淺析山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)管理理論與方法論文
1引言
山洪和泥石流是山區(qū)小流域水土物質(zhì)快速輸移過程，暴發(fā)突然，破壞力強(qiáng)，往往造成毀滅性災(zāi)害。活躍的地質(zhì)構(gòu)造、巨大的地形高差、季風(fēng)氣候帶來的豐沛降雨、密集的人口分布和高強(qiáng)度的人類活動(dòng)影響等因素的組合與疊加，使得山洪和泥石流廣泛發(fā)育于約占中國陸地面積2/3的山地，頻繁成災(zāi)，損失巨大，嚴(yán)重威脅廣大山區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)和重大工程安全，制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
根據(jù)國家防洪抗旱總指揮部統(tǒng)計(jì)，全國2058個(gè)縣(市)有山洪和泥石流分布，分布區(qū)面積達(dá)487萬km2，受威脅人口達(dá)到5.7億人。2010年8月8日甘肅省舟曲山洪泥石流就造成1765人死亡和失蹤，4321間房屋毀壞，22667人無家可歸;2013年7月10日前后的降雨過程導(dǎo)致都江堰、汶川、北川等10個(gè)縣(市)暴發(fā)大范圍群發(fā)性山洪和泥石流，導(dǎo)致2.1×104km2范圍內(nèi)269個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、118.7×104人受災(zāi)，毀壞房屋6975間，直接經(jīng)濟(jì)損失114億元，共造成100死亡;2013年8月16日遼寧清原特大型山洪災(zāi)害造成77人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失76.34億元。據(jù)涂勇等人統(tǒng)計(jì)(2013)，2013年全國24個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)共發(fā)生了181起造成人員死亡的山洪災(zāi)害事件，死亡774人，山洪災(zāi)害死亡人數(shù)占洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)比例為72.4%;近十多年來，全國因山洪和泥石流災(zāi)害造成的死亡人數(shù)占洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)的比例呈增長趨勢，占比高達(dá)70%~90%，成為造成人員傷亡的主要災(zāi)種。
2基于動(dòng)力過程的風(fēng)險(xiǎn)評估
基于動(dòng)力過程的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的核心科學(xué)問題，是基于災(zāi)害動(dòng)力過程認(rèn)識(shí)進(jìn)行危險(xiǎn)性分析和易損性分析。
2.1山洪泥石流動(dòng)力過程
山洪和泥石流都是水沙混合體在溝道中的快速運(yùn)動(dòng)過程。其形成與發(fā)展主要包括以下四個(gè)過程：①降雨在集水區(qū)產(chǎn)流并迅速匯聚形成溝道洪水;②水流沖蝕裹挾溝道內(nèi)的松散固體物質(zhì)形成泥石流;③在其沿著具有滑坡崩塌體堵塞段溝道的流動(dòng)過程中，存在物質(zhì)和能量暫時(shí)蓄積與瞬間釋放過程，使得洪水或泥石流規(guī)模增大(Cui,Zhouetal,2013a);④山洪和泥石流在較陡的溝道中高速運(yùn)動(dòng)，具有強(qiáng)烈的侵蝕沖刷能力和泥沙攜帶能力，侵蝕溝床并攜帶松散物質(zhì)，不斷補(bǔ)給物質(zhì)而增大規(guī)模，隨著物質(zhì)和能量不斷積累，最后形成具有較大破壞能力的洪流。山洪和泥石流形成發(fā)展的四個(gè)關(guān)鍵過程為：地表產(chǎn)流流量激增過程，土體破壞物質(zhì)供給激增過程，溝道堵塞體級(jí)聯(lián)潰決流量放大過程和動(dòng)床侵蝕規(guī)模增大過程。
2.2山洪泥石流數(shù)值模擬
流速是確定山洪和泥石流沖擊破壞作用的關(guān)鍵參數(shù)，流深反映其淤埋或淹沒程度。依據(jù)山洪和泥石流運(yùn)動(dòng)方程，通過動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方法，確定山洪與泥石流的危害范圍、以及致險(xiǎn)范圍內(nèi)流速和流深的時(shí)空分布，從而可依據(jù)動(dòng)力參數(shù)確定其危險(xiǎn)性。
2.3基于動(dòng)力過程的危險(xiǎn)性分析
山洪致災(zāi)作用主要有：水位陡漲導(dǎo)致的淹沒危害、攜帶大量泥沙產(chǎn)生的淤埋危害、水流對構(gòu)筑物基礎(chǔ)的沖蝕。泥石流致災(zāi)作用主要有對承災(zāi)體的沖擊、淤埋和沖蝕作用。沖蝕作用是山洪和泥石流作用在具體建筑物上的危害方式，在對具體工程結(jié)構(gòu)體的安全性分析時(shí)需要精確計(jì)算，在進(jìn)行不針對具體結(jié)構(gòu)體安全性計(jì)算而主要描述災(zāi)害的危害能力時(shí)，為了簡化計(jì)算，可以暫時(shí)不考慮沖刷作用，只考慮沖擊作用、淤埋作用和淹沒作用。
2.4基于動(dòng)力過程的易損性分析
山洪和泥石流災(zāi)害易損性分析是對承災(zāi)體抗災(zāi)能力的綜合分析。承災(zāi)體易損度大小取決于承災(zāi)體對山洪、泥石流作用的敏感程度，通常用承災(zāi)體的價(jià)值(或數(shù)量)及其脆弱性指數(shù)來表示。承災(zāi)體的易損度可以描述為：
V=V(u)×C(9)
式中：V為承災(zāi)體的易損度;V(u)為承災(zāi)體的綜合價(jià)值;C為承災(zāi)體的脆弱性指數(shù)值。
2.5風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)制圖
(1)風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算
山洪和泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估是對風(fēng)險(xiǎn)的定性或定量計(jì)算，其結(jié)果可為風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)，用于指導(dǎo)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)處置與決策等。在災(zāi)害危險(xiǎn)性和易損性分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定義(UNDHA,1992)計(jì)算每個(gè)評估單元的風(fēng)險(xiǎn)值：
R=H×V(12)
式中：R為評估單元的風(fēng)險(xiǎn)性指標(biāo)值;H為評估單元的危險(xiǎn)性指標(biāo)值;V為評估單元的易損性指標(biāo)值。在計(jì)算以前，式(12)中各類指數(shù)均需經(jīng)過歸一化處理。歸一化處理方法如下：
H'=(H-Hmin)(Hmax-Hmin)V'=(V-Vmin)(Vmax-Vmin)(13)
式中：H'是危險(xiǎn)度的`歸一化值，H是危險(xiǎn)度指標(biāo)值，Hmax和Hmin分別為最大危險(xiǎn)度值和最小危險(xiǎn)度值;V'為易損度的歸一化值，V為易損度指標(biāo)值，Vmax和Vmin分別為最大易損度值和最小易損度值。
(2)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)
計(jì)算出每個(gè)評估單元的風(fēng)險(xiǎn)值以后，還需要對風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行等級(jí)劃分。危險(xiǎn)度、易損度和風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算值的分級(jí)方法通常有等間距法、分位數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)差法和自然斷點(diǎn)法。其中標(biāo)準(zhǔn)差法適用于符合正態(tài)分布規(guī)律的數(shù)值;而等間距法、分位數(shù)法和自然斷點(diǎn)法均具有較好制圖效果，得到廣泛應(yīng)用。風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)時(shí)，依據(jù)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)特征，選取適合的分級(jí)方法尋找數(shù)據(jù)集的自然轉(zhuǎn)折點(diǎn)和特征點(diǎn)對評估結(jié)果進(jìn)行等級(jí)劃分。結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)管理的目標(biāo)，一般將風(fēng)險(xiǎn)度劃分為高度風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)、低度風(fēng)險(xiǎn)和微度風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)等級(jí)。
(3)風(fēng)險(xiǎn)制圖
山洪和泥石流風(fēng)險(xiǎn)制圖過程中，風(fēng)險(xiǎn)度分布、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位置是風(fēng)險(xiǎn)制圖中的關(guān)鍵因素。以危險(xiǎn)性與易損性的分析結(jié)果為基礎(chǔ)，應(yīng)用GIS的地圖代數(shù)功能進(jìn)行柵格數(shù)值計(jì)算，獲得研究區(qū)風(fēng)險(xiǎn)度分布，用不同顏色表示各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，合并相同風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的柵格單元，結(jié)合ArcGIS多邊形構(gòu)面方法，完成山洪、泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)圖。
2.6研究實(shí)例——清平場鎮(zhèn)泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估
清平場鎮(zhèn)位于四川省綿竹市西北部山區(qū)。2010年“8.13”泥石流在清平場鎮(zhèn)形成了長3.5km，寬400~500m，平均厚度約5m(最大厚度超13m)，總土石方量約600×104m3的淤積區(qū)。泥石流造成7人遇難，5人失蹤，33人受傷;379戶房屋嚴(yán)重受損，占總戶數(shù)的20.9%，其中，205戶房屋全部淹沒，75戶房屋部分淹沒，99戶房屋進(jìn)水。
3風(fēng)險(xiǎn)管理
3.1山洪泥石流風(fēng)險(xiǎn)管理內(nèi)容
災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理(disasterriskmanagement)是在對災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成過程與機(jī)理(致災(zāi)體成因、力學(xué)機(jī)理、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、成災(zāi)機(jī)制)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同類型災(zāi)害的物理特性及其成災(zāi)特點(diǎn)，評估可能產(chǎn)生的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，采用適宜的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控措施(預(yù)案、預(yù)防、預(yù)警與治理措施)，最大限度地減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和可能損失的手段。它貫穿于災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的全過程，涉及防災(zāi)、備災(zāi)、預(yù)警、響應(yīng)(應(yīng)急和救助)、處置(治理)和恢復(fù)/重建等內(nèi)容，是在以往災(zāi)害防治理念基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)自然規(guī)律與人類認(rèn)知、工程技術(shù)與社會(huì)管理融合的系統(tǒng)工程。
3.2風(fēng)險(xiǎn)處置對策
本文重點(diǎn)討論基于山洪、泥石流動(dòng)力過程災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)處置對策，主要包括：基于動(dòng)力過程的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、科學(xué)合理的臨災(zāi)預(yù)案和災(zāi)害防治工程方案。
(1)基于動(dòng)力過程的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測
通過山洪、泥石流的動(dòng)力學(xué)模擬方法，計(jì)算山洪和泥石流的致險(xiǎn)范圍內(nèi)流速和流深的時(shí)空分布，確定其危險(xiǎn)性。通過危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)不同位置、不同類型承災(zāi)體的綜合抗災(zāi)能力調(diào)查分析，確定易損度。在危險(xiǎn)性分析和易損性分析的基礎(chǔ)上，估算不同強(qiáng)度和頻率山洪、泥石流可能危害的區(qū)域與潛在風(fēng)險(xiǎn)損失，并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，編制風(fēng)險(xiǎn)圖。根據(jù)調(diào)查的山洪、泥石流堆(沖)積扇形態(tài)與危害特征，以山洪和泥石流主流線為溝口堆積扇中軸線，可通過極坐標(biāo)的形式來表達(dá)堆(沖)積扇上承災(zāi)體的空間分布及其可能的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)測山洪和泥石流在不同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)災(zāi)害損失，為制定科學(xué)合理的土地利用規(guī)劃與防災(zāi)方案提供科學(xué)依據(jù)。
(2)制定合理的臨災(zāi)預(yù)案
山洪和泥石流災(zāi)害臨災(zāi)預(yù)案要求：一要調(diào)查確定山洪和泥石流災(zāi)害的基本情況，包括災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等;二要針對不同風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別區(qū)，制定災(zāi)害的應(yīng)急措施，明確不同危險(xiǎn)等級(jí)災(zāi)害點(diǎn)監(jiān)測內(nèi)容、巡查要求、預(yù)警方式、臨災(zāi)搶險(xiǎn)救災(zāi)措施、疏散撤離路線等;三要明確組織指揮機(jī)構(gòu)和搶險(xiǎn)救災(zāi)隊(duì)伍，公布責(zé)任人員名單和聯(lián)系電話;四要明確災(zāi)害應(yīng)急隊(duì)伍人員分工與職責(zé)。臨災(zāi)預(yù)案需通過宣傳、教育、培訓(xùn)、綜合演練等方式不斷提高公眾對臨災(zāi)預(yù)案的知曉度，要采用居民喜聞樂見的方式(掛圖、影像、卡片等)提高群眾的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，充分發(fā)動(dòng)群眾參與社區(qū)防災(zāi)減災(zāi)，認(rèn)真貫徹落實(shí)臨災(zāi)預(yù)案，加強(qiáng)群測群防和群專結(jié)合的減災(zāi)管理，落實(shí)聯(lián)防機(jī)制。
(3)建立災(zāi)害綜合防治工程方案
山洪和泥石流災(zāi)害防治是對一個(gè)流域內(nèi)水—土物質(zhì)的綜合調(diào)控。根據(jù)流域?yàn)?zāi)害發(fā)育規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特征，提出了“坡面防護(hù)—支溝的穩(wěn)坡固溝—主溝的攔擋調(diào)節(jié)—溝口的排導(dǎo)防護(hù)”的基于物質(zhì)與能量過程調(diào)控的小流域山洪、泥石流災(zāi)害綜合治理技術(shù)體系。具體工程措施主要包括：通過改善地表產(chǎn)匯流條件，減少降雨過多滲入土層，控制坡面產(chǎn)流和匯流過程，消減溝道洪峰，從而控制流水侵蝕動(dòng)力作用;通過穩(wěn)定坡腳和坡體，防治滑坡崩塌產(chǎn)生，減少固體物質(zhì)供給;通過溝道攔擋和排導(dǎo)，減小泥石流的規(guī)模和破壞作用，減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。
3.3社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管理
目前，社區(qū)參與式災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理是一種有效的災(zāi)害管理模式，這種“自下而上”的災(zāi)害管理體制，重在提高社區(qū)居民的防災(zāi)認(rèn)知、防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理水平。《兵庫行動(dòng)框架協(xié)議》指出了社區(qū)減災(zāi)的重要作用，強(qiáng)調(diào)要利用知識(shí)、創(chuàng)新和教育建立一個(gè)安全的、在各個(gè)層面對災(zāi)害具有適應(yīng)力的文化(UN/ISDR,2005)。社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的挑戰(zhàn)之一是保持社區(qū)層面防災(zāi)減災(zāi)的持久化(Mano,2011)。因此，如何建立長效的社會(huì)參與激勵(lì)機(jī)制，營造居民自覺參與社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理全過程的文化氛圍，探索政府主導(dǎo)的“自上而下”型和發(fā)揮風(fēng)險(xiǎn)社區(qū)居民自覺性的“自下而上”型相結(jié)合的社區(qū)參與式災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理模式，是值得進(jìn)一步探索的重要課題。
4結(jié)論與討論
4.1結(jié)論
(1)認(rèn)識(shí)山洪和泥石流形成過程與機(jī)理對防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。本文分析了山洪和泥石流的演化過程，闡述了四個(gè)關(guān)鍵形成演化過程：即地表產(chǎn)流流量激增過程、土體破壞物質(zhì)供給激增過程、溝道堵塞體級(jí)聯(lián)潰決流量放大過程和動(dòng)床侵蝕規(guī)模增大過程。
(2)山洪和泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估分為區(qū)域評估與災(zāi)點(diǎn)評估。區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評估對具體災(zāi)點(diǎn)的詳細(xì)信息反映不足，評估結(jié)果難以滿足一個(gè)具體災(zāi)害點(diǎn)的臨災(zāi)預(yù)案和工程設(shè)計(jì)需求。針對災(zāi)點(diǎn)減災(zāi)需求，依據(jù)具體災(zāi)害的物理力學(xué)性質(zhì)，考慮災(zāi)害的動(dòng)力過程，分析災(zāi)害體動(dòng)力過程和災(zāi)害體與承災(zāi)結(jié)構(gòu)體動(dòng)力響應(yīng)，介紹了災(zāi)害危險(xiǎn)性分析與承災(zāi)體易損性分析方法，在此基礎(chǔ)上計(jì)算災(zāi)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，建立了基于動(dòng)力過程的山洪、泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估方法。
(3)闡述了山洪、泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的定義與主要內(nèi)容，重點(diǎn)討論了包括災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、臨災(zāi)預(yù)案、災(zāi)害防治工程方案等內(nèi)容的基于山洪、泥石流動(dòng)力過程的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)處置對策，提出基于社區(qū)的參與式災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理模式，形成一套基于山洪、泥石流動(dòng)力過程的風(fēng)險(xiǎn)評估與風(fēng)險(xiǎn)管理理論與方法。
4.2討論
(1)本文在分析山洪和泥石流動(dòng)力過程的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)，建立了基于動(dòng)力過程的山洪、泥石流風(fēng)險(xiǎn)評估方法，可以直接服務(wù)于居民點(diǎn)建設(shè)與防災(zāi)規(guī)劃，是一種值得推廣的方法。然而，山地災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)管理近期才得到重視，需要進(jìn)一步深化和完善基于動(dòng)力過程的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)管理理論和方法，更好地服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)。
(2)科學(xué)合理的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理可以較好地協(xié)調(diào)人與山地環(huán)境的關(guān)系，增強(qiáng)人類適應(yīng)與抗災(zāi)能力，合理規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)區(qū)并利用災(zāi)害資源滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要。中國目前還存在山區(qū)經(jīng)濟(jì)與教育水平不高、社會(huì)參與減災(zāi)積極性不夠、社區(qū)減災(zāi)綜合協(xié)調(diào)機(jī)制有待健全等問題。隨著高強(qiáng)度人類活動(dòng)而出現(xiàn)的災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)人口密度與經(jīng)濟(jì)密度的增加，加強(qiáng)山洪、泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和風(fēng)險(xiǎn)管理理論方法的研究，提高災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理水平，建立健全災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理體制和機(jī)制，有效降低特大災(zāi)害所造成的風(fēng)險(xiǎn)，是中國山洪和泥石流減災(zāi)的重要課題。因此，可操作的基于災(zāi)害動(dòng)力過程評估與風(fēng)險(xiǎn)管理方法將會(huì)在社區(qū)減災(zāi)中發(fā)揮重要作用。
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