東南沿海山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)急預(yù)警*

徐興華，唐小明，游省易，馮杭建

(浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，浙江 杭州 310007)

我國(guó)東南沿海地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常遭梅雨和臺(tái)風(fēng)暴雨影響，降雨強(qiáng)度大、雨量集中、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，山區(qū)小流域多發(fā)、群發(fā)和易發(fā)滑坡、泥石流等災(zāi)害，造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)已有資料統(tǒng)計(jì)，2008-2010年浙江省受極端降雨天氣影響頻率較高，受災(zāi)嚴(yán)重，期間山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害1 012處，其中滑坡581處、泥石流125處，造成61人傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.61億元[1-2]。

通過(guò)山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)急預(yù)警以指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置是值得考慮的課題。地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究的內(nèi)容之一，是考慮地質(zhì)環(huán)境因素、資源社會(huì)情況等綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程[3-5]，目前多用于城鎮(zhèn)規(guī)劃、工程建設(shè)及防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域[6-8]，其相關(guān)實(shí)踐應(yīng)用反映基于靜態(tài)過(guò)程，只考慮地質(zhì)環(huán)境條件和資源經(jīng)濟(jì)情況等因素[9-11]。地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急是地質(zhì)災(zāi)害防治 “四大體系”之一，通過(guò)系統(tǒng)性的應(yīng)急響應(yīng)理論、技術(shù)方法等，應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害，減輕危害[12-13]。但是，針對(duì)降雨條件下的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)較少有相關(guān)研究涉及，及與其相關(guān)的應(yīng)急預(yù)警也未有較多研究開(kāi)展。本文針對(duì)東南沿海山區(qū)小流域地質(zhì)環(huán)境特色，對(duì)降雨作用下山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)急預(yù)警做進(jìn)一步地探索和研究。選擇典型小流域作為研究區(qū)，構(gòu)建降雨作用下的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確立模糊數(shù)學(xué)理論和耦合權(quán)重計(jì)算確定的分析模式方法，建立統(tǒng)一降雨強(qiáng)度預(yù)警指標(biāo)，以典型代表性降雨事件展開(kāi)研究區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)急預(yù)警研究，有效指導(dǎo)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急防災(zāi)，以此提供可靠的解決方案和技術(shù)平臺(tái)。

1 研究區(qū)域

位于東南沿海浙江省浙中山地丘陵區(qū)的衢州市衢江區(qū)[14]是典型的山地縣(市、區(qū))，全區(qū)以山地丘陵為主，約占總面積的80.0%，整體呈南北高、中間低，中部為河谷平原，海拔約50～120 m，向南北兩側(cè)以階梯狀抬升，分別逐步過(guò)渡到海拔500～1 000 m的低山區(qū)和海拔大于1 000 m的中山區(qū)。

表1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患基本情況一覽表

本區(qū)屬梅雨、臺(tái)風(fēng)雨兼容區(qū)，多年平均降雨量在1 500～2 100 mm之間，由中間向南北兩側(cè)山區(qū)逐漸遞增，在雙橋、洋口形成區(qū)域降雨中心，每年的6-7月中旬為梅雨期，7月中旬至9月中旬為臺(tái)風(fēng)雨期，汛期雨量占全年的70%以上，常常出現(xiàn)日降雨量大于50 mm甚至100 mm以上的災(zāi)害性降雨天氣，山區(qū)小流域易發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

選擇衢江區(qū)北部山區(qū)銅山源小流域作為典型研究區(qū)(圖1)，其屬衢江支流，由銀坑溪和廟前溪在杜澤北部注入銅山源水庫(kù)，向南流經(jīng)杜澤至高家等地，在章徳埠注入衢江，全長(zhǎng)45.1 km，河道比降4.1‰，流域面積247.6 km2。區(qū)內(nèi)有雙橋、杜澤等8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)81個(gè)行政村和省屬十里豐監(jiān)獄，人口有2.96萬(wàn)戶(hù)、9.84萬(wàn)人，農(nóng)民人均收入約7 720元。

圖1 研究區(qū)交通位置圖(紅色標(biāo)記區(qū))

根據(jù)全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)資料總結(jié)[14-15]，銅山源小流域研究區(qū)分布地質(zhì)災(zāi)害隱患共計(jì)30處，主要分布于雙橋、太真、杜澤、周家等地，已發(fā)生的有25處(表1和圖2)，基本特點(diǎn)主要如下。

圖2 銅山源小流域典型研究區(qū)

(1)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型方面，研究區(qū)分布滑坡隱患18處，占總數(shù)的60.0%，規(guī)模等級(jí)以小型為主，穩(wěn)定性以較差為主；泥石流隱患12處，占總數(shù)的40.0%，規(guī)模等級(jí)以中、小型為主，大型僅1處，易發(fā)程度以中易發(fā)為主。

(2)發(fā)生時(shí)間方面，主要集中于6-7月中旬的梅雨期和8月中旬-9月中旬的臺(tái)風(fēng)雨期，以6月份的梅雨暴雨期為多，達(dá)15處，8月份的臺(tái)風(fēng)暴雨期有8處。

(3)危害程度方面，以較大級(jí)為主，有16處，占總數(shù)的53.3%，又以泥石流災(zāi)害最多，有10處；一般級(jí)次之，有13處，占總數(shù)的43.3%，重大級(jí)僅1處；滑坡危害等級(jí)以一般級(jí)為主，較大級(jí)有5處，泥石流危害等級(jí)以較大級(jí)為主，重大級(jí)僅1處。

總體而言，銅山源小流域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型以滑坡、泥石流為主，且以滑坡為多，規(guī)模等級(jí)以中、小型為主，穩(wěn)定性以較差和中易發(fā)為主，是以梅雨期和臺(tái)風(fēng)雨期的持續(xù)降雨或集中強(qiáng)降雨作用誘發(fā)所致，災(zāi)害危害等級(jí)以較大級(jí)為主，威脅村莊人口生命財(cái)產(chǎn)安全的主要集中于泥石流災(zāi)害。

2 降雨作用下動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型構(gòu)建

2.1 基本體系結(jié)構(gòu)

基于銅山源小流域地質(zhì)環(huán)境條件，依據(jù)區(qū)內(nèi)滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害持續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)、規(guī)模小、數(shù)量多、群發(fā)性、突發(fā)性等特點(diǎn)，結(jié)合降雨特征研究，細(xì)化落實(shí)村莊、人口、土地、基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等社會(huì)基礎(chǔ)資料，構(gòu)建降雨誘發(fā)的山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型(圖3)，主要過(guò)程如下。

(1)基于小流域下墊面地質(zhì)環(huán)境條件、誘發(fā)影響因素和地質(zhì)災(zāi)害隱患分布情況，結(jié)合降雨預(yù)警閥值指標(biāo)，基于GIS平臺(tái)，采用模糊數(shù)學(xué)理論和構(gòu)建預(yù)警關(guān)系矩陣，進(jìn)行降雨誘發(fā)突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，綜合計(jì)算危險(xiǎn)性指數(shù)，分析整體危險(xiǎn)程度和發(fā)展趨勢(shì)，并確定其發(fā)生的可能性概率。

(2)根據(jù)小流域村莊、土地等基本情況，以承災(zāi)體為標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化分布村莊建筑、人口分布、土地利用、基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分級(jí)，進(jìn)行因素指標(biāo)屬性賦值，采用綜合指數(shù)方法，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)，確定其易損性指數(shù)。

圖3 模型基本結(jié)構(gòu)體系

(3)基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論，依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性指數(shù)和易損性指數(shù)，采用因子屬性值相乘的方法，進(jìn)行降雨作用下區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，建立以地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平為閥值的預(yù)警判據(jù)，建立降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，明確不同風(fēng)險(xiǎn)水平啟動(dòng)相應(yīng)層級(jí)的應(yīng)急預(yù)警機(jī)制。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1 易發(fā)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)研究區(qū)所在的浙江省山區(qū)縣(市)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))地質(zhì)災(zāi)害分布與易發(fā)區(qū)圖編制和監(jiān)管的相關(guān)要求[16]，并參照有關(guān)成果總結(jié)資料[17]，針對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度以不、低、中、高分區(qū)，分為四級(jí)。

(1)地質(zhì)環(huán)境條件

①高差：<50 m、50～150 m、300～500 m、150～300 m；②斜坡坡度：5°～15°、>55°、15°～35°、35°～55°；③工程巖組：(Tc、Tcc、Lt、SRf、SRc)，(Rr、Sc、Bg)，(Sf)，(Qg)；④地質(zhì)構(gòu)造：斷裂密度(m/km2)，50～250、250～500、500～750、750～1 000。

(2)誘發(fā)影響因素

①多年平均降雨量：<1 700 mm、1 700～1 800 mm、1 800～2 000 mm、>2 000 mm；②植被發(fā)育與破壞：<20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%。

(3)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害

①分布密度(處/km2)：0～0.05、0.05～0.15、0.15～0.30、0.30～0.50；②規(guī)模密度(m3/km2)：0～100、100～1 000、1 000～5 000、5 000～15 000。

2.2.2 易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

以承災(zāi)體為標(biāo)準(zhǔn)，基于自有屬性和信息不完備條件[3-4,9]，確立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表2所示，主要包括人口分布、村莊建筑、土地利用(主要是耕地豐度)、基礎(chǔ)設(shè)施(主要是公路交通設(shè)施)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值(主要是工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值)，均結(jié)合實(shí)際統(tǒng)計(jì)分級(jí)。

2.3 模型理論基礎(chǔ)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.3.1 基于耦合權(quán)重確定方法的危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

首先，建立反映地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)的評(píng)價(jià)集，即不易發(fā)(EⅠ)、低易發(fā)(EⅡ)、中易發(fā)(EⅢ)和高易發(fā)(EⅣ)，以單個(gè)網(wǎng)格單元為評(píng)價(jià)單元，基于模糊數(shù)學(xué)理論[18]，采用滑坡治理穩(wěn)定狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)過(guò)程建立的耦合權(quán)重計(jì)算確定方法[19]，建立其各類(lèi)因子的隸屬度矩陣和權(quán)重矩陣，確定其結(jié)果集為

表2 承災(zāi)區(qū)易損性指數(shù)關(guān)系表

(1)

式中：A=[α1α2…αn]是各類(lèi)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重矩陣，且滿足總和為1；n表示評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)；R為評(píng)價(jià)因子的隸屬度矩陣；μn4表示的是各類(lèi)評(píng)價(jià)因子相應(yīng)于分區(qū)的隸屬度值。

依據(jù)最大隸屬度準(zhǔn)則[18]確定地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度區(qū)間，基于評(píng)價(jià)結(jié)果集[λ1λ2…λ4]，其對(duì)應(yīng)易發(fā)程度{EⅠ、EⅡ、EⅢ、EⅣ}，則評(píng)價(jià)結(jié)果為

λmax=max{λ1,λ2,…,λ4}。

(2)

可見(jiàn)λmax所對(duì)應(yīng)的等級(jí)區(qū)間即為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)。在確定所有評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元所處易發(fā)程度分區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其分區(qū)屬性，經(jīng)綜合評(píng)價(jià)分析，進(jìn)行全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度并區(qū)勾繪且核實(shí)。

其次，基于降雨過(guò)程實(shí)測(cè)雨量構(gòu)建降雨量臨界閥值指標(biāo)，由當(dāng)日雨量和前期有效雨量(有效降雨量)構(gòu)成，分析降雨引發(fā)滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害的對(duì)應(yīng)關(guān)系，綜合確定與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系限值，進(jìn)行降雨危險(xiǎn)性程度等級(jí)劃分，分低(安全雨情)、中(激發(fā)雨情)、高(群發(fā)激發(fā)雨情)3級(jí)。

最后，基于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)，結(jié)合降雨危險(xiǎn)性程度分級(jí)，參照有關(guān)危險(xiǎn)性分析的成果資料[3-4,9]，結(jié)合實(shí)際分析降雨激發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的耦合作用關(guān)系，構(gòu)建預(yù)警關(guān)系矩陣(表3)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，分極低、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級(jí)別。

表3 預(yù)警關(guān)系矩陣劃分表

2.3.2 地質(zhì)災(zāi)害易損性分析

首先，依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元，對(duì)各評(píng)價(jià)因素指標(biāo)進(jìn)行分指數(shù)賦值，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理(介于0～1)，計(jì)算式為

(3)

式中：X(i)為某評(píng)價(jià)因子層中第i個(gè)網(wǎng)格單元經(jīng)數(shù)據(jù)歸一化處理的值；x(i)為第i個(gè)網(wǎng)格單元的待定分指數(shù)值，max[x(i)]為所有評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元中的最大值；min[x(i)]為所有評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元中的最小值。

其次，針對(duì)體現(xiàn)承災(zāi)區(qū)抗災(zāi)特性的各評(píng)價(jià)因素層，基于數(shù)據(jù)歸一化處理的參數(shù)屬性值，結(jié)合耦合權(quán)重確定方法計(jì)算的各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重值[19]，采用綜合指數(shù)法確定地質(zhì)災(zāi)害易損性指數(shù)值，為

(4)

式中：Z為某評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元的易損性指數(shù)值；Aj為其對(duì)應(yīng)第j個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值；Xj為其對(duì)應(yīng)第j個(gè)評(píng)價(jià)因子的參數(shù)屬性值(已經(jīng)數(shù)據(jù)歸一化處理)；j為其對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)，j=1,2,…,5。

最后，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易損性指數(shù)值，采用修正的自然斷點(diǎn)法[3-4,9]進(jìn)行其程度分級(jí)，依據(jù)指標(biāo)值區(qū)間范圍，分極低、低、中、高易損性區(qū)域(表4)，再基于所有評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元進(jìn)行區(qū)域易損性分區(qū)。

表4 承災(zāi)區(qū)易損性分區(qū)分級(jí)表

2.3.3 地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本理論[3-4,9]，以地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果以及易損性評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算分析地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，確定動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平。

首先，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)分析結(jié)果，結(jié)合實(shí)際統(tǒng)計(jì)分級(jí)情況，采用修正的自然斷點(diǎn)法，確定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性概率P(表5)。

表5 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率對(duì)應(yīng)表

表6 地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表7 地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)急預(yù)警關(guān)系表

其次，再疊合地質(zhì)災(zāi)害易損性指數(shù)值，利用評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元?jiǎng)澐值姆绞?，采取屬性值相乘的分析方法，綜合確定地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，為

Fi=Pi×Zi。

(5)

式中：Fi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值；Pi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性概率；Zi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)災(zāi)害易損性指數(shù)值。

地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)值介于0～1之間，結(jié)合實(shí)際分析情況采用修正的自然斷點(diǎn)法[3-4,9]，進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分級(jí)，按照等級(jí)區(qū)間范圍差異，分成極低、低、中和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(或極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū))(表6)，從而確定以動(dòng)態(tài)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平為閥值的預(yù)警判據(jù)，建立山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型。

2.4 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分區(qū)與應(yīng)急預(yù)警

根據(jù)《國(guó)家突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案》[13]，并通過(guò)已有相關(guān)應(yīng)急成果資料[20-21]的總結(jié)和深化，探索提出適合山區(qū)小流域環(huán)境特色的能滿足不同地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平啟動(dòng)相應(yīng)層級(jí)的應(yīng)急預(yù)警響應(yīng)機(jī)制與聯(lián)動(dòng)模式，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)急預(yù)警的聯(lián)動(dòng)關(guān)系如表7所示，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平的不同，建立相應(yīng)層級(jí)的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)警級(jí)別，確定具體的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置和防災(zāi)措施，為地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)提供決策依據(jù)和技術(shù)支持。

3 降雨強(qiáng)度預(yù)警指標(biāo)

3.1 理論計(jì)算公式

結(jié)合研究區(qū)歷史泥石流災(zāi)害資料和降雨過(guò)程雨量信息，針對(duì)流域形態(tài)顯著且縱坡降較大的溝谷型泥石流，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范[22]，結(jié)合降雨基本特征，建立泥石流降雨監(jiān)測(cè)預(yù)警暴雨強(qiáng)度指標(biāo)為：

R=μ(H24h/100+H1h/40)。

(6)

式中：μ是前期降雨量修正系數(shù)，無(wú)前期降雨時(shí)μ取1，有前期降雨時(shí)μ一般取1.1～1.2；H24h是24 h最大降雨量(mm)；H1h是1 h最大降雨量(mm)。

降雨激發(fā)滑坡(或坡面泥石流)發(fā)生的有效降雨量一般采用冪指數(shù)形式，以某段降雨過(guò)程的當(dāng)日降雨量各自乘以有效降雨系數(shù)再累積所得[23]：

(7)

式中：Rc是有效降雨量；R0是滑坡發(fā)生當(dāng)日雨量；i是滑坡發(fā)生前的天數(shù)計(jì)數(shù)；n是滑坡發(fā)生前的天數(shù)；α是有效降雨系數(shù)，一般介于0.70～0.80，本區(qū)據(jù)實(shí)取0.75；Ri是滑坡發(fā)生前第i天的當(dāng)日雨量。

通過(guò)典型代表性降雨事件激發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)測(cè)過(guò)程降雨量統(tǒng)計(jì)，滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成主要與發(fā)生前4～5 d的降雨密切相關(guān)，則上式中滑坡發(fā)生前的天數(shù)結(jié)合實(shí)際情況可取4～5 d，則適合本區(qū)降雨激發(fā)滑坡的有效降雨量值的理論計(jì)算公式為：

Rc=R0+α1R1+α2R2+α3R3+α4R4+α5R5。

(8)

式中：Rc是有效降雨量；R0是滑坡發(fā)生時(shí)的當(dāng)日降雨量；α是有效降雨系數(shù)，本區(qū)結(jié)合實(shí)際情況取0.75；R1、R2、R3、R4、R5是滑坡發(fā)生前第1 d、第2 d、第3 d、第4 d、第5 d的當(dāng)日降雨量。

3.2 臨界雨量閥值指標(biāo)

根據(jù)銅山源小流域及其周邊地區(qū)“2002·8·15”、“2010·6·18”、“2010·7·8”、“2011·6·15”等降雨事件，建立臨界雨量閥值與激發(fā)滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生比例數(shù)之間的對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，主要分析如下。

①在Rc>195 mm及其以上時(shí)，降雨激發(fā)更多群發(fā)性滑坡、泥石流災(zāi)害的發(fā)生，且比例大幅提高，約占總數(shù)的70%以上，為群發(fā)激發(fā)雨情；且在Rc>230 mm時(shí)，溝谷型泥石流激發(fā)比例大大提高，約占泥石流總數(shù)的90%以上，為其觸發(fā)雨情，可見(jiàn)降雨激發(fā)溝谷型泥石流的條件相對(duì)苛刻得多。

②在Rc=125～195 mm時(shí)，降雨激發(fā)多數(shù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，約25%～30%左右，為激發(fā)雨情。

③在Rc≤125 mm時(shí)，可見(jiàn)降雨將不足以或少有激發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，為安全雨情。

通過(guò)總結(jié)分析本區(qū)及附近降雨激發(fā)滑坡、泥石流的降雨事件以及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量的對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)關(guān)系(圖4)，基于統(tǒng)一的降雨預(yù)警指標(biāo)體系，確定降雨激發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的臨界雨量閥值為125 mm、195 mm，且230 mm是激發(fā)溝谷型泥石流的雨量閥值。

圖4 臨界降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

3.3 降雨危險(xiǎn)性等級(jí)劃分

通過(guò)降雨激發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的臨界雨量閥值指標(biāo)的分析和確定，可將降雨量危險(xiǎn)性等級(jí)劃分為3級(jí)，即低危險(xiǎn)性、中危險(xiǎn)性和高危險(xiǎn)性，分別對(duì)應(yīng)Rc=125 mm和195 mm兩個(gè)臨界雨量閥值(表8)。

表8 降雨危險(xiǎn)性等級(jí)劃分

4 研究區(qū)實(shí)例研究

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源

選擇衢江區(qū)銅山源典型性小流域作為研究區(qū)，以ArcGIS10.0平臺(tái)和Matlab7.1程序?yàn)榛A(chǔ)平臺(tái)，以“2011·6·19”代表性降雨事件[15]為典型實(shí)例，通過(guò)所構(gòu)降雨型地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，開(kāi)展山區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)急預(yù)警研究。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源[14-15]：①1∶ 10 000數(shù)字化地形圖；②5 m分辨率DEM數(shù)字高程模型；③1∶ 10 000等高線、水系、交通線及各類(lèi)注記等；④1∶ 10 000鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村、居民點(diǎn)境界線及標(biāo)注；⑤1∶ 200 000或1∶ 50 000地層巖性、地質(zhì)界線、構(gòu)造等；⑥滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患；⑦最新二調(diào)土地利用數(shù)據(jù)；⑧研究區(qū)及附近雨量站分布及實(shí)測(cè)過(guò)程雨量。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

首先，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立評(píng)價(jià)因素集，結(jié)合實(shí)際以100 m×100 m為基本評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元，通過(guò)模糊數(shù)學(xué)計(jì)算理論和耦合權(quán)重計(jì)算確定方法，進(jìn)行研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)(圖5)。通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害爆發(fā)強(qiáng)度S[24]檢驗(yàn)分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害不、低、中至高易發(fā)區(qū)的爆發(fā)強(qiáng)度S指數(shù)是逐漸增大的，說(shuō)明分區(qū)是合理的。

圖5 研究區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)圖

其次，結(jié)合本次“2011·6·19”降雨過(guò)程的實(shí)測(cè)雨量值，根據(jù)臨界雨量閥值確定方法和克里格數(shù)據(jù)插值方式，生成全區(qū)有效降雨量分布圖(圖6)，可知Rc在110～191 mm之間，根據(jù)降雨危險(xiǎn)性等級(jí)劃分表，確定全區(qū)降雨危險(xiǎn)性程度劃分為低和中2級(jí)區(qū)。

圖6 研究區(qū)域有效降雨量等值線圖

最后，基于研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合降雨危險(xiǎn)性程度等級(jí)劃分情況，依據(jù)預(yù)警關(guān)系矩陣劃分表(見(jiàn)表3)，進(jìn)行降雨激發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(圖7)。

分析可知研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性劃分成極低、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)四級(jí)區(qū)，包括：①極低級(jí)區(qū)位于杜澤、峽川南部平原區(qū)及蓮花、云溪、高家等平原區(qū)，面積約50.50 km2，占總面積的22.16%；②Ⅰ級(jí)區(qū)位于銅山源水庫(kù)、杜澤中部、峽川北部和周家南部丘陵區(qū)，面積約31.7 km2，占總面積的13.91%；③Ⅱ級(jí)區(qū)位于太真(不含下槽塢)低山區(qū)、杜澤北部(不含廟前—金崗山—黃金崗一帶)和周家北部低山丘陵區(qū)，面積約86.40 km2，占總面積的37.91%；④Ⅲ級(jí)區(qū)位于太真南部(下槽塢)低山區(qū)、雙橋、杜澤北部(廟前—金崗山—黃金崗一帶)中低山區(qū)，面積約59.30 km2，占總面積的26.02%。

圖7 研究區(qū)降雨激發(fā)小流域地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性分區(qū)圖

4.3 研究區(qū)易損性分析

以承災(zāi)體為標(biāo)準(zhǔn)，采用體現(xiàn)抗災(zāi)特性的村莊建筑、人口分布、土地利用、基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等因素，通過(guò)實(shí)地調(diào)查、統(tǒng)計(jì)年鑒、政府公報(bào)等獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源[25]，結(jié)合信息屬性特征和政府管理需求，以登記在冊(cè)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政村為基本單位，依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易損性分析模型體系和模式方法，基于評(píng)價(jià)網(wǎng)格單元，確定地質(zhì)災(zāi)害易損性分區(qū)(圖8)。

圖8 研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易損性分區(qū)圖

圖9 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分布圖

分析可知研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易損性分區(qū)如下：①極低易損性區(qū)位于銅山源水庫(kù)，面積約12.0 km2，約占總面積的5.27%；②低易損性區(qū)位于太真、雙橋、杜澤及峽川北部山區(qū)，面積約147.5 km2，約占總面積的64.72%；③中易損性區(qū)位于杜澤及周家中部、峽川南部丘陵地區(qū)及蓮花和云溪南部地區(qū)，面積約34.6 km2，約占總面積的15.18%；④高易損性區(qū)位于杜澤南部平原區(qū)、省屬十里豐監(jiān)獄和云溪北部地區(qū)，面積約33.8 km2，約占總面積的14.83%。

4.4 地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和應(yīng)急預(yù)警

基于降雨激發(fā)小流域地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)以及易損性評(píng)價(jià)結(jié)果，依托降雨型地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，確定全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平指數(shù)(F∈[0,1])，以其為預(yù)警閥值判據(jù)，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分區(qū)評(píng)價(jià)和應(yīng)急預(yù)警(圖9)。

本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分區(qū)如下：①極低區(qū)(Ⅴ級(jí)區(qū))位于銅山源水庫(kù)、杜澤下溪、寶山村一帶及南部平原區(qū)、峽川(不含峽口村)、周家南部平原區(qū)及蓮花、云溪、高家和十里豐監(jiān)獄，面積約80.29 km2，占總面積的35.23%，地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性以極低和低為主，風(fēng)險(xiǎn)水平極低，為應(yīng)急預(yù)警Ⅴ級(jí)區(qū)。②低級(jí)區(qū)(Ⅳ級(jí)區(qū))位于太真王家山和銀坑村、雙橋林場(chǎng)、杜澤明果—黃金崗村一帶、杜澤一至五村及峽川峽口村，面積約59.17 km2，占總面積的25.95%，地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性以中等為主，易損性多為低級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)水平低，為應(yīng)急預(yù)警Ⅳ級(jí)區(qū)。③中級(jí)區(qū)(Ⅲ級(jí)區(qū))位于雙橋(不含林場(chǎng))、太真(不含王家山和銀坑村)、杜澤廟前—金崗山—黃金崗一帶和白鶴山、寶山村一帶及周家北部村，面積約88.48 km2，占總面積的38.82%，地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)性以高和中級(jí)為主，中低山至丘陵區(qū)易損性由低級(jí)至中等，風(fēng)險(xiǎn)水平中等，為應(yīng)急預(yù)警Ⅲ級(jí)區(qū)。

4.5 實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生檢驗(yàn)與驗(yàn)證

實(shí)際情況下，本次降雨過(guò)程中銅山源小流域新發(fā)生3處地質(zhì)災(zāi)害[15]：雙橋鄉(xiāng)田蓬村滑坡(HP03)、太真鄉(xiāng)下槽塢村滑坡(HP15)、杜澤鎮(zhèn)余家村滑坡(HP17)，為小型巖土質(zhì)滑坡，對(duì)照其所處位置，均落于地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平中級(jí)區(qū)(應(yīng)急預(yù)警Ⅲ級(jí)區(qū))(見(jiàn)圖9紅色標(biāo)記點(diǎn))?？梢?jiàn)，地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能有效覆蓋或捕捉可能發(fā)生的點(diǎn)，說(shuō)明本區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果是合理可靠的，能指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急。

地方國(guó)土部門(mén)對(duì)照動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警聯(lián)動(dòng)關(guān)系表，根據(jù)雨情發(fā)布預(yù)警信息，啟動(dòng)群測(cè)群防體系，要求雙橋、太真和杜澤等地開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害巡查監(jiān)測(cè)，按防災(zāi)預(yù)案采取防御措施；對(duì)新發(fā)滑坡，組織應(yīng)急小組赴現(xiàn)場(chǎng)處置，劃定危險(xiǎn)區(qū)設(shè)置警示牌，受威脅群眾妥善避讓撤離；在滑坡調(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，制定削、擋、排等應(yīng)急處置措施，消除威脅，保障安全。

5 結(jié)論與討論

針對(duì)東南沿海山區(qū)小流域地質(zhì)環(huán)境特色條件，選擇浙中丘陵山區(qū)衢江區(qū)銅山源小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論和模糊數(shù)學(xué)方法，采用耦合權(quán)重計(jì)算確定方法，構(gòu)建降雨誘發(fā)山區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和分析模式方法，建立降雨激發(fā)滑坡、泥石流的統(tǒng)一強(qiáng)度閥值預(yù)警指標(biāo)，以典型代表性降雨事件為實(shí)例，依托降雨型地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，綜合確定研究區(qū)小流域地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，以其為預(yù)警判據(jù)，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)急預(yù)警研究。

通過(guò)研究區(qū)典型實(shí)例分析以及實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況的檢驗(yàn)與驗(yàn)證，證實(shí)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平分區(qū)結(jié)果是合理可靠的，通過(guò)實(shí)施降雨作用下山區(qū)小流域突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能夠有效指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急預(yù)警和防災(zāi)處置。綜合可見(jiàn)，此不失為一種行之有效的技術(shù)方法，可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與應(yīng)急預(yù)警綜合平臺(tái)系統(tǒng)。