崔志勇，王艷晗，呂春磊，尹貽新

（1.泰安市交通運(yùn)輸局，山東 泰安 271000；2.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083；3.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000；4.山東泰山路橋工程公司，山東 泰安 271000）

0 前言

地質(zhì)災(zāi)害是指在自然或人為因素作用下形成的，對(duì)自然界造成破壞并對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)造成損失的地質(zhì)作用或現(xiàn)象，包括泥石流、滑坡、地面沉降、沙漠化、石漠化和巖溶等等。我國(guó)的地質(zhì)災(zāi)害情況十分嚴(yán)重，頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害無(wú)疑會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大的影響。因此對(duì)于典型的地質(zhì)災(zāi)害類型，有必要針對(duì)其形成和發(fā)展規(guī)律進(jìn)行更進(jìn)一步研究。

由于自然界是一個(gè)能動(dòng)體，在其中的每個(gè)個(gè)體之間都存在著普遍的客觀聯(lián)系和發(fā)展規(guī)律，因此任何一種或幾種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，都會(huì)引起一系列的次生災(zāi)害和附加效應(yīng)的產(chǎn)生[1]。故當(dāng)把某一具體地質(zhì)災(zāi)害的形成和發(fā)展看作一個(gè)鏈?zhǔn)竭^(guò)程時(shí)，將有助于分析該地質(zhì)災(zāi)害的形成、經(jīng)過(guò)和影響過(guò)程[2]。災(zāi)害發(fā)生的過(guò)程中伴隨大量的物質(zhì)和能量交換，它是一個(gè)由簡(jiǎn)到繁的過(guò)程。鏈?zhǔn)叫?yīng)使得自然災(zāi)害相互影響的范圍不斷擴(kuò)大，過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜?；诖?，可以把災(zāi)害啟動(dòng)要素和激發(fā)過(guò)程稱之為災(zāi)害啟動(dòng)環(huán)，把地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的直接或間接影響稱之為損害環(huán)，對(duì)于人類從防治地質(zhì)災(zāi)害的角度出發(fā)、試圖預(yù)防或阻止地質(zhì)災(zāi)害啟動(dòng)因素形成和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后的治理防護(hù)統(tǒng)稱為斷鏈過(guò)程。

當(dāng)前對(duì)于災(zāi)害鏈體系的研究已取得了較大進(jìn)展，災(zāi)害鏈的內(nèi)在起因也已從單一的地質(zhì)災(zāi)害拓展到了更廣泛的“自然/人為災(zāi)害”概念之上；但是對(duì)于斷鏈過(guò)程中的鏈?zhǔn)揭?guī)則和演變規(guī)律研究還不夠深入。本文通過(guò)對(duì)災(zāi)害鏈的研究現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)災(zāi)害鏈的內(nèi)涵定義、基本類型、研究方法、運(yùn)行載體和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，試圖對(duì)斷鏈過(guò)程從內(nèi)在機(jī)制、具體內(nèi)容和發(fā)展階段進(jìn)行評(píng)價(jià)和展望，以期為區(qū)域?yàn)?zāi)害管理和安全規(guī)劃提供科學(xué)的理論依據(jù)，從而達(dá)到預(yù)防和治理自然災(zāi)害的預(yù)期效果。

1 災(zāi)害鏈的內(nèi)涵定義

二十世紀(jì)九十年代初，作為災(zāi)害學(xué)的基本理論問(wèn)題，災(zāi)害鏈這一概念逐漸引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，學(xué)者們也從不同角度對(duì)災(zāi)害學(xué)的定義進(jìn)行了闡述。1987年，郭增建[3]首先提出了災(zāi)害鏈的概念：“災(zāi)害鏈就是一系列災(zāi)害相繼發(fā)生的現(xiàn)象。”1991年，史培軍[4]認(rèn)為災(zāi)害鏈?zhǔn)怯赡骋环N致災(zāi)因子或生態(tài)環(huán)境變化引發(fā)的一系列災(zāi)害現(xiàn)象。隨后趙阿興[5]區(qū)分了原發(fā)災(zāi)害和次生災(zāi)害的概念，文傳甲[6]強(qiáng)調(diào)了各災(zāi)害事件之間的關(guān)聯(lián)性。Burkholder[7]認(rèn)為自然災(zāi)害是自然系統(tǒng)和人類社會(huì)相互作用的結(jié)果，災(zāi)害鏈就是各災(zāi)害不斷演化擴(kuò)散的特征。二十一世紀(jì)之后，隨著多學(xué)科理論與研究實(shí)踐的交叉深入，看待災(zāi)害鏈現(xiàn)象也出現(xiàn)了更豐富和多層次的角度。眾多學(xué)者從數(shù)學(xué)[8]、物理學(xué)[9]和土木工程學(xué)[10]等角度深度剖析了對(duì)災(zāi)害鏈概念的理解（表1）。雖然前人對(duì)于災(zāi)害鏈內(nèi)涵的認(rèn)知存在差異，但是對(duì)于以下兩點(diǎn)是達(dá)成共識(shí)的，即：①災(zāi)害鏈內(nèi)包括兩種及兩種以上的災(zāi)害，同時(shí)各種災(zāi)害之間存在一定程度上的時(shí)空關(guān)聯(lián)性；②在災(zāi)害鏈作用下，受災(zāi)體或受災(zāi)環(huán)境的破壞程度會(huì)被放大或擴(kuò)散，因此災(zāi)害鏈具有誘生性、時(shí)序性和擴(kuò)展性的特征[11]。

2 災(zāi)害鏈的基本類型

災(zāi)害鏈指成因上相互關(guān)聯(lián)并呈線性分布的一系列災(zāi)害體組成的鏈條；或者是由一系列在時(shí)間上有先后，在空間上彼此相依，呈連鎖反應(yīng)依次出現(xiàn)的幾種災(zāi)害組合。災(zāi)害鏈的分類標(biāo)準(zhǔn)多種多樣，不同標(biāo)準(zhǔn)的分類側(cè)重點(diǎn)不盡相同，多樣化分類有利于深入了解不同類型災(zāi)害鏈的形成機(jī)制及演化規(guī)律，對(duì)于尋找適當(dāng)?shù)臄噫湸胧┚哂兄匾饬x。

首先，按照災(zāi)害時(shí)空關(guān)系進(jìn)行劃分，可將災(zāi)害鏈分為空間鏈和時(shí)空鏈[12]?？臻g鏈?zhǔn)侵赣梢幌盗蟹植加谕粭l構(gòu)造帶、斷裂帶、交通線或河流上，形成條件相似、誘發(fā)因素相同呈線性分布的各種地質(zhì)災(zāi)害組成的地質(zhì)災(zāi)害鏈。此類災(zāi)害在空間或地域具有一定的線性相關(guān)性，例如地震帶誘發(fā)的多種災(zāi)害多沿地震帶線性分布。時(shí)空鏈?zhǔn)侵赣梢幌盗性跁r(shí)間上有先后，在空間上彼此相依，在成因上相互聯(lián)系、互為因果，呈連鎖反應(yīng)依次出現(xiàn)的幾種災(zāi)害組成的災(zāi)害鏈。其特點(diǎn)是前一種災(zāi)害作為后一種災(zāi)害的激發(fā)因素依次出現(xiàn)，例如地震引發(fā)海嘯，繼而形成洪水，這就是典型的時(shí)空鏈。

其次，災(zāi)害鏈也可按照誘發(fā)因素來(lái)劃分，主要分為內(nèi)動(dòng)力災(zāi)害鏈、外動(dòng)力災(zāi)害鏈、人類工程活動(dòng)災(zāi)害鏈、內(nèi)外地質(zhì)作用耦合災(zāi)害鏈、復(fù)合型災(zāi)害鏈。由內(nèi)動(dòng)力作用誘發(fā)的一系列災(zāi)害即為內(nèi)動(dòng)力災(zāi)害鏈，相對(duì)應(yīng)的外動(dòng)力作用誘發(fā)的即為外動(dòng)力災(zāi)害鏈，內(nèi)外作用同時(shí)發(fā)生，相互耦合，誘發(fā)多重作用的復(fù)雜災(zāi)害鏈。在災(zāi)害鏈形成的過(guò)程中，人類行為也是引發(fā)災(zāi)害的重要因素。

最后，有的學(xué)者更為詳細(xì)的根據(jù)災(zāi)害鏈載體特性，將災(zāi)害鏈分為以下按鏈的載體反映不同性狀的鏈?zhǔn)筋愋吞卣?，可將其歸納為八種形態(tài)：①崩裂滑移鏈；②周期循環(huán)鏈；③支干流域鏈；④樹(shù)枝葉脈鏈；⑤蔓延侵蝕鏈；⑥沖淤沉積鏈；⑦波動(dòng)襲擊鏈；⑧放射殺傷鏈[13]。

3 災(zāi)害鏈的研究方法

當(dāng)前對(duì)于災(zāi)害鏈的研究方法主要有以下五種：經(jīng)驗(yàn)地學(xué)統(tǒng)計(jì)模型[14-15]、概率模型[16-17]、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型[18-19]、災(zāi)害系統(tǒng)模擬[20-21]和多領(lǐng)域知識(shí)下的災(zāi)害鏈概念模型[22-23]。

經(jīng)驗(yàn)地學(xué)統(tǒng)計(jì)模型是從時(shí)空尺度下認(rèn)識(shí)災(zāi)害鏈傳播分異規(guī)律的，并通過(guò)特征指標(biāo)篩選分析出災(zāi)情結(jié)果。該方法優(yōu)點(diǎn)是可以很好地反映出區(qū)域特征，災(zāi)害鏈要素之間意義明確、便于理解，能夠快速開(kāi)展災(zāi)害鏈損失評(píng)估；但是模型中各變量的參數(shù)化方法過(guò)于簡(jiǎn)單，在一定程度上影響了評(píng)估精確性。概率模型主要應(yīng)用在描述災(zāi)害引發(fā)次生災(zāi)害的可能性，通過(guò)災(zāi)害時(shí)間樹(shù)的表達(dá)方式計(jì)算了次生災(zāi)害的條件概率。雖然概率模型解決了信息量不足的問(wèn)題，但該方法并不能完全反映實(shí)際情況中發(fā)生的災(zāi)害鏈情況。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型借鑒了其他學(xué)科領(lǐng)域中的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征網(wǎng)絡(luò)方法，對(duì)于描述災(zāi)害鏈?zhǔn)录Y(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)演化過(guò)程效果很好，但在表達(dá)災(zāi)害鏈要素的時(shí)空特征方面性能較弱；針對(duì)此問(wèn)題前人通過(guò)加入地理環(huán)境信息對(duì)模型進(jìn)行了改善[24]。災(zāi)害系統(tǒng)模擬是通過(guò)對(duì)物理系統(tǒng)模型進(jìn)行計(jì)算模擬、從而得出災(zāi)害動(dòng)態(tài)演化過(guò)程結(jié)果的一種分析方法。對(duì)于刻畫(huà)災(zāi)害累計(jì)演化過(guò)程狀態(tài)十分有效，但目前在災(zāi)害鏈傳播擴(kuò)散條件下的模擬還不夠成熟。多領(lǐng)域知識(shí)下的災(zāi)害鏈概念模型是基于已有知識(shí)對(duì)多種突發(fā)事件的共性結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行挖掘，并通過(guò)科學(xué)符號(hào)來(lái)統(tǒng)一描述。該方法有助于解決災(zāi)害鏈信息挖掘效率的問(wèn)題，為災(zāi)情演化過(guò)程建模提供了積極參考，但目前有待進(jìn)一步深入研究[25]。

綜上所述，對(duì)以上方法進(jìn)行比較之后可以得出結(jié)論，即：在對(duì)災(zāi)害鏈進(jìn)行研究時(shí)更為推薦改良后的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型方法，可以高效地描述災(zāi)害鏈?zhǔn)录Y(jié)構(gòu)和演化過(guò)程，有助于模型結(jié)果更加接近災(zāi)害實(shí)際情況（圖1-圖2）。

圖1 珠海市臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈演化系統(tǒng)網(wǎng)格圖[26]

圖2 2011年日本大地震-海嘯災(zāi)害鏈[11]

4 災(zāi)害鏈的運(yùn)行載體

災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋€(gè)由多種要素組成的復(fù)雜體系，鏈中各個(gè)要素之間相互影響。災(zāi)害的形成具有鏈?zhǔn)降钠毡樾裕瑯?gòu)成災(zāi)害的各個(gè)因素不管多復(fù)雜，但災(zāi)害的形成是一個(gè)逐漸演化的過(guò)程，其演化過(guò)程暴露了自然環(huán)境狀態(tài)朝著不利于人類社會(huì)的偏移方向演繹，這個(gè)過(guò)程的機(jī)制表明了災(zāi)害形成必有延續(xù)性，其延續(xù)性的演化過(guò)程總是以一定的物質(zhì)、能量等信息式予以表征，這就是災(zāi)害鏈的載體反映，這種載體反映體現(xiàn)了由量變到質(zhì)變的內(nèi)涵和外延的演化（圖3）。這種演化過(guò)程的表現(xiàn)形式可用“鏈?zhǔn)疥P(guān)系”或“鏈?zhǔn)叫?yīng)”來(lái)概化。因此，災(zāi)害的形成過(guò)程就可以用鏈?zhǔn)疥P(guān)系或效應(yīng)進(jìn)行描繪[14]。

圖3 鏈?zhǔn)捷d體

災(zāi)害鏈的演化過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，載體具有相對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)。一旦災(zāi)害鏈開(kāi)始反應(yīng)，產(chǎn)生的能量仍會(huì)不斷地轉(zhuǎn)化，直到達(dá)到一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。單一的自然災(zāi)害并不存在，必須以物質(zhì)作為災(zāi)害鏈的載體，也符合生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的后果。演化的過(guò)程使災(zāi)害鏈?zhǔn)疥P(guān)系演繹更具多種多樣性。載體另一反映是能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，破壞力的度量主要是通過(guò)能量轉(zhuǎn)化在災(zāi)害形成過(guò)程中，表現(xiàn)出的不同程度災(zāi)害破壞作用的力度大小來(lái)完成的。

5 災(zāi)害鏈的實(shí)際應(yīng)用

近年來(lái)，基于災(zāi)害鏈效應(yīng)的應(yīng)用十分廣泛。孫寶軍[27]從災(zāi)害鏈視角出發(fā)，分析了內(nèi)蒙古四種主要自然災(zāi)害（風(fēng)災(zāi)、雷電、火災(zāi)和冰災(zāi)）的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和特征因子，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了內(nèi)蒙古電力系統(tǒng)自然災(zāi)害鏈和故障鏈。羅軍華等[28]基于山區(qū)暴雨作用下農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)防治的實(shí)際需求，使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型分析了暴雨-農(nóng)業(yè)災(zāi)害鏈的靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)目前在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中存在的問(wèn)題，葉金玉[29]提出了一套基于多維矩陣方法的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并可視化了臺(tái)風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)格局的空間規(guī)律。張永雙等[30]從汶川地震后地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)入手，開(kāi)展了地震-滑坡-泥石流災(zāi)害鏈思路下的震后汛期地質(zhì)災(zāi)害研究。劉愛(ài)華[31]基于災(zāi)害鏈思想對(duì)城市災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并研究了城市災(zāi)害鏈的形成機(jī)理和演化規(guī)律。

6 災(zāi)害鏈的斷鏈過(guò)程

6.1 斷鏈機(jī)制

從一般災(zāi)害的發(fā)展過(guò)程入手，將災(zāi)害過(guò)程視為鏈?zhǔn)竭^(guò)程，將人為的工程防護(hù)治理措施視為斷鏈過(guò)程。一個(gè)完整的鏈?zhǔn)竭^(guò)程包括激發(fā)環(huán)、致災(zāi)環(huán)、損害環(huán)和斷鏈環(huán)。致災(zāi)環(huán)主要是由地質(zhì)構(gòu)造而形成的地質(zhì)因素構(gòu)成，激發(fā)環(huán)主要是由暴雨、地震、冰雪融水等環(huán)境因素構(gòu)成，損害環(huán)是由災(zāi)害發(fā)生后形成的災(zāi)害損失構(gòu)成，斷鏈環(huán)則是指工程治理與防護(hù)措施。

圖4 斷鏈機(jī)制示意圖

6.2 斷鏈要素

災(zāi)害鏈S(n)是由n個(gè)相互關(guān)聯(lián)的災(zāi)害要素組成，災(zāi)害鏈要素用SG(n)表示，也是一個(gè)災(zāi)害系統(tǒng)，災(zāi)害要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系用R表示，災(zāi)害鏈所處的環(huán)境用E表示[32]。因此，災(zāi)害鏈一般可描述為:

現(xiàn)實(shí)中的災(zāi)害鏈S(n)以及組成災(zāi)害鏈的各災(zāi)害鏈要素的集合SG(n)都是一個(gè)復(fù)雜的開(kāi)放系統(tǒng)，它們與環(huán)境處于經(jīng)常的物質(zhì)、能量和信息交換之中[33]，由此可見(jiàn)，尋找災(zāi)害鏈的斷鏈措施，需要依據(jù)各災(zāi)害鏈要素之間的內(nèi)在關(guān)系，選取最有效的控制因素，科學(xué)合理制定防災(zāi)減災(zāi)措施，以此達(dá)到最好的斷鏈效果。在災(zāi)害鏈的斷鏈減災(zāi)實(shí)施過(guò)程中，需要從災(zāi)害鏈內(nèi)要素SG(n)、災(zāi)害要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系R和災(zāi)害鏈所處的環(huán)境E這三個(gè)環(huán)節(jié)著手，對(duì)這些過(guò)程采取預(yù)測(cè)、去除、減弱、切斷等措施從而防止和減弱災(zāi)害鏈中各災(zāi)害要素發(fā)生所需物質(zhì)、能量和信息傳遞路徑的暢通性。

6.3 斷鏈階段

斷裂階段可以分為早期的孕育階段、中期的潛存階段以及后期的誘發(fā)階段。而根據(jù)這三種階段特性提出了三種技術(shù)舉措，分別是早期“斷鏈”、中期“防御”和晚期“治理”。所謂斷鏈，就是在還未構(gòu)成災(zāi)害破壞力的漫長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)了解的各要素之間的聯(lián)系來(lái)阻擋鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生。首要的是需要認(rèn)識(shí)到不同災(zāi)害的成因，發(fā)生條件等等，在了解了這些規(guī)律的基礎(chǔ)之上，針對(duì)不同的災(zāi)害類型，確定相應(yīng)的減災(zāi)方式，從根源上來(lái)建立一個(gè)減災(zāi)的模式。預(yù)警就是一種科學(xué)有效的減災(zāi)手段，但對(duì)于較大型的災(zāi)害，由于其發(fā)生的速度以及避免的困難程度，通過(guò)預(yù)警來(lái)避免災(zāi)害損失并不能達(dá)到控制效果，所以建議將災(zāi)害預(yù)警再朝著災(zāi)害前的發(fā)生時(shí)間延申，通過(guò)監(jiān)測(cè)初期災(zāi)害的特征來(lái)達(dá)到從源頭上的減災(zāi)作用，立足于孕源斷鏈最為有效[34-36]。

而對(duì)于中后期階段，通過(guò)量化破壞力度從而達(dá)到防御或者治理的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這也是人們控制災(zāi)害的一個(gè)突破口。通過(guò)可視化監(jiān)控演繹可獲得有關(guān)災(zāi)情及災(zāi)害破壞狀況的重要指標(biāo)參數(shù)，為防災(zāi)減災(zāi)提供重要依據(jù)[37]。災(zāi)情狀態(tài)可為模型構(gòu)建和動(dòng)態(tài)演繹提供依據(jù)，通過(guò)建立災(zāi)害模型，為動(dòng)態(tài)演繹提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害過(guò)程濃縮和災(zāi)害預(yù)警的功能。對(duì)于以及發(fā)生的災(zāi)害，追溯模擬其各項(xiàng)有關(guān)參數(shù)來(lái)為確定災(zāi)害極限狀態(tài)參數(shù)提供切實(shí)可靠的指標(biāo)依據(jù)[38]。

7 結(jié)論與展望

災(zāi)害鏈的形成不是簡(jiǎn)單的單一因素作用結(jié)果，考慮自然災(zāi)害的成因時(shí)需認(rèn)識(shí)到其是各種因素作用下的綜合效應(yīng)。通過(guò)對(duì)災(zāi)害鏈特點(diǎn)和規(guī)律的了解，可以分析得出災(zāi)害鏈的形成演化過(guò)程，從而對(duì)不同階段的災(zāi)害鏈采取不同減災(zāi)措施。如何抓住災(zāi)害鏈的核心，用最經(jīng)濟(jì)有效的方式將災(zāi)害損失降到最低，是災(zāi)害鏈研究的關(guān)鍵。當(dāng)前對(duì)于災(zāi)害鏈和斷鏈過(guò)程的研究還存在以下問(wèn)題。

①目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于災(zāi)害鏈的研究多在沿海地區(qū)和災(zāi)害較多地區(qū)，研究區(qū)域較為局限。因此后續(xù)研究應(yīng)對(duì)針對(duì)不同區(qū)域范圍下，基于災(zāi)害鏈體系建立不同災(zāi)害類型的研究模型，完善針對(duì)不同類型災(zāi)害的預(yù)警機(jī)制，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)的實(shí)際工作進(jìn)行科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

②現(xiàn)有的災(zāi)害鏈研究基本上多是對(duì)典型災(zāi)害的定性描述，通過(guò)建立數(shù)學(xué)、物理模型來(lái)定量化研究災(zāi)害鏈的較少，同時(shí)，有關(guān)災(zāi)害鏈理論還需繼續(xù)完善，針對(duì)不同災(zāi)害類型的災(zāi)害鏈措施體系還有待進(jìn)一步研究。

③目前在災(zāi)害處理方面的研究上，還是過(guò)于側(cè)重于單一災(zāi)害的后續(xù)影響，對(duì)災(zāi)害組合和災(zāi)害鏈的影響狀態(tài)考慮不夠充分。同時(shí)現(xiàn)階段針對(duì)某種災(zāi)害發(fā)生后防止次生災(zāi)害的發(fā)生而進(jìn)行了大量研究，但在災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)研究中缺乏針對(duì)斷鏈技術(shù)之間有機(jī)結(jié)合的方法理論，故對(duì)于各措施和方法之間的交叉性和協(xié)調(diào)性還需要進(jìn)一步的充分體現(xiàn)。