梵凈山景區地質災害應急疏散過程模擬

吳正超, 鐘焰梨, 向喜瓊,2

(1.貴州大學 自然資源部 喀斯特環境與地質災害重點實驗室,貴州 貴陽 550025; 2.貴州大學 資源與環境工程學院,貴州 貴陽 550025)

大量地質災害防治工程的實踐表明,應急疏散對防災減災的影響常常是十分顯著的,它是地質災害防治中不可或缺的重要輔助措施之一。而近些年來隨著國內旅游地項目的大量開發,旅游人次不斷地增加,景區在地質災害發生后，游客怎樣安全地疏散的問題日益突出。早在20世紀70—80年代,美國學者就開始探索運用應急疏散模型來進行系統研究,研究的災害是以颶風和核泄漏為主,如:2005年卡特琳娜颶風和三里島核泄漏事件。國內應急疏散的研究方向側重于大型交通事故中車輛的應急疏散和大型公共建筑火災中人員的應急疏散,如:張艷芬[1]利用Anylogic仿真軟件對北京南站的不同疏散方案參數進行仿真模擬,并對仿真數據分析,為今后北京南站的應急疏散管理提供了參考建議;趙姝穎等[2]提出一種基于CA的人員應急疏散模型,以研究應急系統中人員的疏散策略,并改進同類模型中的地場方法,其仿真方法的直觀性、靈活性和可擴展性都為此類研究提供了一個很好的研究思路;王付明[3]結合人員應急疏散系統的特點,運用系統動力學仿真結構模型，分析出應急疏散系統中主要因素間的內在影響關系。

然而對景區的地質災害應急疏散過程研究幾乎無人涉及。在梵凈山景區地質災害特征研究的基礎上,借鑒交通運輸和建筑防火應急疏散方面的研究成果,對景區的地質災害應急疏散過程進行模擬，其研究成果對景區的地質災害風險管控具有借鑒意義。

1 景區概況

梵凈山景區位于貴州省東北部的銅仁市江口、印江、松桃三縣交界處,為一級世界生態保護區、國家級自然保護區,年接待游客總數超百萬人次。根據蔣麗君[4]對梵凈山景區地質災害風險評價結果顯示:梵凈山景區地質災害主要分布在紅云金頂子景區,有12處大小不一危巖體。據紅云金頂景區游客量統計數據:旺季正常情況下景區總人數約為107人(紅云金頂68人,觀景臺31人,工作人員8人);旺季高峰期情況下景區總人數約為139人(紅云金頂86人,觀景臺45人,工作人員8人)。由于紅云金頂地形地貌條件特殊,有發育高約104 m的孤立巖柱,且為到達紅云金頂位置只有一條環形步道,下山也只有一條步道。游客游覽景區路徑如表1。

表1 景區游覽路線Table 1 Tourist routes of scenic spots

2 應急疏散過程

疏散是指災害發生前,在有關部門的組織和管理下,處在災害威脅區域的人員為減少生命財產損失,采取有計劃、有目的地離開受災區的避險行為。疏散過程是離開出發點(威脅范圍)到安全離開危險區域的過程。

2.1 應急疏散影響因子

疏散時間指游客離開出發點(威脅范圍)到安全離開危險區域的過程中所耗費的時間,它是評價應急疏散成功與否的關鍵。然而影響景區疏散時間的因素有很多,總體來說影響疏散時間的因素可分為四大類:①災害特性。地質災害類型、規模大小、發生時間、發生地點等，如泥石流與崩塌給予游客可疏散時間就相差很大。②景區特性。景區地形地貌、景區面積大小、游覽線路、掩護體情況，到安全區域的距離等;③游客特性。游客數量、年齡組成、身體狀況、空間分布、疏散行為、災害經驗等;④組織管理。決策方案、游覽線路管理、保障措施、救援措施等。

2.2 疏散時間

疏散時間的估計在災害疏散研究領域占有重要地位。估計疏散時間的方法大致分為兩類:經驗方法和物理模擬方法。經驗方法指根據主觀判斷和經驗或調查統計資料來預測和估計疏散時間的方法。TWEEDIE等[5]根據專家調研數據,提出利用瑞利概率分布函數估計疏散人口比例與疏散時間的關系:

f(t)=1-exp(-t2/T)

式中：f(t)為疏散人口百分比;t為疏散時間(min);T為假設的全部疏散完成的時間。

物理模擬方法指主要采用游客流量計算方法進行模擬分析,通常用于大規模的災害疏散模擬。具體分析過程可分為四個步驟:

(2) 游客流量需求分析。按照不同風險等級區域的疏散方案和對應的游客分布,估計不同交通區段的疏散可能的車流量和游客流量。

(3) 游覽線路網絡容量分析。根據疏散方案確定相應疏散路徑,分析游覽線路網絡特性,如可能行進的路徑、交匯的方式、道路特性(路寬、路長等)、線路瓶頸等,估計整個游覽線路網絡的容量。

(4) 游覽線路與游客管理分析。由于在較短時間內要完成幾乎整個景區的疏散,游覽線路網絡將承受比景區旺季高峰時期更巨大的壓力,因此在疏散過程中需要采取相應的措施保證游客疏散效率。常用的方法有：①采用智能信息系統動態跟蹤整個疏散網絡的情況,及時合理地分配游客流量以盡量避免局部擁堵現象;②使用路肩或者部分人行道甚至采取逆線路來增大線路容量;③充分考慮游客特性,規定不同年齡和身體條件游客不能參與不適宜的游覽項目來控制景區游客的流量。

2.3 景區疏散線路和避險場所規劃設計與仿真

景區避險場所應屬于緊急避難場所范疇,按規范要求避險疏散相關參數如表2所示[6]。

表2 避難場所內通道的有效寬度Table 2 Effective width of passage in shelter

對于景區疏散線路和避險場所的仿真,要充分結合景區的特殊交通和場地的條件,采取因地制宜的方法進行設計。應用軟件仿真平臺,依據規范的技術標準,結合具體的景區地質災害風險評價劃分的結果,設計出的方案應符合實際可行的疏散路線和避險場所的位置和大小。

2.4 應急疏散模擬參數與結果分析

模擬參數設置主要包括兩個方面,景區疏散線路參數與游客屬性參數。景區疏散線路參數包括路寬、路段運輸能力、景區環境承載力;游客屬性參數主要是行走速度、游客性別比例、年齡分布。

當景區地質災害發生時,游客將按照設計好的應急疏散路線進行疏散。對于疏散模擬,軟件自帶有疏散指令代碼,可以通過鼠標點擊事件來觸發疏散代碼指令,使疏散信息傳給全景區游客。在模擬過程中,游客可以自主選擇路徑最短的疏散路線進行疏散。同樣在疏散過程中,軟件的圖表統計分析功能對疏散時間和各個避險場所使用的各項設計指標來進行模擬驗證，從而實現景區游客應急疏散設計的優化論證,使景區的應急疏散線路和避險場所設計能更進一步滿足地質災害發生時游客應急疏散的要求。

服務器：云服務器,Windows2008Server 服務器系統和Apache為平臺，MYSQL數據庫系統。

對于地質災害發生后,游客疏散和地質災害發展是沿同一條時間線不可逆地進行的兩個過程[7]。游客能否安全疏散取決于兩個特征時間:一是游客所需安全疏散時間(RSET)；二是可利用的安全疏散時間或危險來臨時間(ASET)。根據安全疏散判定標準,通過比較RSET和ASET,給出評估結果，即:RSET

圖1 安全疏散時間的判定標準Fig.1 Judging criteria of safe evacuation

若不等式成立,表明游客能夠安全地撤離危險區域,滿足疏散要求。否則就需要調整設計方案,直至其滿足相關要求。對于地質災害來說,如果不等式成立這表明受災體能夠安全地撤離危險區域。否則受災體就會受到地質災害影響而發生損壞。因此景區地質災害安全疏散時間(RSET)指從地質災害啟動時刻到游客疏散至安全區域的時間間隔。主要包括地質災害告警時間T1、游客疏散準備時間T2和疏散運動時間T3可表示為:

RSET=T1+T2+T3

式中：T1是指地質災害預警時間;T2是指選擇疏散路線時間；T3是指疏散動作開始至到達安全區域過程所用時間。

3 應急疏散過程模擬

對于景區地質災害應急疏散主體是游客,游客疏散主要形式為步行,也就是說游客來不及借助交通工具疏散。因此景區應急疏散過程模擬研究中,應以行人疏散模型模擬為重點,才能有效地模擬出游客疏散的過程。

按照前述的思路和步驟,對梵凈山紅云金頂景區地質災害游客疏散過程進行模擬。在威脅區內,當地質災害發生時,如有游客仍在此區域則認為地質災害對該游客影響結果是死亡。在未威脅區,當地質災害發生時,如有游客仍在此區域則認為地質災害對該游客影響結果是沒有受到傷害。根據此方法,運用Mapgis軟件將危巖體WY2、WY4、WY11劃分為地質災害高危險區、中危險區、低危險區作為研究對象,其結果如圖2所示。

圖2 景區地質災害風險評價和疏散規劃圖Fig.2 Geological disasters risk assessment and evacuation planning map of scenic spot1.高危險性;2.中危險性;3.低危險性;4.B1避險場所;5.廟宇;6.步道;7.危巖及編號;8.大型石塊。

針對地質災害應急疏散過程模擬應用進行初步探討,對景區環境主要選取旅游路線、觀景臺和金頂、地質災害風險范圍、避險場所等關鍵要素以1∶1 000比例尺建立模型如圖2,選取對WY2地質災害應急疏散過程進行針對性模擬分析。WY2地質災害威脅區域游客,疏散路線只有兩個主要方向即:①繞山下山;②直接下山。由此可得到兩種疏散方案:方案A即為當WY2發生預警時,上山路段越過WY2影響路段的游客繼續往山頂疏散，未到達影響范圍的游客往山下方向疏散,范圍內的游客全部往山下B1避險場所疏散,其余路段往山下方向疏散;方案B即為當WY2發生預警時,越過WY2影響路段的游客繼續往山頂疏散,未到達影響范圍的游客往山下方向疏散,范圍內的游客分別往山下B1避險場所疏散和山腰B2避險場所疏散,其余路段往山下方向進行疏散。對兩種方案之間區別:方案A充分利用已有的景區基礎設施進行疏散的路徑和避險場所設計,更好地保護景區環境;方案B利用山腳較緩和地勢新增疏散路徑和B2避險場所。

景區游客分布和數量都會隨著時間成動態變化,WY2地質災害疏散模擬是隨機選取受威脅游客量最大時刻進行的模擬。WY2影響范圍和避險場所內游客數量進行實時統計分析結果如圖3、圖4所示。

圖3 疏散時間與游客數量關系時程線Fig.3 Time line of relation between evacuation time and number of tourists

圖4 疏散邏輯與避險場所人數時程線Fig.4 Evacuationlogic and time line of number of tourists in safe places

從以上結果可知:方案A，WY2地質災害應急疏散時,受威脅游客人數為32名,完成疏散時間為102 s;方案B，WY2地質災害應急疏散時,受威脅游客人數為41名,完成疏散時間為103 s,其中19人進入B2避險場避險,22人進入B1避險場地避險;從游客疏散效率分析,方案A疏散效率為0.313人/s,方案B疏散效率為0.398人/s。由此對于WY2應急疏散方案B更加高效,減災防災效果明顯。

4 結語

景區地質災害發生時，影響游客疏散的因素眾多,比較其它災害人群疏散的影響因素有著明顯不同。對于景區影響游客疏散的主要因素可分兩個方面:一方面是誘發景區災害發生的客觀因素,如景區地形地貌、地層巖性與構造、人工活動程度等;另一方面是影響景區游客的分布因素,如景區游覽路線的規劃布置、景區景點的分布、景區游客量的容量等。

景區的地質災害游客疏散時間的估計計算主要是根據景區地質災害本身從形成到破壞成災這整個過程的時間。景區的危巖體地質災害,危巖體從變形產生裂縫到脫離巖體滾落對游客造成傷害形成災害過程所需時間。這一時間決定應急疏散可用的時間。

從景區實地調查獲取景區地理空間信息和地質災害特征,然后通過對景區地質災害風險評價的結果進行規劃景區游客的疏散路線，最后再采用軟件模擬出疏散過程并分析結果。

綜上所述,提出了旅游景區的地質災害應急疏散的影響因素、估計疏散時間的方法和步驟。對梵凈山紅云金頂景區應急疏散過程進行模擬仿真研究,利用軟件模擬了梵凈山紅云金頂景區WY2地質災害險情突發時,游客應急避險的整個過程,對比兩種應急疏散的模擬方案,根據分析對比結果,科學合理地設置應急避險場所是景區地質災害風險管控的有效措施之一。