滑坡災害風險評價研究

世界每年都會發生數百億美元的經濟損失和數千萬人的傷亡。隨著社會財富的進一步增長,自然災害的絕對風險將普遍提高,與現狀相比,一般地區將上升30%～50%,嚴重地區將上升80%～100%,即災害經濟損失額可能翻一番。城市滑坡災害造成的損失將是更為顯著,巴東縣城在移民工程及社會經濟發展過程中,遭到滑坡災害嚴重威脅就是典型的實例。面對嚴峻滑坡災害,傳統的以單個滑坡機理研究和整治為目的方法和手段在減輕滑坡災害方面已顯得力不從心。因此,作為巴東縣城滑坡災害綜合防治的另外一條有效途徑,就是開展滑坡災害風險區劃,圈定滑坡災害危險性區域或災害高風險區域,從區域上對危害性嚴重的滑坡災害點加強監測預報。另外,已有的研究成果在進行風險區劃制圖時,采用滑坡危險性區劃圖與承災體易損性區劃圖兩者進行疊加,將高危險性或高易損性單元作為高風險區,即認為高危險性意味著高風險性,或者高易損性意味著高風險性,導致預測單元出現了不同程度的夸大現象,其主要原因是忽視滑坡災害風險是其自然屬性與社會屬性的統一體。我們知道,一個滑坡即使很危險,但如果是發生在一個荒無人煙的山溝里,一般情況難以構成災害;相反,對于一個人口與建筑密集的城鎮,滑坡災害風險是極大的。因此傳統的風險區劃圖在應用時,就無法識別風險高低的產出原因。1滑坡災害風險評價滑坡災害風險評價系統包括4個方面的內容:滑坡災害危險性評價、易損性評價、損失評價和滑坡災害管理,其中滑坡災害危險性評價主要針對孕災環境和致災因子,即滑坡災害的自然屬性評價,是系統的輸入;滑坡災害易損性分析主要針對承災體,即滑坡災害的社會屬性,是系統的轉換;滑坡災害風險評價是其自然屬性與社會屬性的結合,即災害期望損失,是系統的輸出;基于建立的風險標準而進行的災害風險管理是系統的應用,也是風險評價的最終目的,如圖1所示。因此,滑坡災害風險可表示為危險性、易損性、承災體價值三者的乘積如式(1)所示:R==∑∑∑Ei×Hj×Vk.(1)R==∑∑∑Ei×Ηj×Vk.(1)式中:R為滑坡災害風險;E為承災體價值;H為滑坡體危險性;V為承災體易損性。論文在GIS已有的功能基礎上,建立信息量模型與計算方法,利用GIS平臺完成“滑坡災害信息管理模塊、滑坡災害危險性評價模塊、易損性評價模塊和風險預測評價模塊于一體的綜合管理信息系統”的二次開發工作,實現滑坡災害危險性空間預測區劃、經濟風險區劃等預測圖件輸出功能。2滑動破壞的風險空間研究2.1面積比及回歸分析滑坡的發生受眾多的內在與外在因素的聯合作用,而各個因素在其中的作用程度又各不相同,這種作用程度也就是本文計算確定的權重。近年來,隨著現代數學理論與計算機發展與應用,人們確定權重的方法正從主觀判斷向定量、客觀判斷的方向發展。目前常用的方法有信息量法、層次分析法、綜合評判系數法、神經網絡法及回歸分析法等,本文僅著重對信息量分析法進行研究。用面積比來計算信息量值,其公式可表示成:I=(y?x1,x2,?xn)=log2S0/SA0/A.(2)Ι=(y?x1,x2,?xn)=log2S0/SA0/A.(2)式中:A為區域內單元總面積;A0為已經發生滑坡災害的單元面積之和;S為具相同因素x1,x2,…xn組合的單元總面積;S0:具相同因素x1,x2,…xn組合單元中發生滑坡災害的單元面積之和。一般情況下,由于作用于滑坡災害的因素很多,相應的因素組合狀態也特別多,樣本統計數量往往受到限制,故采用簡化的單因素信息量模型的分步計算,再綜合疊加分析,相應的信息量模型改寫式(3)為:I=∑i=1nIi=∑i=1nlog2Si0/SiA0/A.(3)Ι=∑i=1nΙi=∑i=1nlog2S0i/SiA0/A.(3)式中:I為預測區某單元信息量預測值;Si為因素xi所占單元總面積;S0i為因素xi單元中發生滑坡災害的單元面積之和。2.2巴東縣新城滑坡風險等級分析與評價(1)評價指標體系的建立依據評價指標的選取原則與巴東縣新城區滑坡災害的內部控制因素和外部誘發因素的總體特征,以及1:10000比例尺的區域性滑坡災害危險性區劃的要求,采用層次分析方法構建評價指標體系。利用GIS空間分析功能,以歷史滑坡災害分布圖為底圖,分別與比例尺完全相同的各影響因素分布圖進行疊加,然后通過信息量分析模塊計算出單因子信息量,建立預測模型。單因素信息量值代表該影響因素對滑坡災害的影響程度或權重系數,一般而言,指標值越大,說明該因素對滑坡災害的作用程度越大。(2)預測與評價區劃圖在得到信息量預測模型的基礎上,對各影響因素指標圖進行綜合疊加計算,從而得到多因素作用的綜合指標(總信息量),并對該綜合指標進行區間劃分,以確定相應的滑坡災害危險性等級,將預測單元劃分五種不同的危險性等級(極低危險、低危險、中等危險、高危險與極高危險),相同等級用相同的顏色標示,進而生成危險性空間預測與評價區劃圖(圖2)。通過圖2進行分析可以看出:極高危險區主要分布在黃土坡、白土坡、云沱及西壤坡小區,主要為黃土坡古滑坡前緣、花坪滑坡、趙樹嶺滑坡及下砂河—砂磚廠四處,面積約占研究區面積的9%。高危險區主要分布于黃土坡古滑坡的東南部、童家梁子、榨坊坪、譚家坪、紅石包、云沱前緣、童家坪及零星分在其它地塊等地,面積約4.39km2,占整個研究區的20%。該區的分布情況與水庫蓄水后庫岸再造、現已發現的滑坡潛在危險區基本吻合。3滑動破壞研究(1)滑坡災害的危險性由于滑坡災害同時具有自然屬性和社會屬性,所以滑坡災害研究不僅要研究滑坡發生的空間、時間和強度等危險性,而且還要研究滑坡災害所威脅到的對象(人類生命、財產、環境、資源、社會等)。滑坡災害易損性是滑坡災害現象以一定的強度發生而對受威脅對象所造成的損失程度,目前常用損失率表示,0表示無損失,1表示完全損失,區間為。(2)承災體易損性分析在對一個評價單元或一個區域進行易損性評價時,我們不僅要知道各類承災體的分項易損性,還必須計算這個單元或這片區域的綜合易損性,以便通過綜合易損性值來對區域開展易損性區劃,綜合易損性計算模型可以根據公式(4)確定。Ve=1S∑j=1m∑i=1nPij?Vij?Sij.(4)Ve=1S∑j=1m∑i=1nΡij?Vij?Sij.(4)式中:Ve為單元綜合易損性;S為單元面積;Vij為第i類承災體遭受j類危害的損失程度,即分項易損性;Sij為第i類承災體遭受j類危害的平面分布面積;Pij為第i類承災體遭受j類危害的損失程度概率。將相關數據代入式(4)得到圖3。巴東縣新城區承災體易損性極高與高的地塊主要集中在黃土坡小區、白土坡小區東側、云沱小區、西壤坡小區,面積約2.92km2,占研究區面積的13.12%。該地塊人口密集、建筑密度大、財產集中,是政治、文化、經濟貿易的中心,承災體類型復雜、種類多,遭受相同強度的滑坡災害其易損性也比其它地塊的易損性要大得多。4評估傾斜災害的風險和風險標準(1)確定危險性指數在滑坡災害危險性評價中,危險性分區所標示的是基于信息量值劃分的滑坡災害相對危險性程度,要滿足風險評估的需要,還必須確定那些具有絕對量化意義的危險性要素,這些具有絕對量化意義的危險性指數對于單體與區域滑坡災害是不同的。利用滑坡災害空間危險性信息量計算結果,求出不同信息量所對應的滑坡破壞概率函數。1極低的風險P=0.007I=0.1,I≤-7;2低風險P=0.056I=0.44,-7<I≤-2.5;3中等危險P=0.06I+0.45,-2.5<I≤2.5;4高風險P=0.15I+0.225,2.5<I≤4.5;5高度危害P=0.025I+0.788,4.5<I.(2)滑坡災害風險區確定經濟期望損失評價包括對建筑物、室內財產、公路、耕地及土地資源進行評價,作者將各小區內所有受滑坡威脅的財產與資源轉化為可以直接相加減的經濟指標,并與面積相除以此求得各斜坡單元經濟價值。基于MAPGIS系統,按照計算模型(1),利用滑坡危險性破壞概率分布圖、經濟易損性分布圖及經濟價值密度分布圖進行疊加,將經濟風險預測值劃分成5個等級,風險等級相同的單元其顏色相同,編制巴東縣新城區滑坡災害經濟期望損失區劃圖(圖4)及統計表(表1)。從圖可以看出:極高與高風險區主要分布在巴東縣城建筑密集地段,呈現出帶狀分布,局部呈現出組團式的特征,面積約8.76km2,占研究區面積的39.22%。該風險區是巴東縣城政治、文化和商業等人類活動高度頻繁中心,經濟價值密度大。另外該區域地形坡度變化大、沖溝發育等地質環境條件惡劣,斜坡呈現出高危險性。因此預測結果與實際相吻合。(3)滑坡災害風險標準滑坡風險是客觀存在的,人們無法回避和完全消除它,只能通過各種工程或非工程措施去降低它,并將其控制在某一合理和公眾普遍能夠接受(或容忍)的尺度內,這個合理和公眾普遍能夠接受(或容忍)的風險尺度便是滑坡災害風險標準。參照澳大利亞大壩委員會制定的經濟風險標準,并對比我國與澳大利亞、加拿大的經濟發展水平,對于經濟落后的地區,認為當滑坡經濟損失超過0.1×108元時,概率大于3.0×10-5是不可容忍的,小于2.0×10-6是可接受的(圖5)。需要說明的是,滑坡災害風險標準并非一成不變的,而是因地、因時而異的,是伴隨著人類經濟發展而變化。5滑坡災害風險區劃圖確定(