粵港澳大灣區(qū)建筑工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理

強(qiáng)燁佳 QIANG Ye-jia

（華南理工大學(xué)，廣州 510641；廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣州 510500）

0 引言

廣東省所處沿海地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感，加之人類(lèi)活動(dòng)密集、各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素集聚，使廣東省成為對(duì)全球氣候變化響應(yīng)最為強(qiáng)烈的區(qū)域之一。隨著國(guó)家大力發(fā)展建設(shè)粵港澳大灣區(qū)，各類(lèi)建筑工程建設(shè)加塊，而頻繁發(fā)生的自然災(zāi)害可能對(duì)建筑工程造成威脅，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至造成人員的傷亡。面對(duì)復(fù)雜的自然環(huán)境，有必要對(duì)建筑工程的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和管理。本文分析了粵港澳大灣區(qū)的水文地理環(huán)境和常遇的自然災(zāi)害類(lèi)型，提出了建筑工程定量化自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的方法，而后針對(duì)洪澇、滑坡和泥石流災(zāi)害提出了風(fēng)險(xiǎn)緩解和控制的方案。

1 粵港澳大灣區(qū)建筑工程面臨的自然災(zāi)害類(lèi)型

廣東省面臨中國(guó)南海，海岸線超過(guò)450 公里?；浉郯拇鬄硡^(qū)是由包括香港、澳門(mén)、廣州、深圳等11 個(gè)城市組成的都市圈，總面積5.6 萬(wàn)平方公里，總?cè)丝诩s為7200 萬(wàn)，是中國(guó)最具經(jīng)濟(jì)活力的地區(qū)之一，對(duì)中國(guó)的發(fā)展有重要戰(zhàn)略作用。大灣區(qū)大部分地區(qū)的地形為三角洲平原，包括西江、北江、東江三角洲和珠江入?？诘南虏俊；浉郯拇鬄硡^(qū)河網(wǎng)密布，有8 個(gè)主要入?？冢恿骺傞L(zhǎng)度超過(guò)1600 公里，河網(wǎng)密度達(dá)到0.83 公里/平方公里?；浉郯拇鬄硡^(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量超過(guò)1400 毫米/年，月降雨量每年有兩個(gè)高峰期。第一個(gè)雨季是4 月至6 月，降雨主要為冷暖空氣的交匯形成鋒面雨，第二個(gè)雨季是7 月至9 月，降水主要是由臺(tái)風(fēng)和熱帶氣旋引起的。

廣東省每年夏秋雨季都受到臺(tái)風(fēng)的侵襲，是我國(guó)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害最嚴(yán)重的省份，而廣東沿海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響更深，災(zāi)情更嚴(yán)重。廣東沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)登陸次數(shù)有從西向東減少的趨勢(shì)。50 年中，在珠江口岸段登陸的臺(tái)風(fēng)共62 個(gè)，占全省的32%[1]。臺(tái)風(fēng)影響帶來(lái)的強(qiáng)風(fēng)有強(qiáng)大的破壞力，臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)力可達(dá)12 級(jí)以上，甚至超過(guò)16、17 級(jí)。強(qiáng)風(fēng)會(huì)摧毀房屋、建筑，破壞建筑幕墻和窗戶(hù)玻璃，刮斷電力和通訊線路。臺(tái)風(fēng)還會(huì)帶來(lái)強(qiáng)降雨，引起風(fēng)暴潮而導(dǎo)致海平面上升，對(duì)沿海工程安全產(chǎn)生不良影響。

廣東省雨季常遇暴雨，無(wú)論是臺(tái)風(fēng)降雨還是鋒面雨，短歷時(shí)或連續(xù)的強(qiáng)降雨會(huì)造成河流水量水位迅猛上升，再加上城市雨水排水系統(tǒng)能力不足，會(huì)引發(fā)洪澇災(zāi)害。洪澇災(zāi)害對(duì)建筑工程造成的影響包括直接沖擊和淹沒(méi)浸泡。特別是對(duì)于村鎮(zhèn)地區(qū)的低矮建筑，洪澇災(zāi)害可能造成房屋的基礎(chǔ)滑移、墻柱傾斜、屋蓋斷裂等破壞。而風(fēng)暴潮引起的海平面上升可能會(huì)造成海水倒灌沿海低洼地區(qū)，也會(huì)加劇城市排水系統(tǒng)的壓力，導(dǎo)致海水回流倒灌排水系統(tǒng)。海水的浸泡可能對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成腐蝕，從而造成建筑力學(xué)性能的變化。

粵港澳大灣區(qū)除了大部分為地勢(shì)較低的三角洲平原，還有丘陵、山地地形，包括天露山、古兜山、羅浮山、蓮花山等山脈。肇慶市懷集縣的大稠頂是粵港澳大灣區(qū)的最高峰，海拔1626 米。在坡度陡峭的山地區(qū)域，常發(fā)生由暴雨引起的淺層滑坡災(zāi)害，滑坡和泥石流災(zāi)害沖擊掩埋房屋和道路，造成工程損毀破壞和人員傷亡，有很大危害。

隨著快速的城市化進(jìn)程，大灣區(qū)的城市用地迅速擴(kuò)張，主要城市的城市化比例達(dá)到80%-100%?；浉郯拇鬄硡^(qū)是世界上最容易發(fā)生自然災(zāi)害的地區(qū)之一，經(jīng)常遭受與風(fēng)暴有關(guān)的災(zāi)害。高度發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)和密集的人口意味著面對(duì)自然災(zāi)害時(shí)的高風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)瑞士再保險(xiǎn)公司的數(shù)據(jù)[2]，在全球主要大都市地區(qū)之中，粵港澳大灣區(qū)在與臺(tái)風(fēng)相關(guān)的風(fēng)暴、風(fēng)暴潮和河流洪水的潛在影響人數(shù)上排名第一。此類(lèi)自然災(zāi)害對(duì)粵港澳大灣區(qū)的建筑工程，特別是沿海的建筑工程，會(huì)造成安全風(fēng)險(xiǎn)，須對(duì)自然災(zāi)害給工程項(xiàng)目帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評(píng)估，并采取有效風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

2 工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理方法

工程風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程包括三項(xiàng)內(nèi)容（如圖1 所示），一是識(shí)別和分析對(duì)工程產(chǎn)生不利影響的風(fēng)險(xiǎn)事件（即風(fēng)險(xiǎn)分析）；二是在風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上對(duì)能夠容忍的風(fēng)險(xiǎn)做出判斷，同時(shí)考慮影響因素（即風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估）；三是通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)減緩和控制措施降低風(fēng)險(xiǎn)，從而把風(fēng)險(xiǎn)控制在可容忍的范圍之內(nèi)（即風(fēng)險(xiǎn)管理）。

圖1 工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理框架

對(duì)自然災(zāi)害給工程帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)大小，一般采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：R（風(fēng)險(xiǎn)）=H（災(zāi)害的危險(xiǎn)性）×E（受災(zāi)對(duì)象的暴露度）×V（受災(zāi)對(duì)象的易損性）。

對(duì)于建筑工程的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，首先需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，通過(guò)收集工程所處地區(qū)的氣象水文地質(zhì)資料識(shí)別可能發(fā)生的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)事件。對(duì)于災(zāi)害的危險(xiǎn)性的評(píng)估包括災(zāi)害的強(qiáng)度及其對(duì)應(yīng)的發(fā)生概率，需要利用歷史觀測(cè)資料進(jìn)行頻率分析，估計(jì)未來(lái)不同強(qiáng)度的災(zāi)害發(fā)生概率。在粵港澳大灣區(qū)，常發(fā)生臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、風(fēng)暴潮、滑坡等自然災(zāi)害，可根據(jù)工程所在位置對(duì)附近可獲得的觀測(cè)資料進(jìn)行頻率分析。在頻率分析中，給定強(qiáng)度等級(jí)的回歸期是預(yù)計(jì)該事件只發(fā)生一次的平均年數(shù)，可以用年最大序列或部分持續(xù)時(shí)間序列計(jì)算。頻度分析的結(jié)果通常由特定地點(diǎn)的強(qiáng)度-時(shí)間-頻率關(guān)系來(lái)總結(jié)[3]。面對(duì)多種自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)事件同時(shí)發(fā)生的可能時(shí)，需要考慮多種災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，依據(jù)歷史觀測(cè)資料，可采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法或連續(xù)的模擬。比如臺(tái)風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮災(zāi)害之間存在明顯的關(guān)聯(lián)性，在計(jì)算不同強(qiáng)度組合的多種災(zāi)害事件發(fā)生的概率時(shí)需要考慮多種災(zāi)害的聯(lián)合概率分布。

面臨自然災(zāi)害，風(fēng)險(xiǎn)的高低還與受災(zāi)對(duì)象暴露度有關(guān)。城市化發(fā)展使得建筑設(shè)施以及人口密集，災(zāi)害發(fā)生時(shí)，暴露于災(zāi)害影響范圍內(nèi)的工程設(shè)施及人口大大增加，更多生命財(cái)產(chǎn)會(huì)受到損失。評(píng)估工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的暴露度時(shí)，需要識(shí)別易受災(zāi)害影響的區(qū)域，以及區(qū)域中的工程和人口的分布情況。在識(shí)別易受災(zāi)害影響的區(qū)域時(shí)，可通過(guò)對(duì)歷史災(zāi)害記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析或數(shù)值模擬等方法確定不同強(qiáng)度災(zāi)害的影響范圍以及受災(zāi)程度。受災(zāi)對(duì)象的易損性與工程本身的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和質(zhì)量有關(guān)。目前，針對(duì)不同的自然災(zāi)害種類(lèi)，國(guó)內(nèi)外有多項(xiàng)相關(guān)研究通過(guò)災(zāi)害數(shù)據(jù)反演、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)等方法得出不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型、設(shè)計(jì)等級(jí)的建筑工程的易損性曲線。對(duì)于洪澇和泥石流災(zāi)害，最常見(jiàn)的是將建筑易損性與流速和流深建立關(guān)系曲線。

綜合災(zāi)害的危險(xiǎn)性、受災(zāi)對(duì)象暴露度和易損性即可對(duì)區(qū)域的建筑工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高低進(jìn)行分析。通過(guò)將研究區(qū)域網(wǎng)格化可對(duì)網(wǎng)格的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，從而對(duì)研究區(qū)域的建筑工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布進(jìn)行分區(qū)。

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)容忍度取決于社會(huì)對(duì)于不同類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)事件的價(jià)值判斷。對(duì)于自然災(zāi)害對(duì)建筑工程造成的風(fēng)險(xiǎn)判斷，一般可采用以下公式計(jì)算：k=F×Nα，F(xiàn) 表示會(huì)引起N 損失的事件的年重現(xiàn)概率，N 一般是指建筑破壞導(dǎo)致的人員傷亡數(shù)，也可表示經(jīng)濟(jì)損失。決策方可根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選取k 的值，來(lái)區(qū)分可接受和不可接受的風(fēng)險(xiǎn)范圍，以及定義需要“盡可能合理降低”的風(fēng)險(xiǎn)范圍。

3 粵港澳大灣區(qū)工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控措施

對(duì)于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)高的區(qū)域，需要通過(guò)緩解手段來(lái)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受的范圍內(nèi)。針對(duì)前文所總結(jié)的粵港澳大灣區(qū)的常見(jiàn)自然災(zāi)害，一般可采用工程性或非工程性?xún)深?lèi)風(fēng)險(xiǎn)緩解方法。

對(duì)于粵港澳大灣區(qū)沿海地區(qū)的洪澇災(zāi)害來(lái)說(shuō)，工程性減災(zāi)措施包括建設(shè)改善排水設(shè)施、防洪堤/海堤、水閘、堤壩、潮汐控制結(jié)構(gòu)、防浪墻/風(fēng)暴墻和疏水通道。非工程性措施通過(guò)將人員和財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移出風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域來(lái)減少損失，包括建立相關(guān)法律以避免在低洼地區(qū)建造建筑物等。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理局發(fā)布的美國(guó)評(píng)估減輕包括洪水在內(nèi)的自然災(zāi)害項(xiàng)目的報(bào)告[4]，降低洪水風(fēng)險(xiǎn)的方法包括雨水分流和儲(chǔ)存、利用洪泛區(qū)和河流對(duì)雨水進(jìn)行再存儲(chǔ)，進(jìn)行低影響開(kāi)發(fā)、建立綠色基礎(chǔ)設(shè)施等。相對(duì)其他粵港澳大灣區(qū)的內(nèi)地城市來(lái)說(shuō)，香港對(duì)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的防控措施較為領(lǐng)先。香港市區(qū)排水干渠及支渠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期分別為200 年及50 年，遠(yuǎn)高于其他內(nèi)地城市的水平[5]。針對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)較高的地區(qū)，香港政府采用了一些針對(duì)性的結(jié)構(gòu)性措施。為了截流和轉(zhuǎn)移上游的雨水，香港建造了多條排水隧道，包括荃灣雨水排放隧道（5.1 公里）、荔枝角雨水排放隧道（3.7 公里）、港島西雨水排放隧道（11 公里）及啟德雨水轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)劃。在中游興建地下蓄洪池以暫時(shí)儲(chǔ)存雨水（如圖2 所示），包括大坑?xùn)|蓄洪計(jì)劃及跑馬地地下蓄洪計(jì)劃。針對(duì)香港近年經(jīng)歷嚴(yán)重的熱帶氣旋及風(fēng)暴潮，在易受風(fēng)暴潮嚴(yán)重淹沒(méi)的地點(diǎn)，建造了防洪墻、安裝可拆卸的防洪屏障，以及在排水口安裝翻板閥。

圖2 大坑?xùn)|蓄洪計(jì)劃地下蓄洪池

對(duì)于滑坡和泥石流災(zāi)害，非工程措施包括建立土地使用法規(guī)來(lái)避開(kāi)滑坡多發(fā)地區(qū)、建立基于監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)的預(yù)警系統(tǒng)、確定易發(fā)地點(diǎn)并張貼警示標(biāo)志、加強(qiáng)公眾教育和宣傳活動(dòng)等。工程措施包括通過(guò)邊坡加固工程以降低滑坡發(fā)生的概率，或修建防御性工程以減輕后果。在滑坡源區(qū)域，可通過(guò)土層處理、加固和排水、清除陡坡和不穩(wěn)定材料等措施加固邊坡，降低滑坡發(fā)生的概率。在滑坡和泥石流體可能經(jīng)過(guò)的危險(xiǎn)區(qū)域沿線或末端采取防護(hù)措施，如攔擋壩、碎石屏障、梳子壩等。香港針對(duì)不同類(lèi)型有潛在危險(xiǎn)的自然邊坡采取了不同的工程緩解措施[6]。對(duì)于開(kāi)放式山坡崩塌危險(xiǎn)，可在山坡源區(qū)、曾發(fā)生山泥傾瀉的地區(qū)或侵蝕嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行原位鞏固工程（如打釘、表面保護(hù)、排水）。對(duì)于渠化泥石流災(zāi)害，除了在源頭區(qū)域采取類(lèi)似的穩(wěn)定措施外，還可沿流出路徑設(shè)置剛性或柔性屏障。對(duì)于落石和巨石墜落危險(xiǎn)，可在被保護(hù)設(shè)施附近采用巖釘、巖齒和柔性屏障等穩(wěn)定措施。

4 總結(jié)

本文分析了粵港澳大灣區(qū)的水文地理環(huán)境和常遇的自然災(zāi)害類(lèi)型，大灣區(qū)常遇臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇、滑坡泥石流等災(zāi)害，會(huì)對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)安全及人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。闡述了建筑工程定量化自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的方法，包括風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)估、管控三個(gè)步驟。而后，針對(duì)大灣區(qū)易發(fā)生的洪澇、滑坡和泥石流災(zāi)害對(duì)建筑工程造成的風(fēng)險(xiǎn)提出了風(fēng)險(xiǎn)緩解和控制的方案，其中重點(diǎn)以香港的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)減緩方案為例，闡述了包括工程性和非工程性的風(fēng)險(xiǎn)緩解措施，對(duì)粵港澳大灣區(qū)其他內(nèi)地城市的建筑工程自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)緩解有重要參考意義。