山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)研究評(píng)述

張 婧 ，王 東

（1.西華大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院,成都 610039；2.四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院,成都 610041）

1 前言

鑒于災(zāi)害機(jī)理研究的不成熟導(dǎo)致工程措施在防治山地災(zāi)害上的局限性，越來(lái)越多的科學(xué)家和一些歐洲阿爾卑斯山區(qū)國(guó)家傾向于采用“風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃”、“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”、“預(yù)報(bào)和預(yù)警”等非工程措施來(lái)降低災(zāi)害帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1]。從1987年聯(lián)合國(guó)開(kāi)展的“國(guó)際減災(zāi)十年”活動(dòng)開(kāi)始，山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)分析的研究逐漸興起。

2 山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)概念

1992年聯(lián)合國(guó)人道主義事務(wù)部給出了自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定義：風(fēng)險(xiǎn)是在一定區(qū)域和給定時(shí)段內(nèi)、由于特定的自然災(zāi)害而引起的人們生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的期望損失值，它的定量表達(dá)式為[2]：

2004年聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署給出的風(fēng)險(xiǎn)定義為：自然或人為災(zāi)害與承載體的易損性之間相互作用而導(dǎo)致一種有害的結(jié)果或預(yù)料損失發(fā)生的可能性，其定量表達(dá)式為：

公式（2）認(rèn)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件好的地區(qū)，采取一定防災(zāi)減災(zāi)措施來(lái)提高區(qū)域承災(zāi)能力，能夠有效降低研究區(qū)域的相對(duì)損失率。近年來(lái)，這一表達(dá)式也得到一些研究學(xué)者的應(yīng)用[3-4]。

山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一個(gè)典型的綜合分析過(guò)程，涉及地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣象、承災(zāi)體類型和價(jià)值等許多復(fù)雜因素。早期開(kāi)展的山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一般采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)及分析等方法開(kāi)展定性或半定量的評(píng)價(jià)研究[5]，主要是因?yàn)闊o(wú)法給出易損度的具體數(shù)值。20世紀(jì)90年代以后，隨著遙感、GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于區(qū)域背景資料的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究不斷涌現(xiàn)[6]，為制作大尺度的山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖提供了技術(shù)平臺(tái)。唐川[7]和鐵永波[8]等人采用多因子權(quán)重分析法和分類統(tǒng)計(jì)法在GIS平臺(tái)上生成危險(xiǎn)度區(qū)劃圖和易損度區(qū)劃圖，通過(guò)疊加得到云南昆明市東川城區(qū)和汶川縣城后山南溝的山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖?；贕IS的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法操作步驟清晰，一旦掌握可靠詳實(shí)的遙感解譯圖片就具有很高的可行性，結(jié)果的呈現(xiàn)也非常直觀。然而圖形疊加采用公式（1）的計(jì)算方法，將易損度和危險(xiǎn)度看做兩個(gè)獨(dú)立的變量，這與國(guó)外現(xiàn)行的觀點(diǎn)不同。Fuchs[5]，Uzielli[9]和Mavrouli[10]等眾多學(xué)者認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)度是關(guān)于災(zāi)害i出現(xiàn)的概率Psi,承災(zāi)體j總價(jià)值A(chǔ)Oj，與災(zāi)害強(qiáng)度相關(guān)的承災(zāi)體j的易損度VOj,Si和承災(zāi)體j在災(zāi)害i中的暴露度POj,Si的函數(shù)，如公式（3）所示。承災(zāi)體的易損度應(yīng)與其遭受災(zāi)害的程度息息相關(guān)，而絕非一個(gè)常數(shù)。

3 山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估難點(diǎn)

山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要性雖然得到許多學(xué)者的肯定，但與滑坡、洪水、雪崩、地震等其他類型自然災(zāi)害相比，其研究進(jìn)展一直相對(duì)落后。從公式（1）～（3）可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險(xiǎn)的研究實(shí)質(zhì)上是危險(xiǎn)度、易損度及其兩者之間相互關(guān)系的研究，因此風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估水平很大程度上決定于這三者的研究層次。本文從五個(gè)方面切入，展開(kāi)對(duì)山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估難點(diǎn)的分析。

3.1 評(píng)估范圍的尺度不同，對(duì)評(píng)估的目的和精度要求不同

在對(duì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估時(shí)，首先應(yīng)確定評(píng)估的時(shí)間尺度和空間尺度。時(shí)間尺度可以理解為靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。前者是指某一特定時(shí)期對(duì)研究區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要是反映災(zāi)害可能對(duì)地區(qū)產(chǎn)生的影響程度；后者是某一段時(shí)期對(duì)研究區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，而評(píng)估時(shí)期長(zhǎng)則幾十年或者上百年，短則一年或者幾年。動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的必要性主要是由承災(zāi)體對(duì)象價(jià)值和人口密度的變化所帶來(lái)的。Fuchs等人[11]統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)歐洲阿爾卑斯山區(qū)自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)變化正是由于承災(zāi)體數(shù)量和價(jià)值的變化而產(chǎn)生的。我國(guó)近年來(lái)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體加速膨脹，受山洪泥石流危害的山區(qū)農(nóng)村承災(zāi)體價(jià)值和人口會(huì)迅速提高，風(fēng)險(xiǎn)將大大增加。然而，動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要更豐富的資料和更復(fù)雜的分析過(guò)程，例如人口密度和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)變化規(guī)律、國(guó)家政策分析、市場(chǎng)規(guī)律解讀等等，涉及人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、政治學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等等。

空間尺度是指評(píng)估范圍的大小，我國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尚沒(méi)有進(jìn)行這方面的區(qū)分和研究。依據(jù)國(guó)外的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合我國(guó)的行政劃分等級(jí)，山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的空間尺度可分為三種：鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、縣、市內(nèi)范圍(local scale)；省內(nèi)范圍(regional scale)；多省范圍內(nèi)或全國(guó)范圍(national scale)。不同空間尺度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究目的、所面向的風(fēng)險(xiǎn)決策者或者使用者都有差別。一般來(lái)說(shuō)，隨著空間尺度的加大，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)資料要求的詳實(shí)程度和評(píng)估成果的精度是遞減的。

3.2 評(píng)估需要可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源和強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)支持

山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作需要進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)算，因此需要強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)，能夠生成圖像方便決策者比較不同地區(qū)并查詢目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)值。另外，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之前，數(shù)據(jù)的收集至關(guān)重要，但往往是最耗時(shí)耗力。因此，在遙感技術(shù)和GIS技術(shù)平臺(tái)出現(xiàn)之前，山洪泥石流的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估停留在理論和個(gè)別案例的研究上，研究成果很少，一般以列表的形式展現(xiàn)不同地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)大小，較少應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中。

遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。自1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，這就標(biāo)志著航天遙感時(shí)代的開(kāi)始。通過(guò)解譯遙感數(shù)據(jù)，可以很容易獲取研究區(qū)域的地理地質(zhì)特征參數(shù)，減輕了繁重的野外調(diào)查工作。遙感數(shù)據(jù)還能夠提供大量的承災(zāi)體類別和數(shù)量，避免了冗長(zhǎng)、復(fù)雜的排查和搜集工作。地理信息系統(tǒng)(GIS)，又可稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”，可以在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述。結(jié)合遙感技術(shù)和GIS技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)可以顯著提高山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的效率，降低評(píng)估工作的難度，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，直觀地呈現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估成果。Weichselartner在2001年，就強(qiáng)調(diào)過(guò)遙感和GIS技術(shù)對(duì)災(zāi)害防治工作的重要性。

3.3 泥石流易損度定量評(píng)估困難

泥石流易損度研究作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要環(huán)節(jié)起步較晚，而且泥石流本身行為復(fù)雜，承災(zāi)體種類豐富，加之兩者相互作用機(jī)制不明，因此還沒(méi)有嚴(yán)格的物理和數(shù)學(xué)方程能夠解決此問(wèn)題。目前山洪易損度定量評(píng)估的方法主要有曲線法、多指標(biāo)綜合判斷法和價(jià)值核算法[12]。曲線法與災(zāi)害強(qiáng)度一一對(duì)應(yīng)，但是依賴歷史災(zāi)情的調(diào)查，由于承災(zāi)體類型特別豐富，數(shù)據(jù)較難收集，因此成果較少。多指標(biāo)綜合判斷法和價(jià)值核算法適用于大尺度區(qū)域的靜態(tài)評(píng)估，對(duì)詳細(xì)信息的披露少?？偟膩?lái)說(shuō)，山洪泥石流易損度研究的定量化水平仍然不高。

3.4 泥石流機(jī)理研究尚不成熟

由于泥石流機(jī)理的研究仍不成熟，理論研究無(wú)法為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供確切的特征值。目前在我國(guó)流行的多指標(biāo)綜合判斷法的危險(xiǎn)度評(píng)估忽略復(fù)雜的山洪泥石流機(jī)理，考慮對(duì)觸發(fā)山洪泥石流有貢獻(xiàn)作用的，現(xiàn)實(shí)考察中可獲取的參數(shù)，提高了評(píng)估的可操作性。指標(biāo)賦值和權(quán)重系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，保證危險(xiǎn)度的取值范圍在0～1之內(nèi)。但是，這種方法同時(shí)存在著不足。首先，因子之間的權(quán)重系數(shù)采用灰色關(guān)聯(lián)度方法確定，依賴于所使用的歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)的序列長(zhǎng)短，準(zhǔn)確性，多樣性對(duì)關(guān)聯(lián)度結(jié)果的影響是客觀存在的。如果泥石流流域物質(zhì)儲(chǔ)備充足，降雨達(dá)到一個(gè)比較低的臨界條件就會(huì)觸發(fā)泥石流；反之物質(zhì)儲(chǔ)備不充足，則流域地質(zhì)地貌特征參數(shù)對(duì)泥石流發(fā)生更具有決定性。其次，為消除計(jì)量單位對(duì)結(jié)果的影響，研究者對(duì)研究區(qū)域內(nèi)單元的指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行極差變換。變換后得到的指標(biāo)無(wú)量綱數(shù)值并不具有絕對(duì)意義，與所在研究區(qū)域內(nèi)該指標(biāo)的數(shù)值序列位置有關(guān)，因此可能出現(xiàn)同一單元在不同研究序列內(nèi)，有兩個(gè)不同的數(shù)值。這樣，區(qū)域單元的危險(xiǎn)度一旦脫離所在的比較序列就不再具有參考價(jià)值。

3.5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的黑箱模型

一般災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)值是發(fā)生的概率乘上后果，如工程風(fēng)險(xiǎn)、地下水風(fēng)險(xiǎn)和洪水風(fēng)險(xiǎn)等。這些領(lǐng)域的災(zāi)害動(dòng)力學(xué)機(jī)制成熟，基本可以實(shí)現(xiàn)災(zāi)害過(guò)程的數(shù)值模擬及其參數(shù)的獲求，研究的關(guān)注點(diǎn)在于風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，隨機(jī)理論被大量引用?，F(xiàn)有的泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型（如公式（1）和（2））還沒(méi)有將危險(xiǎn)度和易損度聯(lián)系起來(lái)，而是單獨(dú)進(jìn)行評(píng)估相乘得到無(wú)量綱的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值，屬于黑箱模型。模型不需要考慮泥石流復(fù)雜的動(dòng)力過(guò)程，避免未知的承災(zāi)體易損曲線，操作效率高而且便捷，評(píng)估成果直觀易于理解。

但是，黑箱模型沒(méi)有考慮泥石流災(zāi)害特征及其與承災(zāi)體的聯(lián)系，一旦脫離評(píng)比序列就無(wú)法根據(jù)數(shù)值大小做出決策。對(duì)于受泥石流威脅的具體地區(qū)，如果泥石流危險(xiǎn)范圍以外的建筑財(cái)產(chǎn)也被當(dāng)做承災(zāi)體，那么就會(huì)高估風(fēng)險(xiǎn)。泥石流溝可能沖出不同規(guī)模的泥石流，并不是所有的泥石流都會(huì)完全毀壞所有的承災(zāi)體。不同的承災(zāi)體易損程度不同，分布在不同位置的承災(zāi)體遭受泥石流的損壞程度也不相同。為了更好的做到減災(zāi)管理，降低因高估風(fēng)險(xiǎn)而造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，減災(zāi)工作者需要掌握風(fēng)險(xiǎn)分布情況。因此，在對(duì)小尺度的已知泥石流高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)(村、鄉(xiāng)、鎮(zhèn))進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，需要建立基于泥石流動(dòng)力過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，考慮泥石流與承災(zāi)體的耦合作用過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于存在多方面因素的影響，泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究仍有較大的發(fā)展空間，危險(xiǎn)度和易損度的理論研究仍亟待突破?，F(xiàn)階段泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型可以對(duì)區(qū)域整體損失風(fēng)險(xiǎn)作出評(píng)估，但不能提供具體的分布信息，對(duì)于一個(gè)已知高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域而言，難以給出定量化的評(píng)價(jià)。因此，建議構(gòu)建基于泥石流動(dòng)力過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，緊密聯(lián)系危險(xiǎn)度和易損度，得到更適用與小尺度區(qū)域評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值。

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