山區(qū)高邊坡滑坡風(fēng)險研究與進(jìn)展

田曉蓉

(長江職業(yè)學(xué)院,湖北 武漢 430223)

1 滑坡災(zāi)害及其危害

1.1 中國滑坡災(zāi)害

自2000年以來,長江三峽地區(qū)已發(fā)生7處9起山體滑坡導(dǎo)致的河道堵塞和通航中斷事件。岷江在公元前10年、1437年、1449年和1773年曾多次發(fā)生滑坡,近30年來,我國西部地區(qū)發(fā)生了多起比較大規(guī)模的山體滑坡和特大山體崩塌事故。1996年6月10日巴東縣二道溝山體滑坡,同年10月29日三道溝山體滑坡；2001年5月1日四川省重慶市武隆縣江北西段山體崩塌；2008年5月12日汶川縣蘆山大地震洪澇災(zāi)害造成15000多處山體滑坡、崩塌；2013年1月11日,云南省鎮(zhèn)雄縣果珠鄉(xiāng)發(fā)生特大地震和山體滑坡洪澇災(zāi)害,同年7月10日上午,四川省都江堰市高速公路發(fā)生特大山體滑坡,7月26日,汶川縣劉家河壩地區(qū)發(fā)生高位山體滑坡；2014年8月27日,貴州省黔南州福泉市發(fā)生特大山體滑坡同年10月10日,陜西省延安市黃巖高速公路發(fā)生特大山體滑坡；2015年8月12日,陜西省山陽縣中村鎮(zhèn)突然滑坡發(fā)生特大山體滑坡；2016年9月28日,浙江省麗水市遂昌縣發(fā)生特大山體滑坡；2017年6月24日,四川省阿壩州茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村一條河道突發(fā)特大山體滑坡高位垮塌；2018年4月30日,山西省呂梁市離石區(qū)棗林鄉(xiāng)彩家莊南溝發(fā)生特大山體滑坡；2019年7月23日,貴州省六盤水市水城縣雞場鎮(zhèn)坪地村岔溝組發(fā)生了山體滑坡；2020年3月27日,貴陽市觀山湖區(qū)金清大道貴州商品混凝土有限公司廠區(qū)發(fā)生了山體滑坡。歷次山體滑坡事故，都造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命健康安全和財產(chǎn)安全。

1.2 國外滑坡災(zāi)害

在國外,滑坡及其危害一樣嚴(yán)重而廣泛。1939年加拿大的montagneuse河谷地區(qū)發(fā)生了歷史最大的滑坡,堵塞的河流形成115 km長的雙曲拱壩水庫；1952年冬天發(fā)生的美國洛杉磯火山滑坡造成750萬美元的經(jīng)濟損失；1963年夏天，意大利monvajontuse雙曲拱壩下游庫區(qū)發(fā)生大規(guī)?；鹕交?造成的火山涌浪奪去了雙曲拱壩下游2400余人的生命；1977年瑞典塔維滑坡,造成150多間的房屋受到破壞或遭受重創(chuàng),9人因此喪生,直接的經(jīng)濟損失約115億瑞典克朗。事實上,諸多的國家和城市或地區(qū),如目前日本的新瀉縣及其附近的鄰縣、俄羅斯的東北高加索及黑海沿岸、英國的南威爾士、美國加州與德克薩斯州等,均為大型滑坡多發(fā)的地區(qū)。

2 國內(nèi)外滑坡風(fēng)險研究動態(tài)

2.1 國外滑坡風(fēng)險研究

國外對于滑坡危險性的研究早于我國,因此滑坡風(fēng)險研究的體系也已經(jīng)基本形成。根據(jù)對不同類型的滑坡風(fēng)險也都給出了正確的定義,其研究內(nèi)容大同小異。一般認(rèn)為滑坡的風(fēng)險應(yīng)是滑坡的風(fēng)險性與滑坡易損性的基本研究內(nèi)容,并以滑坡風(fēng)險管理的重要性為研究目標(biāo),進(jìn)行滑坡風(fēng)險管理以其危害的嚴(yán)重程度和滑坡易損性為依據(jù),以滑坡風(fēng)險分析、風(fēng)險評價、風(fēng)險評估和滑坡的風(fēng)險區(qū)劃為主要依據(jù)和支撐。

2.1.1 風(fēng)險分析與研究

滑坡災(zāi)害風(fēng)險分析在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的初級階段分析中具有重要的意義。國內(nèi)外的研究,主要以澳大利亞和中國香港為主要代表。新加坡和澳大利亞以多年科研積累為基礎(chǔ),對于地質(zhì)災(zāi)害對個人、群體，財產(chǎn)或自然環(huán)境等所造成的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險和影響進(jìn)行了準(zhǔn)確估算,包括分析地質(zhì)災(zāi)害范圍的確定、地質(zhì)對災(zāi)害的影響因素識別、災(zāi)害發(fā)生的影響因素概率和災(zāi)害發(fā)生頻率的影響因素估計、承載體對易損性的影響因素估計等。新加坡和中國香港則將研究側(cè)重點放在了滑坡地質(zhì)災(zāi)害的識別、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率及影響易損性的因素、滑坡災(zāi)害影響因素分析等20多個方向。

2.1.2 風(fēng)險評價研究

風(fēng)險評價階段在對滑坡承載體風(fēng)險易損性分析階段研究結(jié)束后,根據(jù)可能發(fā)生滑坡危險的程度、滑坡承載體數(shù)量以及易損性風(fēng)險分析的結(jié)果,采用了相應(yīng)的風(fēng)險評價技術(shù)和方法,定量地評價滑坡可能發(fā)生的滑坡承載體危險的區(qū)域、風(fēng)險的規(guī)模、風(fēng)險承載體發(fā)生的可能性和風(fēng)險承載體分布的范圍。意大利和土耳其基于一定的承載標(biāo)準(zhǔn)或者高于允許承載標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)險的計算和對風(fēng)險的估計,主要是包括4個方面:風(fēng)險數(shù)據(jù)的收集、危險性分析評價、易損性分析評價和風(fēng)險評價。土耳其和意大利主要是研究各種災(zāi)害可能發(fā)生的風(fēng)險概率,一定的時期內(nèi),災(zāi)害可能發(fā)生的風(fēng)險概率通常等于或大于其給定的風(fēng)險閾值。

2.1.3 風(fēng)險評估研究

該階段研究在滑坡風(fēng)險分析與評價的基礎(chǔ)上,對災(zāi)區(qū)人員的危害、可能造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡進(jìn)行綜合預(yù)測,并說明災(zāi)害損失的類型、分布范圍和程度。美國初步評估主要分析了滑坡災(zāi)害的范圍、可能導(dǎo)致受到滑坡影響的地區(qū)居民和其財產(chǎn)、可能因滑坡造成的經(jīng)濟損害嚴(yán)重程度以及發(fā)生滑坡的周圍社會環(huán)境對經(jīng)濟的影響。法國、澳大利亞等將進(jìn)行風(fēng)險評估分析包括如何進(jìn)行風(fēng)險評估和風(fēng)險評估的分析。包括是否對現(xiàn)有的風(fēng)險措施是否完全可以實行零容忍,以及國務(wù)院是否明確建議中國利用現(xiàn)有的體制采取緩解風(fēng)險措施。

2.1.4 風(fēng)險區(qū)劃研究

以上區(qū)域空間滑坡災(zāi)害風(fēng)險的研究不僅可以針對單個區(qū)域空間滑坡,而且可以廣泛地運用到整個區(qū)域性的山體空間滑坡，該研究階段的主要目的之一是劃分和準(zhǔn)確評價區(qū)域性山體空間滑坡的主要風(fēng)險范圍、等級及其發(fā)生的概率,為對區(qū)域空間滑坡的風(fēng)險評價進(jìn)行分析提供了條件。法國、意大利將滑坡研究地區(qū)劃分為若干個研究區(qū)具有相同的滑坡災(zāi)害危險度的研究區(qū)域。意大利和美國根據(jù)實際或潛在的區(qū)域空間滑坡災(zāi)害和其脆弱性進(jìn)行研究區(qū)域范圍或風(fēng)險等級的劃分。

2.1.5 風(fēng)險管理

澳大利亞系統(tǒng)地將管理風(fēng)險的政策、過程和實踐經(jīng)驗，應(yīng)用于自然災(zāi)害風(fēng)險的識別、分析、評估、緩解和風(fēng)險監(jiān)測的過程中。意大利和法國則系統(tǒng)地應(yīng)用管理政策風(fēng)險識別、分析、評價、減災(zāi)和緩解風(fēng)險監(jiān)測于研究災(zāi)害保護(hù)對象發(fā)生的具體過程和實踐中。德國、瑞士的自然災(zāi)害研究主要包括自然災(zāi)害風(fēng)險評估、保護(hù)對象的界定、規(guī)劃管理措施和其保護(hù)措施4個方面。美國和日本在對目前人類可能遭遇到的自然災(zāi)害和風(fēng)險保護(hù)對象進(jìn)行了識別、估計和評價的基礎(chǔ)上,綜合運用了法律、行政、經(jīng)濟、技術(shù)、教育、工程等多種手段,合理地調(diào)整了人與自然的利益關(guān)系,實現(xiàn)了保護(hù)人類的生命財產(chǎn)安全和實現(xiàn)大自然的可持續(xù)發(fā)展的雙重目標(biāo)。

2.2 中國滑坡風(fēng)險研究

國內(nèi)對于滑坡的科學(xué)研究，其主要方向是滑坡分析與預(yù)測,滑坡預(yù)報研究已經(jīng)有30多年歷程。從大量的文獻(xiàn)中看出,滑坡研究主要經(jīng)歷了以下3個階段。

2.2.1 采用經(jīng)驗統(tǒng)計方法預(yù)測階段

這個發(fā)展階段是在20世紀(jì)60、70年代。我國滑坡失穩(wěn)預(yù)測主要的特點是基于宏觀現(xiàn)象的預(yù)測和依據(jù)經(jīng)驗的預(yù)測。因此人們可以利用滑坡前方宏觀變形失穩(wěn)的前兆現(xiàn)象等數(shù)據(jù)來預(yù)測和推斷滑坡的失穩(wěn)。該方法預(yù)測存在明顯缺陷,即滑坡前方宏觀變形明顯,預(yù)測時效性差。且這些預(yù)測方法依據(jù)宏觀經(jīng)驗,精度不高,在此期間,國內(nèi)對于滑坡失穩(wěn)預(yù)測的研究和報道較少。只有李天池等國內(nèi)的研究者大膽地做了一些具有探索性的研究工作。

2.2.2 位移時間統(tǒng)計分析預(yù)測階段

這一發(fā)展階段在20世紀(jì)80年代,國內(nèi)外大量的學(xué)者開始運用現(xiàn)代數(shù)學(xué)手段和滑坡預(yù)測理論進(jìn)行模型研究擬合不同的模型滑坡位移-時間曲線。根據(jù)王思敬建立的滑坡預(yù)測模型,對我國滑坡時間曲線進(jìn)行了綜合預(yù)測。1984年,王思敬教授首次提出了對邊坡失穩(wěn)前總變形和滑坡位移時間曲線速率的綜合預(yù)測的理論和方法;1988年,王蘭生等首次將滑坡灰色系統(tǒng)的理論和方法引入了對滑坡位移時間曲線的模型擬合和外推。這些先進(jìn)的理論和方法使得滑坡灰色系統(tǒng)預(yù)測的方法向定量化的方向邁進(jìn)。然而,這一發(fā)展階段雖然更加注重對滑坡預(yù)測理論和方法的深入探討,但對與我國滑坡密切聯(lián)系的一些基本的問題,如對觀測數(shù)據(jù)的收集分析、處理、預(yù)測的時序等,還是對滑坡缺乏深入的了解,關(guān)于對滑坡預(yù)測基礎(chǔ)的研究與滑坡預(yù)測相結(jié)合的深入探討還比較少,很少有人采用上述先進(jìn)的統(tǒng)計學(xué)理論和預(yù)測方法來準(zhǔn)確考慮滑坡預(yù)測的參數(shù)和對邊坡失穩(wěn)前總變形發(fā)生破壞的機理,降低了滑坡預(yù)測的效率和進(jìn)度。

2.2.3 綜合預(yù)測模型及預(yù)測準(zhǔn)則研究階段

隨著對于滑坡物理現(xiàn)象研究的發(fā)展和深入,人們在20世紀(jì)90年代認(rèn)識到,位移-滑坡時間曲線的外推和擬合方法只能對于滑坡的短期行為和滑坡的趨勢特征做出有限的分析和預(yù)測。在多種滑坡影響因素的相互作用下,特別是非線性多種因素的相互作用下,很難準(zhǔn)確、可靠地分析和預(yù)測滑坡的長期行為,這一時期我國已經(jīng)對滑坡有很多的研究成果,如灰色理論、模糊數(shù)學(xué)、專家系統(tǒng)、協(xié)調(diào)、分歧、自組織、控制論,信息論、系統(tǒng)論等,都以定量跟蹤滑坡預(yù)報的科學(xué)思想和方法來進(jìn)行研究;對滑坡的預(yù)報不僅本質(zhì)上是一種純粹的經(jīng)濟學(xué)方法,而且同時也是一種精確的趨勢預(yù)報,邊坡的變形破壞和滑坡機理的分析必須與一種定量跟蹤預(yù)報的方法相結(jié)合,必須對與實際滑坡密切聯(lián)系和相關(guān)的重要影響因素進(jìn)行系統(tǒng)性的研究和針對性的分析。因此,人們也開始更加關(guān)注對滑坡的系統(tǒng)性宏觀趨勢前兆和滑坡宏觀趨勢判據(jù)的深入研究,并且也開始從滑坡物理現(xiàn)象和滑坡物理數(shù)學(xué)模型的微觀分析角度來深入探索對滑坡的預(yù)測。

3 滑坡風(fēng)險研究的發(fā)展趨勢

3.1 滑坡風(fēng)險研究的不足之處

(1)國外對于滑坡風(fēng)險的認(rèn)識和研究較早,滑坡風(fēng)險的認(rèn)識和分類已基本完全形成形成了。但是具體的滑坡風(fēng)險研究方向和體系還不能建立和完善,世界上幾乎所有發(fā)達(dá)國家的滑坡風(fēng)險研究方向和體系還不完善或不明確。

(2)國內(nèi)對于滑坡風(fēng)險的認(rèn)識和研究起步較晚,目前對于滑坡風(fēng)險的基本定義和風(fēng)險分析的認(rèn)識和研究還比較模糊。在大量的文獻(xiàn)資料中,對于滑坡風(fēng)險不同發(fā)展階段的認(rèn)識和研究內(nèi)容形式往往混淆不清,如滑坡風(fēng)險的分析、風(fēng)險評價、風(fēng)險評估和滑坡風(fēng)險區(qū)劃等。其基本概念難以明確,適用范圍也不盡相同。

3.2 滑坡風(fēng)險研究的未來展望

滑坡地震災(zāi)害是發(fā)生在人類經(jīng)濟社會和生活環(huán)境中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,其災(zāi)害發(fā)生的頻率和影響廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)都要大于其他地震性的災(zāi)難。但是關(guān)于滑坡風(fēng)險的研究中仍然存在許多不確定的風(fēng)險因素,從根本上影響著我國滑坡風(fēng)險預(yù)測的研究發(fā)展。未來的研究發(fā)展應(yīng)向進(jìn)一步影響滑坡風(fēng)險因素的定量化、預(yù)測可靠度和分析精準(zhǔn)化的研究道路上探索。國內(nèi)關(guān)于滑坡的風(fēng)險預(yù)測研究將進(jìn)一步走向系統(tǒng)化、理論化,并對于滑坡風(fēng)險的不同發(fā)展階段研究形成明確的研究理論體系。同時,智能滑坡綜合風(fēng)險預(yù)測和3s監(jiān)測風(fēng)險預(yù)報分析技術(shù)的應(yīng)用，將是我國滑坡危險性預(yù)測研究及其發(fā)展的重要方向。