山區高邊坡滑坡風險研究與進展

田曉蓉

(長江職業學院,湖北 武漢 430223)

1 滑坡災害及其危害

1.1 中國滑坡災害

自2000年以來,長江三峽地區已發生7處9起山體滑坡導致的河道堵塞和通航中斷事件。岷江在公元前10年、1437年、1449年和1773年曾多次發生滑坡,近30年來,我國西部地區發生了多起比較大規模的山體滑坡和特大山體崩塌事故。1996年6月10日巴東縣二道溝山體滑坡,同年10月29日三道溝山體滑坡；2001年5月1日四川省重慶市武隆縣江北西段山體崩塌；2008年5月12日汶川縣蘆山大地震洪澇災害造成15000多處山體滑坡、崩塌；2013年1月11日,云南省鎮雄縣果珠鄉發生特大地震和山體滑坡洪澇災害,同年7月10日上午,四川省都江堰市高速公路發生特大山體滑坡,7月26日,汶川縣劉家河壩地區發生高位山體滑坡；2014年8月27日,貴州省黔南州福泉市發生特大山體滑坡同年10月10日,陜西省延安市黃巖高速公路發生特大山體滑坡；2015年8月12日,陜西省山陽縣中村鎮突然滑坡發生特大山體滑坡；2016年9月28日,浙江省麗水市遂昌縣發生特大山體滑坡；2017年6月24日,四川省阿壩州茂縣疊溪鎮新磨村一條河道突發特大山體滑坡高位垮塌；2018年4月30日,山西省呂梁市離石區棗林鄉彩家莊南溝發生特大山體滑坡；2019年7月23日,貴州省六盤水市水城縣雞場鎮坪地村岔溝組發生了山體滑坡；2020年3月27日,貴陽市觀山湖區金清大道貴州商品混凝土有限公司廠區發生了山體滑坡。歷次山體滑坡事故，都造成人員傷亡和財產損失，嚴重威脅到人民群眾的生命健康安全和財產安全。

1.2 國外滑坡災害

在國外,滑坡及其危害一樣嚴重而廣泛。1939年加拿大的montagneuse河谷地區發生了歷史最大的滑坡,堵塞的河流形成115 km長的雙曲拱壩水庫；1952年冬天發生的美國洛杉磯火山滑坡造成750萬美元的經濟損失；1963年夏天，意大利monvajontuse雙曲拱壩下游庫區發生大規?；鹕交?造成的火山涌浪奪去了雙曲拱壩下游2400余人的生命；1977年瑞典塔維滑坡,造成150多間的房屋受到破壞或遭受重創,9人因此喪生,直接的經濟損失約115億瑞典克朗。事實上,諸多的國家和城市或地區,如目前日本的新瀉縣及其附近的鄰縣、俄羅斯的東北高加索及黑海沿岸、英國的南威爾士、美國加州與德克薩斯州等,均為大型滑坡多發的地區。

2 國內外滑坡風險研究動態

2.1 國外滑坡風險研究

國外對于滑坡危險性的研究早于我國,因此滑坡風險研究的體系也已經基本形成。根據對不同類型的滑坡風險也都給出了正確的定義,其研究內容大同小異。一般認為滑坡的風險應是滑坡的風險性與滑坡易損性的基本研究內容,并以滑坡風險管理的重要性為研究目標,進行滑坡風險管理以其危害的嚴重程度和滑坡易損性為依據,以滑坡風險分析、風險評價、風險評估和滑坡的風險區劃為主要依據和支撐。

2.1.1 風險分析與研究

滑坡災害風險分析在地質災害風險的初級階段分析中具有重要的意義。國內外的研究,主要以澳大利亞和中國香港為主要代表。新加坡和澳大利亞以多年科研積累為基礎,對于地質災害對個人、群體，財產或自然環境等所造成的地質災害風險和影響進行了準確估算,包括分析地質災害范圍的確定、地質對災害的影響因素識別、災害發生的影響因素概率和災害發生頻率的影響因素估計、承載體對易損性的影響因素估計等。新加坡和中國香港則將研究側重點放在了滑坡地質災害的識別、滑坡地質災害發生的頻率及影響易損性的因素、滑坡災害影響因素分析等20多個方向。

2.1.2 風險評價研究

風險評價階段在對滑坡承載體風險易損性分析階段研究結束后,根據可能發生滑坡危險的程度、滑坡承載體數量以及易損性風險分析的結果,采用了相應的風險評價技術和方法,定量地評價滑坡可能發生的滑坡承載體危險的區域、風險的規模、風險承載體發生的可能性和風險承載體分布的范圍。意大利和土耳其基于一定的承載標準或者高于允許承載標準的數據進行風險的計算和對風險的估計,主要是包括4個方面:風險數據的收集、危險性分析評價、易損性分析評價和風險評價。土耳其和意大利主要是研究各種災害可能發生的風險概率,一定的時期內,災害可能發生的風險概率通常等于或大于其給定的風險閾值。

2.1.3 風險評估研究

該階段研究在滑坡風險分析與評價的基礎上,對災區人員的危害、可能造成的財產損失和人員傷亡進行綜合預測,并說明災害損失的類型、分布范圍和程度。美國初步評估主要分析了滑坡災害的范圍、可能導致受到滑坡影響的地區居民和其財產、可能因滑坡造成的經濟損害嚴重程度以及發生滑坡的周圍社會環境對經濟的影響。法國、澳大利亞等將進行風險評估分析包括如何進行風險評估和風險評估的分析。包括是否對現有的風險措施是否完全可以實行零容忍,以及國務院是否明確建議中國利用現有的體制采取緩解風險措施。

2.1.4 風險區劃研究

以上區域空間滑坡災害風險的研究不僅可以針對單個區域空間滑坡,而且可以廣泛地運用到整個區域性的山體空間滑坡，該研究階段的主要目的之一是劃分和準確評價區域性山體空間滑坡的主要風險范圍、等級及其發生的概率,為對區域空間滑坡的風險評價進行分析提供了條件。法國、意大利將滑坡研究地區劃分為若干個研究區具有相同的滑坡災害危險度的研究區域。意大利和美國根據實際或潛在的區域空間滑坡災害和其脆弱性進行研究區域范圍或風險等級的劃分。

2.1.5 風險管理

澳大利亞系統地將管理風險的政策、過程和實踐經驗，應用于自然災害風險的識別、分析、評估、緩解和風險監測的過程中。意大利和法國則系統地應用管理政策風險識別、分析、評價、減災和緩解風險監測于研究災害保護對象發生的具體過程和實踐中。德國、瑞士的自然災害研究主要包括自然災害風險評估、保護對象的界定、規劃管理措施和其保護措施4個方面。美國和日本在對目前人類可能遭遇到的自然災害和風險保護對象進行了識別、估計和評價的基礎上,綜合運用了法律、行政、經濟、技術、教育、工程等多種手段,合理地調整了人與自然的利益關系,實現了保護人類的生命財產安全和實現大自然的可持續發展的雙重目標。

2.2 中國滑坡風險研究

國內對于滑坡的科學研究，其主要方向是滑坡分析與預測,滑坡預報研究已經有30多年歷程。從大量的文獻中看出,滑坡研究主要經歷了以下3個階段。

2.2.1 采用經驗統計方法預測階段

這個發展階段是在20世紀60、70年代。我國滑坡失穩預測主要的特點是基于宏觀現象的預測和依據經驗的預測。因此人們可以利用滑坡前方宏觀變形失穩的前兆現象等數據來預測和推斷滑坡的失穩。該方法預測存在明顯缺陷,即滑坡前方宏觀變形明顯,預測時效性差。且這些預測方法依據宏觀經驗,精度不高,在此期間,國內對于滑坡失穩預測的研究和報道較少。只有李天池等國內的研究者大膽地做了一些具有探索性的研究工作。

2.2.2 位移時間統計分析預測階段

這一發展階段在20世紀80年代,國內外大量的學者開始運用現代數學手段和滑坡預測理論進行模型研究擬合不同的模型滑坡位移-時間曲線。根據王思敬建立的滑坡預測模型,對我國滑坡時間曲線進行了綜合預測。1984年,王思敬教授首次提出了對邊坡失穩前總變形和滑坡位移時間曲線速率的綜合預測的理論和方法;1988年,王蘭生等首次將滑坡灰色系統的理論和方法引入了對滑坡位移時間曲線的模型擬合和外推。這些先進的理論和方法使得滑坡灰色系統預測的方法向定量化的方向邁進。然而,這一發展階段雖然更加注重對滑坡預測理論和方法的深入探討,但對與我國滑坡密切聯系的一些基本的問題,如對觀測數據的收集分析、處理、預測的時序等,還是對滑坡缺乏深入的了解,關于對滑坡預測基礎的研究與滑坡預測相結合的深入探討還比較少,很少有人采用上述先進的統計學理論和預測方法來準確考慮滑坡預測的參數和對邊坡失穩前總變形發生破壞的機理,降低了滑坡預測的效率和進度。

2.2.3 綜合預測模型及預測準則研究階段

隨著對于滑坡物理現象研究的發展和深入,人們在20世紀90年代認識到,位移-滑坡時間曲線的外推和擬合方法只能對于滑坡的短期行為和滑坡的趨勢特征做出有限的分析和預測。在多種滑坡影響因素的相互作用下,特別是非線性多種因素的相互作用下,很難準確、可靠地分析和預測滑坡的長期行為,這一時期我國已經對滑坡有很多的研究成果,如灰色理論、模糊數學、專家系統、協調、分歧、自組織、控制論,信息論、系統論等,都以定量跟蹤滑坡預報的科學思想和方法來進行研究;對滑坡的預報不僅本質上是一種純粹的經濟學方法,而且同時也是一種精確的趨勢預報,邊坡的變形破壞和滑坡機理的分析必須與一種定量跟蹤預報的方法相結合,必須對與實際滑坡密切聯系和相關的重要影響因素進行系統性的研究和針對性的分析。因此,人們也開始更加關注對滑坡的系統性宏觀趨勢前兆和滑坡宏觀趨勢判據的深入研究,并且也開始從滑坡物理現象和滑坡物理數學模型的微觀分析角度來深入探索對滑坡的預測。

3 滑坡風險研究的發展趨勢

3.1 滑坡風險研究的不足之處

(1)國外對于滑坡風險的認識和研究較早,滑坡風險的認識和分類已基本完全形成形成了。但是具體的滑坡風險研究方向和體系還不能建立和完善,世界上幾乎所有發達國家的滑坡風險研究方向和體系還不完善或不明確。

(2)國內對于滑坡風險的認識和研究起步較晚,目前對于滑坡風險的基本定義和風險分析的認識和研究還比較模糊。在大量的文獻資料中,對于滑坡風險不同發展階段的認識和研究內容形式往往混淆不清,如滑坡風險的分析、風險評價、風險評估和滑坡風險區劃等。其基本概念難以明確,適用范圍也不盡相同。

3.2 滑坡風險研究的未來展望

滑坡地震災害是發生在人類經濟社會和生活環境中最嚴重的自然災害之一,其災害發生的頻率和影響廣度遠遠都要大于其他地震性的災難。但是關于滑坡風險的研究中仍然存在許多不確定的風險因素,從根本上影響著我國滑坡風險預測的研究發展。未來的研究發展應向進一步影響滑坡風險因素的定量化、預測可靠度和分析精準化的研究道路上探索。國內關于滑坡的風險預測研究將進一步走向系統化、理論化,并對于滑坡風險的不同發展階段研究形成明確的研究理論體系。同時,智能滑坡綜合風險預測和3s監測風險預報分析技術的應用，將是我國滑坡危險性預測研究及其發展的重要方向。