区域地质灾害风险评价方法研究

区域地质灾害风险评价方法研究

区域灾害的巨大破坏力是导致灾害因子、环境破坏和灾害源相互作用的结果。灾害风险是与这三者有关的重要指标。区域地质灾害的风险评价是区域地质灾害风险研究的基础,其评价结果的合理性和准确性直接关系到防灾减灾的效益比,是政府部门制定正确的方针政策的基础。1基本概念和评价模型1.1最优风险模型风险(risk),在Oxford辞典中释为:possibilityofchanceofmeetingdanger,sufferinglossandinjury;在汉语辞典中解释为:可能发生的危险。联合国人道主义事务部(DepartmentofHumanitarianAffairs)1992年给出risk的定义为:风险是在一定区域或给定时间段内,由于特定灾害而引起的人们生命财产和经济活动的期望损失值,其数学表达式为risk=hazard×vulnerability这一模型与Varnes(1984)给出的模型相似。为了明确起见,下面给出Varnes的模型及其相关术语的解释:Rt———总风险(totalrisk),指由于特定的自然灾害造成的人员死亡、受伤、财产破坏或经济活动毁坏的期望值;E———受灾对象(elementatrisk),指给定地区受自然灾害危险的人、财产、经济活动,包括公共服务;Rs———特殊风险(specificrisk),指由于特定的自然灾害现象造成的损失程度,可以表示成:Rs=H×VV———易损性(vulnerability),指给定一个危险元素或多个危险元素由于一定强度的自然灾害的发生而损失的程度,用0(无破坏)～1(完全破坏)之间的某数值表示;H———自然灾害危险性(naturalhazard),指在给定的时期和地区内,某种潜在的破坏现象发生的可能性。目前,Varnes的定义与风险评价模型已被国内外的广大学者所承认并接受。1.2地质灾害风险评价系统的建立由Varnes的风险评价模型可以看出,风险评价是在自然灾害危险性评价和承灾体(受灾对象)易损性评价的基础上进行的,为此许多学者建立了地质灾害风险评价的系统(或流程)。美国Massachusetts理工学院H.H.Enstein(1988)给出了滑坡风险评价的框架,它包含5个层次(level),如图1所示:我国学者刘传正从地质灾害空间监测预警的角度出发,提出区域地质灾害时空规律评价预测的“三度发育度风险度和危害度分析层次。2区域泥石流风险评价方法专门区域地质灾害风险评价和分析的研究工作是随着“国际减灾十年”活动的开展,在90年代才逐渐在世界各国兴起的,目前还处于起步探索阶段,也没有形成完整的理论体系。目前,关于区域地质灾害风险评价研究成果直接效益尚不明显,风险评价灾种主要局限于滑坡、泥石流等引起的区域地质灾害。如MarioMejia-Navarro和EllenE.Wohl(1994)在分析哥伦比亚的Medellin地区地质灾害敏感性和土地及生命易损性的基础上,利用GIS技术将二者合成产生了风险评价分区图。R.Anbalagan和BhawaniSingh(1996)在R.Anbalagan(1992)前期关于山区滑坡灾害评估和区划制图研究的基础上,提出了风险评价制图的新方法;风险评价矩阵(RAM)。在国内,刘希林、苏经宇等对区域泥石流风险评价进行了研究,给出了区域泥石流危险度评价的8个指标和人与财产的易损性计算公式,张业成对云南省东川市泥石流灾害进行了风险分析。近年来随着GIS技术和全球信息化的迅速发展,许多学者对GIS在区域地质灾害风险评价方法和区划制图技术中的应用进行了研究,并取得了可靠的成果。2000年国际滑坡会议所讨论的重点问题之一就是滑坡灾害风险评价与GIS技术,其报导的最新研究成果充分体现了灾害研究由灾害评估向灾害管理研究方向逐步发展的趋势。3区域灾害风险评价方法3.1滑坡灾害的研究区域地质灾害风险评价包含危险性评价和承灾体易损性评价两部分,前者属于地质灾害的自然属性,后者属于其社会属性的范畴。如上所述,地质灾害风险评价中易损性的评价是相当困难的,研究者在实践中常常根据研究区域和地质灾害种类的具体情况从简处理,如仅考虑房屋建筑或道路等单种承灾体的易损性。关于这方面的研究实例不多,主要有:R.Anbalagan和BhawaniSingh(1996)对印度KumaunHimalaya地区的滑坡灾害及其风险评价。只考虑人类居住房屋、土地和道路作为受灾对象,分别给出其潜在破坏性(易损性)和风险评价方法,如表1～4。张业成在进行云南省东川市泥石流灾害风险分析时,考虑的承灾体为建筑资产、室内财产和土地资源,引进易损性指数S表示它们的易损程度,其评价式为:式中,B为修正系数,Sj、Ss、St分别为建筑资产、室内财产、土地价值密度(元/m2)。4.2区域地质灾害的风险评估方法4.2.1分区分级:不同时长为无变化的稳定性评价地貌分析法(专家评判法)是最为简单的定量评价方法,是由地质学家根据自己的知识和在相似地区的工作经验对研究区的地质灾害危险性直接作出判断,分区分级。它的主要优点是:(1)可以同时考虑大量的参数;(2)可以应用于任意比例尺的区域和单体斜坡稳定性评价;(3)时间短,费用少(Carrara.Aetal.,1992)。主要的缺点有:(1)主观性较强,不同的调查者或专家得出的结果无法进行比较;(2)隐含的评判规则使结果分析和更新困难;(3)需要详细的野外调查;(4)GIS在这里只能是简单的画图工具。4.2.2基于is的区域滑坡灾害评价专家选择影响地质灾害的因子,并编制成图,根据个人经验,赋予每个因子一个适当的权重,最后进行加权叠加或合成,生成地质灾害危险性分区图。优点是:(1)大大降低了隐含规则的使用,定量化程度提高;(2)整个流程可以在GIS的支持下快速完成,使数据管理标准化;(3)可以应用于任意比例尺。缺点是:(1)应用于大区域评价时,操作复杂;(2)权值的确定仍含有不同程度的主观性;(3)模型难以推广。Mehrotra等(1992)选择岩性、坡度、土地利用、排水条件、构造特征等5个因素作为区域滑坡灾害评价的因素,将每个因素分类后,根据滑坡在各类中的分布密度,计算各自的敏感性指数(LSV),然后依次将5个因素图叠加,并累计各单元的LSV值,得出单元总的LSV,就可进行区域滑坡灾害区划。Mora和Vahrson(1994)在给出的相对灾害度的计算模型中考虑了降雨和地震对区域滑坡危险性的影响,各个参数的定量化指标方法也与前者有很大区别,由此可见参数合成法的模型的多样化。4.2.3区域自然灾害危险性研究区的定量分析多元统计分析方法已经成功地应用于地质学的许多领域,如石油勘探,然而这种技术应用于地质灾害(滑坡)的评价方面起步较晚。直到80年代,跟随Carrara(1983)完成的工作,基于这方面的详细分析才开始进行。统计分析的前提是已知学习区(训练区)的滑坡灾害分布情况,根据数理统计理论,建立影响参数和滑坡发生与否的数学统计模型,在测试区得到验证后,将其应用到地质环境相同或相似的地区,预测研究区的灾害危险性分布规律。因此,统计分析方法评价的结果的可靠度直接取决于测试区原始数据的精度,模型也不能在任何地区推广使用。尽管如此,大量的研究表明:统计分析是目前最为适用的区域地质灾害危险性评价区划方法,与前几种定量方法相比,它有严格的数理统计理论作基础,数学模型简单易懂,而且与高速发展的GIS技术能够很好的结合,使庞大的数据得到合理的标准化管理、分析与储存。此外,统计分析的误差可以进行定量估计。最常用的统计分析是判别分析(逐步判别或典型判别分析)和回归分析,前者更适用于连续变量(坡度,相对高程,岩土力学指标等),后者可以应用于含有定性变量的分析。实际应用中,为了数据运算方便,研究者通常把斜坡单元稳定性只分作两类,即有滑坡和无滑坡,分别用数值1和0表示;相应地,各变量也取1(是)或0(否)。统计分析的模型简单易懂模型中的变量个数没有明确限制,但如果取变量太多,使计算时间延长,占用计算机内存过多,就不能提高评价结果的精度,这是不可取的。逐步回归分析可以从理论上克服这一困难。但统计判别分析一般假设变量是正态分布的。事实上,有关地质地貌的数据很少是正态的,而且往往是相关的,这是造成统计分析结果不可靠的又一重要原因。另外,神经网络法在区域地质灾害的空间预测和评价方面的研究已开始起步和探索。5易损性评价研究应进一步加强和完善区域地质灾害(滑坡)风险评价是90年代联合国开展