泥石流災(zāi)害危險性評估方法及分級調(diào)控措施
——以輸變電工程為例

程永鋒，丁士君，趙斌濱，房 琛，湯 華，吳振君(. 中國電力科學(xué)研究院，北京 00055; . 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國家重點實驗室，武漢 43007)

0 引 言

隨著國家的高速發(fā)展，近些年國家電網(wǎng)對多條輸變電線路進行了國家層面的升級和改造，伴隨著西電東送，工程跨越的區(qū)域難免地質(zhì)情況復(fù)雜多變，而隨著工程等級的提高，工程安全問題越來越重要。因此，需要全面系統(tǒng)的考慮地質(zhì)災(zāi)害對輸變電工程的影響，并作出相應(yīng)的應(yīng)對措施，將災(zāi)害對工程建設(shè)和安全運行的影響降低到最小。

泥石流是一種在山區(qū)或者溝谷深壑，地形險峻的地區(qū)，因為暴雨、暴雪或其他自然災(zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。它對輸變電工程的危害主要體現(xiàn)在泥石流的直接摧毀、掩埋、沖擊、交通受阻和遷移堆積等運動特性造成的桿塔失效等方面。這些損毀均會造成輸變電工程的建設(shè)受阻和運行無法正常進行，所以在建設(shè)期和運行期均需要對危險性和風(fēng)險性做好評估工作，并提出不同的應(yīng)對措施，盡最大程度將行業(yè)的相關(guān)工作融入所在地地方政府的地質(zhì)災(zāi)害防治工作中，真正做到群測群防。

當(dāng)前對于泥石流危險性、風(fēng)險性和調(diào)控措施的研究主要如下：①泥石流危險性和風(fēng)險性評價[1-4]；②泥石流分區(qū)和區(qū)劃研究[5,6]；③泥石流監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報研究[6-8]；④安全管理和防治對策研究[9-13]等方面。存在問題在于目前尚未形成公認(rèn)的評價標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系，這是由于泥石流災(zāi)害自身的特殊性造成的；對于調(diào)控技術(shù)和管理制度的探索，也沒形成系統(tǒng)的思路。

本文在系統(tǒng)調(diào)研當(dāng)前泥石流地質(zhì)災(zāi)害在電力行業(yè)的危害的基礎(chǔ)上，基于地質(zhì)力學(xué)和巖土力學(xué)分析，總結(jié)了泥石流的災(zāi)變評估內(nèi)容，給出了基于地質(zhì)工程師經(jīng)驗的權(quán)重和打分標(biāo)準(zhǔn)，通過加權(quán)評分可便捷的對泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險性進行評估。然后再風(fēng)險項評估的基礎(chǔ)上，根據(jù)危險性的分級和風(fēng)險性分級，提出5級調(diào)控措施，為輸變電工程防災(zāi)減災(zāi)提供了依據(jù)。

1 泥石流對輸變電工程的主要危害

泥石流的危險性是該類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性及其造成的后果。風(fēng)險性更多表現(xiàn)在這個危險可能造成的人員和經(jīng)濟損失，同時還需考慮風(fēng)險控制措施和對這些損失的承擔(dān)能力的平衡。泥石流地質(zhì)災(zāi)害對輸變電工程的危害主要表現(xiàn)見圖1。

圖1 輸變電工程中的泥石流災(zāi)害Fig.1 Debris flow hazard in power transmission and transformation project

2 泥石流災(zāi)害危險性和風(fēng)險性模型

2.1 評估范圍的確定

在進行泥石流地質(zhì)災(zāi)害評估之前需要先確定一般評估的對象和范圍，根據(jù)作者和相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜叶嗄甑慕?jīng)驗，多數(shù)災(zāi)害的發(fā)生是由于調(diào)查范圍過小造成的漏判、近年來環(huán)境及氣候的劣化、人類工程活動造成水土流失加劇等造成的，具體建議見表1。

表1 泥石流災(zāi)害評估范圍建議值表Tab.1 Recommended value of debris flow hazard assessment range

2.2 專家打分和加權(quán)法相結(jié)合的評估模型

由于泥石流災(zāi)害的發(fā)生具有強烈的自然地理環(huán)境、氣候氣象和人類工程活動等方面的特殊性，而且是多因素的組合條件下才可能發(fā)生。所以需要根據(jù)其影響因素和災(zāi)變機制，確定調(diào)查評估內(nèi)容和評價權(quán)重，這個工作需要有經(jīng)驗的地質(zhì)工程師完成。為了方便對號入座和增加相關(guān)工作便捷性和可操作性，根據(jù)專家打分法幾何加權(quán)法計算危險性指數(shù)和風(fēng)險性指數(shù)，據(jù)此將危險性和風(fēng)險性分為5級；再根據(jù)不同分級提出有針對性的3級調(diào)控措施。

泥石流災(zāi)害危險性指數(shù)(dangerous index)和風(fēng)險性指數(shù)(risk index)，采取指標(biāo)加權(quán)法計算：

(1)

式中：Wi為所選指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)災(zāi)變機制由專家給定，0～1；Xi為所選指標(biāo)概化危險性標(biāo)準(zhǔn)值，由專家打分，已給出打分標(biāo)準(zhǔn)，單因素大中小3級評價標(biāo)準(zhǔn)值分別是5分、3分、1分。

表2 泥石流災(zāi)害危險性和風(fēng)險性分級表Tab.2 Debris flow hazard dangerousness and risk classification

注：對于界限值等于的情況，包括在小于部分，即小于等于。

3 泥石流災(zāi)害危險性評價

讀史可以使人明智，對于泥石流的調(diào)查，可以回答當(dāng)前和歷史環(huán)境下泥石流發(fā)生的可能性及其影響范圍。這個過程中包括很多不確定因素，因此不存在長治久安的問題。譬如未來極端氣候氣象的出現(xiàn)，這是個大環(huán)境問題，從目前看總體實力惡化趨勢；在建、擬建、未來建設(shè)或工程活動和人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對于泥石流爆發(fā)條件的觸發(fā)和加劇，這部分威脅可以通過科學(xué)、系統(tǒng)、全面的管理進行減小和控制。泥石流災(zāi)害工程場地危險性評價內(nèi)容和單因素危險性大中小3級評價標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計列于表3，其中3條評價項源于調(diào)查內(nèi)容的分類整理。表4為多因素5級綜合評定標(biāo)準(zhǔn)。

表3 泥石流災(zāi)害危險性評價評分項及初評標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Items and standards of debris flow hazard dangerousness assessment

表4 泥石流災(zāi)害危險性評價評分項及權(quán)重建議值Tab.4 Items and weight values suggested of debris flow hazard dangerousness assessment

注：分級臨界值：低與極低的分界標(biāo)準(zhǔn)是2個1分項1個3分項=5.0；中與低的分界標(biāo)準(zhǔn)是2個3分項1個1分項==7.0；中與高的分界標(biāo)準(zhǔn)是2個3分項1個5分項=11.0；極高與高的分界標(biāo)準(zhǔn)是2個5分項1個3分項=13.0。

4 泥石流災(zāi)害3級調(diào)控措施

4.1 防治原則

(1)治水事半功效。利用蓄水、引水和截水等工程控制地表洪水徑流，削減水動力條件，使水土分離，穩(wěn)定山坡。輔之少量攔擋、排導(dǎo)工程穩(wěn)定部分土體，適用于水力類和水理劣化類地質(zhì)災(zāi)害的治理。

(2)治土(巖)為主。利用攔擋、支護工程，攔擋固體物質(zhì)，直接加固地質(zhì)災(zāi)害體，達到直接防治的目的；同時輔以排導(dǎo)、截水工程等，治理效果和風(fēng)險控制效果顯著。

(3)生態(tài)治理為根本。生態(tài)治理是從源頭上保證了泥石流的不發(fā)生，改善傳統(tǒng)耕種模式；加強植被保護，保證了水土不流失，同時能最大程度的生物蓄水，這樣可以實現(xiàn)物源管控、來水水量管控，將加大的減小泥石流災(zāi)害的發(fā)生。

(4)非一家所能的綜合治理方案。在具體實施地質(zhì)災(zāi)害的防治時，宜采取坡面、溝道兼顧，上下游、周邊相關(guān)區(qū)域統(tǒng)籌的綜合治理方案。一般在上部以治水為主，中部以治土為主，下部以排導(dǎo)、加固為主。在實施地質(zhì)災(zāi)害防治的工程措施的同時，還應(yīng)與生物措施和其他措施(如行政法令措施等)相結(jié)合，這樣才能保證其防治效益的有效發(fā)揮。由于工程措施需花費大量的人力、物力和財力，因而工程方案的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)充分考慮有關(guān)社會、經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)的綜合論證。這不是一家可以解決的，應(yīng)該更好地融合地方政府治理。

圖2 泥石流災(zāi)害的系統(tǒng)治理思路Fig.2 System management ideas of debris flow hazard

4.2 管理、監(jiān)測和工程措施相結(jié)合的3級調(diào)控措施

4.2.1定期巡檢評估的動態(tài)管理制度

根據(jù)國務(wù)院《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》、中華人民共和國國土資源部《地質(zhì)災(zāi)害防治管理辦法》對于地質(zhì)災(zāi)害防治的規(guī)定，結(jié)合歷史成功經(jīng)驗的總結(jié)和上述輸變電工程場地泥石流地質(zhì)災(zāi)害危險性評估的要求，特形成如下定期巡檢、管理和評估制度。

(1)根據(jù)確定的泥石流地質(zhì)災(zāi)害管理內(nèi)容，指定專人定期巡視，巡視內(nèi)容按照管理內(nèi)容作出記錄，并及時上傳預(yù)警平臺。

(2)根據(jù)確定的泥石流地質(zhì)災(zāi)害管理制度，對周圍村落的村民進行地質(zhì)災(zāi)害防治基礎(chǔ)知識宣講，并建立專班聯(lián)系定期回訪制度，同時保證專班聯(lián)系人聯(lián)系方式和預(yù)警管理部門聯(lián)系方式的暢通，保證村民根據(jù)判斷電話預(yù)警，或者拍照通過微信方式上傳預(yù)警跡象，管理平臺要及時做出回應(yīng)，并安排人(村鎮(zhèn)的行政負責(zé)人)及時確認(rèn)相關(guān)信息。充分發(fā)揮村民群測群防的作用，將危險降低到最小。

(3)根據(jù)確定的泥石流地質(zhì)災(zāi)害管理制度，專班人員需要關(guān)注未來時期其他工程建設(shè)可能對相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性造成的影響，及時收集相關(guān)信息，并作出初判，及時上傳平臺和對相關(guān)信息進行更新，形成不同時期的評估報告和結(jié)論，供有關(guān)部門參考。

4.2.2不同等級的監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報

目前工程場地地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及應(yīng)用方面還存在著一些急需解決的問題，主要表現(xiàn)以下幾點：①監(jiān)測儀器本身的穩(wěn)定性、重復(fù)性、響應(yīng)特性存在的問題；②監(jiān)測信息的采集對基礎(chǔ)地質(zhì)信息重視不夠；③監(jiān)測信息卻沒有得到充分的應(yīng)用；④地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測信息的采集的處理不夠完善。

針對輸變電工程場地泥石流地質(zhì)災(zāi)害的特點，根據(jù)需要和現(xiàn)有條件，可選擇組合下列監(jiān)測技術(shù)形成適用于不同等級要求的場地地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方案，多維多基空地一體化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)危險性等級建議的監(jiān)測措施見表5。

根據(jù)所取得監(jiān)測信息，結(jié)合輸變電線工程的勘察設(shè)計工作、定期巡檢制度，及時匯總并處理，形成預(yù)測預(yù)警預(yù)報，從而將防災(zāi)減災(zāi)工作落到實處，可以取得良好的風(fēng)險控制效果。

4.2.3不同等級的梯級工程措施

對于電網(wǎng)工程地質(zhì)災(zāi)害的防治，主要是指對于已發(fā)現(xiàn)的影響場地穩(wěn)定性的泥石流所采取的工程加固措施。一般根據(jù)其穩(wěn)定性，在不同部位設(shè)置不同的加固措施，使得工程穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求?；蛘咴诔浞职l(fā)揮自身承載性能的基礎(chǔ)上，通過加固措施彌補穩(wěn)定性的不足，使得工程場地穩(wěn)定性提高，有效控制由此造成的危險性和風(fēng)險性。泥石流災(zāi)害的防治措施統(tǒng)計列于表6。

表5 泥石流災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成Tab.5 Monitoring system structure of debris flow hazard

圖3 泥石流監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.3 Debris flow monitoring network diagram

5 結(jié) 語

根據(jù)泥石流災(zāi)害對輸變電工程的主要危害，依據(jù)力學(xué)分析確定了泥石流調(diào)查和評估的內(nèi)容，評估方法采用簡單易行的專家打分結(jié)合加權(quán)法，單項因素的大中小3級危險性評估可操作性強，多因素5級評估也是簡單易行。在此基礎(chǔ)首次提出了基于管理、監(jiān)測和工程措施相結(jié)合的3級調(diào)控措施，每級措施根據(jù)危險性等級也給出了可操作性強、針對性強的建議措施和工作方法。

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表6 泥石流災(zāi)害主要風(fēng)險控制技術(shù)及工程措施Tab.6 Mainly risk control technology and engineering measures of debris flow hazard

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