蔡 影，蔣梅英

(1.云南工商學(xué)院，云南 昆明 651701；2.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明650500)

近十幾年，我國旅游業(yè)發(fā)展迅速，部分旅游資源逐漸成為一些區(qū)域性標(biāo)志，甚至成為部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱[1]。旅游業(yè)具有集購物、觀光以及食宿于一身的特點(diǎn)，一旦遭受自然災(zāi)害侵襲，則產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)性的破壞結(jié)果，造成自然景觀、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的雙重?fù)p失。由于近幾年毀滅性的自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，尤其對于人員集中的旅游景區(qū)而言，一旦發(fā)生自然災(zāi)害，游客的生命財(cái)產(chǎn)安全將受到極大威脅[2]。因此，重視旅游景區(qū)的自然災(zāi)害隱患、注重旅游安全十分關(guān)鍵。

部分旅游區(qū)域的旅游資源反而成為爆發(fā)自然災(zāi)害的源頭，如2004年印度洋地震海嘯事件，地震導(dǎo)致大規(guī)模的海嘯，周邊多個(gè)以海濱旅游著稱的國家遭受毀滅性的的打擊，造成當(dāng)?shù)貒?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[3]；我國西南部分地區(qū)以特殊的山林湖泊景觀作為旅游資源吸引大批游客，但是由于大量的降雨導(dǎo)致洪災(zāi)暴發(fā)，形成泥石流、滑坡等次生災(zāi)害，破壞旅游景區(qū)環(huán)境的同時(shí)威脅游客的生命財(cái)產(chǎn)安全[4]。因此，本文重點(diǎn)研究長期降雨導(dǎo)致的洪災(zāi)對旅游景區(qū)的破壞作用。

來勢兇猛、破壞能力強(qiáng)是洪災(zāi)的主要特點(diǎn)，長期降雨導(dǎo)致地表徑流飽和，多余的水量從山體洶涌而下[5]。洪災(zāi)爆發(fā)后，往往導(dǎo)致山體滑坡與泥石流災(zāi)害，泥石流的危害性不可忽視[6]，所以本文在模擬洪災(zāi)的過程中重點(diǎn)模擬泥石流災(zāi)害的運(yùn)動(dòng)過程，真實(shí)還原旅游景區(qū)爆發(fā)泥石流災(zāi)害的場景。

本文研究自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用主要分為兩個(gè)步驟，①從泥石流分流與匯流兩方面模擬泥石流災(zāi)害的運(yùn)動(dòng)過程，并采用ArcGis軟件顯示模擬效果，從ArcGis軟件獲取相關(guān)災(zāi)情數(shù)據(jù)；②根據(jù)相關(guān)災(zāi)情數(shù)據(jù)，利用旅游景區(qū)災(zāi)害損失率計(jì)算公式獲取景區(qū)的災(zāi)害損失率，從數(shù)據(jù)角度評價(jià)自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用。

1 自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用

通過模擬泥石流災(zāi)害、計(jì)算災(zāi)害損失率掌握旅游景區(qū)的損失狀況，研究自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用。首先模擬旅游景區(qū)發(fā)生的洪災(zāi)災(zāi)害，采用ArcGis軟件顯示洪災(zāi)模擬情境與相關(guān)災(zāi)情信息，其次根據(jù)ArcGis軟件提供的有關(guān)數(shù)據(jù)[7]，計(jì)算旅游景區(qū)的洪災(zāi)損失率，掌握洪災(zāi)對旅游景區(qū)的破壞作用。

1.1 旅游景區(qū)洪災(zāi)模擬模型

1.1.1 泥石流模擬的分流模型

洪水災(zāi)害爆發(fā)后導(dǎo)致滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，此過程中流體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多相流體的分離與匯流是模擬洪災(zāi)的關(guān)鍵體現(xiàn)[8]，本文通過多相流成分中固液兩相的分離原則完成泥石流中多相流體的分離。

水、泥、沙、石是洪水泥石流的重要構(gòu)成部分，形成多相流體，多相流體間的相互作用繁瑣、復(fù)雜[9]。通過分割泥石流為固液兩相的方式降低泥石流運(yùn)動(dòng)模型的模擬難度，液相是低于粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)的顆粒與水的混合物，固相則是高于粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)的顆粒。表1為固相、液相分界顆粒的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

表1 固相、液相顆粒的分界標(biāo)準(zhǔn)

泥石流液相漿體密度的計(jì)算方法為：

ρv=ρbVe+ρh(1-Ve) 。

(1)

式中：Ve為細(xì)顆粒在漿體中的體積比重；ρh為不含任何砂礫的水密度；ρb為細(xì)顆粒密度。同理，定義λ表示漿體的粘滯系數(shù)，λh表示不含任何砂礫的水的粘滯系數(shù)，則：

λ=(1+2.4Ve)λh。

(2)

泥石流運(yùn)動(dòng)模型中固體顆粒是推動(dòng)泥石流向坡下滑動(dòng)的關(guān)鍵作用力，同時(shí)也對液相顆粒形成一定的約束力[10]。至此構(gòu)建泥石流模擬的分流模型，接下來研究泥石流模擬的匯流模型。

1.1.2 泥石流模擬的匯流模型

(3)

利用水量連續(xù)平衡方程得出各個(gè)流域中不同單元的地表徑流：

(4)

式中：單元中滯留的水量、進(jìn)入單元格的水量、流出單元格的水量分別用F、Fi、F0表示；時(shí)間用t表示， 為方程系數(shù)。單元格中產(chǎn)生的流量加上相鄰單元流入當(dāng)前單元格中的水量為第i個(gè)單元格的水流量，即Fi。

Fi=BiΔg+∑B(i-1,t-Δt)Δg。

(5)

式中：單元格中產(chǎn)生的流量、網(wǎng)格空間分辨率分別用Bi、Δg表示；Δt時(shí)刻前周邊相鄰單元流入當(dāng)前單元的流量用B(i-1,t-Δt)表示。用F0表示流出單元格的水量：

F0=B(i,t)Δt。

(6)

式中：流出單元的流量為B(i,t)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算洪災(zāi)模擬模型中的匯流用時(shí)，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

(7)

(8)

式中：匯流時(shí)間、停滯時(shí)間分別用tk、T表示；水流長度與流域的坡度均值分別用l、p表示。

匯流過程的模擬以獲取流域中網(wǎng)格之間的水流匯集河道為前提[12]，河道獲取方法為：采用八方向方法判斷泥石流匯流過程中網(wǎng)格單元的水流向，逐次計(jì)算流域網(wǎng)格單元的水流匯集方向，流域中網(wǎng)格之間的水流匯集河道可通過上述得到的匯流數(shù)量、大小、方向等因素獲取[13]。至此，基于水流匯集網(wǎng)絡(luò)的遞歸計(jì)算完成泥石流匯流過程模擬。

采用上述泥石流分離運(yùn)動(dòng)模型與泥石流匯流模型模擬旅游景區(qū)的泥石流災(zāi)害，通過ArcGis軟件將模擬效果真實(shí)呈現(xiàn)出來，ArcGis軟件可實(shí)時(shí)顯示評估旅游景區(qū)災(zāi)情所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用這些數(shù)據(jù)計(jì)算泥石流災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用。

1.2 洪災(zāi)損失率計(jì)算

通過計(jì)算旅游景區(qū)的泥石流災(zāi)害損失率，分析自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞程度與作用[14]。結(jié)合ArcGis軟件提供的泥石流災(zāi)情數(shù)據(jù)與參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型，計(jì)算泥石流災(zāi)害的損失率[15]。洪災(zāi)淹沒水深等災(zāi)害特征、損失率分別是參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型的自變量與因變量。洪災(zāi)爆發(fā)后，承災(zāi)體的損失率計(jì)算方法為：

(9)

式中：承災(zāi)體的損失率用O表示，承災(zāi)體的災(zāi)前價(jià)值、災(zāi)后價(jià)值分別用Zβ、Zα表示；由于承災(zāi)體的差異，承災(zāi)體災(zāi)前價(jià)值、災(zāi)后價(jià)值的計(jì)算方法存在差異[16]。此外，旅游景區(qū)爆發(fā)自然災(zāi)害后，存在各種間接的搶救花費(fèi)，用D表示。

采用ArcGis軟件呈現(xiàn)泥石流災(zāi)害的模擬效果，利用洪災(zāi)損失率計(jì)算方法結(jié)合ArcGis軟件實(shí)時(shí)顯示的災(zāi)情數(shù)據(jù)，獲取洪災(zāi)損失率，據(jù)此評價(jià)自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用。

2 實(shí)例檢驗(yàn)及其結(jié)果分析

2.1 模擬效果驗(yàn)證

本文以某山區(qū)旅游景區(qū)為例，模擬洪災(zāi)導(dǎo)致的泥石流災(zāi)害運(yùn)動(dòng)過程。模擬的泥石流運(yùn)動(dòng)過程包含約150 000個(gè)顆粒，花費(fèi)0.49 s完成模擬場景的繪制。其中洪水傾盆而下的狀態(tài)如圖1所示，洪災(zāi)導(dǎo)致的泥石流流動(dòng)狀態(tài)如圖2所示。

圖1 洪水傾盆而下的狀態(tài)圖2 泥石流流動(dòng)的狀態(tài)

表2 研究景區(qū)的土壤類型

表3 洪災(zāi)模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證

由于土壤構(gòu)成的差異形成的泥石流效果有所不同，該景區(qū)的土壤存在4種類型(表2)。

根據(jù)土壤類型的差異，模擬的2000、2003、2006、2009、2012、2015年該旅游景區(qū)的洪災(zāi)數(shù)據(jù)如表3所示，并與實(shí)際值進(jìn)行了對比。從表3可知，在6個(gè)時(shí)間段上的模擬值與真實(shí)值大致吻合，從積水單元角度而言，在2000年6月3日模擬的誤差最小，僅與實(shí)際值相差0.2 m，在2012年8月14日模擬誤差最大，與真實(shí)值相差7 m；從積水深度最大值角度而言，模擬誤差均小于0.06 m，因此，本研究的模型基本可以準(zhǔn)確模擬洪災(zāi)過程中旅游景區(qū)的積水深度情況，還原旅游景區(qū)遭受洪災(zāi)破壞的景象。

2.2 損失率計(jì)算

該旅游景區(qū)發(fā)生洪災(zāi)后造成的損失主要表現(xiàn)在林業(yè)損失、景區(qū)建筑損失。

2.2.1 林業(yè)損失率分析

該景區(qū)中的林業(yè)是旅游景觀的重要組成部分，林業(yè)一旦損壞，則破壞了景區(qū)的大部分景觀。本文計(jì)算的該旅游景區(qū)林業(yè)損失率，按照洪災(zāi)淹沒的時(shí)間排列林業(yè)損失率情況(表4)。由表4可知，根據(jù)本文計(jì)算的景區(qū)林業(yè)洪災(zāi)損失率能從洪災(zāi)淹沒時(shí)間、淹沒水深兩方面來相對準(zhǔn)確地景區(qū)災(zāi)害損失情況，這也驗(yàn)證了本文研究結(jié)果的有效性。在前3.5 d內(nèi)，隨著淹沒深度的增加，林業(yè)損失率越大，主要是因?yàn)樗纳疃仍礁?，景區(qū)的樹木越容易遭到洪水以及泥石流的傷害，導(dǎo)致數(shù)目根莖腐爛甚至倒塌；在3.5～4.5 d內(nèi)，洪水淹沒深度在0.45m以下的林業(yè)損失率高達(dá)59%，這是因?yàn)闃淠驹诤樗醒蜎]的時(shí)間較長，導(dǎo)致景區(qū)的樹木大規(guī)模損壞，而水深在0.45m以上樹木損失率達(dá)到100%，完全遭到破壞；樹木被淹沒超過4.5 d時(shí)，損失率為100%。

表4 林業(yè)洪災(zāi)損失率(%)

2.2.2 旅游景區(qū)建筑損失分析

景區(qū)建筑損失率計(jì)算方法如下：

(10)

式中：淹沒水深用h表示，表5為參數(shù)a、b、c的取值情況。結(jié)合公式(10)與表5給出的相關(guān)參數(shù)可計(jì)算景區(qū)建筑的損失情況。

表5 景區(qū)建筑損失率計(jì)算參數(shù)

2.3 損失率計(jì)算值與實(shí)際值對比

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文計(jì)算的損失率的可靠性，將計(jì)算值與實(shí)際值對比。選取5個(gè)不同的旅游景區(qū)A、B、C、D、E作為洪災(zāi)模擬的研究區(qū)，分別計(jì)算景區(qū)遭受洪災(zāi)泥石流災(zāi)害后的林業(yè)損失率、建筑經(jīng)濟(jì)損失率，并與實(shí)際值對比(表6)。從表6中可得，在林業(yè)損失率方面，計(jì)算值與實(shí)際值相差較小，在A景區(qū)獲取的林業(yè)損失率誤差最大為8.2%，在B景區(qū)獲取的林業(yè)損失率誤差最小為1.6%，總體計(jì)算誤差不超過10%；在建筑損失率方面，計(jì)算A、D、E景區(qū)的建筑損失率誤差分別為2.4%、3.5%、2.6%，誤差均小于4%，此外，計(jì)算B景區(qū)、C景區(qū)的建筑損失率與實(shí)際值相符，均為94.8%、95.8%。

表6 本文方法計(jì)算值與實(shí)際值對比

3 結(jié)論及討論

本文以自然災(zāi)害中的洪災(zāi)以及洪災(zāi)導(dǎo)致的泥石流災(zāi)害為例，從構(gòu)建自然災(zāi)害模擬模型、計(jì)算災(zāi)害損失率兩方面研究自然災(zāi)害對旅游景區(qū)的破壞作用。經(jīng)過實(shí)例檢驗(yàn)可知，本文的研究結(jié)果不僅能有效模擬泥石流災(zāi)害的運(yùn)動(dòng)過程、準(zhǔn)確計(jì)算自然災(zāi)害損失率，而且相對同類方法而言具有較高的優(yōu)勢，可進(jìn)一步采用ArcGis軟件實(shí)時(shí)呈現(xiàn)該模型模擬旅游景區(qū)泥石流災(zāi)害效果，根據(jù)ArcGis軟件實(shí)時(shí)顯示的相關(guān)災(zāi)情數(shù)據(jù)，計(jì)算出景區(qū)災(zāi)害損失率，為掌握旅游景區(qū)自然災(zāi)害損失狀況提供有效的分析依據(jù)。