喬建平,王 萌,吳彩燕
(1.中國(guó)科學(xué)院地表過(guò)程與山地災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610041; 2.中國(guó)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(yáng) 621000)
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汶川地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃*
喬建平1,2,王萌1,2,吳彩燕3
(1.中國(guó)科學(xué)院地表過(guò)程與山地災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610041; 2.中國(guó)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(yáng) 621000)
摘要:地震擾動(dòng)區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究主要涉及兩方面的問(wèn)題:①地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流與一般地區(qū)的滑坡泥石流有什么差異?②這種特定環(huán)境的滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與一般地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃有什么不同?根據(jù)這兩個(gè)關(guān)鍵命題討論了汶川地震災(zāi)區(qū)都江堰白沙河小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃問(wèn)題,認(rèn)為在地震擾動(dòng)區(qū)的一個(gè)獨(dú)立地貌單元小流域中,滑坡泥石流比非地震區(qū)小流域的分布數(shù)量更多,范圍更廣,規(guī)模更大。尤其在后期降雨條件下發(fā)生頻率更高,潛在危險(xiǎn)性更高。所以在危險(xiǎn)度區(qū)劃階段必須結(jié)合地震因子,評(píng)價(jià)與地震動(dòng)因素的相關(guān)性,突出地震動(dòng)的破壞作用。易損度區(qū)劃階段應(yīng)該考慮承載體的抗震因子。風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型與一般地區(qū)模型基本一致,而差別在危險(xiǎn)度區(qū)劃階段結(jié)合了地震因素的影響。
關(guān)鍵詞:地震擾動(dòng)區(qū);小流域;地質(zhì)災(zāi)害;風(fēng)險(xiǎn);汶川地震
汶川8.0級(jí)大地震之后擾動(dòng)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害(以滑坡泥石流為主)極為活躍,災(zāi)后重建安置區(qū)受其影響的風(fēng)險(xiǎn)損失可能性加大。作者在已有的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃基礎(chǔ)上[1-6],選擇地震烈度Ⅺ度區(qū)的都江堰白沙河小流域開(kāi)展滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究,探索地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃特點(diǎn)和方法。根據(jù)文獻(xiàn)[1-6]中的探討總結(jié)可知,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究眾多,包括各種定義、各種評(píng)價(jià)模型、各種區(qū)劃方法等等。但到目前為止,尚未見(jiàn)到有關(guān)地震擾動(dòng)區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的專題研究。將地震擾動(dòng)區(qū)小流域視為一個(gè)有限的獨(dú)立完整地貌系統(tǒng),針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)滑坡泥石流的具體特點(diǎn),建立較為系統(tǒng)、精細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)研究系統(tǒng)模式,更有助于提高滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的精度。地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究的關(guān)鍵問(wèn)題有兩個(gè):①地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流的發(fā)育特點(diǎn)是什么,與其它滑坡泥石流發(fā)育有什么不同;②地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)與其它區(qū)域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)相比有什么特點(diǎn),采用風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法有什么區(qū)別。本文針對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討,認(rèn)為地震擾動(dòng)區(qū)小流域的滑坡泥石流發(fā)育程度、危害程度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般區(qū)域,并在小流域內(nèi)就可以形成系統(tǒng)的災(zāi)害鏈,各類災(zāi)害轉(zhuǎn)化互為一體。地震擾動(dòng)區(qū)小流域的滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與常規(guī)方法相比,主要是在危險(xiǎn)度區(qū)劃階段必須增加與地震相關(guān)的因子指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)地震動(dòng)對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡泥石流破壞貢獻(xiàn)。
1地震擾動(dòng)區(qū)和小流域的概念
1.1地震擾動(dòng)區(qū)
廣義地震區(qū)可以沿地震斷裂構(gòu)造帶分布,延伸幾十至幾百公里,甚至更大范圍,如西南地震區(qū)、西北地震區(qū)、華北地震區(qū)等等。而狹義地震擾動(dòng)區(qū)應(yīng)該有明確的范圍標(biāo)準(zhǔn),特指在地震動(dòng)過(guò)程中地面遭到嚴(yán)重破壞的區(qū)域。本文提出“地震擾動(dòng)區(qū)”概念的主要目的是針對(duì)地震滑坡泥石流易發(fā)區(qū),重點(diǎn)研究這些特殊范圍內(nèi)地震誘發(fā)滑坡泥石流的發(fā)育規(guī)律及潛在風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有地震擾動(dòng)區(qū)明確的劃分標(biāo)準(zhǔn),但根據(jù)作者研究地震滑坡的經(jīng)驗(yàn)[7-11],認(rèn)為可以將我國(guó)地震烈度標(biāo)準(zhǔn)作為參考。我國(guó)1990年修訂的地震烈度表標(biāo)準(zhǔn),Ⅸ度區(qū)內(nèi)“滑坡塌方常見(jiàn)”。即從地震烈度的Ⅸ度區(qū)開(kāi)始,山區(qū)可能出現(xiàn)典型的滑坡崩塌泥石流。作者對(duì)中國(guó)西南地區(qū)已有的大于7級(jí)以上的地震災(zāi)區(qū)進(jìn)行了實(shí)地考查,認(rèn)為Ⅸ度區(qū)以上為滑坡泥石流易發(fā)區(qū)。所以相對(duì)滑坡泥石流發(fā)育環(huán)境條件和地震動(dòng)破壞動(dòng)力而言,可以將地震烈度的Ⅸ度區(qū)以上區(qū)域劃分為適宜滑坡泥石流發(fā)育的地震擾動(dòng)區(qū)。
1.2小流域
根據(jù)我國(guó)水利行業(yè)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[12],小流域(small watershed)指面積不超過(guò)50 km2的集水單元。原則上控制在30~50 km2之間,特殊情況下不宜小于3 km2或大于100 km2,且為一個(gè)獨(dú)立自然集水地貌單元。小流域由一個(gè)或多個(gè)微流域歸并而成。小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是針對(duì)這些小區(qū)域范圍、獨(dú)立流域地貌單元的滑坡泥石流災(zāi)害可能遭受的損失類型進(jìn)行綜合劃分,評(píng)價(jià)不同類型區(qū)風(fēng)險(xiǎn)危害損失的程度和發(fā)生概率。
研究區(qū)位于汶川大地震的都江堰白沙河流域,屬長(zhǎng)江流域岷江水系,系岷江一級(jí)支流。流域面積364 km2,微流域共16條,其中無(wú)人區(qū)面積占310 km2,災(zāi)后重建的集中安置區(qū)面積僅51.57 km2,符合小流域的劃分標(biāo)準(zhǔn)。該區(qū)位于極震區(qū),距震中汶川映秀僅8.6 km,地震烈度為Ⅺ度。本文重點(diǎn)將選擇游災(zāi)后集中安置區(qū)51.57 km2范圍進(jìn)行滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃(圖1)。
圖1 白沙河流域圖
2災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)
2.1分布密度大
汶川大地震誘發(fā)的崩塌滑坡泥石流數(shù)量和規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般地區(qū)。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和遙感判譯,白沙河流域的崩塌滑坡泥石流總數(shù)達(dá)到6 119處,分布密度達(dá)到了16.8處/km2, 全流域地表破壞總面積達(dá)到39.7 km2,占流域總面積的10.9 %,這個(gè)比例在汶川地震災(zāi)區(qū)已屬于高水平分布(表1、圖2)[13-14]。
圖2 白沙河流域崩塌滑坡分布圖
2.2大型崩滑體極為發(fā)育
汶川大地震誘發(fā)了大量的地震滑坡,根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)的滑坡面積大于5×104m2的地震滑坡排行表[15],汶川震區(qū)共發(fā)育112處面積大于5×104m2的滑坡,其中有9處發(fā)育在都江堰轄區(qū)內(nèi)。這9處滑坡中,有8處座落在研究區(qū)境內(nèi)。
2.3災(zāi)變程度高、危害嚴(yán)重
地震誘發(fā)的崩塌、滑坡、碎屑流等災(zāi)害物源極為豐富,在降雨條件下極易轉(zhuǎn)化為泥石流,從而造成災(zāi)害損失加重。例如集中安置區(qū)內(nèi)的深溪溝、鍋圈巖滑坡、銀洞子溝滑坡、干溝崩塌群等已經(jīng)產(chǎn)生了數(shù)次泥石流,給當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)了嚴(yán)重的危害。其中,2010年8月13日,2013年7月9日的兩次強(qiáng)降雨過(guò)程促使區(qū)內(nèi)泥石流群發(fā),使安置區(qū)新建住宅、道路等遭到嚴(yán)重破壞,并致人員傷亡。
綜上所述,與非地震區(qū)相比較,地震擾動(dòng)區(qū)小流域的滑坡泥石流具有分布密度極高、大型災(zāi)害體居多、后期極易轉(zhuǎn)化泥石流和危害嚴(yán)重的發(fā)育特點(diǎn)。
3地震擾動(dòng)區(qū)小流域風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃
3.1區(qū)劃方法
地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是根據(jù)地震滑坡泥石流發(fā)育特點(diǎn),將精細(xì)空間化的獨(dú)立自然集水地貌單元內(nèi)的滑坡泥石流危險(xiǎn)度與承災(zāi)體易損度區(qū)劃結(jié)果進(jìn)行綜合分析,劃分可能遭受危害損失的區(qū)域范圍,并評(píng)價(jià)危害損失類型和發(fā)生可能性(概率)。根據(jù)地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的原則,可以建立區(qū)劃方法的基本結(jié)構(gòu)模型(圖3)。
表1 白沙河流域崩塌滑坡泥石流統(tǒng)計(jì)表
表2 小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分類表
圖3 地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃框圖
地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與常規(guī)滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的主要區(qū)別有如下兩方面。
(1)區(qū)劃的精度標(biāo)準(zhǔn)更高。要求滑坡泥石流災(zāi)害的基礎(chǔ)要素內(nèi)容更全面,承載體的基本信息內(nèi)容更詳細(xì),概率分析更準(zhǔn)確。各種災(zāi)害體將以點(diǎn)狀要素變?yōu)槊鏍钜兀芨鎸?shí)地、準(zhǔn)確地體現(xiàn)了滑坡泥石流在小范圍空間中的影響作用,獲得的風(fēng)險(xiǎn)可靠度更高。參考水利部門對(duì)小流域的劃分標(biāo)準(zhǔn),可以對(duì)滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃空間尺度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)劃分(表2)。
(2)區(qū)劃指標(biāo)與地震因素相關(guān)。地震擾動(dòng)區(qū)滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃必須關(guān)聯(lián)地震因子,如地震斷裂層距、加速度等。這些因子都將在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的基礎(chǔ)部分危險(xiǎn)度區(qū)劃階段增加。
3.2危險(xiǎn)度區(qū)劃
區(qū)劃范圍包括白沙河流域下游51.75 km2災(zāi)害重建集中安置區(qū)。危險(xiǎn)度區(qū)劃評(píng)價(jià)因子共7個(gè)。在常規(guī)危險(xiǎn)度區(qū)劃的坡度、坡向、巖性、高差、溝床距5個(gè)因子指標(biāo)基礎(chǔ)上,又增加了地震斷層距、斜坡臨界加速度2項(xiàng)與地震因子相關(guān)的指標(biāo),代表地震因子對(duì)滑坡泥石流發(fā)育的貢獻(xiàn)。
(1)將距離地震斷層的遠(yuǎn)近按照500 m的間隔劃分為6個(gè)等級(jí):0~500 m,500~1 000 m,1 000~1 500 m, 1 500~2 000 m,2 000~2 500 m,>2 500 m。然后與災(zāi)害分布圖層進(jìn)行疊加,計(jì)算不同地震斷裂距對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)率。
(2)采用采用基于Newmark法的斜坡臨界加速度,如式(1)所示。
a=(Fs-1)gsinα′。
(1)
計(jì)算白沙河小流域斜坡臨界加速度分布區(qū)間為0~1.71 g,將其按照自然斷點(diǎn)法劃分為5級(jí):0~0.46 g、0.46~0.74 g、0.74~0.96 g、0.96~1.20 g、1.20~1.71 g。然后與災(zāi)害分布圖層進(jìn)行疊加,計(jì)算不同斜坡臨界加速度對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)率。
采用區(qū)劃模型式(2)進(jìn)行白沙河小流域下流集中安置區(qū)滑坡泥石流危險(xiǎn)度區(qū)劃,即:
(2)
圖4 白沙河小流域下游集中安置區(qū)危險(xiǎn)度區(qū)劃
3.3易損度區(qū)劃
災(zāi)后重建時(shí)國(guó)家對(duì)地震重災(zāi)區(qū)基本采取集中安置,統(tǒng)一規(guī)劃的方略。因此白沙河小流域的居民基本集中安置在下游51.57 km2范圍內(nèi)。區(qū)內(nèi)承災(zāi)體的性質(zhì)也較地震前發(fā)生很大改變,如社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、物質(zhì)、資源生態(tài)等分布密度相對(duì)增大,單位價(jià)值提高,成為災(zāi)后重建區(qū)的特點(diǎn)。與常規(guī)的易損度評(píng)價(jià)指標(biāo)相比,沒(méi)有更大的差異,基本延用了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、物質(zhì)、資源生態(tài)4大類指標(biāo)選取。
表3 白沙河小流域下游集中安置區(qū)滑坡、泥石流危險(xiǎn)度區(qū)劃統(tǒng)計(jì)
表4 白沙河小流域下游集中安置區(qū)滑坡、泥石流易損度區(qū)劃統(tǒng)計(jì)
采用區(qū)劃模型式(3)進(jìn)行白沙河小流域集中安置區(qū)承載體易損度劃,即:
(3)
圖5 白沙河小流域下游集中安置區(qū)易損度區(qū)劃
3.4風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃
根據(jù)危險(xiǎn)度和易損度區(qū)劃的結(jié)果,采用文獻(xiàn)[1]的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃模型,將式(2)、(3)代入式(4),即:
R=H×V;
(4)
式中:R為滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)。采用式(4)進(jìn)行地震擾動(dòng)區(qū)白沙河小流域下游集中安置區(qū)滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃,并按照表2中Ⅱ類小流域區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)(1:10 000比例尺)進(jìn)行區(qū)劃,并對(duì)區(qū)劃數(shù)據(jù)采用自然斷點(diǎn)法分區(qū),最后輸出區(qū)劃結(jié)果(圖6、表5)。
圖6 白沙河小流域下游集中安置區(qū)滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃
風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積/km2比例/%分布范圍ⅠR低9.15817.76白沙河中游左岸大部區(qū)域,以及下游左右岸大部區(qū)域,包括高原村、廟壩村部分范圍,虹口場(chǎng)鎮(zhèn)、燕巖村、久紅村、棕花村大部區(qū)域ⅡR較低19.44537.7白沙河中游左岸大部區(qū)域,以及下游左右岸大部區(qū)域,包括高原村、廟壩村部分范圍,虹口場(chǎng)鎮(zhèn)、燕巖村、久紅村、棕花村大部區(qū)域ⅢR中等14.84128.78白沙河中游右岸區(qū)域,包括聯(lián)合村、高原村、廟壩村部分范圍ⅣR較高3.9277.61白沙河中、下游右岸部分區(qū)域,包括聯(lián)合村、高原村、廟壩村、深溪溝村部分范圍ⅤR高4.2068.15白沙河中、下游右岸部分區(qū)域,包括聯(lián)合村、高原村、廟壩村、深溪溝村部分范圍總計(jì)5級(jí)劃分51.577100/
4結(jié)語(yǔ)
(1)地震擾動(dòng)區(qū)是汶川8.0級(jí)大地震后提出的相對(duì)滑坡泥石流發(fā)育區(qū)域的概念,本文結(jié)合地震烈度的標(biāo)準(zhǔn)及野外實(shí)地調(diào)查的結(jié)果,認(rèn)為可以將地震烈度的Ⅸ度區(qū)確定為有利于滑坡泥石流發(fā)育的地震擾動(dòng)區(qū)。
(2)小流域?yàn)橐粋€(gè)獨(dú)立的集水地貌單元,進(jìn)行小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃關(guān)鍵是提高區(qū)劃的精度。根據(jù)小流域面積的大小,應(yīng)制定適宜的區(qū)劃精度標(biāo)準(zhǔn)。研究地震擾動(dòng)區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的意義在于揭示一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害類型,演變規(guī)律,以及風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。
(3)地震擾動(dòng)區(qū)小流域滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與非地震區(qū)滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的主要差別是:首先準(zhǔn)確分析地震滑坡泥石流的發(fā)育規(guī)律和特點(diǎn),以及潛在的危險(xiǎn)性;增加與地震動(dòng)相關(guān)的因子,評(píng)價(jià)地震對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡崩塌泥石流的潛在影響;其次將小流域評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化處理后,分別采用不同尺度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域、典型地災(zāi)體開(kāi)展層次風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和評(píng)價(jià),提高了風(fēng)險(xiǎn)研究的精度和可靠性。目的是形成一個(gè)完整獨(dú)立地貌單元的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果,便于管理者充分掌握流域內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)信息。
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Landslide and Debris Flow Risk Zonation at Small Watershed Scale in Wenchuan Earthquake Disturbed Area
Qiao Jianping1, 2, Wang Meng1, 2and Wu Caiyan3
(1.KeyLaboratoryofGeo-SurfaceProcessandMountainHazards,CAS,Chengdu610041,China;2.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,CAS,Chengdu610041,China; 3.SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China)
Abstract:Geological hazards risk zonation at small watershed scale in seismic disturbed area mainly involves two issues. One is about the difference between the hazards in the small watershed of seismic disturbed area with them in the normal place. The other is about the difference between the geological hazards risk zonation in the particularenvironment with the general area. We discussed landslide and debris flow risk zonation of Baishahe watershed in Wenchuan Earthquake disturbed region according to these two key issues. It considered that landslide and debris flow distributed more largely and widely in a separatedgeomorphological unit of small watershed than in the none-seismic area. They would occur in a higherfrequency and have more potential hazards in the rainfall condition especially. So, in the stage of hazard zonation, it should combine with the seismic factors, evaluate the correlation with them, and highlight the damage effect of seismic vibration. Vulnerability zonation should consider hazard bearing body’s seismic factors. However, risk zonation model is consistent with general area evaluation model, only considering the seismic factors in the hazard zonation stage.
Key words:seismic disturbed area; small watershed; geological disaster; risk; Wenchuan earthquake
doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.02.001
中圖分類號(hào):X43;P642
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1000-811X(2016)02-0001-05
作者簡(jiǎn)介:?jiǎn)探ㄆ?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(xiǎn)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(guó)際合作項(xiàng)目(2013DFA21720);國(guó)家青年科學(xué)基金(41301592);中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主支持基金項(xiàng)目資助(2013年度);長(zhǎng)江科學(xué)院開(kāi)放研究基金資助項(xiàng)目(CKWV2015228/KY);國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(521999150031)
*收稿日期:2015-10-21修回日期:2016-01-06
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