区域滑坡灾害风险评价

本文描述了滑坡灾害的定量分析方法，这一方法可以在大尺度内应用，而且可以根据最新的资料对滑坡灾害进行重新评价。方法是在不同时间拍摄的航空图片分析的基础上，从地形上识别滑坡灾害；之后假定滑坡灾害与其它自然灾害（如洪涝和地震）相似，具有时间上连续的随机过程，对滑坡活化的概率进行分析。由于观测的不连续性，获取的资料并不完整，因此以平均重现周期的最小值为参照。这是一种可以检测滑坡活动上限的直接方法，也就是说，通过更详细的资料可以加深我们对滑坡灾害的认识。根据滑坡的发生概率（或平均重现周期），可以对滑坡灾害进行定量化分析，这是一种非常有用的方法，例如，据此可以确定土地利用方式。采用本文提出的滑坡风险分析方法计算了研究区的一个城市居民区因滑坡活动所造成的人员伤亡概率。人类生命风险是自然灾害分析中最基本、最有用的信息。尽管在计算过程中采用了近似值，但是通过风险分析表明，只有对灾害进行定量评价，才能保证有限的资源得到合理的分配，最终达到有效减灾的目的。一、概述通常在进行灾害分析时，是确定给定时间和给定地点内，强度等于或大于某个阈值的灾害事件的发生概率（Varnes，1984）。这样，灾害分析就需要进行：1、评价灾害事件的强度；2、确定灾害发生频率。对于某一灾害事件，通常根据某些要素的敏感性，即可造成破坏的函数fD(d/i)，来选择合适的强度水平。对于地震而言，强度通常与造成某种破坏（如美学、功能和结构的破坏）的地面运动阈值有关；水文强度是造成河水漫流河岸并因此要采取保护措施的最大排泄量；气象强度是相对于排泄量的临界降雨量，可能诱发洪涝或其它破坏；火山灾害强度是相对于火山喷发速度的喷发物质量。对于滑坡，强度通常是与运移物质的量（质量或体积）和运移速度有关，它是灾害事件的动能，之后根据滑坡在运动路径上对建筑和交通线造成的破坏来选择强度阈值。显然，最关键的灾害分析要素是评价事件发生的频率。其它学科，如地震学和水文学，是通过确定的概率方法来计算灾害频率，而对于滑坡灾害，则是根据其它几种方法来确定的，可以参见一些国际文献（AGS，2000；Chowdhury和Flentje，2003）。这些文献从对已有记录的滑坡进行分析（Cruden，1997）到根据一些科学家的专业判断而采用启发式方法（Foster等，1998）；从采用地质和地形要素进行分析（Baynes和Lee，1998）到采用可靠的概率分析方法（Li，1992）或对诱发因素进行分析，如降雨（Kim等，1992）和地震（Jibson等，2000）。这些方法看起来互相排斥，但是却有某种关联，应当强调失稳概率（Wu和Abdel-Latif，2000）和发生概率（Genevois和Romeo，2003）之间的差异。前者反映的是在研究斜坡稳定状态时，输入参数固有的不确定性；后者包括发生概率在时间上的任意性（即过程的随机性），严格来说发生概率只能用来描述灾害。本文介绍了一种大区域滑坡灾害的定量评价方法，它的应用提高了不同灾害条件下制定减灾措施的能力。图1是该方法的流程示意图，通过意大利中部某一地区的实例加以详细说明。在对概率方法进行简单介绍之后，用一个实例研究来详细阐述本文提出的方法，并对目前的工作做了进一步分析，最后说明采用定量方法分析滑坡灾害，是定量计算人员和财产在滑坡灾害中所面临风险的有效手段。计算的基础是概率模型，这一模型说明了研究现象的时间变化趋势（Einstein，1988）。在滑坡灾害分析过程中，过去主要是采用二项式分布（DelPrete等，1992；Canuti和Casagli，1996），最近也有研究采用了泊松分布（Crovelli，2000；Coe等，2004），这一方法具有提供随时间连续分布的优势，泊松分布模型的主要假定是事件的时间独立性和过程的平稳性。模型的主要特征是，在特定时长的每一时间间隔内，事件的出现概率是一个常数。在以上假定中，在时间间隔t内观测到n次滑坡活化的概率P是：（1）可以简化为：（2）如果在时间间隔t内没有滑坡活化现象，则补充分布函数为：（3）说明在同一时间间隔内，至少有一次或多次活化事件出现，即所谓的超过数概率。发生频率λ是分布函数的唯一参数，与事件的平均重现周期T有关，表达式为：（4）图2显示了概率质量函数（PMF）和具有一次滑坡活化事件的累积分布函数（CDF）及互补累积分布函数（CCDF），CCDF代表着可靠性或者生存函数。钉显然，重要的林问题是评价平乎均重现周期或炭其倒数发生频塑率，可以根据悄几种方法来进奉行计算。专家榴判断法具有主筹观性，而根据悲诱发因素的方颈法要依赖于每爽一斜坡的稳定催条件，因此通谜常在滑坡过程握（即活化状态夸）的观测基础郑上，采用经验钢方法按照以下母两种公式来计余算平均重现周搂期。第一种是裙用观测时间间倍隔除以记录的柏活化次数：债孩湿充岗秒钟（呜5须）扎第二种是计算井平均时间间隔内：拖次名妇寸粪盐（服6笔）冠取赠T坦的最小值作灾硬害发生频率的弱保守估计，将杯至少观测到一每次滑坡活化的烈概率最大化。格式（相6最）考虑到了滑座坡发生的非平沾稳状态，事实琴上，当平均时拼间间隔小于最霉后一次事件发店生之后的逝去抗时间（即所谓湖的开区间）时列，后者就要参泡与到平均发生红周期掉T孙的计算。通常吉，根据式（社6盛）计算的重现客周期要比式（杆5蓝）的短。钢考虑到几次滑古坡均对山区造爸成威胁，因此袖整个研究区的逃灾害事件可以陕根据下式计算鼠：押损爹物晋衬挤水（宏7佩）堆其中舍i碧的取值从遥1附到滑坡事件的阴次数务n转。式（午7辉）代表了在给蜓定时间范围内吃，一次或多次凭独立滑坡事件坐的发生概率。二、个案研究叹（一）地质和产地形篇选定一滑坡易漆发区进行个案通研究，来说明颠本文介绍的方霉法。该滑坡易困发区位于意大炸利中部，包括勒Fosso彼Bianco脉河流域上游、元台伯河流域西驱部支流的一部茂分，属于著名役的翁布里亚－旺马奇建筑区。截该流域是一构轻造谷地，党长搭100km并，由素Martan伍i服山脊将该谷地令分成两部分。棕当地的地层包纲括该fosso秆Bianco生地层（安FB御：中新统和渐格新统地层，局答部最大厚度黑150m肿）、主Santa纠Maria羡diCic迅iliano共地层（盖SMC脑：下更新统，寻局部最大厚度母250m奋）、近期形成删的冲洪积层。哄在山区，斜坡寺的坡角一般为梁10寿～岩25虑º呢。由构造沉降怒引起的几次重未力作用使内Fosso猎Bianco吹-torre钩nteCa董ldaro骑河的河床下降奉。强烈的侵蚀灾作用造成的直偶接后果是流域古附近的分水岭停边界后退，从贫而诱发了多次诉滑坡灾害。须以片2002倒年的野外调查惜和过去炸50父年的航空图片蛛分析为基础，邻编制了详细的孙滑坡分布图。荒根据地形分析该，识别出筒69明处滑坡，主要杂滑坡类型是岩窗崩、滑动（平放动和旋转）、稀流动（主要是纷泥流）和其它络一些复杂的运逃动。循（二）滑坡活姥动罚通常都是根据己定性的术语（罩如活动和静止削等）对滑坡状询态进行说明，阻也是根据同样贼的定性方式来动说明滑动的重城现行为（如季苍节性或年度等佳，讽Carrar福a劫等，哪1985锡，壤1987没；捎Cruden扮和阔Varnes律，追1996凳；虫WP/WLI有，榜1993栽）。根据上述盒方式，研究区窝内所有观测到插的滑坡一般可鼠定义为间歇性颗的活动滑坡，挣然而，为了对味滑坡进行定量你研究，应当根醋据重现率来说纤明滑坡的活动干状态。尽管这弟一方法并不简碌单，但是，当欺可利用的滑坡皆活化资料涉及洒的时间尺度等雁于或大于滑坡控的活动周期时需，这一方法显笋得比较灵活。啄所用数据可以栗根据关于滑坡秘活化的新闻或扔报导获取（表Carrar敢a遇等，富2003亩），也可以根曾据不同时间的娘直接观测结果详获取。从这点翅出发，利用在哄合适的时间间意隔内获得的航缠空图片是研究婶区域滑坡的有优效手段；而当置观测值不连续鲁，不能捕捉到裕确切的滑坡活字化的初始时间点时，这一方法特就会受到限制昌。因此，无法傻确定滑坡活动蹄发生的确切时舰间，只能确定厕连续两次活化朝事件的时间间搅隔。踩Cardin危ali贵等根据航空图防片对滑坡活动送进行了多时间消尺度分析（母2002类），将态1954弓年之后出现的护第一次不稳定臂作为新一代滑此坡，即无前兆受而发生在斜坡界上的滑坡灾害习（代码钞N刊）；将已有滑通坡随后发生的犁失稳作为滑坡租活化事件（代僻码罢R闹）；在两次连突续航空图片研将究过程中没有够活化的滑坡作宫为非活动滑坡权（代码葱I可）。代码戒R甜也有助于识别移1954烟年的滑坡灾害撤，可以清楚地艘表明最近的运尤动（陡坡、断疏裂和地面波动宣等），对于这厦些运动，由于雪没有夹1954感年之前的航空握调查资料，因君此无法确定它艰们是第一次滑游动还是再活化齿活动。碑研究结果表明右，在研究区有失2色～伶3侄次滑坡再活化弹活动，根据暮45让年的观测结果稍推断，滑坡的国平均重现周期医为短15住～啄23唇年。穿（三）灾害评森价爷在本研究中，谜采用历史统计骗学方法（李Cruden花，系1997谁），并以正规朗的滑坡发生分吩析方法作为补利充。根据滑坡怖活动的平均重巾现周期，采用夫概率方法进行口分析，结果表驶明，与无量纲锻的年发生概率厕相比，平均重翼现周期是一种东更为直观的参屈数。如前所述啊，可以利用平驼均重现周期中户最小的时间间蹈隔进行保守分盒析，对离散观损测值而非连续余观测值的近似竖值取平均值撒。牙为了对滑坡进胀行分级和填图宿，需要主观选黑取时间间隔，寄对平均重现周言期进行分组。戴但是，所采用卫的分类系统必黄须能够捕捉到常代表值的分类浊特征，并为解涨译提供理论基渠础。因此，将厦平均重现周期介分为以下三类挂：妻1骤、平均重现周赌期不足弃10灾年的滑坡作为前一级灾害，表荡示至少会在几巧年内出现一次巧，这样可以对兆滑坡活化进行普短期预测，有革助于合理配置性经济资源，降舞低风险；艇2忌、平均重现周旷期为辛10截～拼30律年的滑坡作为达二级灾害，表专示至少会在几与十年内出现一拢次。猫30备年的周期同时掘也表示平均水足文年，即平均怀气象条件重现爬的时间范围，似这样可以对滑伴坡活化进行长张期预测，有助列于土地利用规矩划和开发；宣3带、平均重现周划期大于秋30恳年的滑坡作为袭三级灾害，表滔示在更多年内呜才会出现一次岭，这样的滑坡折在观测周期内茅仅会活化一次辨，而且滑坡的使活化与特定的亏内部条件或异箩常的边界条件闸有关。亮采用这一方法寻对滑坡活动进也行分类，有助漆于进行滑坡风纸险分析。根据岁这一方法对研蛮究区的滑坡灾矿害分为三类，用与根据地质和舱地形状况观测盾的结果一致。条事实上，三分抱之一的滑坡属嫌于一级滑坡，方而且集中分布嚷在分水岭附近洪，这一地区的枝斜坡较陡，侵倘蚀作用较强。尊根据滑坡灾害贞图可以评价滑抱坡的活动状态友。事实上，活踏动状态是一个闸确定性的概念暑：如果目前滑你坡在运动或将依要运动，则它族就是活动的（谊P爪＝淡1施）；若目前滑委坡处于稳定状隙态或除非有其无它因素（强降规雨或大地震）仇诱发才会运动允，则它就是不摄活动的（务P尺＝领0继）。相反，滑清坡概率是滑坡千活动与否的量哥度标准。袖如前所述，滑洪坡与某些事件翁的强度有关。糖毫无疑问，动顿量（质量乘以啄速度）高的滑累坡比动量低的袖滑坡造成的破茶坏要大得多，佣但是只有灾害锋强度和发生频溉率才能量度实演际的滑坡灾害砌（哈Hungr辽，费1997享）。在对大区逝域滑坡强度进该行研究时，由助于不可能对单串个滑坡灾害进凶行特别详细的蜜研究，因此也劈就不可能评价押滑坡的体积和狠速度。因此，脚在评价滑坡区极的灾害强度时肝，只能对运动榜速度进行估计卷，即岩崩或坍烧塌比流动或滑厨动的速度要快铃。对研究区滑晴坡发生频率和床强度之间的关龙系进行分析，炒据此推断在研猾究区，平均每爹年至少会出现瞒一次征10ha锡大小的滑坡。早最后，应当强纸调的行是美“千滑坡活化灾害听图弄”崖。事实上，目过前采用的方法滑根本无法对第热一次出现的滑把坡进行分析，爽也无法对下一孟次可能要发生核的滑坡进行预遭测，因此，主盈要任务是进行妹滑坡敏感性研械究，而非对某篮一滑坡灾害进做行研究。策（四）风险评缎价歪风险是对给定标事件（灾害）哥发生时所造成查相关损失的量侵度。因此，滑踢坡风险可以定拆义为给定时间姑内，损失等于杠或大于给定阈敌值的灾害发生步概率（气Riddol煌s尽和攀Grocot潮tLtd.锦，拾1999迷）。评价对象桐会有不同的性奖质：财产、文纽化遗产、制造翼业、公共和社悉会服务业以及销人身安全等。女在评价自然灾捞害的风险时，储通常将人身安润全和财产损失较作为参考。篇为了更直观地佣说明这一问题宗，需要提及国锅际工程地质与矩环境协会（简稳称误IAEG付）滑坡委员会盖提供的资料。煮据滑坡委员会联的不完全估计讯，在过去的潮1000的年内，在自然役灾害造成的人诞员伤亡中，约取有隔14%利是由滑坡造成异的。在意大利椒公共事务部最序近起草的一份悟报告中，双Catena社cci摸（染1992死）指出，自斩1945哀～秧1990俩年间，由滑坡芬灾害造成的人岭员伤亡数量至戏少达到了铃2447它人，占意大利怜自然灾害伤亡颠人员总数的洪32%什。同一时期，乖由地震造成的绿伤亡人员为关4160误人，由洪涝灾担害造成的伤亡伴人员约为更1000赠人。根据这些候数据，可以说捞明滑坡灾害是到仅次于地震的率第二大自然灾裁害（冬Guzzet伙ti输，帝2000投）。府在进行风险评馋价时，需要对雨灾害发生概率据和敏感性进行央研究。敏感性扬是指某些要素饭对破坏性事件强的耐受能力，样与灾害相似，哈敏感性是随机首变量，值为罚0天（无灾害，无泽损失，完全可雪以承受灾害事惰件）或狂1凤（失稳、全部商损失、无法承时受灾害事件）扁。用公式表示盗如下：呆宋叹（贺8绢）猪可以看出，破衔坏的概率要依购赖于事件的强递度，这样，可堂以将式（盾3秀）改写为：锈稼遥屠亲监线屯窝吸（蔽9举）匠然而，在给定土的灾害强度下走，可以将式（秒8报）中相应的概蛇率分布闯p界(酿i堤)躁舍弃。白在本研究中，店滑坡活化给人俭类生命造成的辫风险接近于所上举方法的目标守。风险计算如模下式（到Fell服，胖1994熟；瓜Fell加和茫Hartfo姻rd剑，哥1997闯）：紫姐炭（雕10虹）式中：尽R尝(猪L塌)烤——捆个人生命面临舍的风险；柳P馋(嗓F串)遭——郑破坏事件即灾曾害的发生概率远；栏——浇给定事件发生暂所造成的空间茶影响概率；垦——俱给定事件发生宣空间范围内的页时间影响概率奴；筒V皮(遭L血)限——饮无法承受灾害棚事件的概率，民即敏感性。委在分析滑坡灾兵害时，架可以表示当有诸人居住时，滑吩坡体影响这座炊房屋的概率。急敏感性是要素披的固有属性，言例如，相比较或而言，年轻人嗓比老年人更容介易逃生，因此滨老年人的敏感编性要更强一些性。然而，如果蜡是在夜间发生汇滑坡灾害，或沃者滑坡速度非蔽常快，则年轻反人和老年人的博敏感性相差不异大。撒表示灾害造成添的后果或破坏鸟（题Wong窝等，涌1997青）。将个人风艺险挤R职(稠L汁)辟乘以遭受灾害前事件（所谓架的筹“刮暴死露臭”惑，闯N农(誓L沾)勇）的总人数，衡就可以得到人牵类生命的损失坡或总风险。型举例来分析，当计算居住在辫Quadre惭lli写村庄的居民所剩面临的风险，慨该地区的一些观建筑物和道路认已受到滑坡的皮威胁。桨Quadre棒lli号村庄位于声Fosso壶BIanco卫河左岸斜坡，繁靠近男1众#劲和啊9达#毯两处滑坡。在丸过去的运动当殖中，这两处滑调坡的陡坡都在劳后退。为了进弃行风险分析，抵作如下假定：装1据、在与过去相江似的空间模式帮下，这两处滑睁坡会再活化；括2吉、将环1当#蜻滑坡分成两部辞分，这两部分杀的空间影响概齐率不同。主要熄陡坡的全部运纵动范围包括怀13仔处建筑物，部唱分运动范围包望括君2铲处建筑物，每罢个建筑物中平撇均有责4俱个人，每天呆教在其中琴12挤小时；悉3残、砌9觉#答滑坡对主要道捏路中的份100m给长的部分造成缴威胁，估计每睬天的交通量为滔100袭辆车，每辆车袜中平均有两个扎人，平均行驶仁速度为骆30km/h该。浆风险计算结果收见表诚1眼，参考式（疲10托）中的变量值粘。结果表明了亚与相对灾害分浇级相反的风险脖分级。事实上碰，尽管盲9亡#寨滑坡的发生概简率是饮1心#皂滑坡的两倍，拐但对人类生命拦安全造成的风贸险要小一些。客显然，表彻1娃中的风险值只洲有相对的含义何，仅仅是作为进一种比较。由绣于后退的陡坡树包括未扰动的之土壤，剪应力主突然减小会使饥土壤敏感失稳群，因此会发生奇突然的滑动现狭象。相表顷1获根据式说（押1矿0赤）得到的风险劈分析结果警滑坡编号立#面P傅(落F千)届式（翅3苍）姜P锦(削S/F坦)像P吗(睬T提/段S闯)吊V奥(魂L态)疾R鼓(狼L沉)魔总风险蹈式（惜7臣）手1a佛0.0465掌1缎0.5萌1抛0.0232遣5锐0.0244孔3歇1b避0.0465议0.5翅0.5法1筑0.0116接3眠0.0128授2亲9施0.0869比1菠0.0139摇1间0.0012丑1您0.0012隙1寒从社会经济学讲的观点来看，沾毫无疑问，仅系仅根据某一风科险无法确定灾呀害的全部影响涛。显然，频繁女发生的小灾害悠事件与一次大担灾害事件相比凯，对人的心理挠影响较小。撇这样，根据损活失总量，即所兵谓的社会总风柳险（指Evans摇，慰1997钓；控Morgen尝stern婚，禾19