滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

世界每年都會(huì)發(fā)生數(shù)百億美元的經(jīng)濟(jì)損失和數(shù)千萬(wàn)人的傷亡。隨著社會(huì)財(cái)富的進(jìn)一步增長(zhǎng),自然災(zāi)害的絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)將普遍提高,與現(xiàn)狀相比,一般地區(qū)將上升30%～50%,嚴(yán)重地區(qū)將上升80%～100%,即災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失額可能翻一番。城市滑坡災(zāi)害造成的損失將是更為顯著,巴東縣城在移民工程及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中,遭到滑坡災(zāi)害嚴(yán)重威脅就是典型的實(shí)例。面對(duì)嚴(yán)峻滑坡災(zāi)害,傳統(tǒng)的以單個(gè)滑坡機(jī)理研究和整治為目的方法和手段在減輕滑坡災(zāi)害方面已顯得力不從心。因此,作為巴東縣城滑坡災(zāi)害綜合防治的另外一條有效途徑,就是開(kāi)展滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃,圈定滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)域或?yàn)?zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,從區(qū)域上對(duì)危害性嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。另外,已有的研究成果在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃制圖時(shí),采用滑坡危險(xiǎn)性區(qū)劃圖與承災(zāi)體易損性區(qū)劃圖兩者進(jìn)行疊加,將高危險(xiǎn)性或高易損性單元作為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),即認(rèn)為高危險(xiǎn)性意味著高風(fēng)險(xiǎn)性,或者高易損性意味著高風(fēng)險(xiǎn)性,導(dǎo)致預(yù)測(cè)單元出現(xiàn)了不同程度的夸大現(xiàn)象,其主要原因是忽視滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是其自然屬性與社會(huì)屬性的統(tǒng)一體。我們知道,一個(gè)滑坡即使很危險(xiǎn),但如果是發(fā)生在一個(gè)荒無(wú)人煙的山溝里,一般情況難以構(gòu)成災(zāi)害;相反,對(duì)于一個(gè)人口與建筑密集的城鎮(zhèn),滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是極大的。因此傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖在應(yīng)用時(shí),就無(wú)法識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)高低的產(chǎn)出原因。1滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括4個(gè)方面的內(nèi)容:滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)、損失評(píng)價(jià)和滑坡災(zāi)害管理,其中滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)主要針對(duì)孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子,即滑坡災(zāi)害的自然屬性評(píng)價(jià),是系統(tǒng)的輸入;滑坡災(zāi)害易損性分析主要針對(duì)承災(zāi)體,即滑坡災(zāi)害的社會(huì)屬性,是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換;滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是其自然屬性與社會(huì)屬性的結(jié)合,即災(zāi)害期望損失,是系統(tǒng)的輸出;基于建立的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理是系統(tǒng)的應(yīng)用,也是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最終目的,如圖1所示。因此,滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)可表示為危險(xiǎn)性、易損性、承災(zāi)體價(jià)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(zāi)害風(fēng)險(xiǎn);E為承災(zāi)體價(jià)值;H為滑坡體危險(xiǎn)性;V為承災(zāi)體易損性。論文在GIS已有的功能基礎(chǔ)上,建立信息量模型與計(jì)算方法,利用GIS平臺(tái)完成“滑坡災(zāi)害信息管理模塊、滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模塊、易損性評(píng)價(jià)模塊和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模塊于一體的綜合管理信息系統(tǒng)”的二次開(kāi)發(fā)工作,實(shí)現(xiàn)滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性空間預(yù)測(cè)區(qū)劃、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等預(yù)測(cè)圖件輸出功能。2滑動(dòng)破壞的風(fēng)險(xiǎn)空間研究2.1面積比及回歸分析滑坡的發(fā)生受眾多的內(nèi)在與外在因素的聯(lián)合作用,而各個(gè)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(jì)算確定的權(quán)重。近年來(lái),隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論與計(jì)算機(jī)發(fā)展與應(yīng)用,人們確定權(quán)重的方法正從主觀判斷向定量、客觀判斷的方向發(fā)展。目前常用的方法有信息量法、層次分析法、綜合評(píng)判系數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法及回歸分析法等,本文僅著重對(duì)信息量分析法進(jìn)行研究。用面積比來(lái)計(jì)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(qū)域內(nèi)單元總面積;A0為已經(jīng)發(fā)生滑坡災(zāi)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(fā)生滑坡災(zāi)害的單元面積之和。一般情況下,由于作用于滑坡災(zāi)害的因素很多,相應(yīng)的因素組合狀態(tài)也特別多,樣本統(tǒng)計(jì)數(shù)量往往受到限制,故采用簡(jiǎn)化的單因素信息量模型的分步計(jì)算,再綜合疊加分析,相應(yīng)的信息量模型改寫(xiě)式(3)為:I=∑i=1nIi=∑i=1nlog2Si0/SiA0/A.(3)Ι=∑i=1nΙi=∑i=1nlog2S0i/SiA0/A.(3)式中:I為預(yù)測(cè)區(qū)某單元信息量預(yù)測(cè)值;Si為因素xi所占單元總面積;S0i為因素xi單元中發(fā)生滑坡災(zāi)害的單元面積之和。2.2巴東縣新城滑坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析與評(píng)價(jià)(1)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取原則與巴東縣新城區(qū)滑坡災(zāi)害的內(nèi)部控制因素和外部誘發(fā)因素的總體特征,以及1:10000比例尺的區(qū)域性滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃的要求,采用層次分析方法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用GIS空間分析功能,以歷史滑坡災(zāi)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(jìn)行疊加,然后通過(guò)信息量分析模塊計(jì)算出單因子信息量,建立預(yù)測(cè)模型。單因素信息量值代表該影響因素對(duì)滑坡災(zāi)害的影響程度或權(quán)重系數(shù),一般而言,指標(biāo)值越大,說(shuō)明該因素對(duì)滑坡災(zāi)害的作用程度越大。(2)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)區(qū)劃圖在得到信息量預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)各影響因素指標(biāo)圖進(jìn)行綜合疊加計(jì)算,從而得到多因素作用的綜合指標(biāo)(總信息量),并對(duì)該綜合指標(biāo)進(jìn)行區(qū)間劃分,以確定相應(yīng)的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí),將預(yù)測(cè)單元?jiǎng)澐治宸N不同的危險(xiǎn)性等級(jí)(極低危險(xiǎn)、低危險(xiǎn)、中等危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)與極高危險(xiǎn)),相同等級(jí)用相同的顏色標(biāo)示,進(jìn)而生成危險(xiǎn)性空間預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)區(qū)劃圖(圖2)。通過(guò)圖2進(jìn)行分析可以看出:極高危險(xiǎn)區(qū)主要分布在黃土坡、白土坡、云沱及西壤坡小區(qū),主要為黃土坡古滑坡前緣、花坪滑坡、趙樹(shù)嶺滑坡及下砂河—砂磚廠四處,面積約占研究區(qū)面積的9%。高危險(xiǎn)區(qū)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(gè)研究區(qū)的20%。該區(qū)的分布情況與水庫(kù)蓄水后庫(kù)岸再造、現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的滑坡潛在危險(xiǎn)區(qū)基本吻合。3滑動(dòng)破壞研究(1)滑坡災(zāi)害的危險(xiǎn)性由于滑坡災(zāi)害同時(shí)具有自然屬性和社會(huì)屬性,所以滑坡災(zāi)害研究不僅要研究滑坡發(fā)生的空間、時(shí)間和強(qiáng)度等危險(xiǎn)性,而且還要研究滑坡災(zāi)害所威脅到的對(duì)象(人類生命、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境、資源、社會(huì)等)?；聻?zāi)害易損性是滑坡災(zāi)害現(xiàn)象以一定的強(qiáng)度發(fā)生而對(duì)受威脅對(duì)象所造成的損失程度,目前常用損失率表示,0表示無(wú)損失,1表示完全損失,區(qū)間為。(2)承災(zāi)體易損性分析在對(duì)一個(gè)評(píng)價(jià)單元或一個(gè)區(qū)域進(jìn)行易損性評(píng)價(jià)時(shí),我們不僅要知道各類承災(zāi)體的分項(xiàng)易損性,還必須計(jì)算這個(gè)單元或這片區(qū)域的綜合易損性,以便通過(guò)綜合易損性值來(lái)對(duì)區(qū)域開(kāi)展易損性區(qū)劃,綜合易損性計(jì)算模型可以根據(jù)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(zāi)體遭受j類危害的損失程度,即分項(xiàng)易損性;Sij為第i類承災(zāi)體遭受j類危害的平面分布面積;Pij為第i類承災(zāi)體遭受j類危害的損失程度概率。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(4)得到圖3。巴東縣新城區(qū)承災(zāi)體易損性極高與高的地塊主要集中在黃土坡小區(qū)、白土坡小區(qū)東側(cè)、云沱小區(qū)、西壤坡小區(qū),面積約2.92km2,占研究區(qū)面積的13.12%。該地塊人口密集、建筑密度大、財(cái)產(chǎn)集中,是政治、文化、經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的中心,承災(zāi)體類型復(fù)雜、種類多,遭受相同強(qiáng)度的滑坡災(zāi)害其易損性也比其它地塊的易損性要大得多。4評(píng)估傾斜災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)(1)確定危險(xiǎn)性指數(shù)在滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中,危險(xiǎn)性分區(qū)所標(biāo)示的是基于信息量值劃分的滑坡災(zāi)害相對(duì)危險(xiǎn)性程度,要滿足風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需要,還必須確定那些具有絕對(duì)量化意義的危險(xiǎn)性要素,這些具有絕對(duì)量化意義的危險(xiǎn)性指數(shù)對(duì)于單體與區(qū)域滑坡災(zāi)害是不同的。利用滑坡災(zāi)害空間危險(xiǎn)性信息量計(jì)算結(jié)果,求出不同信息量所對(duì)應(yīng)的滑坡破壞概率函數(shù)。1極低的風(fēng)險(xiǎn)P=0.007I=0.1,I≤-7;2低風(fēng)險(xiǎn)P=0.056I=0.44,-7<I≤-2.5;3中等危險(xiǎn)P=0.06I+0.45,-2.5<I≤2.5;4高風(fēng)險(xiǎn)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(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)確定經(jīng)濟(jì)期望損失評(píng)價(jià)包括對(duì)建筑物、室內(nèi)財(cái)產(chǎn)、公路、耕地及土地資源進(jìn)行評(píng)價(jià),作者將各小區(qū)內(nèi)所有受滑坡威脅的財(cái)產(chǎn)與資源轉(zhuǎn)化為可以直接相加減的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),并與面積相除以此求得各斜坡單元經(jīng)濟(jì)價(jià)值?；贛APGIS系統(tǒng),按照計(jì)算模型(1),利用滑坡危險(xiǎn)性破壞概率分布圖、經(jīng)濟(jì)易損性分布圖及經(jīng)濟(jì)價(jià)值密度分布圖進(jìn)行疊加,將經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)值劃分成5個(gè)等級(jí),風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相同的單元其顏色相同,編制巴東縣新城區(qū)滑坡災(zāi)害經(jīng)濟(jì)期望損失區(qū)劃圖(圖4)及統(tǒng)計(jì)表(表1)。從圖可以看出:極高與高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在巴東縣城建筑密集地段,呈現(xiàn)出帶狀分布,局部呈現(xiàn)出組團(tuán)式的特征,面積約8.76km2,占研究區(qū)面積的39.22%。該風(fēng)險(xiǎn)區(qū)是巴東縣城政治、文化和商業(yè)等人類活動(dòng)高度頻繁中心,經(jīng)濟(jì)價(jià)值密度大。另外該區(qū)域地形坡度變化大、沖溝發(fā)育等地質(zhì)環(huán)境條件惡劣,斜坡呈現(xiàn)出高危險(xiǎn)性。因此預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際相吻合。(3)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)滑坡風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的,人們無(wú)法回避和完全消除它,只能通過(guò)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(nèi),這個(gè)合理和公眾普遍能夠接受(或容忍)的風(fēng)險(xiǎn)尺度便是滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。參照澳大利亞大壩委員會(huì)制定的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)比我國(guó)與澳大利亞、加拿大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,對(duì)于經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū),認(rèn)為當(dāng)滑坡經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)0.1×108元時(shí),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(shuō)明的是,滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)并非一成不變的,而是因地、因時(shí)而異的,是伴隨著人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展而變化。5滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖確定(