喬建平，王　萌，吳彩燕

(1.中國科學(xué)院地表過程與山地災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610041；2.中國科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所, 四川 成都610041；3.西南科技大學(xué)， 四川 綿陽 621000)

?

汶川8.0級地震災(zāi)區(qū)滑坡風(fēng)險評估方法

喬建平1,2，王萌1,2，吳彩燕3

(1.中國科學(xué)院地表過程與山地災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610041；2.中國科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所, 四川 成都610041；3.西南科技大學(xué)， 四川 綿陽 621000)

摘要:采用滑坡風(fēng)險評估三要素的方法，即：風(fēng)險區(qū)劃(R3)、風(fēng)險概率(Rspan)、風(fēng)險損失(Rspan)，對汶川大地震極震區(qū)10個縣市26 000 km2面積區(qū)的震后滑坡風(fēng)險進(jìn)行了評估。結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)高風(fēng)險區(qū)僅占9.03%面積，但承擔(dān)42%的滑坡發(fā)生概率和滑坡?lián)p失風(fēng)險貢獻(xiàn)；較高風(fēng)險區(qū)占14.61%面積，承擔(dān)25%的風(fēng)險貢獻(xiàn)；中風(fēng)險區(qū)占22.28.%面積，承擔(dān)19%的風(fēng)險貢獻(xiàn)；低風(fēng)險區(qū)占37.93%面積，承擔(dān)11%的風(fēng)險貢獻(xiàn)；無風(fēng)險區(qū)占16.15%面積，承擔(dān)3%的風(fēng)險貢獻(xiàn)。震后由于采取了有效的避險措施，滑坡風(fēng)險明顯降低的結(jié)果。

關(guān)鍵詞:汶川8.0級地震； 極震區(qū)； 滑坡； 風(fēng)險評估

地震滑坡風(fēng)險評估與常規(guī)滑坡風(fēng)險評估相比多了“地震”因素條件，在評估的結(jié)構(gòu)和方法上兩者的不同之處何在？對于這一問題，國內(nèi)外可供參考的文獻(xiàn)極少[1-3]。筆者認(rèn)為地震滑坡風(fēng)險評估與常規(guī)滑坡風(fēng)險評估兩者的區(qū)別主要應(yīng)該體現(xiàn)在風(fēng)險評估結(jié)構(gòu)模型(即：風(fēng)險區(qū)劃=危險度評估×易損度評估)中的危險度評估。評價地震滑坡風(fēng)險只能通過滑坡危險性評估指標(biāo)因子與地震相關(guān)因子的結(jié)合，才可能反映地震因素的影響作用。地震滑坡是在地震瞬間被地震動誘發(fā)的，地震動能量通過震源和發(fā)震斷層釋放，一次地震過程中距震中或斷層不同距離上分布的滑坡數(shù)量和規(guī)模差異性很大。因此在危險度評估中，可以通過增加地震滑坡震中距和發(fā)震斷層距等與地震相關(guān)的作用因子，來提高地震滑坡危險度評估中地震與滑坡的關(guān)聯(lián)度。而在風(fēng)險評估中，地震因素的直接作用不能被直接反映。如汶川地震發(fā)生后，地震災(zāi)區(qū)的建筑物基本都提高了抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域空間的建筑承災(zāi)體的易損性都明顯降低。隨著災(zāi)區(qū)建筑物的易損性普遍降低，統(tǒng)計指標(biāo)中也難以體現(xiàn)出與常規(guī)易損性指標(biāo)的差別。只要在危險度評估中增加了地震因子作用，建立在滑坡危險度和易損度區(qū)劃基礎(chǔ)之上的地震滑坡風(fēng)險評估，就可以反映出地震因素的作用了。因此，地震滑坡風(fēng)險評估與常規(guī)滑坡風(fēng)險評估的主要差別應(yīng)該體現(xiàn)在危險度評估中滑坡與震源相關(guān)性因子選取上。本文選擇汶川地震極震區(qū)(I0≥ⅩⅠ)10縣市(面積26175.77 km2)為研究區(qū)域，探索了地震滑坡風(fēng)險評估方法。

1地震滑坡風(fēng)險分布(Rs)

根據(jù)文獻(xiàn)[4]中的滑坡風(fēng)險分類方法，不同類型滑坡風(fēng)險的研究深度不同，應(yīng)用范圍也不一樣。因此滑坡風(fēng)險研究應(yīng)該具有不同的目標(biāo)性和實(shí)用性，可以針對不同層次需要，采用不同階段的風(fēng)險研究目標(biāo)和方法解決需求。不同階段的風(fēng)險評價方法也不相同。按照文獻(xiàn)[4]中的風(fēng)險層次鏈實(shí)施階段劃分，筆者在完成汶川地震極震區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)劃的基礎(chǔ)上[5]，根據(jù)滑坡風(fēng)險綜合評估三要素的原則[6]，即：

(1)

式中：RS為風(fēng)險分布；RP為風(fēng)險概率；Rh為風(fēng)險損失。對汶川地震極震災(zāi)區(qū)(I0≥Ⅹ)的汶川、都江堰、彭州、茂縣、什邡、綿竹、安縣、北川、平武、青川10縣市(面積26 175.77 km2)進(jìn)行了地震滑坡風(fēng)險綜合評估。其中，地震滑坡風(fēng)險分布是采用地震滑坡風(fēng)險區(qū)劃方法確定；地震滑坡風(fēng)險概率，通過對震后降雨滑坡發(fā)生概率統(tǒng)計方法確定；地震滑坡風(fēng)險損失，根據(jù)滑坡受災(zāi)面積的損失率方法確定。地震滑坡風(fēng)險評估與常規(guī)滑坡風(fēng)險評估的差別主要體現(xiàn)在滑坡風(fēng)險區(qū)劃的要素中，而其它要素中是難以反映出地震因素的作用。

汶川地震極震區(qū)的滑坡風(fēng)險分布可通過全區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)劃獲得。采用GIS技術(shù)在研究區(qū)1:5萬DEM、DRG、20萬地質(zhì)圖、1:5萬土地利用圖的基礎(chǔ)上，分別對滑坡危險度的10項(xiàng)因子指標(biāo)、承載體易損度的5項(xiàng)因子指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重疊加，按照5級劃分標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過區(qū)劃劃分，獲得地震滑坡風(fēng)險的分布結(jié)果(表1、表2、圖1)，即：

R=H×V，

(2)

或

(3)

表1　汶川地震極震災(zāi)區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)劃分類統(tǒng)計表

表2　汶川地震極震區(qū)各縣市滑坡風(fēng)險等級分類統(tǒng)計

圖1　汶川地震極震災(zāi)區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)劃圖

2地震滑坡風(fēng)險概率(RP)

地震滑坡風(fēng)險概率與滑坡發(fā)生概率成正相關(guān)關(guān)系，滑坡隨機(jī)發(fā)生的次數(shù)越多，存在的風(fēng)險概率越大。從宏觀區(qū)域滑坡發(fā)育規(guī)律分析，大地震誘發(fā)的滑坡后期復(fù)活主要受降雨因素的控制。因?yàn)樵俅伟l(fā)生大地震或余震具有不確定性，作為誘發(fā)因素參加滑坡事件概率統(tǒng)計的難度太大。震區(qū)降雨型滑坡后期活動是轉(zhuǎn)化泥石流并造成大面積受損的主要致災(zāi)因素。所以，地震災(zāi)區(qū)的滑坡風(fēng)險概率應(yīng)該由震后降雨滑坡的時間及空間分布概率所決定。

2.1　滑坡時間概率

采用文獻(xiàn)[6]中的降雨滑坡概率計算方法，可以分別得到降雨滑坡的時間和空間分布概率。時間概率表示在給定降雨臨界值和時間的情況下，發(fā)生滑坡的時間概率為：

Pt=[1-(1-f)(1-f′)]=(1-p)。

(4)

式中：Pt為時間概率；f為不同危險區(qū)發(fā)生滑坡頻率；f′為不同危險區(qū)降雨滑坡發(fā)生頻率；(1-f)為不發(fā)生滑坡的概率；(1-f′)為不發(fā)生降雨滑坡的概率；p為不發(fā)生滑坡概率。采用式(4)，對極震災(zāi)區(qū)震后的降雨滑坡與地震滑坡進(jìn)行統(tǒng)計計算，獲得時間概率(表3、表4)。

表3　汶川地震極震區(qū)全區(qū)震后降雨滑坡概率統(tǒng)計

表4　汶川極震區(qū)各縣市降雨滑坡發(fā)生時間概率統(tǒng)計

2.2　滑坡空間概率

空間概率表示按風(fēng)險區(qū)面積為單元的滑坡分布概率，即：

P′=x[1-(1-f)(1-f′)]=x(1-p)。

(5)

式中：P′為空間概率；x為降雨滑坡分布密度系數(shù)(x=md/s、其中m為不同危險度區(qū)降雨滑坡數(shù)；d為樣本分區(qū)區(qū)間；s為不同危險度區(qū)總面積。采用式(5)，對極震災(zāi)區(qū)10縣市震后的降雨滑坡與地震滑坡進(jìn)行統(tǒng)計計算，獲得空間概率(表5、表6)。

表5　汶川極震區(qū)全區(qū)滑坡空間分布概率統(tǒng)計

表6　汶川極震區(qū)縣市區(qū)高危險度區(qū)滑坡空間分布概率統(tǒng)計

3地震滑坡?lián)p失評價(Rh)

在地震滑坡風(fēng)險區(qū)劃的基礎(chǔ)上，可以通過對各風(fēng)險區(qū)滑坡受損面積與滑坡風(fēng)險區(qū)面積之比，評估滑坡災(zāi)害可能造成的受損率。受損率不是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的評價關(guān)系，僅僅代表滑坡破壞范圍的概率。受損率預(yù)測對災(zāi)區(qū)人員傷亡情況是難以準(zhǔn)確評估的[7-13]，因?yàn)檫@與人們防災(zāi)意識和政府防災(zāi)管理程度密切相關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[3]中的滑坡受災(zāi)面積統(tǒng)計模型，可以對滑坡風(fēng)險分布區(qū)內(nèi)每一處滑坡受災(zāi)面積與滑坡風(fēng)險區(qū)面積進(jìn)行受損率統(tǒng)計，即：

(6)

式中：Rh為受損率(%)；SL為滑坡受災(zāi)面積(km2)；S0為滑坡面積(km2)；SR為評估風(fēng)險區(qū)面積(km2)。

在實(shí)際滑坡風(fēng)險損失評估中，由于在獲取當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)產(chǎn)量和固定資產(chǎn)資料信息的限制，如，經(jīng)濟(jì)總量、建筑物、基礎(chǔ)建設(shè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)、水利等等，所以得出的經(jīng)濟(jì)損失評估結(jié)果往往可信度較低。之前采用各種方法作出的經(jīng)濟(jì)損失評估與實(shí)際情況一般差距較大。所以對區(qū)域滑坡災(zāi)害發(fā)生前的損失預(yù)測評估，可以采用滑坡直接受損面積與風(fēng)險區(qū)面積的比率Rh評估可能造成的損失范圍。

根據(jù)式(6)，可以統(tǒng)計汶川地震極震區(qū)全區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)的滑坡受損情況(表7)。

汶川地震極震區(qū)全區(qū)滑坡風(fēng)險受損率與風(fēng)險類型趨勢呈指數(shù)衰減趨勢(圖2)，其衰減模型如下：

(7)

汶川地震極震區(qū)全區(qū)滑坡風(fēng)險受損率結(jié)果中，高風(fēng)險區(qū)滑坡災(zāi)害受損面積可能達(dá)到11%,是較高風(fēng)險區(qū)的1.92倍(5%)、中風(fēng)險區(qū)的3.79倍(2%)、低風(fēng)險區(qū)的10.0倍(1%)、無風(fēng)險區(qū)的36.6倍(0.3%)。

表7　汶川地震極震區(qū)全區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)受損類型統(tǒng)計表

圖2　汶川地震極震區(qū)全區(qū)滑坡風(fēng)險受損趨勢圖

%

采用同上方法，對汶川地震極震區(qū)各縣市滑坡風(fēng)險受損率進(jìn)行統(tǒng)計，可獲得表8和表9所示的結(jié)果。

表9　汶川地震極震區(qū)各縣市區(qū)滑坡風(fēng)險區(qū)受損率模型統(tǒng)計

以上統(tǒng)計結(jié)果，無論對極震災(zāi)區(qū)全區(qū)的滑坡風(fēng)險受損率，還是極震災(zāi)區(qū)各縣市滑坡風(fēng)險受損率，都可以看出未來滑坡風(fēng)險的受損率一般不是太高。全區(qū)的高風(fēng)險區(qū)受損率僅可能達(dá)到11%，其他風(fēng)險區(qū)的損失率更低。

在完成以上準(zhǔn)備之后，可以對汶川地震極震區(qū)滑坡風(fēng)險進(jìn)行綜合評估。根據(jù)表1、圖1表示的汶川地震極震區(qū)滑坡風(fēng)險分布，表2、表3表示的汶川地震極震區(qū)滑坡概率，表4表示的汶川地震極震區(qū)滑坡風(fēng)險受損率的統(tǒng)計結(jié)果，評價5類滑坡風(fēng)險區(qū)可能分別承擔(dān)的風(fēng)險損失概率。即：

(8)

式中：γ為風(fēng)險損失概率。

表10　汶川地震災(zāi)區(qū)全區(qū)滑坡風(fēng)險綜合評估

圖3　5類型滑坡風(fēng)險區(qū)對全區(qū)綜合風(fēng)險貢獻(xiàn)關(guān)系圖

同時，5類滑坡風(fēng)險區(qū)的綜合風(fēng)險貢獻(xiàn)關(guān)系符合如下規(guī)律模型。

(9)

式(9)說明，隨著滑坡風(fēng)險區(qū)的等級變化，綜合風(fēng)險貢獻(xiàn)與風(fēng)險等級呈線性函數(shù)發(fā)展關(guān)系，并且相關(guān)性好。

采用以上方法，對汶川地震極震區(qū)各縣市滑坡風(fēng)險進(jìn)行綜合評估，也可獲得各自的評估說明和規(guī)律曲線模型。

5結(jié)論

地震滑坡風(fēng)險評估包括三方面的內(nèi)容，即風(fēng)險分布評價、風(fēng)險概率評價、風(fēng)險損失評價。而單一的風(fēng)險評價不能真正代表風(fēng)險評估的內(nèi)容。本文根據(jù)評估的原則對汶川地震極震區(qū)10個縣市的滑坡風(fēng)險進(jìn)行了綜合評估。

地震發(fā)生后，由于政府采取了滑坡危險地帶主動搬遷避讓的恢復(fù)重建措施，極震災(zāi)區(qū)的滑坡風(fēng)險明顯降低?；嘛L(fēng)險主要由全區(qū)9.03%面積

的高風(fēng)險區(qū)承擔(dān)。其余區(qū)域的滑坡風(fēng)險很小，所以極震災(zāi)區(qū)大部分區(qū)域是安全的。

風(fēng)險評估中，滑坡風(fēng)險損失評價是一項(xiàng)比較難以確定的指標(biāo)。目前的統(tǒng)計方法還達(dá)到不到包括人員在內(nèi)的損失評價，只能滿足固有資產(chǎn)的統(tǒng)計。因此可能使滑坡綜合風(fēng)險評估內(nèi)容有所不足。

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Landslides Risk Assessment Method of Wenchuan M8.0 Earthquake Region

Qiao Jianping1, 2, Wang Meng1, 2and Wu Caiyan3

(1.KeyLaboratoryofGeo-surfaceProcessandMountainHazards,CAS,Chengdu6100412,China;

2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,CAS,Chengdu610041,China;

3.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China)

Abstract:We adopt the assessment method based on the three factors of landslide risk as risk zonation, risk probability and risk loss to evaluate the landslides risk of Wenchuan earthquake meizoseismal area, which including 10 counties with the whole area of 26 000 km2. Results show that although the higher risk region covers 9.03% area of the total, it makes 42% contribution to landslide occurrence probability and risk loss. The high risk region covers 14.61% area of the total and makes 42% contribution to landslide. The moderate risk region covers 22.28% area of the total and makes 19% contribution to landslide. The low risk region covers 37.93% area of the total and makes 11% contribution to landslide. The safe region covers 16.15% area of the total and makes 3% contribution to landslide. As results of effective prevention measures, the risk of landslide is reduced significantly after earthquake.

Key words:Wenchuan M8.0 earthquake; meizoseismal area; landslide; risk assessment

作者簡介：喬建平(1953-)，男，四川成都人，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榛乱?guī)律、滑坡機(jī)理與滑坡危險度區(qū)劃、地震滑坡. E-mail：jpqiao@imde.ac.cn

基金項(xiàng)目：科技部重點(diǎn)國際合作項(xiàng)目(2013DFA21720)

收稿日期：2015-06-19修回日期：2015-08-03

中圖分類號：X43;P642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)01-0055-05

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.012