梵凈山景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散過程模擬

吳正超, 鐘焰梨, 向喜瓊,2

(1.貴州大學(xué) 自然資源部 喀斯特環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽 550025; 2.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025)

大量地質(zhì)災(zāi)害防治工程的實(shí)踐表明,應(yīng)急疏散對(duì)防災(zāi)減災(zāi)的影響常常是十分顯著的,它是地質(zhì)災(zāi)害防治中不可或缺的重要輔助措施之一。而近些年來隨著國(guó)內(nèi)旅游地項(xiàng)目的大量開發(fā),旅游人次不斷地增加,景區(qū)在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，游客怎樣安全地疏散的問題日益突出。早在20世紀(jì)70—80年代,美國(guó)學(xué)者就開始探索運(yùn)用應(yīng)急疏散模型來進(jìn)行系統(tǒng)研究,研究的災(zāi)害是以颶風(fēng)和核泄漏為主,如:2005年卡特琳娜颶風(fēng)和三里島核泄漏事件。國(guó)內(nèi)應(yīng)急疏散的研究方向側(cè)重于大型交通事故中車輛的應(yīng)急疏散和大型公共建筑火災(zāi)中人員的應(yīng)急疏散,如:張艷芬[1]利用Anylogic仿真軟件對(duì)北京南站的不同疏散方案參數(shù)進(jìn)行仿真模擬,并對(duì)仿真數(shù)據(jù)分析,為今后北京南站的應(yīng)急疏散管理提供了參考建議;趙姝穎等[2]提出一種基于CA的人員應(yīng)急疏散模型,以研究應(yīng)急系統(tǒng)中人員的疏散策略,并改進(jìn)同類模型中的地場(chǎng)方法,其仿真方法的直觀性、靈活性和可擴(kuò)展性都為此類研究提供了一個(gè)很好的研究思路;王付明[3]結(jié)合人員應(yīng)急疏散系統(tǒng)的特點(diǎn),運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)構(gòu)模型，分析出應(yīng)急疏散系統(tǒng)中主要因素間的內(nèi)在影響關(guān)系。

然而對(duì)景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散過程研究幾乎無人涉及。在梵凈山景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征研究的基礎(chǔ)上,借鑒交通運(yùn)輸和建筑防火應(yīng)急疏散方面的研究成果,對(duì)景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散過程進(jìn)行模擬，其研究成果對(duì)景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控具有借鑒意義。

1 景區(qū)概況

梵凈山景區(qū)位于貴州省東北部的銅仁市江口、印江、松桃三縣交界處,為一級(jí)世界生態(tài)保護(hù)區(qū)、國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),年接待游客總數(shù)超百萬人次。根據(jù)蔣麗君[4]對(duì)梵凈山景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示:梵凈山景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要分布在紅云金頂子景區(qū),有12處大小不一危巖體。據(jù)紅云金頂景區(qū)游客量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):旺季正常情況下景區(qū)總?cè)藬?shù)約為107人(紅云金頂68人,觀景臺(tái)31人,工作人員8人);旺季高峰期情況下景區(qū)總?cè)藬?shù)約為139人(紅云金頂86人,觀景臺(tái)45人,工作人員8人)。由于紅云金頂?shù)匦蔚孛矖l件特殊,有發(fā)育高約104 m的孤立巖柱,且為到達(dá)紅云金頂位置只有一條環(huán)形步道,下山也只有一條步道。游客游覽景區(qū)路徑如表1。

表1 景區(qū)游覽路線Table 1 Tourist routes of scenic spots

2 應(yīng)急疏散過程

疏散是指災(zāi)害發(fā)生前,在有關(guān)部門的組織和管理下,處在災(zāi)害威脅區(qū)域的人員為減少生命財(cái)產(chǎn)損失,采取有計(jì)劃、有目的地離開受災(zāi)區(qū)的避險(xiǎn)行為。疏散過程是離開出發(fā)點(diǎn)(威脅范圍)到安全離開危險(xiǎn)區(qū)域的過程。

2.1 應(yīng)急疏散影響因子

疏散時(shí)間指游客離開出發(fā)點(diǎn)(威脅范圍)到安全離開危險(xiǎn)區(qū)域的過程中所耗費(fèi)的時(shí)間,它是評(píng)價(jià)應(yīng)急疏散成功與否的關(guān)鍵。然而影響景區(qū)疏散時(shí)間的因素有很多,總體來說影響疏散時(shí)間的因素可分為四大類:①災(zāi)害特性。地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模大小、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)等，如泥石流與崩塌給予游客可疏散時(shí)間就相差很大。②景區(qū)特性。景區(qū)地形地貌、景區(qū)面積大小、游覽線路、掩護(hù)體情況，到安全區(qū)域的距離等;③游客特性。游客數(shù)量、年齡組成、身體狀況、空間分布、疏散行為、災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)等;④組織管理。決策方案、游覽線路管理、保障措施、救援措施等。

2.2 疏散時(shí)間

疏散時(shí)間的估計(jì)在災(zāi)害疏散研究領(lǐng)域占有重要地位。估計(jì)疏散時(shí)間的方法大致分為兩類:經(jīng)驗(yàn)方法和物理模擬方法。經(jīng)驗(yàn)方法指根據(jù)主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)或調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料來預(yù)測(cè)和估計(jì)疏散時(shí)間的方法。TWEEDIE等[5]根據(jù)專家調(diào)研數(shù)據(jù),提出利用瑞利概率分布函數(shù)估計(jì)疏散人口比例與疏散時(shí)間的關(guān)系:

f(t)=1-exp(-t2/T)

式中：f(t)為疏散人口百分比;t為疏散時(shí)間(min);T為假設(shè)的全部疏散完成的時(shí)間。

物理模擬方法指主要采用游客流量計(jì)算方法進(jìn)行模擬分析,通常用于大規(guī)模的災(zāi)害疏散模擬。具體分析過程可分為四個(gè)步驟:

(2) 游客流量需求分析。按照不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域的疏散方案和對(duì)應(yīng)的游客分布,估計(jì)不同交通區(qū)段的疏散可能的車流量和游客流量。

(3) 游覽線路網(wǎng)絡(luò)容量分析。根據(jù)疏散方案確定相應(yīng)疏散路徑,分析游覽線路網(wǎng)絡(luò)特性,如可能行進(jìn)的路徑、交匯的方式、道路特性(路寬、路長(zhǎng)等)、線路瓶頸等,估計(jì)整個(gè)游覽線路網(wǎng)絡(luò)的容量。

(4) 游覽線路與游客管理分析。由于在較短時(shí)間內(nèi)要完成幾乎整個(gè)景區(qū)的疏散,游覽線路網(wǎng)絡(luò)將承受比景區(qū)旺季高峰時(shí)期更巨大的壓力,因此在疏散過程中需要采取相應(yīng)的措施保證游客疏散效率。常用的方法有：①采用智能信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟蹤整個(gè)疏散網(wǎng)絡(luò)的情況,及時(shí)合理地分配游客流量以盡量避免局部擁堵現(xiàn)象;②使用路肩或者部分人行道甚至采取逆線路來增大線路容量;③充分考慮游客特性,規(guī)定不同年齡和身體條件游客不能參與不適宜的游覽項(xiàng)目來控制景區(qū)游客的流量。

2.3 景區(qū)疏散線路和避險(xiǎn)場(chǎng)所規(guī)劃設(shè)計(jì)與仿真

景區(qū)避險(xiǎn)場(chǎng)所應(yīng)屬于緊急避難場(chǎng)所范疇,按規(guī)范要求避險(xiǎn)疏散相關(guān)參數(shù)如表2所示[6]。

表2 避難場(chǎng)所內(nèi)通道的有效寬度Table 2 Effective width of passage in shelter

對(duì)于景區(qū)疏散線路和避險(xiǎn)場(chǎng)所的仿真,要充分結(jié)合景區(qū)的特殊交通和場(chǎng)地的條件,采取因地制宜的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)用軟件仿真平臺(tái),依據(jù)規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合具體的景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)劃分的結(jié)果,設(shè)計(jì)出的方案應(yīng)符合實(shí)際可行的疏散路線和避險(xiǎn)場(chǎng)所的位置和大小。

2.4 應(yīng)急疏散模擬參數(shù)與結(jié)果分析

模擬參數(shù)設(shè)置主要包括兩個(gè)方面,景區(qū)疏散線路參數(shù)與游客屬性參數(shù)。景區(qū)疏散線路參數(shù)包括路寬、路段運(yùn)輸能力、景區(qū)環(huán)境承載力;游客屬性參數(shù)主要是行走速度、游客性別比例、年齡分布。

當(dāng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí),游客將按照設(shè)計(jì)好的應(yīng)急疏散路線進(jìn)行疏散。對(duì)于疏散模擬,軟件自帶有疏散指令代碼,可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件來觸發(fā)疏散代碼指令,使疏散信息傳給全景區(qū)游客。在模擬過程中,游客可以自主選擇路徑最短的疏散路線進(jìn)行疏散。同樣在疏散過程中,軟件的圖表統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)疏散時(shí)間和各個(gè)避險(xiǎn)場(chǎng)所使用的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)來進(jìn)行模擬驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)景區(qū)游客應(yīng)急疏散設(shè)計(jì)的優(yōu)化論證,使景區(qū)的應(yīng)急疏散線路和避險(xiǎn)場(chǎng)所設(shè)計(jì)能更進(jìn)一步滿足地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)游客應(yīng)急疏散的要求。

服務(wù)器：云服務(wù)器,Windows2008Server 服務(wù)器系統(tǒng)和Apache為平臺(tái)，MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后,游客疏散和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展是沿同一條時(shí)間線不可逆地進(jìn)行的兩個(gè)過程[7]。游客能否安全疏散取決于兩個(gè)特征時(shí)間:一是游客所需安全疏散時(shí)間(RSET)；二是可利用的安全疏散時(shí)間或危險(xiǎn)來臨時(shí)間(ASET)。根據(jù)安全疏散判定標(biāo)準(zhǔn),通過比較RSET和ASET,給出評(píng)估結(jié)果，即:RSET

圖1 安全疏散時(shí)間的判定標(biāo)準(zhǔn)Fig.1 Judging criteria of safe evacuation

若不等式成立,表明游客能夠安全地撤離危險(xiǎn)區(qū)域,滿足疏散要求。否則就需要調(diào)整設(shè)計(jì)方案,直至其滿足相關(guān)要求。對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害來說,如果不等式成立這表明受災(zāi)體能夠安全地撤離危險(xiǎn)區(qū)域。否則受災(zāi)體就會(huì)受到地質(zhì)災(zāi)害影響而發(fā)生損壞。因此景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害安全疏散時(shí)間(RSET)指從地質(zhì)災(zāi)害啟動(dòng)時(shí)刻到游客疏散至安全區(qū)域的時(shí)間間隔。主要包括地質(zhì)災(zāi)害告警時(shí)間T1、游客疏散準(zhǔn)備時(shí)間T2和疏散運(yùn)動(dòng)時(shí)間T3可表示為:

RSET=T1+T2+T3

式中：T1是指地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警時(shí)間;T2是指選擇疏散路線時(shí)間；T3是指疏散動(dòng)作開始至到達(dá)安全區(qū)域過程所用時(shí)間。

3 應(yīng)急疏散過程模擬

對(duì)于景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散主體是游客,游客疏散主要形式為步行,也就是說游客來不及借助交通工具疏散。因此景區(qū)應(yīng)急疏散過程模擬研究中,應(yīng)以行人疏散模型模擬為重點(diǎn),才能有效地模擬出游客疏散的過程。

按照前述的思路和步驟,對(duì)梵凈山紅云金頂景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害游客疏散過程進(jìn)行模擬。在威脅區(qū)內(nèi),當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí),如有游客仍在此區(qū)域則認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害對(duì)該游客影響結(jié)果是死亡。在未威脅區(qū),當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí),如有游客仍在此區(qū)域則認(rèn)為地質(zhì)災(zāi)害對(duì)該游客影響結(jié)果是沒有受到傷害。根據(jù)此方法,運(yùn)用Mapgis軟件將危巖體WY2、WY4、WY11劃分為地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)作為研究對(duì)象,其結(jié)果如圖2所示。

圖2 景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和疏散規(guī)劃圖Fig.2 Geological disasters risk assessment and evacuation planning map of scenic spot1.高危險(xiǎn)性;2.中危險(xiǎn)性;3.低危險(xiǎn)性;4.B1避險(xiǎn)場(chǎng)所;5.廟宇;6.步道;7.危巖及編號(hào);8.大型石塊。

針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散過程模擬應(yīng)用進(jìn)行初步探討,對(duì)景區(qū)環(huán)境主要選取旅游路線、觀景臺(tái)和金頂、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)范圍、避險(xiǎn)場(chǎng)所等關(guān)鍵要素以1∶1 000比例尺建立模型如圖2,選取對(duì)WY2地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散過程進(jìn)行針對(duì)性模擬分析。WY2地質(zhì)災(zāi)害威脅區(qū)域游客,疏散路線只有兩個(gè)主要方向即:①繞山下山;②直接下山。由此可得到兩種疏散方案:方案A即為當(dāng)WY2發(fā)生預(yù)警時(shí),上山路段越過WY2影響路段的游客繼續(xù)往山頂疏散，未到達(dá)影響范圍的游客往山下方向疏散,范圍內(nèi)的游客全部往山下B1避險(xiǎn)場(chǎng)所疏散,其余路段往山下方向疏散;方案B即為當(dāng)WY2發(fā)生預(yù)警時(shí),越過WY2影響路段的游客繼續(xù)往山頂疏散,未到達(dá)影響范圍的游客往山下方向疏散,范圍內(nèi)的游客分別往山下B1避險(xiǎn)場(chǎng)所疏散和山腰B2避險(xiǎn)場(chǎng)所疏散,其余路段往山下方向進(jìn)行疏散。對(duì)兩種方案之間區(qū)別:方案A充分利用已有的景區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行疏散的路徑和避險(xiǎn)場(chǎng)所設(shè)計(jì),更好地保護(hù)景區(qū)環(huán)境;方案B利用山腳較緩和地勢(shì)新增疏散路徑和B2避險(xiǎn)場(chǎng)所。

景區(qū)游客分布和數(shù)量都會(huì)隨著時(shí)間成動(dòng)態(tài)變化,WY2地質(zhì)災(zāi)害疏散模擬是隨機(jī)選取受威脅游客量最大時(shí)刻進(jìn)行的模擬。WY2影響范圍和避險(xiǎn)場(chǎng)所內(nèi)游客數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 疏散時(shí)間與游客數(shù)量關(guān)系時(shí)程線Fig.3 Time line of relation between evacuation time and number of tourists

圖4 疏散邏輯與避險(xiǎn)場(chǎng)所人數(shù)時(shí)程線Fig.4 Evacuationlogic and time line of number of tourists in safe places

從以上結(jié)果可知:方案A，WY2地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散時(shí),受威脅游客人數(shù)為32名,完成疏散時(shí)間為102 s;方案B，WY2地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散時(shí),受威脅游客人數(shù)為41名,完成疏散時(shí)間為103 s,其中19人進(jìn)入B2避險(xiǎn)場(chǎng)避險(xiǎn),22人進(jìn)入B1避險(xiǎn)場(chǎng)地避險(xiǎn);從游客疏散效率分析,方案A疏散效率為0.313人/s,方案B疏散效率為0.398人/s。由此對(duì)于WY2應(yīng)急疏散方案B更加高效,減災(zāi)防災(zāi)效果明顯。

4 結(jié)語

景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，影響游客疏散的因素眾多,比較其它災(zāi)害人群疏散的影響因素有著明顯不同。對(duì)于景區(qū)影響游客疏散的主要因素可分兩個(gè)方面:一方面是誘發(fā)景區(qū)災(zāi)害發(fā)生的客觀因素,如景區(qū)地形地貌、地層巖性與構(gòu)造、人工活動(dòng)程度等;另一方面是影響景區(qū)游客的分布因素,如景區(qū)游覽路線的規(guī)劃布置、景區(qū)景點(diǎn)的分布、景區(qū)游客量的容量等。

景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害游客疏散時(shí)間的估計(jì)計(jì)算主要是根據(jù)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害本身從形成到破壞成災(zāi)這整個(gè)過程的時(shí)間。景區(qū)的危巖體地質(zhì)災(zāi)害,危巖體從變形產(chǎn)生裂縫到脫離巖體滾落對(duì)游客造成傷害形成災(zāi)害過程所需時(shí)間。這一時(shí)間決定應(yīng)急疏散可用的時(shí)間。

從景區(qū)實(shí)地調(diào)查獲取景區(qū)地理空間信息和地質(zhì)災(zāi)害特征,然后通過對(duì)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行規(guī)劃景區(qū)游客的疏散路線，最后再采用軟件模擬出疏散過程并分析結(jié)果。

綜上所述,提出了旅游景區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急疏散的影響因素、估計(jì)疏散時(shí)間的方法和步驟。對(duì)梵凈山紅云金頂景區(qū)應(yīng)急疏散過程進(jìn)行模擬仿真研究,利用軟件模擬了梵凈山紅云金頂景區(qū)WY2地質(zhì)災(zāi)害險(xiǎn)情突發(fā)時(shí),游客應(yīng)急避險(xiǎn)的整個(gè)過程,對(duì)比兩種應(yīng)急疏散的模擬方案,根據(jù)分析對(duì)比結(jié)果,科學(xué)合理地設(shè)置應(yīng)急避險(xiǎn)場(chǎng)所是景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控的有效措施之一。