地质灾害风险评价的研究

地质灾害风险评价的研究

自然灾害是自然因素和社会因素的结合体，是由自然因素或社会因素引起的各种灾难的总和，包括滑坡、崩塌、泥石流、土壤裂缝、土壤坍塌和土壤沉降。由此引发地质灾害风险评价概念及其相关学科的诞生和发展。地质灾害风险评价是对风险区遭受地质灾害的可能性和后果进行定量分析与评价,以及采取相应措施来降低风险可能性的一门集自然属性和社会属性并重的交叉学科。地质灾害风险评价是一项有力的防灾减灾非工程性措施,从点、面、区上评价、预测地质灾害发生的可能性大小,针对性的采取预防、避让、治理为主或者相结合的方式统筹和部署相关工作,为国家政府部门提供决策参考,更加有利于对现在或未来城市规划和工程选址做好防灾减灾工作,对减少人民生命财产损失和促进社会和谐发展都具有重要的现实意义。尤其是经济发达、人口稠密和地质灾害多发区域,开展地质灾害风险评价研究具有关系国计民生和稳定和谐的长远战略意义。我国地质灾害的风险评价研究起步较晚,兴起于20世纪80年代,之前主要针对灾害形成条件和活动过程研究,没有形成独立完整的学科。经过30多a的发展,在理论和实践方面都取得了一定的成果,尤其是20世纪90年代以来,随着地质灾害风险评价研究的不断深入以及各种新技术(3S和计算机)的不断应用,逐渐形成了新的独立学科。成绩是斐然的,但并没有形成完善的理论与方法体系,也没有统一的评价标准。因此,有必要对地质灾害风险评价研究作出系统的总结和梳理,并对存在的问题展开讨论,力争对存在的问题提出建设性的议案,并探索性的展望地质灾害风险评价研究的发展方向。1风险risk对于风险的定义,国内外研究人员有不同的见解(表1)。国外起步较早,在20世纪30年代就开始关注风险分析,风险被定义为对人类造成危害的所有对象之和。Blaikie,等提出的风险表达式为“风险=危险性(hazard)+易损性(vulnerability)”。Shook认为危险度和易损度只能相乘而不能相加。Devin等涉及到的风险表达式为“易损性=风险(risk)×敏感性(susceptibility)”。1992年联合国人道主义事务部提出风险是在特定区域和特定时间段内,由某一地质灾害而造成的生命财产及经济活动可能的损失,并提出了“风险度(risk)=危险度(hazard)×易损度(vulnerability)”的表达式。现在更多人认为风险是对不确定事件一种度量,本质是一个概率问题,所以Fell认为“风险(risk)=概率(probability)×易损度(vulnerability)”的表达式更为合理。在对风险定义的认识上,国内外专家和学者普遍认为“风险是对存在两个或者两者以上结果的不确定性的一种度量”。不确定性是一个概率问题。蒋维等认为“风险是指发生不幸事件的概率”。汪敏等认为“风险是指在一定条件下和一定时期内,可能发生各种结果的变动程度,并强调风险发生的不确定性决定风险损失的不确定性”。向喜琼等将风险定义为“在一定的人员损伤或财产损失水平条件下,某一灾害发生的概率值”。张梁等将地质灾害风险定义为“地质灾害发生并导致一定损失水平的可能性。地质灾害的发生和受灾体的承灾能力都是不确定的,可见,风险是针对不确定事件而言的。地质灾害是不确定性事件,因此也就有了地质灾害风险评价研究的问题。2滑坡灾害风险评价与风险区划1996年“国际减灾日”(10月9日)联合国国际减灾十年委员会提出主题为“城市化与灾害”。国内外城市都将地质灾害填图与地质灾害风险评价作为重要的内容。比如:加拿大、美国科学基金会、英国自然环境委员会分别提出的“城市地质计划”、“城市研究开创性计划”、“城市改造与环境计划”。同时,美国科罗拉多州立大学圈定未来城市发展的适宜地段和高风险区,并拟建城市决策支持系统。国外学者Mantovani,等成功完成基于RS技术的欧洲滑坡研究和分区。Michael-Leiba等在斜坡地质灾害研究中将地质灾害的危险性、易损性、风险评价作为一体,采用平面和三维评价系统开展危险性和风险区划研究。Pachauri,等尝试地质学和地形学相结合的滑坡制图,在地形分类的基础上进行滑坡易发性制图。Uromeihy等采用模糊综合评判计算潜在灾害指数(HPI),基于简单的格网单元,对伊朗Khorshrostam地区滑坡灾害进行危险性分区研究。Aleotti等总结滑坡地质灾害危险性评价和风险评价的研究进展,并探讨可接受风险水平等问题。同期,国内不少学者在这一领域开展了深入的研究工作。刘希林等根据31次试验成果,完成泥石流危险范围预测模型研究。柳源提出了地质灾害(崩、滑、流为主)危险性分析的步骤与方法。殷坤龙详细论述了滑坡风险评价及管理体系框架的构建。唐川等在泥石流易损性评价、城市泥石流风险评价等方面做了深入的研究。宋光齐结合强降雨天气的预报,探讨建立汛期气象预报预警模型,对地质灾害的易发程度及分布范围进行预报预警。铁永波开展了强震区城镇泥石流灾害风险评价研究,探讨了一套适合强震区城镇泥石流灾害风险评价方法和体系。高华喜等基于GIS的滑坡灾害风险空间预测,对滑坡危险性进行了空间预测与区划,并开展了区域承灾体易损性的区划与评价。同时,马宗晋、刘传正、程凌鹏、雷明堂、张业成、张梁等在对中国洪水、地震、气象、滑坡、岩溶等灾害进行了综合风险评价与风险区划研究。目前,地质灾害风险评价研究工作已经取得巨大发展,成绩斐然,涵盖地质灾害或相关大部分领域。但发展极不平衡,更注重于地质灾害的分布规律、形成机理、趋势预测方面的分析,而且评价精度不够,应朝精细地质灾害风险评价方向发展。3自然灾害风险评价狭义的地质灾害风险评价的内容主要指:危险性评价和易损性评价,开展危险性评价或易损性评价都是属于风险评价的范畴。“危险性”核心要素是地质灾害的活动程度,是自然属性特征的体现。“易损性”是承受特定灾害时候的综合能力的量度,是承灾体抵御能力的社会属性特征的体现。易损性包括社会易损性、经济易损性、物质易损性、资源环境易损性。广义的地质灾害风险评价内容除了危险性评价和易损性评价外,还涉及到期望损失评估、抗灾能力评价、风险等级区划、风险决策、风险控制和风险管理等方面,它们彼此之间相互衔接和耦合构成完整的地质灾害风险评价系统。马寅生等建立的地质灾害风险评价系统包括3个方面的内容:危险性分析、易损性分析、期望损失分析,其中危险性分析和易损性分析是地质灾害风险评价的基础,期望损失分析是地质灾害风险评价的核心。罗元华等概括了地质灾害风险评价系统的4个部分:危险性评价、易损性评价、破坏损失评价和防治工程效益评价。其中,危险性评价和易损性评价是基础,破坏损失评价是核心,防治工程效益评价是应用。周寅康研究认为地质灾害风险评价内容应包括6个部分:灾害研究、风险区确定、风险区特性评价、风险区承受能力评估、可能损失评估、风险等级划分。本文在前人研究的基础之上,综合分析风险评价内容及其相互耦合关系,建立地质灾害风险评价系统(图1)。该系统以风险评价为核心,以致灾体、承灾体、风险管理为角点,形成地质灾害风险评价三维结构模式(图2)。地质灾害风险评价系统很好的诠释了地质灾害风险评价内容,并相互衔接形成耦合关系链,构建成具有三维结构集成的地质灾害风险评价系统。4常用评价方法伴随着新技术日新月异,地质灾害风险评价研究蓬勃兴起。特别是计算机性能的提高和3S技术的发展,使得空间数据集成化更简便、计算速度更快、评价精度更高,大大促进了该领域发展。目前常用的评价方法分为2类:第1类,单一型评价方法,如:层次分析法、信息量法、经验模型法、指标量化敏感性统计模型法、灰色模型法、数理统计模型法、模糊评判模型法、非线性模型法等;第2类,交叉型评价方法,如:模糊聚类综合评价、物元模型综合评价、灰色聚类综合评价等。每一种评价方法各有自身优点和缺点,实际操作中可选择2种或以上评价方法,以弥补单个方法的不足,起到对评价结果进行相互验证的目的。按照评价范围,可将地质灾害风险评价类型分为3类,分别为点评价、面评价、区评价。基于不同的评价类型和评价目的,选用不同的评价方法(表2)。5作为一种风险评价的综合模型根据地质灾害风险评价的内容,其评价模型包括危险性评价模型、易损性评价模型、财产损失评价模型、生命质量指数模型、抗灾能力评价模型、累积风险模型等。国内外学者针对不同的风险评价内容和评价对象,分别提出了各类评价指标的风险计算模型和方法。比如:Nathwani等提出了生命质量指数(LQI)的概念;Piers综合个人风险和房屋数量的累积风险模型(AWR)。同时,一些学者对各类评价模型进行整合,归纳为地质灾害风险评价综合模型。如:荷兰学者VanWesten提出地质灾害风险评价综合模型为风险(risk)=危险性(hazard)×[易损性(vulnerability)×数量(amount)].即:上述评价模型概括了地质灾害风险评价的核心内容:危险性评价、易损性评价、期望损失评价。其中,数量(amount)在计算时要转换等效货币,泛指一且承载体的价值,包括人、房屋、道路、土地、牲畜、生态环境等。在1987年,世界环境与发展委员会(WCED)提出风险概念中需要考虑抗灾能力因素。因此,把承载体抗灾能力纳入风险评价体系,考虑承灾体本身对灾害的抵御能力,更具有科学性,强调承灾体承灾能力的研究也逐渐受到更多学者的关注。模型表达式为随着对地质灾害风险认识不断的深化,对评价结果要求的提高,评价模型需要不断的修正和完善。综合以上评价模型,本文建立了更加合理的地质灾害风险评价综合模型,其模型表达式为模型中抗灾能力是指承灾体遇致灾体时不被破坏所能承受的能力,当承灾体整体被破坏时,抗灾能力为最小值,当承灾体完好无损时,抗灾能力为最大值。承灾体的抗灾能力大小受到多种因素的控制,有承载体自身的因素,也有承载体周围的环境因素、社会因素,比如:建筑物类型、已有防灾减灾工程、群测群防应急体系、公众防灾意识等。根据地质灾害风险评价综合模型:风险与危险性和易损性成正比关系,与抗灾能力呈反比关系。6基础监测指标地质灾害风险评价实施是对地质灾害风险评价任务的综合诠释,依据地质灾害风险评价的内容和评价系统,地质灾害风险评价实施包括以下5个流程(图3),详细步骤如下:(1)建立基础空间数据库:包括研究区的地质灾害分布图、遥感影像图、数字高程模型(DEM)、地层岩性分布图、区域地形图、区域地质图、地质构造分布图、降水量分布图、人口分布图、建筑物结构分布图、土地利用图、已有防治工程布置图等各种基础图件。(2)危险性评价:评价地质灾害的危险程度。其评价工作思路和方法分为两个阶段,第1阶段:地质灾害敏感性评价;第2阶段:地质灾害危险性评价。在基础数据库中选取敏感性控制因子,建立地质灾害敏感性评价体系,引入诱发因子(地震或降雨),最终完成地质灾害危险性评价。(3)易损性评价:对影响易损性的各种致灾因素和抗灾因素进行分析,计算承灾体的承灾能力。首先建立易损性评价体系,开展易损性综合评价。鉴于致灾体和承灾体的致灾及易损性特征,对地质灾害易损性评价需要从两个方面入手,一是地质灾害体的致灾特征;二是承载体的抗灾特征。(4)期望损失分析:在危险性、易损性及抗灾能力分析评价与区划的基础之上,对评价区所有资产进行期望损失分析。(5)风险决策、风险控制与风险管理:在整体分析地质灾害可能造成的人员伤亡、财产损失以及生态环境破坏的基础之上,进行综合风险评价和风险区划,从而进一步明确风险区的风险分布特点和形成条件,根据实际需要提出针对性的综合系统工程和防灾减灾对策建议,实现风险决策、风险控制与风险管理,为国家政府职能部门服务。7问题和视角7.1中国泥石流灾害风险评价的特点近年,虽然国内外地质灾害风险评价得到迅速发展,但是现有的研究方向主要集中于评价理论方法方面。鉴于地质灾害风险评价是一个新的领域,且研究对象影响因素多元化,涉及到自然科学和社会科学两个领域,目前的研究还没有形成完善的学科体系。我国地质灾害风险评价起步于20世纪80年代,发展不完善不成熟。针对我国地质灾害风险评价现状,主要问题梳理如下:(1)我国地质灾害类型的多样性和复杂性。我国地质灾害类型多样复杂,包括崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地面沉降等。每种地质灾害类型具有不同的控制因子和属性结构,评价结果具有不同的划分标准或上下阙值,总体决定我国地质灾害风险评价整合任务的艰巨性。(2)地质灾害风险评价模型的主观性和差异性。由于风险评价理论的不成熟,受人为影响因素较多,地质灾害风险评价模型因人而异,因地区而不同,因类型而差异,不同评价模型的评价结果的真实性和可信度受到质疑。(3)地质灾害风险评价方法的多样性和单一性。地质灾害风险评价方法较多,但主要为单一型。如:层次分析法、信息量法、经验模型法、指标量化敏感性统计模型法、灰色模型法、数理统计模型法、模糊评判模型法、非线性模型法等。不同评价方法各有优缺点,缺少集优点于一体的综合、交叉评价方法。(4)我国地质灾害分布的不均衡性和不协调性。由于自然条件、资源优势、生态系统、地质环境和经济发展的差异,我国存在着东、中、西3个带,经济的差异性决定减灾防灾工作差异性,常常地质灾害越发育的地区经济越落后,地质灾害风险工作越滞后,经济发展和防灾减灾极度不协调。同时,地质灾害的发育有一定的周期性、阶段性以及多发性和突发性等特点,更何况我国地质灾害防治法规尚不健全,有关的理论和技术方法也不完善,我国地质灾害减灾任务十分艰巨。7.2国内及重点项目21世纪开始以来,地质灾害风险评价研究越来越受重视。基于防灾减灾事业发展和对地质灾害风险评价认识的提高,地质灾害