杜鎮(zhèn)瀚，鐘啟明，董海洲，單熠博

(1.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所，江蘇 南京 210024；3.水利部水庫大壩安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

在一定的地質(zhì)地貌條件下，由于降水、地震等原因引起的山崩、滑坡、泥石流等堵截山谷、河道，造成貯水而形成的湖泊統(tǒng)稱為堰塞湖；阻塞山谷、河道的堆積體稱為堰塞體[1]。我國位于強(qiáng)地震活動(dòng)帶的青藏高原、中南及西南山區(qū)為堰塞湖的高發(fā)區(qū)[2]，如2000年4月9日發(fā)生在青藏高原的易貢堰塞湖(圖1)，由5 520 m高程的雪山向下高速滑動(dòng)，歷時(shí)約10 min，滑程8 km，堆積于約2 190 m高程的易貢藏布江，形成壩高54 m、長2 500 m、最大蓄水量可達(dá)28.8億m3、實(shí)際蓄水量達(dá)15.34億m3的滑坡堰塞湖[3]。2008年5月12日，汶川大地震造成了257處堰塞湖，其中規(guī)模最大、潛在威脅最嚴(yán)重的是唐家山堰塞湖(圖2)，最大蓄水量可達(dá)3.16億m3，實(shí)際蓄水量達(dá)2.3億m3，而其形成恰逢雨季，增大了堰塞湖的潰決風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)下游170萬人民造成了巨大的威脅[4-5]。2018年10月10日和11月3日，金沙江上游白格地區(qū)分別發(fā)生了兩次大規(guī)模山體滑坡，形成白格堰塞湖(圖3)，最大蓄水量分別達(dá)2.49億m3和7.56億m3，實(shí)際蓄水量分別為2.49億m3和5.78億m3，潰決后對(duì)下游造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。

圖1 易貢堰塞湖Fig.1 Yigong dammed lake

圖2 唐家山堰塞湖 Fig.2 Tangjiashan dammed lake

圖3 “11·3”白格堰塞湖Fig.3 “11·3” Baige dammed lake

堰塞體雖然由土石材料構(gòu)成，但其與人工填筑的土石壩存在較大的差別[8]：①壩體形態(tài)方面，堰塞體沿河流運(yùn)動(dòng)方向一般較長，且頂部凹凸不平；②結(jié)構(gòu)材料方面，大部分堰塞體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不均勻性強(qiáng)，顆粒級(jí)配寬泛；③水動(dòng)力條件方面，由于堰塞體上沒有泄洪設(shè)施，極易發(fā)生漫頂潰決。據(jù)統(tǒng)計(jì)[9]，84.4%的堰塞湖在形成1 a內(nèi)發(fā)生潰決，風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于人工修筑的水庫大壩。堰塞湖一旦潰決，往往造成嚴(yán)重的洪水災(zāi)害，給下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅。合理評(píng)估堰塞湖的風(fēng)險(xiǎn)有利于科學(xué)的應(yīng)急響應(yīng)，減少社會(huì)財(cái)產(chǎn)損失，保障人民生命安全并降低環(huán)境生態(tài)破壞，因而具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。

我國堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作從21世紀(jì)初開始興起，經(jīng)歷2008年“5·12”汶川地震后得到了廣泛關(guān)注。經(jīng)過20余年的發(fā)展，理論和實(shí)踐方面都取得了豐碩的成果，但是還未形成完整的體系和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摽蚣堋１疚膹难呷L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念入手，圍繞堰塞湖災(zāi)害鏈的演化過程展開論述，對(duì)堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)并展望了堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的未來發(fā)展趨勢。

1 堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估概念

關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)的定義，不同領(lǐng)域的學(xué)者有著不同的理解，但通常從兩方面特征進(jìn)行描述：①可能性，即發(fā)生的概率；②后果，即造成的損失[10]。2009年，ISO31000：2009《風(fēng)險(xiǎn)管理國際標(biāo)準(zhǔn)》將風(fēng)險(xiǎn)定義為“一個(gè)事件后果與其發(fā)生可能性的組合”。我國現(xiàn)行的國家風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24353—2009《風(fēng)險(xiǎn)管理原則與實(shí)施指南》中也采用了這一定義。根據(jù)該定義，風(fēng)險(xiǎn)可以用后果的期望值來量化，即災(zāi)害發(fā)生的頻率和損失的乘積。對(duì)于堰塞湖，風(fēng)險(xiǎn)可表示為堰塞湖的潰決概率與潰決損失的乘積，即：

R=PC

(1)

式中：R為堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)；P為堰塞湖潰決概率；C為堰塞湖潰決損失。

堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程可分為3個(gè)主要步驟：①對(duì)堰塞湖進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，得到堰塞湖潰決的概率；②通過堰塞湖潰決過程與洪水演進(jìn)模擬獲取洪水淹沒情況；③堰塞湖潰決損失評(píng)估，即對(duì)淹沒區(qū)的損失情況進(jìn)行定量評(píng)估，將潰決概率與潰決損失相乘得到堰塞湖的風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行綜合評(píng)估。

2 堰塞體潰決危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

對(duì)于堰塞湖而言，其潰決危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)可轉(zhuǎn)化為擋水構(gòu)筑物堰塞體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。堰塞體穩(wěn)定性主要與其物質(zhì)組成[11]、結(jié)構(gòu)特征[12]、堰塞湖水動(dòng)力條件[13]以及當(dāng)?shù)氐慕邓畻l件和次生災(zāi)害[14-15]相關(guān)。圍繞著這些影響因素，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)堰塞體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法展開了一系列研究，目前根據(jù)其研究特性可分為定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)。

2.1 定性評(píng)價(jià)方法

堰塞體穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià)，主要以其形成機(jī)制、物質(zhì)組成以及壩體幾何形態(tài)為依據(jù)，初步判斷壩體的抗沖蝕能力，最終評(píng)價(jià)堰塞體的整體穩(wěn)定性[16]。定性評(píng)價(jià)方法的主要特點(diǎn)是不經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算，通過衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航測以及地形檢測等技術(shù)手段，結(jié)合歷史資料得到結(jié)論。

定性評(píng)價(jià)方法主要可以分為工程類比法和歷史分析法。工程類比法是指將需要研究的堰塞體根據(jù)形成條件和地質(zhì)條件與其他堰塞體進(jìn)行類比，從而評(píng)價(jià)該堰塞體的穩(wěn)定性；歷史分析法是指通過對(duì)堰塞體本身的形成歷史以及發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，從而揭示其發(fā)展規(guī)律以評(píng)定堰塞體的穩(wěn)定性。

自“5·12”汶川地震后，我國一批學(xué)者以及水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)堰塞湖危險(xiǎn)性進(jìn)行了分級(jí)。選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括堰塞湖規(guī)模、流域面積、徑流量、堰塞體高度、物質(zhì)組成、壩體結(jié)構(gòu)等，一般將堰塞湖危險(xiǎn)等級(jí)分為極高危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)和低危險(xiǎn)4個(gè)等級(jí)(表1)。

近年來，隨著衛(wèi)星遙感監(jiān)控、無人機(jī)航測、地表位移實(shí)時(shí)監(jiān)測等技術(shù)的發(fā)展，許多學(xué)者雖然沒有將堰塞湖危險(xiǎn)性進(jìn)行等級(jí)劃分，但結(jié)合多方面因素實(shí)現(xiàn)了對(duì)堰塞湖地貌形態(tài)、物質(zhì)組成、幾何結(jié)構(gòu)的快速測算和風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)分析預(yù)警(表1)。

表1 堰塞湖危險(xiǎn)性定性評(píng)價(jià)方法

目前，單純開展定性評(píng)價(jià)的研究較少，而定性評(píng)價(jià)大多作為定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，也是堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的第一步，完整且迅速地獲取地形信息和遙感數(shù)據(jù)是潰決洪水分析和損失評(píng)估的基礎(chǔ)。

2.2 定量評(píng)價(jià)方法

2.2.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)大量堰塞湖的資料數(shù)據(jù)確定參數(shù)，再提出數(shù)學(xué)表達(dá)式或判別準(zhǔn)則，通過堰塞體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)來確定堰塞湖的危險(xiǎn)性。國外學(xué)者對(duì)該方面研究起源較早，1999年，Casagli 等[11]提出了利用基于堰塞體體積和堰塞湖流域面積等2個(gè)參數(shù)的堆積指標(biāo)法來判斷堰塞體的穩(wěn)定性。其后，諸多學(xué)者也根據(jù)收集的堰塞湖基礎(chǔ)資料，采用邏輯回歸方法，提出一系列的判別方法，主要考慮的因素包括堰塞湖的水動(dòng)力學(xué)指標(biāo)、堰塞體的地貌學(xué)指標(biāo)和物質(zhì)組成等，見表2。

表2 基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的堰塞體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

就目前研究現(xiàn)狀來看，邏輯回歸擬合分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的主流，但該方法依賴樣本的可靠性及擬合因子的合理性和代表性，隨著堰塞湖基礎(chǔ)資料的不斷豐富，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性也逐漸提高。

2.2.2 物理模型法

堰塞湖危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)物理試驗(yàn)主要以小尺度簡化水槽試驗(yàn)為主[23-26]。近年來，國內(nèi)學(xué)者基于不同的致災(zāi)因子，嘗試了還原真實(shí)應(yīng)力場的離心模擬試驗(yàn)[27]以及考慮地震荷載的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)[28]。總的來說，物理模型法是根據(jù)堰塞體的基礎(chǔ)資料，采用相似的物理材料制成模型來還原堰塞體的失穩(wěn)過程，是評(píng)價(jià)堰塞體穩(wěn)定性最直觀的一種方法。但該方法一般將堰塞體作為形狀規(guī)則、材料均勻的壩體處理，與真實(shí)的堰塞體有較大的差異，加上模型縮尺的問題，模擬的結(jié)果能否合理反映實(shí)際的情況仍值得深入研究。

2.2.3 數(shù)值分析法

數(shù)值分析法一般通過壩體信息和材料結(jié)構(gòu)特征分析堰塞體的穩(wěn)定性。目前，堰塞體穩(wěn)定性分析常用的數(shù)值方法包括極限平衡法、有限單元法、有限差分法、離散單元法和非連續(xù)變形分析法等[16]，這些方法屬于確定性分析方法。但離散單元法和非連續(xù)變形分析法在堰塞體上的應(yīng)用相對(duì)較少，表3為一些確定性數(shù)值分析法。近些年來，學(xué)者們嘗試將不確定分析方法，主要包括模糊層次分析法、熵值法、模糊綜合分析法等應(yīng)用到堰塞湖的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究中，但不確定性分析方法起步較晚，數(shù)學(xué)理論和工程實(shí)際的結(jié)合還存在許多問題，尚需改進(jìn)。

表3 基于數(shù)值分析的堰塞體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

從上述分析可以發(fā)現(xiàn)，確定性分析方法重點(diǎn)在于分析外荷載作用下堰塞體自身的穩(wěn)定性狀態(tài)，但大多采用人工土石壩的模擬方法，未能充分考慮堰塞體與土石壩不同的壩料組成和結(jié)構(gòu)特征以及水動(dòng)力條件。不確定性分析方法發(fā)展較晚，但是隨著信息技術(shù)和人工智能的發(fā)展，該方法對(duì)于研究考慮各種不確定因素作用下堰塞湖的危險(xiǎn)性有著良好的發(fā)展前景。

3 堰塞湖潰決過程與洪水演進(jìn)模擬

3.1 潰決過程數(shù)值模擬方法

數(shù)值模擬是堰塞湖潰決過程預(yù)測的重要手段，總的說來，數(shù)學(xué)模型一般分為3類：第一類是參數(shù)模型，第二類是基于潰決機(jī)理的簡化數(shù)學(xué)模型，第三類是基于潰決機(jī)理的精細(xì)化數(shù)學(xué)模型[45]。

3.1.1 參數(shù)模型

參數(shù)模型大多基于潰壩案例數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算潰壩相關(guān)參數(shù)(如潰口峰值流量、潰口尺寸、潰壩歷時(shí)等)。由于參數(shù)模型公式簡單、計(jì)算快捷，也常用于潰壩致災(zāi)后果的快速評(píng)價(jià)。1977年，Kirkpatrick[46]提出了第一個(gè)預(yù)測土石壩潰口峰值流量的經(jīng)驗(yàn)公式，隨后一些學(xué)者也提出了一系列關(guān)于土石壩潰決的參數(shù)模型[47]。由于結(jié)構(gòu)和材料的復(fù)雜性，目前可專門用于堰塞湖潰決參數(shù)預(yù)測的參數(shù)模型較為缺乏。1985年，Costa等[48-49]在10個(gè)堰塞湖潰決案例的基礎(chǔ)上，提出了3個(gè)預(yù)測潰口峰值流量的回歸方程，通過堰塞體高度和堰塞湖蓄水量兩個(gè)參數(shù)或其組合進(jìn)行預(yù)測；隨后，又建立了堰塞湖勢能與潰口峰值流量之間的關(guān)系。1997年，Walder等[50]建立了堰塞湖下泄水量和水位下降高度與潰口峰值流量的關(guān)系。早期的參數(shù)模型僅簡單考慮了堰塞湖的水動(dòng)力條件，且只給出了潰口峰值流量的表達(dá)式。2012年，Peng等[51]開發(fā)了一種潰決參數(shù)快速預(yù)測模型，可綜合考慮堰塞體形態(tài)、堰塞湖水動(dòng)力條件以及堰塞體材料的沖蝕特性。利用該模型可以預(yù)測潰口峰值流量、潰口最終尺寸(頂寬、底寬、深度)以及潰壩歷時(shí)。表4為典型的堰塞湖潰口峰值流量預(yù)測參數(shù)模型。

表4 堰塞湖潰口峰值流量參數(shù)模型

雖然參數(shù)模型可簡單快捷地對(duì)潰壩參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，但卻無法提供潰決洪水流量過程線。

3.1.2 簡化數(shù)學(xué)模型

1965年，Cristofano[52]建立了第一個(gè)均質(zhì)壩漫頂潰決數(shù)學(xué)模型，其后，各國學(xué)者提出了一系列模擬土石壩潰壩的數(shù)學(xué)模型[47]。

對(duì)于堰塞湖的潰決過程模擬，目前大多借助土石壩潰決模型，但由于堰塞體與人工填筑的均質(zhì)壩在材料特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上差異巨大，其潰決機(jī)理也明顯不同[47，53]。近年來，有關(guān)學(xué)者在深入研究易貢、唐家山、小崗劍等擁有堰塞湖潰決實(shí)測資料案例的基礎(chǔ)上，提出一系列考慮堰塞體物質(zhì)組成、壩料沖蝕特性和壩體結(jié)構(gòu)特征的基于堰塞湖潰決機(jī)理的簡化數(shù)學(xué)模型(表5)，并應(yīng)用于2018年10—11月白格和加拉堰塞湖的應(yīng)急處置。

表5 堰塞湖潰決過程簡化數(shù)學(xué)模型

總之，簡化數(shù)學(xué)模型的優(yōu)勢在于一定程度上考慮了堰塞湖的潰決機(jī)理，且計(jì)算速度較快，但大多數(shù)簡化數(shù)學(xué)模型在潰口沖蝕過程存在假設(shè)，無法真正模擬潰口的演化規(guī)律及潰壩過程中的水土耦合作用。

3.1.3 精細(xì)化數(shù)字模型

為了描述潰壩過程中的水土耦合作用，近年來，隨著計(jì)算機(jī)性能的提升及泥沙科學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些以非平衡壩料輸移理論為基礎(chǔ)、基于淺水假設(shè)的精細(xì)化潰壩數(shù)學(xué)模型。該類模型主要基于水流連續(xù)性方程、動(dòng)量方程與能量方程，耦合泥沙運(yùn)動(dòng)方程，目前基于水動(dòng)力壩料沖蝕方程的一維、沿深度平均二維和三維數(shù)學(xué)模型的研究取得了明顯的進(jìn)展，可以更詳細(xì)地模擬土石壩的潰決過程[60-63]。為了處理不連續(xù)混合流態(tài)組成的漫頂水流，通常采用近似黎曼解法和全變差遞減法(TVD)等激波捕捉方法，并采用有限體積法、水平集法、光滑顆粒流體動(dòng)力學(xué)法等數(shù)值模擬方法對(duì)控制方程進(jìn)行求解。該類方法可考慮潰壩過程中的水土耦合作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)潰壩過程的精細(xì)化模擬，并可模擬復(fù)雜邊界條件和潰口演化規(guī)律，目前普遍用于顆粒較為均勻的土石壩潰決過程的模擬，是堰塞湖潰決過程模擬的發(fā)展方向。

3.2 潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模擬方法

潰壩洪水兼具激波和稀疏波的特征，按離散基本原理可分為特征線法(MOC)、有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)和有限體積法(FVM)。特征線法、有限差分法和有限元法在很多緩流問題的計(jì)算中取得了很大的成功，但不完全適合求解潰壩洪水的強(qiáng)間斷流動(dòng)。

有限體積法是20世紀(jì)80年代以來發(fā)展起來的一種新型微分方程離散方法，綜合了有限差分法和有限元法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)由一個(gè)或多個(gè)控制體組成的任意區(qū)域以至整個(gè)計(jì)算區(qū)域都嚴(yán)格滿足物理守恒定律。有限體積法不是直接對(duì)方程組進(jìn)行數(shù)值離散，而是從積分形式的守恒性方程組出發(fā)，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行離散，在控制體邊界上形成間斷解的Riemann問題。在求出每個(gè)控制體邊界沿法向輸入(出)的流量和動(dòng)量通量后，對(duì)每個(gè)控制體分別進(jìn)行水量和動(dòng)量的平衡計(jì)算，得到計(jì)算時(shí)段末各控制體平均水深和流速。

Riemann解的Godunov格式是目前求解大梯度流動(dòng)的主流格式，應(yīng)用較多的有Roe格式[64]、Osher格式[65]、HLL格式[66]、HLLC格式[67]等；另外，有限差分法捕捉激波的高分辨率方法以及許多格式也可直接利用到有限體積法中。

一些通用的商業(yè)軟件如DHI-MIKE、InfoWorks、HEC-RAS等也可用來模擬潰壩洪水的演進(jìn)過程。

4 堰塞湖潰決損失評(píng)估

我國學(xué)者自21世紀(jì)初開始對(duì)潰決損失進(jìn)行系統(tǒng)的研究。劉永志等[68]從災(zāi)害鏈的角度對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行了系統(tǒng)研究，總結(jié)了災(zāi)害鏈的意義；黃國如等[69]對(duì)洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行了分析，總結(jié)了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的區(qū)劃方法?？傮w而言，潰決損失研究仍然處在探索階段，且主要針對(duì)人工修筑的水庫大壩，堰塞湖的潰決損失研究更是匱乏。但水庫大壩與堰塞湖在潰決洪水演進(jìn)時(shí)有著共通性，對(duì)于下游受災(zāi)群眾而言，潰壩產(chǎn)生的危害以洪澇災(zāi)害的形式呈現(xiàn)，因此水庫大壩潰決損失評(píng)價(jià)方法具有借鑒意義。參考水庫大壩潰決損失的分類，將堰塞湖潰決損失評(píng)估分為生命損失評(píng)估和經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估兩方面。

4.1 生命損失評(píng)估方法

生命損失是指潰決洪水淹沒范圍內(nèi)因洪水災(zāi)害導(dǎo)致死亡的人口數(shù)。生命損失受到定性與定量因素的耦合作用，造成致災(zāi)因子體系間作用關(guān)系的不確定性與灰色性，增加了定量評(píng)估的難度[70]。當(dāng)前的生命損失評(píng)估方法大多以主要影響因素為參數(shù)建立模型，Peng等[71-72]將生命損失評(píng)估模型分為3個(gè)類型，即經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑽锢砟Ｐ秃驼壑阅Ｐ汀?/p>

4.1.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪侵竿ㄟ^對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合數(shù)學(xué)方法建立生命損失與影響因素之間的關(guān)系模型。1988年，Brown等[73]通過統(tǒng)計(jì)世界多國的潰壩歷史數(shù)據(jù)，并考慮風(fēng)險(xiǎn)人口和警報(bào)時(shí)間等因素，最早提出了生命損失經(jīng)驗(yàn)公式(B&G法)。隨后，各國學(xué)者考慮了更多的影響因素，主要包括風(fēng)險(xiǎn)人口密度、警報(bào)時(shí)間、潰壩洪水嚴(yán)重性、風(fēng)險(xiǎn)人口對(duì)洪水理解程度、潰壩時(shí)間、天氣、壩高、庫容、風(fēng)險(xiǎn)人口距壩址距離、建筑物易損性和應(yīng)急預(yù)案等，提出了一系列的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)生命損失進(jìn)行估算(表6)。

表6 生命損失評(píng)估方法

4.1.2 物理模型

物理模型是模擬人類在洪水中的行為，以個(gè)體為研究對(duì)象，探索人類在動(dòng)水中的穩(wěn)定程度，研究過程十分復(fù)雜，較少應(yīng)用于實(shí)際案例之中，且人類在洪水中的行為與生命損失的關(guān)聯(lián)仍需進(jìn)一步研究考證。國外對(duì)物理模型的研究較多，國內(nèi)目前缺少關(guān)于此類模型的相關(guān)研究(表6)。

4.1.3 折衷模型

折衷模型是介于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀锢砟Ｐ偷囊环N模型，在一定程度上考慮了生命損失產(chǎn)生的機(jī)理，并以此將洪水淹沒區(qū)域分為若干個(gè)子區(qū)域。在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)以歷史數(shù)據(jù)或?qū)＜遗袛嘈?zhǔn)，從而得到生命損失和關(guān)鍵因素之間的關(guān)系。

總之，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话闶呛暧^的，并未強(qiáng)調(diào)機(jī)理的研究，但是使用方便且模型發(fā)展較為成熟；物理模型主要注重于機(jī)理研究，研究個(gè)體生命在洪水災(zāi)害中的不穩(wěn)定性，該類方法大多較為復(fù)雜，且無法考慮危險(xiǎn)個(gè)體的主觀因素；折衷模型可結(jié)合生命損失機(jī)理來研究損失率和洪水特性之間的關(guān)系，是未來生命損失評(píng)估方法的發(fā)展方向。近些年國外研究多集中于折衷模型，國內(nèi)則多側(cè)重于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ谖磥砩鼡p失評(píng)估中，可以針對(duì)我國國情，增加對(duì)堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理的研究，研究出適合我國實(shí)際情況的生命損失評(píng)價(jià)體系。

4.2 經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估方法

自20世紀(jì)70年代起，國內(nèi)外針對(duì)潰決經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估展開了一系列的研究，但關(guān)于堰塞湖潰決經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估的研究相對(duì)比較匱乏，鑒于潰決洪水的相通性，可借鑒人工土石壩的經(jīng)驗(yàn)[89]。將經(jīng)濟(jì)損失分為直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，分析方法可分為數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和模糊數(shù)學(xué)法，目前的研究均側(cè)重于直接經(jīng)濟(jì)損失。

4.2.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)法是建立在大量調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依賴于社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料和各行業(yè)財(cái)產(chǎn)損失率資料的完整性，研究洪水深度、流速以及淹沒時(shí)間等因素和損失之間的關(guān)系。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法工作量較大、操作復(fù)雜且花費(fèi)高昂(表7)。

4.2.2 模糊數(shù)學(xué)法

通過構(gòu)建多指標(biāo)數(shù)學(xué)模型來評(píng)估洪水經(jīng)濟(jì)損失的方法是目前學(xué)術(shù)界的主流。模糊數(shù)學(xué)法根據(jù)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的洪水特征、氣象條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)分布情況等，構(gòu)建基于數(shù)學(xué)模型的綜合評(píng)估方法(表7)。目前模糊數(shù)學(xué)法實(shí)用性較廣，且隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，其具有很大的提升空間。但是在構(gòu)建模型的過程中，很多參數(shù)需要主觀定義或簡化處理，而經(jīng)濟(jì)損失是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，目前的損失研究主要停留在靜態(tài)評(píng)估上，模糊數(shù)學(xué)法仍存在精度的問題。

表7 經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估方法

目前的經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估方法大多未考慮潰決洪水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，但生態(tài)損失從長遠(yuǎn)來看也是一種經(jīng)濟(jì)損失，生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)之間的聯(lián)系是不可忽略的。生態(tài)損失評(píng)估方法的研究難點(diǎn)主要在于：①如何將生態(tài)價(jià)值量化，從而清晰明確地對(duì)生態(tài)損失進(jìn)行定量評(píng)估；②如何對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)生態(tài)損失的影響因子進(jìn)行分析與提煉，并量化影響因子，構(gòu)建完善的指標(biāo)體系。

5 堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)展趨勢

a.對(duì)于堰塞湖而言，發(fā)生潰決災(zāi)害是一種概率性事件，而一種完整的災(zāi)害鏈體系不可能得到精確的潰決概率，因此需要深入研究堰塞湖的孕育-致災(zāi)機(jī)制，克服致災(zāi)因子分析的不確定性，結(jié)合大量堰塞湖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過不斷改進(jìn)算法獲取逼近真實(shí)的堰塞湖潰決概率。

b.堰塞湖潰決洪水模擬的準(zhǔn)確性問題。堰塞湖潰決洪水模擬涉及復(fù)雜的水土耦合作用，由于堰塞體材料顆粒分布的不確定性，準(zhǔn)確預(yù)測不同致災(zāi)因子作用下堰塞湖的潰決過程是下游洪水演進(jìn)和災(zāi)害評(píng)估合理性的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)堰塞體的形成機(jī)理，充分利用物探手段，現(xiàn)場獲取堰塞體的材料和結(jié)構(gòu)特征。

c.堰塞湖潰決損失評(píng)估的定量化方法。由于潰決損失研究起步較晚，缺乏相關(guān)影響因素的歷史數(shù)據(jù)，如何利用有限的數(shù)據(jù)對(duì)損失評(píng)價(jià)模型中的參數(shù)進(jìn)行量化處理是目前的一大難題。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來和多學(xué)科交叉研究的興起，各鄰域的數(shù)據(jù)、方法相結(jié)合，加上算法的精進(jìn)，一定程度上彌補(bǔ)了歷史數(shù)據(jù)缺乏的問題。

d.堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估體系。目前堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)尚未形成一個(gè)完整的定量評(píng)估體系，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和災(zāi)害損失評(píng)估相互獨(dú)立，且定量化程度不高?？梢詮娜斯ぶ悄艿慕嵌?，通過智能網(wǎng)絡(luò)探索合理的堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)整體評(píng)估模型。

e.堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估體系。堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，但目前的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和損失評(píng)價(jià)大多是靜態(tài)分析，忽略了災(zāi)害本身的不確定性發(fā)展過程。后續(xù)研究可考慮人類行為和社會(huì)組織撤離的動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)合衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍等技術(shù)進(jìn)行堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估。

6 結(jié) 語

本文基于堰塞湖災(zāi)害鏈的發(fā)展演化過程，從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的概念入手，進(jìn)行堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的定性和定量總結(jié)。在堰塞體潰決危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方面，目前國內(nèi)研究較多且近些年多集中于定量評(píng)價(jià)中，基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的參數(shù)模型以及結(jié)合信息科技和人工智能的不確定性方法是目前發(fā)展的主流。連接堰塞體潰決危險(xiǎn)性和洪澇災(zāi)害損失之間的堰塞湖潰決過程以及洪水演進(jìn)模擬是堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的樞紐，潰決模型的研究目前主要集中于簡化模型上，可以在考慮堰塞湖潰決機(jī)理的情況下快速模擬潰口形態(tài)和流量演化過程；而洪水演進(jìn)部分目前多借助于商業(yè)軟件開展數(shù)值分析。在堰塞湖潰決損失評(píng)估方面多借鑒洪澇災(zāi)害的損失估算方法；在生命損失估算方面，國外研究多集中于折衷模型，而國內(nèi)則多側(cè)重于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；在?jīng)濟(jì)損失估算方面，研究多集中于直接經(jīng)濟(jì)損失，目前學(xué)術(shù)界的研究主流是構(gòu)建多指標(biāo)數(shù)學(xué)模型。

總體而言，堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本框架已初步形成，但仍需在堰塞湖危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的不確定性問題、堰塞湖潰決洪水模擬的準(zhǔn)確性問題、堰塞湖潰決損失評(píng)估的定量化方法、堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估體系、堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估體系等方面開展系統(tǒng)深入的研究。