穩定斜坡,傾角約40°,坡體呈松散狀態,存在發生泥石流的潛在可能性。橋梁跨越段河道寬320 m,河底標高136 m,橋梁呈80°跨越。

3.1 潛在危險性評價

(1)環境動態函數。根據該橋所處位置的地質狀況給出量化評分(見表6)。按式(2)計算,得E= 10.85,流域環境不穩定。

(2)降雨條件函數。通過查閱該地區的歷史降雨資料,取H24=158.9 mm、H1=70.8 mm、H1/6=11.8 mm。根據經驗,取K=1.2,該地區年平均降雨量為1 046 mm,得H24(D)=60 mm、H1(D)=20mm、H1/6(D)=10 mm。按式(3)計算,得R=7.37,可能發生泥石流的概率接近60%。

表6 環境動態函數量化評分

(3)泥石流發生判別函數。按式(4)計算,得Y =79.96。發生泥石流的幾率約為85%,屬于極高度危險區,在施工過程中應采取相應措施降低風險。

3.2 抗災能力評價

首先建立評價集V={極低抗災性,低度抗災性,中等抗災性,高度抗災性,極高抗災性}={1,0.8,0.6,0.4,0.2},然后邀請相關專家對抗災能力評價中各影響因素進行打分,從而確定各指標權重W(見表7),構建隸屬度矩陣R(見表8)。

表7 各指標權重

求得模糊向量B=W·R=(0,0,0.313 3,0.530 1,0.156 6),得:

表8 抗災評價指標評判的隸屬度

可見,該橋梁為中等抗災能力,若發生泥石流,會對橋梁造成一定程度的損害。

3.3 風險度計算

根據上述計算結果,該橋潛在危險度約為0.85,抗災能力為0.431 3,按式(1)計算,得該橋發生泥石流災害的風險度D=0.367。根據表1,該橋所在區域泥石流災害風險為高度風險。評價結果與實際情況相符。

3.4 對策建議

由于該橋的抗災能力一般,而發生泥石流的潛在危險性卻很高,需提高橋梁的抗災能力。在建設中要合理開挖,不能破壞山坡表層;同時合理進行采石,合理處理棄土、棄渣。在可能形成泥石流的區域修建排水工程如排水渠,在可能發生泥石流的源地采取工程措施,如修建攔砂壩、護坡等,還可修建一些排導工程如導流堤、排導溝等控制泥石流的流向,從而減少對橋梁的損害。

4 結語

該文在系統分析影響泥石流發生的因素及泥石流對橋梁破壞方式的基礎上,構建了山區橋梁建設期泥石流災害風險評價指標體系,綜合潛在危險性和抗災能力兩方面來衡量發生泥石流災害的風險度。實例運用表明,該理論和方法的評價結果與實際情況相符,表明其具有一定的現實意義,可為山區橋梁建設期防范泥石流災害提供決策依據。

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收稿日期:2015-12-04

中圖分類號:U445.1

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0236-04