區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究

區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究

區(qū)域?yàn)?zāi)害的巨大破壞力是導(dǎo)致災(zāi)害因子、環(huán)境破壞和災(zāi)害源相互作用的結(jié)果。災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是與這三者有關(guān)的重要指標(biāo)。區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究的基礎(chǔ),其評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性直接關(guān)系到防災(zāi)減災(zāi)的效益比,是政府部門制定正確的方針政策的基礎(chǔ)。1基本概念和評(píng)價(jià)模型1.1最優(yōu)風(fēng)險(xiǎn)模型風(fēng)險(xiǎn)(risk),在Oxford辭典中釋為:possibilityofchanceofmeetingdanger,sufferinglossandinjury;在漢語(yǔ)辭典中解釋為:可能發(fā)生的危險(xiǎn)。聯(lián)合國(guó)人道主義事務(wù)部(DepartmentofHumanitarianAffairs)1992年給出risk的定義為:風(fēng)險(xiǎn)是在一定區(qū)域或給定時(shí)間段內(nèi),由于特定災(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,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為risk=hazard×vulnerability這一模型與Varnes(1984)給出的模型相似。為了明確起見(jiàn),下面給出Varnes的模型及其相關(guān)術(shù)語(yǔ)的解釋:Rt———總風(fēng)險(xiǎn)(totalrisk),指由于特定的自然災(zāi)害造成的人員死亡、受傷、財(cái)產(chǎn)破壞或經(jīng)濟(jì)活動(dòng)毀壞的期望值;E———受災(zāi)對(duì)象(elementatrisk),指給定地區(qū)受自然災(zāi)害危險(xiǎn)的人、財(cái)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng),包括公共服務(wù);Rs———特殊風(fēng)險(xiǎn)(specificrisk),指由于特定的自然災(zāi)害現(xiàn)象造成的損失程度,可以表示成:Rs=H×VV———易損性(vulnerability),指給定一個(gè)危險(xiǎn)元素或多個(gè)危險(xiǎn)元素由于一定強(qiáng)度的自然災(zāi)害的發(fā)生而損失的程度,用0(無(wú)破壞)～1(完全破壞)之間的某數(shù)值表示;H———自然災(zāi)害危險(xiǎn)性(naturalhazard),指在給定的時(shí)期和地區(qū)內(nèi),某種潛在的破壞現(xiàn)象發(fā)生的可能性。目前,Varnes的定義與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型已被國(guó)內(nèi)外的廣大學(xué)者所承認(rèn)并接受。1.2地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立由Varnes的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型可以看出,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是在自然災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和承災(zāi)體(受災(zāi)對(duì)象)易損性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,為此許多學(xué)者建立了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的系統(tǒng)(或流程)。美國(guó)Massachusetts理工學(xué)院H.H.Enstein(1988)給出了滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的框架,它包含5個(gè)層次(level),如圖1所示:我國(guó)學(xué)者劉傳正從地質(zhì)災(zāi)害空間監(jiān)測(cè)預(yù)警的角度出發(fā),提出區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害時(shí)空規(guī)律評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)的“三度發(fā)育度風(fēng)險(xiǎn)度和危害度分析層次。2區(qū)域泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法專門區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和分析的研究工作是隨著“國(guó)際減災(zāi)十年”活動(dòng)的開(kāi)展,在90年代才逐漸在世界各國(guó)興起的,目前還處于起步探索階段,也沒(méi)有形成完整的理論體系。目前,關(guān)于區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究成果直接效益尚不明顯,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)災(zāi)種主要局限于滑坡、泥石流等引起的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害。如MarioMejia-Navarro和EllenE.Wohl(1994)在分析哥倫比亞的Medellin地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害敏感性和土地及生命易損性的基礎(chǔ)上,利用GIS技術(shù)將二者合成產(chǎn)生了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)圖。R.Anbalagan和BhawaniSingh(1996)在R.Anbalagan(1992)前期關(guān)于山區(qū)滑坡災(zāi)害評(píng)估和區(qū)劃制圖研究的基礎(chǔ)上,提出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)制圖的新方法;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣(RAM)。在國(guó)內(nèi),劉希林、蘇經(jīng)宇等對(duì)區(qū)域泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究,給出了區(qū)域泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)的8個(gè)指標(biāo)和人與財(cái)產(chǎn)的易損性計(jì)算公式,張業(yè)成對(duì)云南省東川市泥石流災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。近年來(lái)隨著GIS技術(shù)和全球信息化的迅速發(fā)展,許多學(xué)者對(duì)GIS在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和區(qū)劃制圖技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,并取得了可靠的成果。2000年國(guó)際滑坡會(huì)議所討論的重點(diǎn)問(wèn)題之一就是滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與GIS技術(shù),其報(bào)導(dǎo)的最新研究成果充分體現(xiàn)了災(zāi)害研究由災(zāi)害評(píng)估向?yàn)?zāi)害管理研究方向逐步發(fā)展的趨勢(shì)。3區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法3.1滑坡災(zāi)害的研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)包含危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)兩部分,前者屬于地質(zhì)災(zāi)害的自然屬性,后者屬于其社會(huì)屬性的范疇。如上所述,地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中易損性的評(píng)價(jià)是相當(dāng)困難的,研究者在實(shí)踐中常常根據(jù)研究區(qū)域和地質(zhì)災(zāi)害種類的具體情況從簡(jiǎn)處理,如僅考慮房屋建筑或道路等單種承災(zāi)體的易損性。關(guān)于這方面的研究實(shí)例不多,主要有:R.Anbalagan和BhawaniSingh(1996)對(duì)印度KumaunHimalaya地區(qū)的滑坡災(zāi)害及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。只考慮人類居住房屋、土地和道路作為受災(zāi)對(duì)象,分別給出其潛在破壞性(易損性)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,如表1～4。張業(yè)成在進(jìn)行云南省東川市泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí),考慮的承災(zāi)體為建筑資產(chǎn)、室內(nèi)財(cái)產(chǎn)和土地資源,引進(jìn)易損性指數(shù)S表示它們的易損程度,其評(píng)價(jià)式為:式中,B為修正系數(shù),Sj、Ss、St分別為建筑資產(chǎn)、室內(nèi)財(cái)產(chǎn)、土地價(jià)值密度(元/m2)。4.2區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法4.2.1分區(qū)分級(jí):不同時(shí)長(zhǎng)為無(wú)變化的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)地貌分析法(專家評(píng)判法)是最為簡(jiǎn)單的定量評(píng)價(jià)方法,是由地質(zhì)學(xué)家根據(jù)自己的知識(shí)和在相似地區(qū)的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性直接作出判斷,分區(qū)分級(jí)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)可以同時(shí)考慮大量的參數(shù);(2)可以應(yīng)用于任意比例尺的區(qū)域和單體斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià);(3)時(shí)間短,費(fèi)用少(Carrara.Aetal.,1992)。主要的缺點(diǎn)有:(1)主觀性較強(qiáng),不同的調(diào)查者或?qū)＜业贸龅慕Y(jié)果無(wú)法進(jìn)行比較;(2)隱含的評(píng)判規(guī)則使結(jié)果分析和更新困難;(3)需要詳細(xì)的野外調(diào)查;(4)GIS在這里只能是簡(jiǎn)單的畫圖工具。4.2.2基于is的區(qū)域滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)專家選擇影響地質(zhì)災(zāi)害的因子,并編制成圖,根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn),賦予每個(gè)因子一個(gè)適當(dāng)?shù)臋?quán)重,最后進(jìn)行加權(quán)疊加或合成,生成地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖。優(yōu)點(diǎn)是:(1)大大降低了隱含規(guī)則的使用,定量化程度提高;(2)整個(gè)流程可以在GIS的支持下快速完成,使數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)化;(3)可以應(yīng)用于任意比例尺。缺點(diǎn)是:(1)應(yīng)用于大區(qū)域評(píng)價(jià)時(shí),操作復(fù)雜;(2)權(quán)值的確定仍含有不同程度的主觀性;(3)模型難以推廣。Mehrotra等(1992)選擇巖性、坡度、土地利用、排水條件、構(gòu)造特征等5個(gè)因素作為區(qū)域滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)的因素,將每個(gè)因素分類后,根據(jù)滑坡在各類中的分布密度,計(jì)算各自的敏感性指數(shù)(LSV),然后依次將5個(gè)因素圖疊加,并累計(jì)各單元的LSV值,得出單元總的LSV,就可進(jìn)行區(qū)域滑坡災(zāi)害區(qū)劃。Mora和Vahrson(1994)在給出的相對(duì)災(zāi)害度的計(jì)算模型中考慮了降雨和地震對(duì)區(qū)域滑坡危險(xiǎn)性的影響,各個(gè)參數(shù)的定量化指標(biāo)方法也與前者有很大區(qū)別,由此可見(jiàn)參數(shù)合成法的模型的多樣化。4.2.3區(qū)域自然災(zāi)害危險(xiǎn)性研究區(qū)的定量分析多元統(tǒng)計(jì)分析方法已經(jīng)成功地應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)的許多領(lǐng)域,如石油勘探,然而這種技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害(滑坡)的評(píng)價(jià)方面起步較晚。直到80年代,跟隨Carrara(1983)完成的工作,基于這方面的詳細(xì)分析才開(kāi)始進(jìn)行。統(tǒng)計(jì)分析的前提是已知學(xué)習(xí)區(qū)(訓(xùn)練區(qū))的滑坡災(zāi)害分布情況,根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論,建立影響參數(shù)和滑坡發(fā)生與否的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型,在測(cè)試區(qū)得到驗(yàn)證后,將其應(yīng)用到地質(zhì)環(huán)境相同或相似的地區(qū),預(yù)測(cè)研究區(qū)的災(zāi)害危險(xiǎn)性分布規(guī)律。因此,統(tǒng)計(jì)分析方法評(píng)價(jià)的結(jié)果的可靠度直接取決于測(cè)試區(qū)原始數(shù)據(jù)的精度,模型也不能在任何地區(qū)推廣使用。盡管如此,大量的研究表明:統(tǒng)計(jì)分析是目前最為適用的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)區(qū)劃方法,與前幾種定量方法相比,它有嚴(yán)格的數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論作基礎(chǔ),數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單易懂,而且與高速發(fā)展的GIS技術(shù)能夠很好的結(jié)合,使龐大的數(shù)據(jù)得到合理的標(biāo)準(zhǔn)化管理、分析與儲(chǔ)存。此外,統(tǒng)計(jì)分析的誤差可以進(jìn)行定量估計(jì)。最常用的統(tǒng)計(jì)分析是判別分析(逐步判別或典型判別分析)和回歸分析,前者更適用于連續(xù)變量(坡度,相對(duì)高程,巖土力學(xué)指標(biāo)等),后者可以應(yīng)用于含有定性變量的分析。實(shí)際應(yīng)用中,為了數(shù)據(jù)運(yùn)算方便,研究者通常把斜坡單元穩(wěn)定性只分作兩類,即有滑坡和無(wú)滑坡,分別用數(shù)值1和0表示;相應(yīng)地,各變量也取1(是)或0(否)。統(tǒng)計(jì)分析的模型簡(jiǎn)單易懂模型中的變量個(gè)數(shù)沒(méi)有明確限制,但如果取變量太多,使計(jì)算時(shí)間延長(zhǎng),占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存過(guò)多,就不能提高評(píng)價(jià)結(jié)果的精度,這是不可取的。逐步回歸分析可以從理論上克服這一困難。但統(tǒng)計(jì)判別分析一般假設(shè)變量是正態(tài)分布的。事實(shí)上,有關(guān)地質(zhì)地貌的數(shù)據(jù)很少是正態(tài)的,而且往往是相關(guān)的,這是造成統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果不可靠的又一重要原因。另外,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的空間預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)方面的研究已開(kāi)始起步和探索。5易損性評(píng)價(jià)研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)和完善區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害(滑坡)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是90年代聯(lián)合國(guó)開(kāi)展