滑坡災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃與預(yù)測研究綜述＊

高華喜

(浙江海洋學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院,浙江舟山 316004)

0 引言

滑坡作用過程屬于一種自然地質(zhì)現(xiàn)象,但其造成的后果卻是一種社會和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象,具有災(zāi)害性,不僅給人類生命安全帶來威脅,而且對財產(chǎn)、環(huán)境、資源等具有破壞性。世界各國每年因滑坡災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億美元及數(shù)千人傷亡。

值得欣慰的是,滑坡災(zāi)害已得到各國政府的高度重視,各種勘查、治理及監(jiān)測等手段得到廣泛的應(yīng)用,而其中風(fēng)險預(yù)測已漸漸地成為國際地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域的前沿課題。1960年代以前,滑坡災(zāi)害的研究主要側(cè)重在單個滑坡形成機(jī)理及預(yù)測方面,重點(diǎn)是調(diào)查分析滑坡形成條件與活動方式;到1980年代,隨著災(zāi)害破壞損失的急劇增加,促使人類把減災(zāi)防災(zāi)工程提高到前所未有的高度,經(jīng)過近30余年的發(fā)展研究,國內(nèi)外已做了大量的研究工作并取得了較為豐碩的研究成果。

1 滑坡災(zāi)害風(fēng)險研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

美國首先對加利福尼亞州的洪水、地震、滑坡等10種自然災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險評價,得出1970-2000年加利福尼亞州10種自然災(zāi)害可能造成的損失為550億美元。如果采取有效的防治措施,人員傷亡可減少90%,經(jīng)濟(jì)損失也可以大大減少。該項風(fēng)險評價與減災(zāi)政策研究,其目的是在于提高對自然災(zāi)害危害水平的認(rèn)識[1-6];Aleotti[7]通過對意大利北部阿爾卑斯山前緣Piedmont地區(qū)滑坡調(diào)查的分布資料和有關(guān)地質(zhì)資料研究,利用滑坡面積與地區(qū)面積之比,以及特定地質(zhì)因素狀態(tài)下的滑坡面積與該因素的分布面積之比,構(gòu)造了滑坡敏感性指標(biāo)來反映滑坡災(zāi)害的危險性,進(jìn)而對意大利北部阿爾卑斯山前緣Piedmont地區(qū)的滑坡災(zāi)害的危險性及總的風(fēng)險進(jìn)行了區(qū)劃制圖研究。評價指標(biāo)既考慮了以往滑坡災(zāi)害的歷史分布規(guī)律又考慮了控制因素對未來滑坡的影響程度,即歷史與預(yù)測的結(jié)合;Michael-Leiba[8]以GIS軟件為技術(shù)平臺,將滑坡災(zāi)害的危險性、承災(zāi)體的易損性、風(fēng)險評價為一體,分別采用平面和三維評價系統(tǒng),對Cairns地區(qū)進(jìn)行了滑坡災(zāi)害的危險性和風(fēng)險區(qū)劃研究。這一成果的推廣與應(yīng)用,代表了滑坡災(zāi)害及風(fēng)險區(qū)劃制圖技術(shù)應(yīng)用的國際最新水平和發(fā)展方向[9];Einstein[10]通過概率的統(tǒng)計評價方法,從地質(zhì)環(huán)境因素角度出發(fā),提出了多層次的滑坡災(zāi)害評價系統(tǒng),對滑坡災(zāi)害的危險性、風(fēng)險評價及災(zāi)害風(fēng)險管理進(jìn)行了系統(tǒng)分析;Ragozin[11]從理論方面深入研究了當(dāng)前滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價中的危險性、易損性和風(fēng)險三個基本概念,對單個滑坡災(zāi)害危險性指標(biāo)認(rèn)為可用其主要控制因素的概率乘積來表示。而對于區(qū)域研究,滑坡災(zāi)害的危險性則可通過特定地區(qū)的面積、災(zāi)害發(fā)生面積、災(zāi)害數(shù)量和時間之間的關(guān)系表達(dá)式來建立定量模型進(jìn)行評價與區(qū)劃。另外,國外還有不少專家與學(xué)者,在滑坡災(zāi)害風(fēng)險評估理論與方法、風(fēng)險圖的編制及災(zāi)害管理等等方面進(jìn)行了大量的研究與探索工作。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國比較系統(tǒng)深入的災(zāi)害風(fēng)險評估當(dāng)屬地震災(zāi)害[12],其代表性的工作成果首先是由中國地震局先后完成的四代《中國地震烈度區(qū)劃圖及使用規(guī)定》。該圖在對全國區(qū)域地震危險性評估基礎(chǔ)上,確定了不同地區(qū)一般場地條件下在50年可能遭遇超越概率為10%的烈度值,即地震基本烈度。與此同時,中國地震局震害防御司等先后進(jìn)行了“中國地震災(zāi)害損失預(yù)測研究”、“未來地震損失評估方法”等研究;Malone,黃潤秋[13]介紹了1970年以來,香港邊坡安全管理體系的建立過程和滑坡風(fēng)險的控制。到今天,香港已建立起了完善的邊坡安全管理體系,稱為“邊坡安全系統(tǒng)”,其主要目的在于降低滑坡風(fēng)險和提高公眾的風(fēng)險意識,采取風(fēng)險管理技術(shù),尤其是定量風(fēng)險分析技術(shù),作為管理滑坡風(fēng)險的手段,并由土力工程處(GEO)負(fù)責(zé)執(zhí)行;殷坤龍、晏同珍等[14]重點(diǎn)探討了滑坡災(zāi)害空間區(qū)劃的理論體系、災(zāi)害風(fēng)險評估的基本術(shù)語定義及GIS制圖的基本原理,采用MAPGIS軟件平臺及其二次開發(fā)的滑坡災(zāi)害信息分析系統(tǒng);殷坤龍[15]系統(tǒng)地介紹了滑坡災(zāi)害區(qū)劃研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出滑坡災(zāi)害區(qū)劃的核心是:災(zāi)害、易損性和風(fēng)險三要素的綜合分析。把傳統(tǒng)的滑坡單體穩(wěn)定性分析延伸到以Monte-Carlo方法的概率模擬分析,在信息論原理的基礎(chǔ)上,建立了滑坡災(zāi)害分區(qū)的信息分析系統(tǒng),從而建立了多因素分析的滑坡災(zāi)害預(yù)測分區(qū)方法,并結(jié)合我國多滑坡的重慶市進(jìn)行了滑坡災(zāi)害預(yù)測區(qū)劃的應(yīng)用研究;殷躍平[16]指出地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)目前面臨的主要問題是:地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)理論和防災(zāi)技術(shù)落后,并提出了21世紀(jì)初我國地質(zhì)災(zāi)害減災(zāi)戰(zhàn)略的初步建議,即開展地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃,并作為國家減災(zāi)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)加以實施,建立減災(zāi)科學(xué)體系,加強(qiáng)綜合減災(zāi)能力建設(shè),從對國家、區(qū)域、城市、鄉(xiāng)村的承災(zāi)載體出發(fā),依靠科技進(jìn)步,建立并逐步完善地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報群專結(jié)合體系;殷坤龍、張梁等[17]以GIS為平臺,采用信息量模型和專家評分模型,進(jìn)行了全國崩塌滑坡和泥石流災(zāi)害危險性、易損性和風(fēng)險的區(qū)劃。該項研究成果不僅預(yù)測了全國2 000多個縣的滑坡災(zāi)害危險性程度,而且根據(jù)歷史災(zāi)害的災(zāi)情,研究了滑坡災(zāi)害的易損性,進(jìn)一步預(yù)測了全國2 000多個縣在未來一段時期內(nèi)的人員傷亡數(shù)。

從國內(nèi)的研究可以看出,前人用近20年的時間對滑坡風(fēng)險研究做出了重大貢獻(xiàn),同時地理信息系統(tǒng)也在這一領(lǐng)域得到了快速發(fā)展與充分的應(yīng)用。殷坤龍[18]在2000年發(fā)表《國際滑坡研究的新進(jìn)展》一文中,指出滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價與GIS技術(shù)是未來滑坡災(zāi)害評估與管理的發(fā)展趨勢。在不斷深入的災(zāi)害風(fēng)險研究中,還有其它學(xué)者與專家從不同的角度分別對滑坡災(zāi)害危險性評價、風(fēng)險分析評價進(jìn)行過研究。如晏同珍[19]系統(tǒng)地研究了滑坡災(zāi)害區(qū)域空間危險性預(yù)測的理論問題;雷明堂[20]等人運(yùn)用GIS距離分析、標(biāo)量分析、網(wǎng)格疊加分析、分級分組分析等功能,進(jìn)行了塌陷危險性評價及分區(qū);柴賀軍[21]對滑坡堵江危險度的分析與評價;馮利華[22]、高吉喜[23]、高興和[24]、汪敏[25]滑坡災(zāi)害風(fēng)險分析中的易損性及破壞損失評價研究;任魯川[26]、盧全中[27]區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析研究進(jìn)展;張勇[28]基于GIS技術(shù)的滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價模型研究,等等。他們對滑坡災(zāi)害屬性特征、風(fēng)險構(gòu)成、指標(biāo)體系、易損性、評價模型等進(jìn)行了全面研究,使自然災(zāi)害風(fēng)險評價理論與方法得到不斷發(fā)展豐富。所有這些,不但為滑坡災(zāi)害防治提供了依據(jù),而且從理論上和實踐上為滑坡災(zāi)害風(fēng)險評估提供了有益的經(jīng)驗與探索。

1.3 防災(zāi)減災(zāi)成為國際國內(nèi)會議的主題

為了推進(jìn)廣泛的國際間的協(xié)調(diào)與合作,聯(lián)合國于1987年通過決議,確定在20世紀(jì)最后10年開展“國際減輕自然災(zāi)害十年”活動;1991年,聯(lián)合國國際減災(zāi)十年科技委員會又提出:各個國家需對自然災(zāi)害進(jìn)行評估,把自然災(zāi)害評估納入減災(zāi)目標(biāo)。在聯(lián)合國的組織與號召下,各個國家積極響應(yīng),在世界范圍內(nèi)的重視程度也越來越高,如1982年、1986年、1988年、1991年、1993、1994年、2000年等分別在不同的國家不同的地區(qū)組織召開了多次“國際自然和人為災(zāi)害會議”,這些會議的內(nèi)容雖然不同,但其中都是圍繞一個共同的主題——災(zāi)害評估與管理。

近20年來,我國還曾多次召開有關(guān)自然災(zāi)害風(fēng)險評估的學(xué)術(shù)會議,對災(zāi)害風(fēng)險評估的理論、方法、實踐成果進(jìn)行了比較頻繁的總結(jié)交流。如:1988年召開了全國森林災(zāi)害經(jīng)濟(jì)學(xué)術(shù)討論會;1991年召開了全國水利經(jīng)濟(jì)效益研討會;1991年召開了全國災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失評估學(xué)術(shù)討論會;1991年和1992年兩次召開云南省災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失評估座談會;1992年和1996年召開了全國首屆災(zāi)害風(fēng)險評估研討會;1997年召開了全國滑坡災(zāi)害經(jīng)濟(jì)學(xué)術(shù)研討會;以及近年來由中國地質(zhì)調(diào)查局連續(xù)在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)組織召開的地質(zhì)災(zāi)害培訓(xùn)班。這些活動不僅促進(jìn)了部門之間、地區(qū)之間以及不同學(xué)科之間的交流,而且對災(zāi)害風(fēng)險評估起到了重要的推動作用。

2 存在的主要問題

2.1 風(fēng)險評價結(jié)果的時間概念不明確

從已有的研究成果來看,大多數(shù)研究者都沒有考慮災(zāi)害風(fēng)險隨時間而變化這一特點(diǎn)。雖然有一部分研究者冠以災(zāi)害風(fēng)險時間尺度,如10年或50年[29],但仍然認(rèn)為在這10年或50年時間段內(nèi)是穩(wěn)定的、不會變化的量。后者較前者有所進(jìn)步,考慮了10年或50年之后隨著控制與誘發(fā)滑坡內(nèi)外因素的變化其風(fēng)險結(jié)果也將發(fā)生由量變到質(zhì)變的特點(diǎn)。其實滑坡風(fēng)險是受內(nèi)外環(huán)境的影響而變化,有其相對較高的年份,也有其相對較低的年份,而政府需要的恰恰是滑坡活躍易發(fā)的年份或風(fēng)險較高的年份,因此,已有的研究成果在指導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)過程中就不可避免遇到許多棘手的問題。

2.2 評價指標(biāo)量化與選取不規(guī)范

在指標(biāo)量化計算過程中,對連續(xù)變量(如斜坡坡度)的劃分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,有研究者直接利用已發(fā)生滑坡與其坡度資料進(jìn)行統(tǒng)計,將斜坡坡度劃分成等距離區(qū)間;也有研究者將原始資料進(jìn)行加工,通過其面積比將斜坡坡度劃分成多個不等距離區(qū)間。通過這兩種方法進(jìn)行劃分得出的權(quán)重計算結(jié)果也往往不相同,因此給評價模型帶來不確定性,造成危險性區(qū)劃結(jié)果多解性。再如,對線性變量(斷層、河流及公路),已有的成果都是采用GIS的緩沖分析功能,計算其影響范圍(緩沖半徑),在緩沖分析時,受研究范圍(比例尺)的影響,在小比例尺危險性區(qū)劃時,將滑坡作為點(diǎn)處理,通過點(diǎn)來統(tǒng)計滑坡與這些線性變量的距離,這種處理姑且認(rèn)為合適。但在大比例尺危險性區(qū)劃中,如果仍用此法就不合適,因此有研究者將滑坡作為一個面來對待,此時不同的研究者統(tǒng)計的距離標(biāo)準(zhǔn)更是多樣,有人用滑坡后緣到線性變量的距離,也有人用滑坡前緣到線性變量的距離,還有人用滑坡體中心到線性變量的距離,結(jié)果導(dǎo)致同一地區(qū)同一影響因素的緩沖半徑大相徑庭。

另外,區(qū)域上對滑坡災(zāi)害進(jìn)行區(qū)劃評價,現(xiàn)有的風(fēng)險評價方法主要是在工程地質(zhì)類比的基礎(chǔ)上延伸,采用各種評價模型,如專家評分模型、層次分析模型、信息量模型、BP(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))模型等等,來量化滑坡內(nèi)外影響因素的作用程度,即權(quán)重。當(dāng)前,不同的研究者對于同一區(qū)段計算,出現(xiàn)不同獲取方式得到的權(quán)重不同。

對于評價指標(biāo)的選取也完全取決于研究者所掌握的資料豐缺程度,掌握的資料越豐富,其評價模型中考慮的指標(biāo)越全面,評價的精度越高,可信度越大;反之,如果掌握的資料越小,其評價模型中的指標(biāo)也就越少,評價的精度就越低,可信度越差。即評價指標(biāo)選取,具有很大的隨機(jī)性與人為性。

2.3 風(fēng)險高低產(chǎn)出原因不明確

已有的研究成果在進(jìn)行風(fēng)險區(qū)劃制圖時,采用滑坡危險性區(qū)劃圖與承災(zāi)體易損性區(qū)劃圖兩者進(jìn)行疊加,將高危險性或高易損性單元作為高風(fēng)險區(qū),即認(rèn)為高危險性意味著高風(fēng)險性,或者高易損性意味著高風(fēng)險性,結(jié)果很多預(yù)測單元出現(xiàn)了不同程度的夸大現(xiàn)象,這種結(jié)果主要是忽視了滑坡災(zāi)害風(fēng)險是其自然屬性與社會屬性的統(tǒng)一體。我們知道,一個滑坡即使很危險,但如果是發(fā)生在一個荒無人煙的山區(qū),一般情況難以構(gòu)成直接災(zāi)害;相反,對于一個人口與建筑密集的城鎮(zhèn),滑坡災(zāi)害風(fēng)險是極大的。因此傳統(tǒng)的風(fēng)險區(qū)劃圖在應(yīng)用時,無法識別風(fēng)險高低的產(chǎn)出原因,其成果也就不能滿足人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃及防災(zāi)減災(zāi)工程的需求。

2.4 缺乏可接受的風(fēng)險水平的規(guī)范

當(dāng)前,對滑坡防治能力嚴(yán)重受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平的制約與影響。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),滑坡災(zāi)害少,因此對于少量的滑坡可以投入大量的財力進(jìn)行防治,以防萬一;而經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū),往往滑坡災(zāi)害多,成群成帶,因此投入的財力對于一個具體的滑坡也就非常有限,很大程度上也只是聽天由命。這是導(dǎo)致建立一套可接受風(fēng)險水平的一個瓶頸。另外,關(guān)于此方面的研究目前還是空白。

2.5 風(fēng)險意識不強(qiáng)

當(dāng)前,對于滑坡災(zāi)害的研究,主要是滑坡發(fā)生后對人類生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅或破壞時,才開始去調(diào)查和研究,而缺乏區(qū)域的、超前的防災(zāi)減災(zāi)意識,并且已有的研究工作也主要限于在滑坡形成機(jī)理上,對災(zāi)害現(xiàn)象只是一些傳統(tǒng)模式的統(tǒng)計與描述,其造成的損失評價也大多是基于專家經(jīng)驗而得出的一個估計。只注重自然屬性的研究,而對社會屬性關(guān)注不夠,這是當(dāng)前研究者普遍忽視的一個問題。

總之,在滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價這一領(lǐng)域的研究還遠(yuǎn)不成熟,風(fēng)險評價理論還未完全建立起來。無論是滑坡災(zāi)害的危險性評價,還是滑坡災(zāi)害承災(zāi)體易損性評價,以及滑坡期望損失評價與管理,國內(nèi)外的研究都很薄弱,都有待于在實踐中進(jìn)一步發(fā)展和完善。

3 開展風(fēng)險預(yù)測研究已迫在眉睫

我國國土在地形地貌上存在“南北分區(qū),東西分帶,交叉成網(wǎng)”的特點(diǎn),山區(qū)面積約占70%[30-31],致使我國滑坡發(fā)生密度大、頻率高、分布范圍廣,受滑坡災(zāi)害威脅和可能受到滑坡災(zāi)害威脅的地區(qū)約占全國陸地面積的20%～25%,成為世界上受滑坡危害最嚴(yán)重的國家之一。今后,隨著社會財富的進(jìn)一步增長,自然災(zāi)害的絕對風(fēng)險將普遍提高,與現(xiàn)狀相比,一般地區(qū)將上升30%～50%,嚴(yán)重地區(qū)將上升80%～100%,即災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失額可能翻一番[32]。城市滑坡災(zāi)害造成的損失將更為顯著,面對嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害,采取切實措施有效防治和減輕這些滑坡災(zāi)害,已到了刻不容緩的地步。

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長,基礎(chǔ)設(shè)施、工民建筑等生存空間不斷向地質(zhì)環(huán)境惡劣的山區(qū)及沿海地帶擴(kuò)展,使得滑坡、庫岸及海岸等災(zāi)害的發(fā)生越來越頻繁。面對嚴(yán)峻滑坡災(zāi)害,傳統(tǒng)的以單個滑坡機(jī)理研究和整治為目的方法和手段在減輕滑坡災(zāi)害方面已顯得力不從心,區(qū)域性的、超前性的預(yù)測研究迫在眉睫。失敗的經(jīng)驗告訴我們,對待滑坡災(zāi)害最行之有效的方法是在土地利用的規(guī)劃階段就考慮到滑坡災(zāi)害這一問題。通過滑坡災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃研究,從區(qū)域上預(yù)測預(yù)防滑坡災(zāi)害,不斷提高人類抗御自然災(zāi)害的能力,對做好減災(zāi)防災(zāi)、保護(hù)國家人民的生命財產(chǎn)安全、實現(xiàn)人與環(huán)境和諧相處、和諧發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

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