基于綜合防治體系抗災(zāi)能力的泥石流溝風(fēng)險評價*

韓健楠，李永紅，劉海南，何 倩，李傲雯

(1.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機理與防控重點實驗室，陜西 西安 710054；3.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054；4.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；5.長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

基于綜合防治體系抗災(zāi)能力的泥石流溝風(fēng)險評價*

韓健楠1，李永紅2,3，劉海南2,3，何 倩4，李傲雯5

(1.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機理與防控重點實驗室，陜西 西安 710054；3.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054；4.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；5.長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

隨著地質(zhì)災(zāi)害綜合防治體系的逐步推進，山區(qū)群眾防災(zāi)減災(zāi)避災(zāi)意識得到了大大提升。在考慮傳統(tǒng)災(zāi)害體固有屬性和承災(zāi)體屬性被動風(fēng)險評價模型的基礎(chǔ)上，嘗試將綜合防治體系抗災(zāi)能力引入評價模型中，并運用到單溝泥石流風(fēng)險評價中。評價結(jié)果表明，研究區(qū)屬于高危險、中度易損、低抗災(zāi)能力、中等風(fēng)險區(qū)，其風(fēng)險度預(yù)期結(jié)果低于傳統(tǒng)泥石流風(fēng)險評價模型的結(jié)果。究其原因，認為：隨著我國綜合防治體系的逐步建立，有地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的地方就有程度不等的抗風(fēng)險能力，這是作用力與反作用力，防災(zāi)不能一味強調(diào)作用力的大小而忽視反作用力的影響，否則會夸大地質(zhì)災(zāi)害的“負能量”，而削弱人類應(yīng)對災(zāi)難的“正能量”，防災(zāi)過度會導(dǎo)致資源浪費。恰如其分地進行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價是科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必然需求。

綜合防治體系；抗災(zāi)能力；地質(zhì)災(zāi)害；泥石流溝；風(fēng)險評價

從1982年聯(lián)合國救災(zāi)組織[1]提出自然災(zāi)害風(fēng)險的定義“風(fēng)險 (Risk) = 危險 (hazard) ×暴露 (elementsatrisk) × 易損性 (vulnerability)”，到2005年Fell[2-3]在加拿大國際滑坡會議上指出的“Risk = P(L) × P(T∶L) × P(S∶T) × V(prop∶S) × E”這一定義得到了世界上廣大學(xué)者的認可期間，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的定義歷經(jīng)形式多樣的版本。目前認可的定義是R=H×V[4]，包含地質(zhì)災(zāi)害危險性和承災(zāi)體潛在危害兩個方面的內(nèi)容，不難看出，關(guān)于風(fēng)險定義更多考慮了災(zāi)害體固有屬性和承災(zāi)體屬性。早在1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會[5]指出地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險應(yīng)考慮抗災(zāi)能力，2002年聯(lián)合國[6]也提出了基于自救或恢復(fù)力的風(fēng)險定義“Hazard × Vulnerability ÷ Resilience”，近年也有部分學(xué)者將抗災(zāi)能力引進風(fēng)險評價中[7]，但僅是基于防治工程、預(yù)警能力和應(yīng)急能力等形成的抗災(zāi)能力。隨著2011年《國務(wù)院關(guān)于加強地質(zhì)災(zāi)害防治工作的決定》出臺，圍繞調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警、綜合防治、應(yīng)急救援四大體系的綜合防治體系正在全國逐步建立[8-13]，而四大體系中群測群防體系是中國特色防災(zāi)減災(zāi)體系的重要組成部分，長期以來為我國減輕災(zāi)害，避免人員傷亡和經(jīng)濟損失發(fā)揮了重要作用，其提出具有較高的戰(zhàn)略意義[14-17]?！笆濉逼陂g，陜西省乃至全國實現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害隱患點群測群防體系全覆蓋，公眾面對各類地質(zhì)災(zāi)害的減災(zāi)、防災(zāi)、避災(zāi)意識明顯增加，我國面對地質(zhì)災(zāi)害的抗風(fēng)險能力正在提高。

筆者認為基于綜合防治體系抗災(zāi)能力的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價勢在必行，也是檢驗綜合防治體系的有效手段。有風(fēng)險的地方就有程度不等的抗風(fēng)險能力，這是作用力與反作用力，防災(zāi)不能一味強調(diào)作用力的大小而忽視反作用力的影響，否則會夸大地質(zhì)災(zāi)害的“負能量”，而削弱人類應(yīng)對災(zāi)難的“正能量”，防災(zāi)過度會導(dǎo)致資源浪費，恰如其分地進行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價，實施合理的防治措施是科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必然需求。本文以洼溝泥石流為例進行研究，旨在豐富風(fēng)險評價理論，為減災(zāi)防災(zāi)服務(wù)。

1 研究區(qū)概況

九千岔溝為南秦河一級支流，屬漢江水系，溝谷三面環(huán)山，流域面積14.50 km2[18]，海拔820～1 518m，溝腦與溝底相對高差698 m，溝長6.7 km，縱坡降104 ‰。溝谷呈“V”字型，谷坡地形坡度30～40°，局部達50°以上，近南北向展布，支溝較多，呈對稱的樹枝狀，近東西向展布。巖性以斜長輝長巖、黑云母變粒巖為主，厚層狀，出露厚度達100 m，近東西向展布，抗風(fēng)化能力強；區(qū)內(nèi)第四系殘坡積層廣布，厚度1～3 m，覆蓋于基巖之上，植被覆蓋率高達80 %。上游田溝為某礦山企業(yè)的采石場、石料加工廠、棄渣堆積區(qū)域，礦區(qū)植被覆蓋率較低。研究區(qū)多年平均降水量在800 mm以上。2014年9月，在強降水作用下，田溝支溝洼溝發(fā)生泥石流災(zāi)害，造成5人死亡1人受傷，九千岔溝內(nèi)仍然存在泥石流隱患。因此，非常有必要對該溝進行泥石流風(fēng)險評價。

圖1 研究區(qū)遙感影像圖

2 綜合防治抗災(zāi)能力評價

2.1 抗災(zāi)能力

綜合防治體系抗災(zāi)能力是基于已有的地質(zhì)災(zāi)害綜合防治四大體系，在災(zāi)害發(fā)生時區(qū)域內(nèi)承災(zāi)體

抵抗災(zāi)害不被破壞的最大能力。本文調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警、綜合治理、應(yīng)急能力四大體系中各項指標的評價因子取值，主要來源于作者長期從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查實際經(jīng)驗。各個因子分值累計相加求得抗災(zāi)指數(shù)S(表1)。

抗災(zāi)指數(shù)按照值的大小可分為5個級別：極低抗災(zāi)能力[1，20)、低抗災(zāi)能力[20，40)、中度抗災(zāi)能力[40，60)、高抗災(zāi)能力[60，80)和極高抗災(zāi)能力[80，100]。該泥石流溝盡管建立了綜合防治體系，但其抗災(zāi)指數(shù)為30，屬低抗災(zāi)能力。

2.2 抗災(zāi)度轉(zhuǎn)化

抗災(zāi)指數(shù)S進行轉(zhuǎn)化后才能成為具有正確意義的抗災(zāi)度C綜?？篂?zāi)度計算模型引用相關(guān)的文獻[7]，計算方法如下：

C綜=0.0004S2+0.0011S+0.9884；S<50；

(1)

C綜=0.04 EXP ( 0.0728S) ；S≥50。

(2)

式中：C綜為綜合防治抗災(zāi)度，S為泥石流抗災(zāi)指數(shù)。該泥石流溝抗災(zāi)指數(shù)為30，其抗災(zāi)度為1.381 4。

3 基于綜合防治抗災(zāi)能力風(fēng)險評價

3.1 評價模型

在專家學(xué)者公認的傳統(tǒng)風(fēng)險評價模型R=H×V的基礎(chǔ)上，充分考慮綜合防治體系抗災(zāi)能力，形成本文風(fēng)險評價模型為：

R=H×V單/C綜。

(3)

式中：R為風(fēng)險度，H為危險度，V單為單溝易損度，C綜為綜合防治抗災(zāi)度。

3.2 危險性評價

國內(nèi)對單溝泥石流危險性評價采用的方法較多，有模糊數(shù)學(xué)綜合評判法、灰色系統(tǒng)評價法、回歸分析法等[19-20]。考慮到研究區(qū)缺乏泥石流監(jiān)測資料，無法采用相關(guān)統(tǒng)計資料對其進行驗證分析。

表1 泥石流溝抗災(zāi)能力評價因子及抗災(zāi)指數(shù)表

故根據(jù)實際情況，選用專家打分法確定評價因子與權(quán)重進行泥石流危險性評價。

3.2.1 評價指標

本文泥石流溝的危險性評價因子采用國土資源部編著的《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》實施細則中，關(guān)于泥石流溝的15項指標(表2)。

3.2.2 評價方法

(1)評價模型

考慮到泥石流評價過程中評價方法的科學(xué)性、易操作性，本文采用適宜于研究區(qū)單溝泥石流危險性的量化線性評價模型[7]，評價公式為：

(4)

式中：H為危險度指數(shù)，wi為評價因子權(quán)值，xi為評價因子分值。

(2)評價因子權(quán)重及分值

根據(jù)上述模型，確定泥石流危險性評價因子后，首先要確定各評價因子的權(quán)值wi與分值xi，然后計算評價因子的加權(quán)求和值即為危險度H，最后由綜合評價指數(shù)H判定泥石流溝的危險性等級。評價因子的權(quán)重與分值也參考《縣(市)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》，權(quán)值見表2；分值分為四個等級：極高危險A=1、高危險B=0.7、中等危險C=0.4，低危險D=0.1。15個評價因子的危險等級確定依據(jù)如下：

(1)該泥石流溝上游田溝的支溝大北溝東南系某礦采石場，長期采石，形成了高陡巖質(zhì)邊坡，邊坡穩(wěn)定性差，為泥石流的再次發(fā)生提供一定物源。等級為B=0.7。

(2)該泥石流溝形成區(qū)主要位于礦山活動范圍內(nèi)，即上游瓦崗坪至三岔溝交匯處，礦山活動范圍幾乎布滿整條支溝，沿程補給長度大于60 %。等級為A=1.0。

(3)除“9·19”泥石流外，該溝谷歷史上無泥石流災(zāi)險情記錄，“9·19”泥石流淤積于主溝道內(nèi)的堆積物已清理，目前堆積物活動不明顯。等級為D=0.1。

(4)該泥石流溝主溝較長，上游田溝溝谷縱坡降較大為156 ‰，但整體溝谷的縱坡降較小，為104 ‰，基于“9·19”發(fā)生泥石流時田溝主溝內(nèi)的松散物未發(fā)生流動，因此綜合考慮認為主溝縱坡降對泥石流的貢獻可能較小。等級為C=0.4。

(5)該泥石流溝地處構(gòu)造強烈抬升區(qū)，Ⅵ度以上地震區(qū)。等級為A=1.0。

(6)該泥石流溝形成區(qū)流域植被破壞明顯，溝谷兩側(cè)基巖裸露，覆蓋率<10 %。等級為A=1.0。

(7)泥石流發(fā)生后，洪積物沖淤變幅量不均，其中洼溝附近變幅量為3 m左右，向下0.5 m左右。等級為A=1.0。

(8)區(qū)內(nèi)巖性為閃長巖，是風(fēng)化和節(jié)理發(fā)育的硬巖。等級為C=0.4。

(9)根據(jù)顆粒級配分析，從已經(jīng)形成的泥石流堆積來看，溝內(nèi)發(fā)生移動的松散物主要為人類工程活動形成的棄渣，而坡殘積物含量較少。因此上游礦區(qū)內(nèi)大量石粉是未來潛在泥石流的主要物源。等級為A=1.0。

(10)上游采動明顯，呈人工高陡邊坡，坡度大于45°。等級為A=1.0。

(11)上游形成區(qū)谷中谷明顯(田溝左右岸溝谷呈明顯的樹枝狀且對稱，右岸有大北溝、小北溝、洼溝；左岸有李家院后溝、高家山溝等)，有V型谷(如大北溝、小北溝、高家山溝)、拓寬U型谷(如田溝主溝)。等級為A=1.0。

(12)產(chǎn)沙區(qū)主要為建筑用石料生產(chǎn)過程中形成的石粉，平均厚度大于10 m。等級為A=1.0。

表2 泥石流溝危險性評價因子權(quán)重與等級劃分表

(13)整個流域面積為14.50 km2。等級為C=0.4。

(14)海拔820～1 518 m，溝腦與溝底相對高差698 m。等級為A=1.0。

(15)“9·19”發(fā)生后，溝谷進行了全面清淤，溝內(nèi)水流暢通，無堵塞情況。等級為D=0.1。

3.2.3 評價結(jié)果

根據(jù)表2與公式(4)，求得該泥石流溝危險度為0.7201，介于極高危險與高危險之間。

3.3 易損性評價

易損度是在一定區(qū)域和給定時段內(nèi)，由于泥石流災(zāi)害可能導(dǎo)致的該區(qū)域內(nèi)存在的一切人、財、物的潛在最大損失程度。本文評價模型基于財產(chǎn)指標和人口指標兩大因子。具體評價模型見式(5)～式(12)[21-22]：

(5)

FV1單=1/[1+exp[-1.25(logV1單-2)]]；

(6)

V1單=I+E+L單

(7)

I=I1+I2+I3；

(8)

E=(E1+E2+E3)×N；

(9)

(10)

FV2單=1-exp(0.0035V2單)；

(11)

(12)

式中：V單為易損度(0～1)；V1單為財產(chǎn)指標(萬元)，是I、E、L單的總和；V2單是人口指標(人/km2)，是a、b、r的均值與D的乘積；FV1單為V1單轉(zhuǎn)換函數(shù)值(0～1)；FV2單為V2單轉(zhuǎn)換函數(shù)值(0～1)；I為物質(zhì)指標；I1為村民建筑；I2為通村公路；I3為輸電線路；E為村民財產(chǎn)指標；E1為人均年收入；E2為人均存款；E3為人均擁有固定資產(chǎn)；N為總?cè)丝跀?shù)；Bi為土地面積；Ai為土地基價；L單為各類土地指標，由土地基價Ai與其面積Bi乘積、求和乘以恢復(fù)系數(shù)得到，由于礦山泥石流造成林地與耕地受損后，其土地恢復(fù)是相當難且造價較高，所以本文恢復(fù)系數(shù)按土地基價的90%考慮；a為受威脅的65歲以上老人和6歲以下兒童的人口占比；b為初中以下文化程度人口占比；r為村內(nèi)自然人口增長率占比；D為區(qū)內(nèi)人口密度。

該泥石流溝一旦致災(zāi)，主要威脅下游一組、三組約40戶200人200余間土木結(jié)構(gòu)房；通村公路約5km；耕地約0.02 km2；林地約0.067 km2；村內(nèi)老人與兒童占比較大，人口自然增長率呈下降趨勢，人口主要集中在河道內(nèi)；村民收入主要是外出務(wù)工?；谏鲜鲐敭a(chǎn)與人口指標，粗略估算得到各因子經(jīng)濟指標參數(shù)(表3)。

根據(jù)式(5)～式(12)與表3，求得V1單=965萬元，V2單=27人/km2；進而通過函數(shù)轉(zhuǎn)換，求得FV1單=0.9766，F(xiàn)V2單=-0.0991。故V單=0.4388。將易損度按極低易損[0，0.2)、低度易損[0.2，0.4)、中度易損[0.4，0.6)、高度易損[0.6，0.8)、極高易損[0.8，1.0]的五級分級原則，該泥石流溝為中度易損泥石流溝。

表3 泥石流溝易損度評價指標及參數(shù)選取

3.4 風(fēng)險性評價結(jié)果

將危險度、易損度、抗災(zāi)度代入風(fēng)險評價模型，根據(jù)傳統(tǒng)風(fēng)險評價模型算得該泥石流溝風(fēng)險度：R=0.7201×0.4388=0.316 0；充分考慮綜合防治體系抗災(zāi)能力，利用本文風(fēng)險評價模型算得該泥石流溝風(fēng)險度為：R=0.7201×0.4388/1.3814 = 0.228 7，低于傳統(tǒng)風(fēng)險評價模型預(yù)期結(jié)果，這正是該泥石流溝承災(zāi)體主動抵抗泥石流危害能力的體現(xiàn)。

根據(jù)極低風(fēng)險(0，0.04)、低風(fēng)險 [0.04，0.16)、中等風(fēng)險 [0.16，0.36)、高風(fēng)險 [0.36，0.64)、極高風(fēng)險 [0.64，1)五個風(fēng)險等級，研究區(qū)屬中等風(fēng)險區(qū)。

4 結(jié)論

(1)該泥石流溝上游有大量的石粉、采石剝離的表土等松散堆積物，上游匯水面積較大，呈高危險或極高危險狀態(tài)。

(2)主要威脅下游一組、三組村民及通村公路、輸電線路、耕地和林地的安全，根據(jù)財產(chǎn)及人員指標推算該溝易損性為中度易損。

(3)上游谷中谷田溝雖系詳查調(diào)查確認的地質(zhì)災(zāi)害隱患點，為礦山企業(yè)的群測群防點，但多部門聯(lián)動的抗災(zāi)能力較差，因此基于地質(zhì)災(zāi)害綜合防治的四大體系中除了調(diào)查評價體系較完善外，其它監(jiān)測預(yù)警體系、綜合防治體系和應(yīng)急能力體系較弱，各評價指標的分值較低，屬于低抗災(zāi)能力。

(4)根據(jù)傳統(tǒng)風(fēng)險評價模型算得該泥石流溝風(fēng)險度為0.316 0，基于綜合防治體系抗災(zāi)能力的泥石流風(fēng)險評價模型算得風(fēng)險度是0.228 7，低于傳統(tǒng)風(fēng)險評價模型預(yù)期結(jié)果，是泥石流溝承災(zāi)體主動抵抗泥石流危害能力的體現(xiàn)，主要貢獻在調(diào)查評價體系上，如果其它體系抗災(zāi)能力提升的話，整個溝谷的風(fēng)險度將有效降低。

(5)該泥石流溝屬中等風(fēng)險區(qū)，雖非高風(fēng)險或極高風(fēng)險區(qū)，但風(fēng)險依然存在?；陉兡弦泼癜徇w政策，應(yīng)盡快實施移民安置工程，保護人民生命財產(chǎn)安全。

致謝：成文過程中得到長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院陳志新老師、中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心徐友寧研究員的悉心指導(dǎo)，得到了商洛市國土資源局趙秋俊副局長、閔小鵬科長的支持與配合，在此表示感謝。

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Risk Assessment of a Debris Flow Gully Based on Anti-disaster Ability of Comprehensive Prevention and Control System

HAN Jiannan1, LI Yonghong2, 3, LIU Hainan2, 3HE Qian4and LI Aowen5

(1.CollegeofGeologyEngineeringandGeomatic,Chan’anUniversity,Xi’an710054,China;2.KeyLaboratoryofMineGeologicalHazardsMechanismandControl,MinistryofLandandResources,Xi’an710054,China; 3.ShaanxiInstituteofGeo-EnvironmentMonitoring,Xi’an710054,China;4.CollegeofGeologyandEnvironment,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China;5.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,Chan’anUniversity,Xi’an710054,China)

With the gradual advance of the comprehensive prevention and control system of geological hazards, the disaster prevention and mitigation awareness of the mountainous area masses has been greatly improved. On the basis of the traditional disaster inherent properties and inherent attributes of hazard bodies, this paper attempts to introduce the anti-disaster capability of the comprehensive prevention and control system into the assessment model and apply it to the risk assessment of a single debris flow. The assessment results show that the study area belongs to the high risk, moderate vulnerability, low anti-disaster ability and medium risk areas, the risk of expected results is lower than that of the traditional model of debris flow risk assessment results. The reason is that, with the gradual establishment of a comprehensive prevention and control system in our country, there are risks of geological hazards where there are varying degrees of anti-risk ability, this is the force and counterforce, disaster prevention should not only emphasize on the magnitude of the force and ignore the influence of counterforce, otherwise it will exaggerate the geological hazards negative energy and weaken the human positive energy of response to disaster, excessive disaster prevention will lead to the waste of resources. Reasonable risk assessment of geological hazards is an inevitable requirement of scientific and technological achievements into productive forces.

comprehensive prevention and control system; anti-disaster ability; geological hazards; debris flow gully; risk assessment

韓健楠，李永紅，劉海南，等.基于綜合防治體系抗災(zāi)能力的泥石流溝風(fēng)險評價[J].災(zāi)害學(xué)，2018，33(1)：230-234.[HAN Jiannan, LI Yonghong, LIU Hainan,et al.Risk Assessment of a Debris Flow Gully Based on Anti-disaster Ability of Comprehensive Prevention and Control System[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：230-234.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.040.]

2017-05-31

2017-08-21

陜西省財政專項地質(zhì)災(zāi)害防治經(jīng)費項目(陜地調(diào)院發(fā)[2014]33號)

韓健楠(1993-)，男，陜西西安人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害研究.E-mail：411759647@qq.com

P642.23；X43

A

1000-811X(2018)01-0230-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.040