地質(zhì)災(zāi)害評估

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南初論

  地質(zhì)災(zāi)害(這里主要指崩塌、滑坡、泥石流,相當(dāng)于國際上廣義的滑坡風(fēng)險評估與管理在國際上越來越流行、越來越普及,已經(jīng)成為國際減災(zāi)防災(zāi)戰(zhàn)略的重要成分[1-2],特別是進(jìn)入21 世紀(jì)以來,國際滑坡風(fēng)險管理的推廣應(yīng)用成為熱點, 每年至少召開一次相關(guān)的國際專題討論會和推廣培訓(xùn)會議,積極宣傳討論滑坡風(fēng)險評估與管理的成熟經(jīng)驗、技術(shù)方法和熱點問題[3-6]。盡管在實施地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估與管理過程中還有很多難點問題和困惑, 但是世界上許多學(xué)者都在努力研究探索, 不斷改進(jìn)完善這個過程[2, 7-14],其中不斷改進(jìn)完善滑坡風(fēng)險評估指南是主要途徑之一。目前,國際上滑坡風(fēng)險評估指南已經(jīng)出版了3~4 版(代)[11, 14-15],國內(nèi)相關(guān)研究也早有開展, 在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估與管理方法的系統(tǒng)研究方面也有大量探索研究[16-21],但是至今國內(nèi)沒有正式出版地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南。因此,本文在分析總結(jié)近年來大家潛心研究的基礎(chǔ)上, 從地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估的目的、基本原則、結(jié)構(gòu)層次、主要內(nèi)容、易發(fā)程度、危險性和風(fēng)險評估定性-定量化工作流程等方面,初步總結(jié)了如何編寫突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害崩塌、滑坡、泥石流)風(fēng)險評估技術(shù)指南,試圖為國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南正式編輯出版提供基礎(chǔ)。
 
 
  目的與基本原則
 
  1.1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估指南研究的目的
 
  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估是在地質(zhì)災(zāi)害空間預(yù)測評價的基礎(chǔ)上綜合考慮人員、社會經(jīng)濟(jì)要素和抗災(zāi)能力的綜合預(yù)測評價,不僅需要評價時間概率,還需要進(jìn)行空間預(yù)測。多年來,這個領(lǐng)域中的很多術(shù)語概念、結(jié)構(gòu)層次和工作流程比較模糊, 特別是在與國際接軌又適合中國大陸實際情況方面還有差距。因此,多年來致力于研究編寫地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南,主要是為了闡明突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡、泥石流)風(fēng)險評估與管理的指導(dǎo)性原則, 促進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估有關(guān)術(shù)語概念、技術(shù)方法、主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)層次向更規(guī)范、更國際化和更適用于中國實際情況的方向發(fā)展。
 
  1.2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估的基本原則
 
  (1)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估通常基于3 種假設(shè)
 
  ①過去對未來有一定的指示作用, 因此過去曾經(jīng)發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)未來也有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害, 即基于歷史和現(xiàn)實資料預(yù)測未來地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展趨勢和過程。
 
  ②具有與曾經(jīng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)相似的地形、地質(zhì)及地貌因素的地區(qū)未來也有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。在實際應(yīng)用過程中,這種假設(shè)一般是合理的,但是也應(yīng)該注意到可能存在一些例外的情況, 如地質(zhì)歷史時期形成的古、老滑坡不僅使斜坡地形地貌發(fā)生了變化, 而且滑坡形成時的不良條件組合亦不再具備。
 
  ③導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本要素能夠有效識別。風(fēng)險的構(gòu)成要素能夠有效識別、表達(dá)或量化,風(fēng)險評估中的易發(fā)程度、危險性和風(fēng)險都可以用定性與定量方法來表征和描述。
 
  (2)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估工作精度的分級原則
 
  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估工作精度分級是進(jìn)行規(guī)范化和程序化研究的重要步驟, 有利于不同學(xué)者在同一地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險評估工作的對比分析。長期以來,在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評價和風(fēng)險評估方面, 國內(nèi)對于資料的質(zhì)量和精度分析比較少,大多強(qiáng)調(diào)技術(shù)方法的改進(jìn)。
 
  實際上,基礎(chǔ)資料、數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度直接影響預(yù)測評價的結(jié)果。因此,對基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)和工作精度進(jìn)行質(zhì)量分級, 有利于風(fēng)險評估精度的提高和成果的推廣應(yīng)用。參考國際上同行的經(jīng)驗,結(jié)合國內(nèi)目前的實際情況及有關(guān)的研究基礎(chǔ), 初步將資料數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和評價工作的精度等級分為3 級:即初(等)級、中等、高等(詳細(xì))精度。
 
  初級工作精度:風(fēng)險評估的所有資料、信息主要來源于室內(nèi)收集分析、遙感解譯和野外現(xiàn)場線路考察編錄, 沒有進(jìn)行按比例尺的地質(zhì)災(zāi)害野外現(xiàn)場調(diào)查編錄; 重點關(guān)注地質(zhì)災(zāi)害點和點密度相關(guān)的資料信息;評估方法采用定性分析、統(tǒng)計分析和簡單模型計算評估。
 
  中等工作精度:風(fēng)險評估的所有資料、信息主要來源于室內(nèi)收集分析、遙感解譯和野外按比例尺調(diào)查編錄,只是地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查為草測或簡測;重點關(guān)注地質(zhì)災(zāi)害形態(tài)和面密度方面的相關(guān)資料信息; 評估方法采用定性分析、統(tǒng)計分析和簡單的專家系統(tǒng)或?qū)哟畏治鲈u估。
 
  高等工作精度:風(fēng)險評估的所有資料、信息主要來源于室內(nèi)收集分析、遙感解譯和野外按比例尺進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害正測調(diào)查編錄,并配合必要的工程勘查、巖土取樣測試分析和定量化模擬計算, 典型的滑坡位移仿真模擬計算。需要關(guān)注地質(zhì)災(zāi)害的體積、速度、位移、強(qiáng)度、概率方面的系統(tǒng)資料和信息;評估方法采用定性分析、統(tǒng)計分析和基于GIS 定量化空間分析模型評價。
 
  (3)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估結(jié)果的分級原則
 
  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估結(jié)果與制圖的等級不宜劃分得太細(xì)。為了便于統(tǒng)一和對比,建議不同層次的評價(易發(fā)程度、危險性、風(fēng)險)與工作精度分級相對應(yīng),分3~5 級: 初級工作精度地區(qū)的評價結(jié)果分為高、中、低3 級,中等工作精度地區(qū)分為極高、高、中、低4 級,高等工作精度地區(qū)分為極高、高、中、低、極低5級(表1)。建議不同層次的評價結(jié)果的分級數(shù)量保持一致,即如果易發(fā)程度評價結(jié)果分為4 級,相應(yīng)的危險性和風(fēng)險評價結(jié)果也分為4 級。為了制圖方便、美觀和統(tǒng)一,不同級別的分區(qū)制圖的顏色要統(tǒng)一,從低級到高級顏色逐步加深。
 
  (4)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估以定性分析為主,以定量計算評估為輔,提倡實用性的技術(shù)方法區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價需要尋找和利用空間衰減趨勢和規(guī)律,然而,崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害的發(fā)生屬于點到點的災(zāi)害(不同于地震,地震是點影響面,具有明顯的空間衰減趨勢),沒有明顯的空間衰減趨勢和漸變規(guī)律。一方面,形成崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害的地形地貌和地質(zhì)背景條件沒有明顯的衰減趨勢,不同構(gòu)造地貌單元之間、不同自然邊坡之間、不同工程巖組之間的漸變趨勢不明顯, 一般是相對截然的邊界;另一方面,崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害一般是孤立的事件過程,需要一個一個地制圖、描述和評價,每一個都具有不同的特征。單個滑坡體及其影響范圍內(nèi)危險程度沒有明顯的差異; 相同斜坡上不同滑坡之間、滑坡與崩塌之間、滑坡與泥石流之間也沒有明顯的衰減趨勢和逐步過渡的狀態(tài);不同斜坡、不同流域(沖溝)之間的滑坡分布更沒有衰減規(guī)律。崩塌和泥石流也是如此。這就給區(qū)域的風(fēng)險評估和預(yù)測評價帶來很大的困難, 空間預(yù)測評價總是希望尋找空間上的漸變趨勢, 利用空間衰減規(guī)律進(jìn)行預(yù)測評價和分區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害沒有明顯的衰減規(guī)律,對崩塌、滑坡、泥石流的預(yù)測評價會形成有限點群的散點(區(qū)帶)分布,完成依賴于數(shù)學(xué)模型的過渡插值方法,不一定與實際情況相符;而在定性分析的基礎(chǔ)上,適當(dāng)歸并散點(區(qū)帶)形成評價分區(qū),會引起一些誤差和分區(qū)的間斷,即從高易發(fā)區(qū)直接過渡到極低易發(fā)區(qū)、從高危險區(qū)過渡到極低危險區(qū)等。因此,區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃一定要強(qiáng)調(diào)以定性分析為主、定量計算為輔的基本原則。地質(zhì)災(zāi)害的形成條件、主要影響因素、誘發(fā)因素是大家公認(rèn)的,包括形成機(jī)理等是可以認(rèn)知的,只是不同地區(qū)、不同時間段的主要控制因素有所差異,因此,定性的分析評價是至關(guān)重要的、是可以得到大家公認(rèn)的。根據(jù)多年的跟蹤研究,提倡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估需要在定性分析評價的基礎(chǔ)上,采用簡單實用(最好基于GIS)的模型和方法,進(jìn)行定量預(yù)測評價,將定性與定量評價相結(jié)合,獲得不同層次的評價區(qū)劃結(jié)果。
 
  (5)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估區(qū)劃制圖比例尺及其應(yīng)用范圍不同比例尺的地圖、相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查編錄和易發(fā)性、危險性及風(fēng)險區(qū)劃制圖的類型不同,所對應(yīng)的成果精度、應(yīng)用范圍也不同。為了能夠顯示特定區(qū)劃水平要求的信息, 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價分區(qū)圖應(yīng)當(dāng)以合適的比例尺編繪。所謂合適的比例尺,強(qiáng)調(diào)不同的資料底圖對應(yīng)于不同的評價分區(qū)圖, 應(yīng)當(dāng)適用于不同的應(yīng)用對象(表2)。國內(nèi)在預(yù)測評價區(qū)劃方面還沒有這方面比較成熟的規(guī)范, 故本文參考澳大利亞地質(zhì)力學(xué)學(xué)會2007 年提出的滑坡風(fēng)險區(qū)劃指南[22],初步提出地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃結(jié)果的應(yīng)用范圍(表2)。根據(jù)目前全國質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的進(jìn)展情況,強(qiáng)調(diào)全國或者全省范圍小于1∶20 萬比例尺的調(diào)查分布和易發(fā)性評價分區(qū)圖是比較適合的, 這樣小比例尺的全國地質(zhì)災(zāi)害危險性和風(fēng)險區(qū)劃圖, 質(zhì)量和精度是難以保證的;1∶20 萬和1∶5 萬比例尺的調(diào)查和初級到中級水平的危險性分區(qū)制圖比較適合中國地(地區(qū))市級和縣市級的土地利用和防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃;而大比例尺的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、勘查、編錄和危險性、風(fēng)險區(qū)劃制圖只適用于重點城鎮(zhèn)和國家重大工程場地。
 
  (6)提倡推廣應(yīng)用GIS 技術(shù)RS 技術(shù)
 
  遙感技術(shù)GIS 技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評價中的應(yīng)用越來越普及、越來越重要。這是因為GIS 技術(shù)可以貫穿于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查編錄、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、空間預(yù)測評價區(qū)劃、監(jiān)測預(yù)警預(yù)報、防治和管理的全過程,特別是其數(shù)據(jù)更新、信息共享、信息發(fā)布及可視化功能,適合于突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評價、應(yīng)急排查評價和長期動態(tài)跟蹤,評價結(jié)果有利于為社會經(jīng)濟(jì)服務(wù)、有利于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理和控制。但是,目前熟練掌握GIS 技術(shù)、又精通工程地質(zhì)和地質(zhì)災(zāi)害的人才少之又少,還需要長期的、扎扎實實的努力。
 
  2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理的層次結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容
 
  2.1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估與管理的主要內(nèi)容
 
  突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估的主要內(nèi)容分為3 個層次,即地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價、危險性評價和風(fēng)險評價區(qū)劃。評價結(jié)果一般建議分為4 級,即高、中、低、極低,如果工作程度低,可以分為3 級,如果工作程度詳細(xì),則可分為5 級。
 
  (1)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評價:相當(dāng)于國外的滑坡敏感性(Landslide Susceptibility)分析評價,重點分析評價一個地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害已經(jīng)發(fā)生的程度, 并預(yù)測未來將要發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的傾向性; 強(qiáng)調(diào)靜態(tài)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)條件和災(zāi)害發(fā)生的空間概率統(tǒng)計分析評價,是進(jìn)行危險性和風(fēng)險評價的基礎(chǔ)。核心內(nèi)容包括地質(zhì)災(zāi)害特征、空間密度、易發(fā)條件和潛在易發(fā)區(qū)預(yù)測評價。分析評價的主要因素和指標(biāo)包括地形地貌地質(zhì)構(gòu)造、工程巖土性質(zhì)、斜坡結(jié)構(gòu)和斜坡水文地質(zhì)條件。
 
  地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度預(yù)測評價區(qū)劃結(jié)果, 可以作為區(qū)域土地利用規(guī)劃的初步依據(jù)和氣象地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報的基礎(chǔ)。
 
  (2)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價(Hazard Assessment):
 
  分析評價地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間概率、破壞力(強(qiáng)度)及其擴(kuò)展和影響范圍, 強(qiáng)調(diào)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生破壞的自然屬性———頻次、強(qiáng)度、速度、距離和擴(kuò)展范圍的預(yù)測評價。主要包括地質(zhì)災(zāi)害的分布位置、體積(或面積)、發(fā)生時間概率、誘發(fā)條件(強(qiáng)降雨、地震和人類工程活動)、可能的擴(kuò)展范圍、運動速度、運動距離及其影響范圍和強(qiáng)度。分析評價的主要因素指標(biāo)包括地質(zhì)災(zāi)害的分布密度(點密度和面密度),運動速度、位移距離及其影響范圍,強(qiáng)降雨、地震誘發(fā)概率和強(qiáng)度,發(fā)生頻率和強(qiáng)度。
 
  地質(zhì)災(zāi)害危險性評價區(qū)劃結(jié)果, 可以作為土地利用規(guī)劃地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害防治管理的依據(jù)和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。
 
  (3)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價(Risk Assessment):重點分析評價地質(zhì)災(zāi)害的綜合危險性和后果, 主要包括地質(zhì)災(zāi)害的時空概率分析評價和危險性、危害性、土地利用狀態(tài)、承災(zāi)體分布特征、強(qiáng)度趨勢、易損性、災(zāi)情評價,目前以定性分析為主、定量計算為輔。分析評價的主要因素和指標(biāo)包括:危險性、危害性、承災(zāi)體特征、易損性、災(zāi)害損失程度和時空概率。
 
  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價結(jié)果, 可以作為詳細(xì)土地利用規(guī)劃、場地土地利用規(guī)劃、地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃和風(fēng)險管理的依據(jù), 也可以作為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。
 
  上述3 個層次的預(yù)測評價內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)、逐步遞進(jìn), 總體上都是基于現(xiàn)實資料預(yù)測評價未來的綜合分析與評估的過程。其基本屬性各有側(cè)重點。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度預(yù)測評價的基本屬性是: 地質(zhì)時期形成的相對靜態(tài)的地質(zhì)、地形地貌、斜坡結(jié)構(gòu)、工程巖組和水系背景條件分析評價; 危險性預(yù)測評價的基本屬性是: 地質(zhì)災(zāi)害形成演化的自然動態(tài)過程———頻次、強(qiáng)度、速度、位移距離、擴(kuò)展范圍、誘發(fā)條件和概率的預(yù)測評價;風(fēng)險評價的基本屬性是:地質(zhì)災(zāi)害形成演化的危險性、危害性、災(zāi)情、損失、承災(zāi)體特征及易損性預(yù)測評價。前兩者屬于自然屬性,后者則具有自然和社會經(jīng)濟(jì)雙重屬性。
 
  (4)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理(Risk Management):主要根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估結(jié)果劃分風(fēng)險接受標(biāo)準(zhǔn)與等級,制定風(fēng)險轉(zhuǎn)移、減緩、避免和控制措施,風(fēng)險動態(tài)監(jiān)測和預(yù)警,風(fēng)險教育宣傳和信息發(fā)布。主要包括:
 
  考慮如何減緩風(fēng)險,減小風(fēng)險發(fā)生的可能性,減輕和避免風(fēng)險發(fā)生的危害等;制定撤離預(yù)案、防治風(fēng)險預(yù)案或轉(zhuǎn)移風(fēng)險(辦理保險)的方法,制定可以實施的調(diào)整控制措施,并根據(jù)需要進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)測、信息反饋和風(fēng)險復(fù)查;風(fēng)險教育宣傳、風(fēng)險信息交流和發(fā)布、公共信息服務(wù)與管理(圖1)。
 
  2.2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管理的層次結(jié)構(gòu)
 
  目前國際上形成了比較統(tǒng)一的滑坡風(fēng)險管理層次結(jié)構(gòu)圖解,但是不一定適合中國大陸的實際情況。關(guān)鍵是,國際上滑坡風(fēng)險評估與管理推廣應(yīng)用已有30 多年,比較成熟,因此層次結(jié)構(gòu)圖解很簡要, 沒有明確界定不同層次評估的主要參數(shù)指標(biāo)及其差異,而國內(nèi)這方面易于混淆,故需要強(qiáng)調(diào)不同層次評價的主要參數(shù)的差異和不同層次評價結(jié)果的有針對性的應(yīng)用,結(jié)構(gòu)圖解也就相對復(fù)雜一些。
 
  如何使層次結(jié)構(gòu)圖解達(dá)到簡單明了, 高度概括和引領(lǐng)整個地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估與管理的全過程, 需要在研究實踐中不斷修改完善。
 
  3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度和危險性評價
 
  3.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評價
 
  3.1.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度定性分析評價
 
  地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度定性分析評價(分區(qū)):主要從一定地區(qū)的地質(zhì)背景條件———地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工程巖組、斜坡結(jié)構(gòu)和斜坡水文地質(zhì)條件5 個方面分析地質(zhì)災(zāi)害從極易發(fā)到不易發(fā)的條件組合特征和分布范圍。由于一定地區(qū)地質(zhì)背景條件的變化沒有明顯的空間衰減規(guī)律和趨勢, 難以用定量化模型模擬空間變化趨勢, 因此定性分析空間變化及其與地質(zhì)災(zāi)害形成發(fā)展的關(guān)系尤為重要。在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查編錄和數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基礎(chǔ)上, 從地形地貌方面: 分析中高山區(qū)易發(fā)還是中低山區(qū)或丘陵地區(qū)易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害, 一級河流兩岸易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害還是二級或者三級沖溝易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害, 河流高陡岸坡易發(fā)還是中等或緩坡易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害, 并且從高到低排列相對易發(fā)的順序;從工程巖組方面:分析薄層軟弱巖組(泥巖-頁巖-煤層組合)、中厚層軟硬相間巖組、厚層堅硬巖組與塊狀巖體之間的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度差異;從斜坡結(jié)構(gòu)與類型方面:分析松散土坡、巖體邊坡與混合邊坡的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度差異,順向坡、斜向坡和橫反向坡的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度差異。總之,從5 個方面分析列出從極易發(fā)到不易發(fā)的條件和分布的大致范圍(表3),將滿足A 類(極易發(fā))條件2 條以上(含2 條)的地段和滿足A 類條件之一同時滿足B 類(易發(fā))條件2 條以上(含2 條)的地段劃分為高易發(fā)區(qū);類似地滿足B 類條件2 條以上(含2條)的地段和滿足B 類條件之一同時滿足C 類條件2 條以上(含2 條)的地段劃分為中易發(fā)區(qū);類似地滿足C 類條件2 條以上(含2 條)的地段劃分為低易發(fā)區(qū),不滿足上述任何條件的地段屬于極低(不)易發(fā)區(qū)。
 
  3.1.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度定量化評價
 
  地質(zhì)災(zāi)害定量化評價提倡統(tǒng)計分析評價與定量模型計算相結(jié)合, 其中統(tǒng)計分析評價是古老而最常用的方法,現(xiàn)代GIS 技術(shù)的快速發(fā)展又賦予其新的活力,特別是其在數(shù)據(jù)跟蹤、更新、共享、輸出和制圖方面的優(yōu)勢,彌補(bǔ)和克服了以前因人而異、因統(tǒng)計樣本而異的缺陷。因此,基于GIS 系統(tǒng)的定量統(tǒng)計分析評價是目前國際上地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃的主要途徑之一。其中, 對地質(zhì)災(zāi)害空間分布的面密度和點密度(小型災(zāi)害,一般小于1000 m3)的統(tǒng)計計算,是評價預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度的重要依據(jù)之一。對于具體的研究區(qū),需要統(tǒng)計分析區(qū)域上的最大、平均、最小面密度和點密度。需要注意,最大面密度是研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布最密集帶的所有災(zāi)害體的面積與這個帶斜坡總面積之比。在具體劃分確定高、中易發(fā)區(qū)的臨界值時,可以依據(jù)實際情況,在20%上下有3%~5%的變化。
 
  在定性和統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上, 利用數(shù)值或統(tǒng)計模型定量預(yù)測評價地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度, 最終獲得易發(fā)程度分區(qū)評價圖。目前定量化評價模型比較多[6,11-27],初步歸納主要有6 類:確定性模型、統(tǒng)計模型、灰色模型、人工智能模型、非線性預(yù)測預(yù)報模型和基于GIS 技術(shù)的信息模型[25]。根據(jù)不同模型的對比分析, 預(yù)測評價的主要問題不是模型好壞的問題,而是資料數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題、更新問題和參數(shù)因子分析選擇問題。資料的詳細(xì)程度、代表性和差異性分析容易被忽略,GIS 系統(tǒng)在這方面具有良好的性能,因此21 世紀(jì)以來基于GIS 系統(tǒng)的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害半定量—定量預(yù)測評價逐步成為主流發(fā)展趨勢。以GIS 技術(shù)為主, 虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機(jī)數(shù)值模擬等最新的應(yīng)用技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度與風(fēng)險評價研究中的應(yīng)用, 促進(jìn)了GIS 技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害編錄、空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)、空間分析評價、風(fēng)險區(qū)劃制圖、預(yù)測預(yù)警及其綜合防災(zāi)減災(zāi)決策信息系統(tǒng)建設(shè)方面的應(yīng)用,為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度預(yù)測評價建立了一個可以對比、共享、交流、更新、發(fā)布的平臺,使地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度預(yù)測評價過程透明、結(jié)果更合理、應(yīng)用面更廣泛。
 
  值得注意的是,所謂的定量預(yù)測評價是相對的,不是絕對的, 因為各種影響因素和因子的定量化都可能存在誤差,從而必然導(dǎo)致計算結(jié)果存在誤差,這不是模型能解決的。這也就是本文為什么一再強(qiáng)調(diào)定性分析的重要性。
 
  3.2 地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)評價
 
  3.2.1 地質(zhì)災(zāi)害危險性定性分區(qū)評價
 
  地質(zhì)災(zāi)害危險性定性分析評價: 主要在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)的基礎(chǔ)上,分析評價降雨誘發(fā)、地震引發(fā)、人類工程活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的危險程度,即重點評價由于條件概率變化產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間概率及其擴(kuò)展影響范圍。重點進(jìn)行兩方面的分析評估:①分析區(qū)域內(nèi)強(qiáng)震、暴雨和人類活動誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的頻率和強(qiáng)度,重大誘發(fā)事件的年超越概率,特別是注意近場強(qiáng)震(Ms≥7)作用下低易發(fā)區(qū)中的高山峽谷地段、強(qiáng)臺風(fēng)暴雨期間中等易發(fā)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率與高易發(fā)區(qū)平常降雨發(fā)生頻率的對比分析, 評估研究區(qū)強(qiáng)震和強(qiáng)暴雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險性(類似于氣象預(yù)警)。②分析研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害可能發(fā)生運動的速度、強(qiáng)度、最大距離、一般距離、差異位移、最小位移等,評價地質(zhì)災(zāi)害的擴(kuò)展影響范圍。
 
  其中, 擴(kuò)展范圍重點從滑坡后緣和兩側(cè)分析滑坡的破裂發(fā)展趨勢及影響范圍; 而滑坡速度和位移分析,先從地形地貌特征分析位移的限制條件:如狹窄沖溝兩側(cè)滑坡位移和影響范圍有限, 斜坡高度小于200 m,滑坡剪出口低(在坡腳)等,滑坡的位移就受到限制。如果不滿足上述地形地貌限制條件,則從滑坡速度定性分析,分為高速、快速、慢速和蠕滑4 類(表5)?;录舫隹诟撸◤牡匦蔚孛卜治觯┗瑒樱赡埽┟撾x滑面“飛行”,速度大于5 m/s,或者大于人跑步的極限速度,滑動的絕對位移大于1 km,稱為高速(遠(yuǎn)程)滑坡(表5);滑體沒有離開滑面的塊體快速滑動稱為快速滑坡,速度大致與人跑步相當(dāng);滑體位移速度為0.5~2 m/km·a, 可以稱為慢速滑動;滑體位移速度小于0.5 m/km·a,可以稱為蠕滑(表5)。
 
  在對條件概率、擴(kuò)展影響范圍、速度和位移定性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合易發(fā)程度分區(qū),定性地劃分危險性分區(qū)(表6)。其中,要注意在近場極強(qiáng)震的作用下, 不易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)的高山峽谷地段也可能成為高危險地域(表6)。例如,2008 年汶川8.0 級地震使岷江兩岸一些不易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的地段也發(fā)生大量崩塌-碎屑流災(zāi)害。
 
  3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害危險性定量化評價
 
  地質(zhì)災(zāi)害危險性定量化評價可以在易發(fā)程度分
 
  區(qū)評價的基礎(chǔ)上, 結(jié)合危險性定性分析評價和定量化統(tǒng)計分析,考慮條件概率和動態(tài)發(fā)生頻率,進(jìn)行模擬計算評價。危險性評價相對強(qiáng)調(diào)動態(tài)變化過程,例如某年暴雨頻降,危險性比平時大;也可能在易發(fā)程度定量化評價過程中直接疊加動態(tài)參數(shù)(地震、暴雨和人類活動的情況)而直接獲得危險性評價分區(qū),即預(yù)測評價模擬相同,只是評價參數(shù)有差異,可以在一個定量化評價流程的過程中分別輸出易發(fā)程度和危險性分區(qū)評價圖。
 
  一定區(qū)域內(nèi), 突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時間概率的統(tǒng)計分析計算是預(yù)測評價地質(zhì)災(zāi)害危險性的重要依據(jù)之一,是在空間密度統(tǒng)計計算的基礎(chǔ)上,根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間記錄資料,統(tǒng)計分析時間概率。由于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間記錄比較少,統(tǒng)計樣本少,計算有困難,特別是統(tǒng)計計算最大的時間概率比較困難。隨著全國質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測預(yù)警和研究程度的提高,情況有所好轉(zhuǎn)。對于具體的研究區(qū),需要統(tǒng)計分析區(qū)域上的最大、平均、最小時間概率。需要注意,突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最大時間概率一般與暴雨(地震)誘發(fā)相關(guān)。以近年來陜西省寶雞市隴縣地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查統(tǒng)計分析為例, 概要地說明隴縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最大時間概率的統(tǒng)計計算過程。
 
  隴縣全縣表面積為2452 km2, 去掉平坦開闊地區(qū)(大約7 km2),隴縣斜坡面積為2445 km2。從數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計分析,1965—2006 年間隴縣累計發(fā)生突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害69 次, 其中2005 年雨季暴雨集中誘發(fā)群發(fā)滑坡和泥石流26 處。
 
  利用42 年有時間記錄的地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計計算,基于斜坡面積的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率為69/(42×24.45)=6.72×102 次/a×100 km2,即隴縣突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害平均時間概率很低(在寶雞市屬于地質(zhì)災(zāi)害低危險區(qū))。而2005 年基于全縣斜坡面積的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率為26/24.45=1.1 次/a×100 km2, 即2005 年的平均概率比42 年的平均概率高很多。但是,這26 次地質(zhì)災(zāi)害分布范圍大致是隴縣整個面積的一半,其中,有8 處地質(zhì)災(zāi)害密集分布在隴縣縣城西南部的天成鎮(zhèn)附近, 利用這2 個分布區(qū)的斜坡面積計算,2005 年的平均概率為2.3 次/a×100 km2, 最大時間概率為8/9.9=0.81 次/a×km2。參照國際上通用的時間概率標(biāo)準(zhǔn),隴縣大部分屬于低危險區(qū),只有2005 年密集發(fā)生災(zāi)害的天成鎮(zhèn)附近屬于中、高危險區(qū)(表7)。
 
  地質(zhì)災(zāi)害危險性評價與動態(tài)誘發(fā)條件的概率相
 
  關(guān), 因此強(qiáng)調(diào)一定時期的危險性是一個相對動態(tài)的評價過程。如暴雨季節(jié)的地質(zhì)災(zāi)害危險性高于平時的危險性, 強(qiáng)震期間地質(zhì)災(zāi)害危險性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平時的危險性,而這種動態(tài)的危險性評價更有意義。
 
  4 風(fēng)險評估
 
  4.1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險定性分析評估
 
  地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險定性分析評價, 重點分析評價地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生并且可能到達(dá)受災(zāi)體的時空概率, 包括地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性,災(zāi)害對人員、財產(chǎn)、城市工程建設(shè)可能造成的損失大小和嚴(yán)重性, 概括風(fēng)險概率發(fā)生的可能性分析和易損性分析。具體的風(fēng)險概率大小定性分析評估分級主要參考國外的成果和經(jīng)驗,結(jié)合國內(nèi)的實際情況和研究進(jìn)展,初步提出一個參考辦法和標(biāo)準(zhǔn)(表8),還需要在實踐中進(jìn)一步完善。其中,易損性定性分析評估尤其重要。
 
  易損性是指:在某一區(qū)域內(nèi),一定的承災(zāi)體(主要是人口、建筑和公共基礎(chǔ)設(shè)施)在地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流)影響下發(fā)生損失的程度,即承災(zāi)體抵抗災(zāi)害的能力, 包括承災(zāi)體自身固有的特征實力和地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度。在實際評價過程中,更重要的是承災(zāi)體的分布位置及其與地質(zhì)災(zāi)害分布之間的關(guān)系。對于人而言,身體抵抗滑坡沖擊的能力是有限的,不同的人不會有大的差異, 關(guān)鍵在于人所處的位置和時間。對于建筑物和公共基礎(chǔ)設(shè)施而言,固有的特征實力和抵抗地質(zhì)災(zāi)害的能力差別比較大, 如三峽大壩工程,任何規(guī)模的滑坡都不可能破壞和損害它,即易損性是0;而對于一般民用建筑物(房屋),易損性的量化值在0~1 之間,即用百分率表示,具體地確定數(shù)值比較難, 國際上通常采用一定地區(qū)過去損失的百分率(即過去對未來有一定的指示作用原則) 來確定。實際情況可能差別很大,一方面,人類會根據(jù)過去的損失情況不斷改進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)措施, 減少災(zāi)害損失; 另一方面, 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的情況也可能變化,因此易損性量化評價難度大,目前只是依靠統(tǒng)計分析和經(jīng)驗確定相對的定量。
 
  4.2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險定量化評估
 
  區(qū)域性的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險統(tǒng)計評價的依據(jù)主
 
  要是人員死亡概率和財產(chǎn)損失概率統(tǒng)計分析, 這是目前國內(nèi)外快速風(fēng)險評估制圖(不需要進(jìn)行易發(fā)性和危險性分析評價)的主要途徑之一。其中,災(zāi)害損失現(xiàn)狀評價嚴(yán)格意義上是災(zāi)情評估, 只是風(fēng)險評估的內(nèi)容之一;而依據(jù)損失現(xiàn)狀預(yù)測評估未來的災(zāi)情,則含有危險性和危害性評估, 屬于風(fēng)險快速評估途徑之一,國內(nèi)還處于探索階段。在參考國際上的工作程序和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)的實際情況,以前面的定性分析結(jié)果為基礎(chǔ), 初步將每年人員死亡率大于1 人/km2、財產(chǎn)損失每年大于20 萬元/km2 的地區(qū)確定為高風(fēng)險區(qū),其他等級劃分可以類推(表9)。
 
  國際上滑坡風(fēng)險定量評估有統(tǒng)一的計算公式,
 
  突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險定量評估同樣利用這個公式計算。根據(jù)條件概率原理,當(dāng)滑坡風(fēng)險定義為每年單個個體生命死亡概率時, 就可以按以下公式進(jìn)行計算(Morgan et al.,1992):
 
  R(DI)=P(H)×P(S|H)×P(T|S)×V(L|T) (1)式中:R(DI)是風(fēng)險概率(即每年的個體生命死亡概率);P(H)是每年滑坡事件發(fā)生的概率;P(S|H)是事件發(fā)生的空間影響概率;P(T|S)是對于空間影響的時間影響概率;V(L|T)是個體的脆弱程度(即對于這些影響個體生命死亡的概率)。
 
  對于財產(chǎn)損失,相應(yīng)的表達(dá)式是:
 
  R(PD)=P(H)×P(S|H)×V(P|S)×E (2)式中:R(PD)指滑坡造成的風(fēng)險(即每年財產(chǎn)損失的價值);P(H)指每年滑坡事件發(fā)生的概率;P(S|H)指空間影響的概率;V(P|S)指財產(chǎn)的易損性(即財產(chǎn)價值損失的比例);E 指風(fēng)險因素(例如財產(chǎn)評估)。
 
  在實際評估過程中, 關(guān)鍵是P—危險性和V—易損性的定量化評估。危險性包括發(fā)生概率、條件誘發(fā)概率、強(qiáng)度和影響范圍(距離/run-out)估算,難度比較大,問題比較多,一直是風(fēng)險評估的關(guān)鍵困難問題之一; 易損性的量化值在0~1 之間, 用百分率表示, 確定具體的數(shù)值比較難, 需要結(jié)合定性分析確定。嚴(yán)格意義上的易損性是承災(zāi)體固有的抵抗災(zāi)害損失的能力,在實際評估過程中,承災(zāi)體的分布位置和災(zāi)害強(qiáng)度對固有能力變化的影響很大, 因此導(dǎo)致易損性評估難度大。
 
  總體而言, 影響人和財產(chǎn)易損性定量化評估的主要因素包括下述幾項:
 
  (1)承災(zāi)體的特征、類型,例如城市建筑、鄉(xiāng)鎮(zhèn)民用建筑、水庫大壩、鐵路、公路,運行的火車、汽車等。
 
  (2)承災(zāi)體的分布位置,例如是在滑體正下方還是偏離滑坡一定距離, 在露天場地還是在交通工具或建筑物中。
 
  (3)滑坡位移量的大小,滑坡相對位移越大,有關(guān)承災(zāi)體的易損性值越大、風(fēng)險越高。
 
  (4)災(zāi)害規(guī)模和運動速度,規(guī)模越大、速度越快,有關(guān)承災(zāi)體的易損性值越大、風(fēng)險越高,特別是承災(zāi)體位于高速遠(yuǎn)程滑坡體上比位于緩變滑坡上易損性要高很多。
 
  5 討論
 
  國際上滑坡風(fēng)險評估技術(shù)指南經(jīng)過近30 年的修改和推廣應(yīng)用,已經(jīng)越來越完善、細(xì)致、具體。對于中國大陸, 由于剛剛開始考慮地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南的推廣應(yīng)用,國際上的指南并不完全實用,甚至有些復(fù)雜。因此,本文重點從宏觀構(gòu)架、基本原則和內(nèi)涵、工作流程、簡單實用等方面初步提出地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南,試圖使其在國際上不失真(有其基本原則和內(nèi)涵)、符合發(fā)展趨勢(有其精華和前沿性),也適合于國內(nèi)的實際情況,有利于推廣應(yīng)用。
 
  當(dāng)然, 還有很多問題需要進(jìn)一步討論, 以便修改完善。主要集中在下列幾個方面。
 
  (1)基本原則討論:本文初步提出地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估需要考慮的6 條基本原則。其中,基本假設(shè)、不同比例尺評估應(yīng)用和GIS 技術(shù)推廣應(yīng)用3 個方面的原則基本與國際上一致, 只是強(qiáng)調(diào)作為一個基本原則來重視。關(guān)于質(zhì)量精度分類和評價等級分類,則相對于國際上的指南有很大的簡化, 在保存其實質(zhì)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,突出中國特色和推廣應(yīng)用的可能性。
 
  在質(zhì)量精度方面: 重點從室內(nèi)收集資料、野外草測(簡測)和正測3 個方面,以點資料、面資料(形態(tài)),體積、有關(guān)的強(qiáng)度和概率3 個方面作為劃分高級、中級、低級精度的基本依據(jù),可操作性強(qiáng)。在評估分類方面:強(qiáng)調(diào)4 級劃分原則(高、中、低、極低),不同層次評價(易發(fā)程度、危險性、風(fēng)險)都一樣4 級劃分,這有利于推廣應(yīng)用和對比分析。
 
  關(guān)于以定性分析為主、定量評估為輔,提倡簡單實用技術(shù)方法的原則, 主要是針對目前國內(nèi)的實際情況,風(fēng)險評估指南屬于剛剛起步階段,過分強(qiáng)調(diào)定量評價模型推廣應(yīng)用不實際。不過,單體和具體邊坡風(fēng)險評估需要以定量估算為主, 這方面香港和國際上有很好的經(jīng)驗。
 
  (2)易發(fā)程度評價:基本內(nèi)涵和工作流程國內(nèi)外基本一致, 本文只是系統(tǒng)提出從定性分析到定量統(tǒng)計、定量化模型評估的基本思路和過程,操作性和推廣應(yīng)用性較強(qiáng),具有引導(dǎo)和示范意義。在實際評估過程中,很多人容易將降雨、地震和人類活動因素考慮為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)因素,實際上,它們激化和誘發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害,加大了其滑動頻率和強(qiáng)度,屬于危險性評估考慮的因素。這是需要澄清的主要問題之一。
 
  (3)危險性分析評價:這是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評價的難點和易于混淆的問題之一。國際上重視滑坡擴(kuò)展范圍分析、產(chǎn)出特征(Run-out)仿真模擬估算,國內(nèi)則相對重視強(qiáng)降雨、地震和人類活動誘發(fā)強(qiáng)度分析評價, 滑動概率和強(qiáng)度的定量化評價是危險性評價的主要難點。易于混淆的問題是,危險性的內(nèi)涵是地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度、頻率的大小,基本不涉及危害(人和財產(chǎn)),但在實際評價過程中,很多人在危險性評價過程中就涉及到危害性評價。這并不是錯誤,因為有些地區(qū)不進(jìn)行風(fēng)險評估,把危險性評價向前進(jìn)半步,作為危險性和風(fēng)險評價的過渡狀態(tài)考慮也是一種暫時可用的辦法,作為技術(shù)指南不提倡這樣的過渡狀態(tài)。
 
  (4)風(fēng)險評估與評價(Risk Assessment):風(fēng)險評估與評價在概念上有所差別, 后者是把前者的評估結(jié)果與一定的參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析, 劃分一定地區(qū)可接受的風(fēng)險級別。在實際應(yīng)用過程中,國內(nèi)外并沒有特別強(qiáng)調(diào)兩者的差異, 而是一個詞就包含有這兩方面的意義。風(fēng)險評估的難點是危險性和易損性評價, 危險性評價的難點是強(qiáng)度和頻率的定量化評價,而易損性評估的難點則是定性分析評估,易損性的定量值從0~1,總可以確定一個值,關(guān)鍵是從定性分析的角度如何確定這個值更合理、更有代表性。從基本含義上分析易損性是承災(zāi)體固有的抵抗災(zāi)害的能力, 如果從這個意義分析評價易損性是容易定量確定的,每個人抵抗滑坡的能力差別不大,大致都是1,因為滑坡快速滑動,一個人是不能抵擋而自己不傷亡的。但是,在實際評價過程中,人的位置和防范意識尤其重要。如果一個人在滑體中部,假如滑坡剛剛啟動快速滑動時, 他向兩側(cè)或后緣跑比向前緣跑的易損性要??;同樣的原理,位置不同易損性差別更大,這就導(dǎo)致易損性評價的可能。
 
  (5)關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估制圖:滑坡風(fēng)險評估制圖是國際上滑坡風(fēng)險管理越來越重視的內(nèi)容,因此國際上新出版的滑坡風(fēng)險評估指南強(qiáng)調(diào)利用GIS和RS 技術(shù)評價制圖的推廣應(yīng)用。但是,目前國內(nèi)在這方面的應(yīng)用難以全面展開, 所以第一版指南沒有硬性強(qiáng)調(diào)制圖技術(shù)的重要性, 而是提倡推廣應(yīng)用GIS 和RS 技術(shù)
 
  總之, 目前國內(nèi)外關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估仍然有很多難點和易于混淆的問題。正是這些問題的存在,吸引了眾多人努力鉆研,為之奮斗;也正是這些問題的存在, 使地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)指南的修改完善更具有吸引力。