喬建平，王 萌，吳彩燕，樊曉一

(1.中國科學院地表過程與山地災害重點實驗室, 四川 成都 610041；2.中國科學院成都山地災害與環(huán)境研究所, 四川 成都 610041；3.西南科技大學，四川 綿陽 621000)

0 引言

作者在參考文獻[1]中，已給出了地震擾動區(qū)及小流域滑坡泥石流概念的定義，并進行了地震擾動區(qū)小流域滑坡泥石流風險區(qū)劃研究。根據(jù)作者在文獻[1]對滑坡泥石流風險分類的原則，風險區(qū)劃(風險評價、風險分析)僅僅完成風險研究的初期階段工作。風險評估才是對風險研究的最終結果[2]。因為風險評估的綜合性更強，不但需要涉及到風險區(qū)劃(風險評價、風險分析)問題，還將要涉及風險概率、風險損失、風險防御效益等內(nèi)容。所以風險評估階段涵蓋的因素更多，包括的內(nèi)容更全面。作者參考文獻[2]已介紹，國外研究者對滑坡泥石流風險的定義比較完整，不同階段的風險研究應該具有不同功能作用。而國內(nèi)學者對滑坡泥石流風險評估的認識還存在一些差異，沒有明確的階段性和功能性劃分[3-11]，基本都將風險區(qū)劃(風險評價、風險分析)與評估混同。作者在汶川地震擾動區(qū)都江堰白沙河小流域風險區(qū)劃的基礎上[12-13]，進一步統(tǒng)計分析了風險發(fā)生概率和風險防御工程實施效益，采用風險區(qū)劃(RS)、風險概率(RP)、風險受損率(Rh)、風險防御工程效果(RΔP)4項指標綜合評估區(qū)域的風險狀態(tài)。這樣的評估結果才能更好地服務于管理部門管控和處理風險。

1 評估模型

經(jīng)過滑坡泥石流風險區(qū)劃、風險概率統(tǒng)計、風險受損率預測、風險防御工程效益評價、4個階段要素層工作之后，才能滿足地震擾動區(qū)小流域滑坡泥石流風險綜合評估條件。4個獨立階段層的統(tǒng)計分析結果，基本構建了滑坡泥石流風險評估結構框圖(圖1)。按照圖1風險綜合評估4階段要素層原則，可以建立以下風險評估模型：

圖1 滑坡泥石流風險綜合評估結構框圖Fig. 1 Landslide and debris flow risk comprehensive assessment structure diagram

,RP,Rh,RΔP)(1)

式中：Rs——風險區(qū)劃(分布)；

Rp——風險概率；

Rh——風險受損率；

RΔP——風險防御效果。

式(1)的模型表示，評估應該首先確定風險的分布狀況，同時針對不同等級風險區(qū)分析發(fā)生風險的可能性(概率)，其次預測各類風險區(qū)可能遭受危害損失量，最后評價防御工程的綜合效益。這種的多要素組合分析模型，才能達到綜合評估風險的效果。

2 風險區(qū)劃(Rs)

圖2 白沙河小流域及研究區(qū)位置圖Fig. 2 Location map of the small river basin and research area in the small watershed of Baisha River

研究區(qū)位于“5·12”汶川大地震的都江堰白沙河流域，屬長江流域岷江水系，系岷江一級支流。流域面積364 km2，微流域共16條，其中無人區(qū)面積占310 km2，災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準。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(圖2)。根據(jù)實地調(diào)查和遙感判譯，白沙河流域的崩塌滑坡泥石流總數(shù)達到6 119處，分布密度達到了16.8處/ km2, 全流域地表破壞總面積達到39.7 km2，占流域總面積的10.9%， 這個比例在汶川地震災區(qū)已屬于高水平分布(圖3)。作者選擇災后重建集中安置區(qū)51.57 km2范圍，并按5級風險區(qū)等級標準(即：高、較高、中等、較低、低風險區(qū))，完成了滑坡泥石流風險區(qū)劃(圖4、表1)[1]。

圖3 白沙河小流域滑坡泥石流分布圖Fig. 3 Distribution map of landslide and debris flow in the small watershed of Baisha River

表1 白沙河小流域下游集中安置區(qū)滑坡泥石流風險區(qū)劃統(tǒng)計

圖4 白沙河小流域下游集中安置區(qū)滑坡泥石流風險區(qū)劃圖Fig. 4 The risk zoning map of landslide and debris flow in the downstream concentrated resettlement area in the small watershed of Baisha River

3 風險概率(Rp)

作者在參考文獻[12]中，已采用Logistic回歸模型對研究區(qū)不同級別的風險區(qū)發(fā)生概率進行了統(tǒng)計分析，分別給出了在降雨條件影響下災害可能發(fā)生的時間(圖5、表2)及空間(圖6、表3)概率預測結果，即：

(2)

式中：P——統(tǒng)計概率;

x——統(tǒng)計變量;

α——常數(shù);

β——邏輯回歸系數(shù)。

圖5 白沙河小流域當日降雨量誘發(fā)災害時間概率分布圖Fig. 5 The probability distribution map of rainfall in the small watershed of Baisha River

雨量等級當日降雨量/mm災害發(fā)生概率小雨<10<0.1中雨10～24.90.1～0.3大雨25～49.90.3～0.5 暴雨50～99.90.5～0.7 大暴雨100～249.90.7～0.9特大暴雨>250>0.9

圖6 當日降雨條件下白沙河小流域不同風險區(qū)滑坡泥石流概率分布圖Fig. 6 Probability distribution of landslide and debris flow in different area in the small watershed of Baishhe River basin under the conditions of rainfall

表3 當日降雨條件下白沙河小流域不同風險區(qū)誘發(fā)災害概率統(tǒng)計表

因低風險區(qū)發(fā)生滑坡泥石流災害的可能性極小，所以可不統(tǒng)計風險概率。

4 受損率(Rh)

受損率是評價各級風險區(qū)滑坡泥石流災害直接威脅的固定資產(chǎn)量與風險區(qū)面積的比例關系。受損率相對承載體的易損度更直接和具體，可以選用參考文獻[13]的損失率和損失程度2項指標組成。

4.1 損失率

損失率表示5級風險區(qū)固定財產(chǎn)可以達到的損失比例。損失率不代表在評估區(qū)域內(nèi)就一定會造成同比重的固定財產(chǎn)損失，而是預測損失的可能性，或者是預測損失概率。如果某一級風險區(qū)的損失率越高，遭受財產(chǎn)損失的風險就越大，但不能表示就一定會遭到損失。關鍵還要取決于各類風險區(qū)的等級標準。風險等級越高，損失的可能性越大。風險等級與損失的可能性成正比關系。評價模型如下：

式中：Rh(LF)損失率(L為滑坡、F為泥石流);

v——單級風險區(qū)固定財產(chǎn)價值(萬元);

V——全區(qū)固定總財產(chǎn)價值(萬元)。

4.2 損失度

評價不同風險類型區(qū)的損失程度，可以采用單位面積(小流域中一般取單位面積為 km2)的固定財產(chǎn)損失量作為一種標準。因為損失率只能描述不同風險類型區(qū)占整體固定財產(chǎn)的損失比重，不能說明單位面積內(nèi)可能遭受的損失程度。甚至可能出現(xiàn)低風險區(qū)面積大，總損失總量也大，在全區(qū)固定財產(chǎn)損失的比重也會出現(xiàn)隨之增高的結果。單位面積損失量可以檢驗每平方公里內(nèi)，固定財產(chǎn)的損失情況。這樣才能真實反映出不同風險類型區(qū)可能遭受的損失程度。一般而言，單位面積內(nèi)受損程度越高，說明該類型區(qū)受損的風險越大。首先建立損失量評價模型，即：

(j,i=1…5級風險區(qū))(4)

BLi——滑坡?lián)p失量/萬元;

BFi——泥石流損失量/萬元;

Sj——風險類型區(qū)面積/km2。

將式(4)結果進行均值化處理后，可建立損失度指數(shù)模型，即：

(i=1…5級風險區(qū))(5)

式(5)統(tǒng)計各類風險區(qū)損失程度指數(shù)，能夠真實反映可能遭受風險損失的強度。

4.3 受損率

將損失率與損失程度兩項指標相加，得到受損率統(tǒng)計模型，即：

(6)

研究區(qū)固定財產(chǎn)總價值為2.647 0億元，采用式(3)、式(5)可以獲得研究區(qū)的受損率結果(表4)：

表4 白沙河小流域集中安置區(qū)受損率統(tǒng)計

5 防御工程效果(RΔP)

5.1 抗風險能力

根據(jù)參考文獻[14][15]，區(qū)域滑坡泥石流風險處理中，一般只對有直接危害對象的滑坡泥石流進行工程防御。如果防御工程數(shù)量比例越高，區(qū)內(nèi)整體抗風險能力越強。反之亦然，防御工程比例越低，區(qū)內(nèi)整體抗風險能力越弱。據(jù)此原理，可以建立區(qū)域地質(zhì)災害抗風險能力統(tǒng)計模型，即：

(i=1…5，風險等級區(qū))(7)

式中：ECi——抗風險能力;

λ——工程級別系數(shù);

CEi——實施工程措施數(shù);

EWi——實施非工程措施數(shù);

N——災害總數(shù)。

區(qū)域整體抗擊風險能力既要體現(xiàn)區(qū)內(nèi)防御工程的實施率和類型，還應體現(xiàn)工程投資量。采用式(7)，統(tǒng)計研究區(qū)抗風險能力結果見表5。

表5 白沙河小流域集中安置區(qū)抗風險能力統(tǒng)計

5.2 風險折減率

根據(jù)參考文獻[14][15]，通常只要是實施了防御工程措施和非工程措施的區(qū)域，地質(zhì)災害風險損失都應該小于之前的風險損失，即風險損失折減。風險損失折減率可能性有多大，可以采用防御工程實施率(抗風險能力)與防御工程風險受損率的概率關系表達，即：

式中：P——防御工程后風險折減率;

EC——有效防御工程措施實施率(抗風險能力)。

風險折減率代表風險損失降低的可能性，這個可能性的概率關系式為P(A/B)，即“在B條件下A的概率”，即：

P(A/B)=P(AB)/P(B) (P(B)>0)(9)

或

式中：Pi-j——防御工程后風險損失折減概率(i=1…5級風險區(qū)，j=1…3級降雨類型)；

將式(7)代入式(10)，得到式(11)：

式中：PP——地質(zhì)災害發(fā)生概率[12];

Rh——損失概率。

利用式(8)可以計算防御工程實施后的風險損失折減率。

由于研究區(qū)主要以泥石流災害為主，所以還應該考慮不同降雨量條件下防御工程的損失折減概率。采用式(11)分別獲得特大暴雨Q1、大暴雨Q2、暴雨Q3的風險折減概率(表6)。

表6 白沙河小流域各風險類型區(qū)風險折減概率統(tǒng)計Table 6 Statistics of risk reduction probability of various risk profiles in the small watershed of Baisha River

5.3 風險折減效果評價

·Pi-j(12)

式中：P0——風險防御工程實施后的風險損失概率。

(13)

將式(12)代入式(13)可變?yōu)椋?/p>

式中：RΔP——風險折減效果評價模型。

采用式(14)對表6數(shù)據(jù)進行效果評價值計算，獲得表7結果：

按照防御工程三級效益評價標準[14-15]：效果好(A)、效果較好(B)、效果一般(C)。統(tǒng)計結果如表8：

高風險區(qū)的地質(zhì)災害數(shù)量占全區(qū)總數(shù)的38%，威脅的人數(shù)及財產(chǎn)數(shù)量最多，承擔的風險損失概率最大，通過10處直接危害人民生命財產(chǎn)安全的地災工程治理，明顯折減了原有的風險損失可能性。所以高風險區(qū)風險損失折減效果最好，防御工程效益為A級最多。

表7 白沙河小流域風險折減效果評價Table 7 Statistics of risk reduction of small watershed in Baisha River

表8 白沙河小流域風險折減效果評價表

因其它風險類型區(qū)的防御工程的類型和投入量相對較低，承擔的風險損失概率也相對較低，因此防御工程效果相對較差，評價結果分別為B和C級。

6 風險綜合評估

當獲得以上的各階段統(tǒng)計計算成果后，根據(jù)式(1)的關系式，轉(zhuǎn)化為綜合風險指數(shù)進行工程防御前、后的小流域滑坡泥石流風險評估，即：

工程防御前

(i=1…4)(15)

工程防御后

因當?shù)卣褜嵤┌咨澈恿饔蚣邪仓脜^(qū)的滑坡泥石流防御工程措施，所以評估內(nèi)容包括風險折減效果。根據(jù)圖1、式(15)、(16)的綜合評估模型，可以給出白沙河小流域下游集中安置區(qū)(1∶1萬比例圖件)風險綜合評估結果(表9)。

表9 白沙河小流域下游滑坡泥石流風險綜合評估表

7 結論

(1)小流域滑坡泥石流風險綜合評估將精細化空間的大類數(shù)據(jù)進行區(qū)類統(tǒng)計劃分，能夠較全面地掌握風險可能存在的各類信息，克服了以往單一指標因素評估的片面性；

(2)評估結果，占全區(qū)15%面積的高風險區(qū)和較高風險區(qū)將可能承擔全區(qū)57%風險受損率。在大暴雨、特大暴雨條件下，發(fā)生風險損失的概率可達85%以上，所有應該是評估區(qū)主要風險防范區(qū)域范圍；

(3)小流域滑坡泥石流風險綜合要素評估方法的優(yōu)點是：針對各種類型風險區(qū)實際情況，通過定量統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析，均給出了具體的概率、受損率、工程防御效果評估結果，可以更客觀反映受災損失的特點，為風險管理提供更準確的參考依據(jù)；不足是對參加統(tǒng)計的資料數(shù)據(jù)多源性、可靠性、準確性要求較高，因此實際應用該方法存在一定難度。