浅谈泥石流灾害风险评估方法

浅谈泥石流灾害风险评估

摘要：近年来，由于全球变暖，极端气候发生的频次越来越大。现在地壳活动不断增强，为地质灾害发生提供了一个诱导因素，然而灾害多发生在山区，山区经济落后，人们的经济开发活动不合理，如工程开发、滥伐森林、破坏草场、过度垦荒等，使得泥石流这一地质灾害的危害进一步加大，对人们的生命财产安全带来极大的损失，因此，大力加强对泥石流及其灾害的风险评估的研究是十分必要的。

1 概述

泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。每年在世界各地都有大量的泥石流灾害事件发生。我国是世界上泥石流灾害最为严重的国家之一，近十年来，平均每年造成的直接或间接经济损失达100多亿元，死亡近千人，并且随着人类社会经济活动的不断增强，人们对自然资源的过度索取和对环境的持续破坏，使泥石流等自然灾害更趋严重。

泥石流灾害同其他自然灾害一样，主要表现为自然现象，它的发生发展往往是不以人的意志为转移的。长期以来，人们从被动的人抗争、经验性的抵御，到逐步运用科学理论和先进技术方法，尽可能合理经济地组织实施防灾减灾工作，已经积累了丰富的经验。但由于泥石流运动的客观复杂性和突发性，真正做到科学有效的防治还需要提高认识，为了科学合理地组织实施泥石流灾害减灾防灾工程，首要任务是对灾害发生的可能性、危险性、危害范围和程度以及破坏损失等要有一个基本的认识和评价，即灾害风险评估。

2 泥石流灾害风险评估基本现状

自然灾害风险评估是当今世界在减灾领域的热门研究领域。国际上以美国W.J.Petak 和A.A.Atkission 所著的《自然灾害风险评价与减灾政策》（1982）一书为代表，该书系统地阐述了自然灾害风险评估的基本理论和方法，把灾害风险评估内容概括为风险辨识、风险估算和风险评价三个相互联系的组成部分。风险辨识着重于描述可能的问题对系统的负作用或影响；风险估算则着眼于定量地描述处于风险中的人口分布，阐明事件的成因、发生的概率、相应于不同强度时的后果，并将这些强度或事件的概率统计作为风险的定量结果；风险评价主要是为决策者提出建议，据此可以权衡风险的大小。

在泥石流灾害的研究领域，国内外学者已经做了大量的工作，无论是理论研究和野外实地调查分析评价，还是室内实验模拟以及灾害防治工程评价等都有大量的成果。国际上以日本高桥堡编著的《泥石流》 （1991）一书为代表，该书系统地总结论述了泥石流的基本特征、运动机理、发生发展及堆积过程。奥地利、瑞士等欧洲国家对泥石流灾害危险性评价，较早提出了采用类似于交通信号中红、黄、绿三色的特定含义、划分泥石流危险区、潜在危险区和无危险区；加拿大O.Hungr 等认为泥石流危险范围的确定应以理论做基础，而目前还没有合适的理论，因此强调凭经验，通过实地勘测来确定泥石流灾害的危险范围。我国学者谭炳炎于1986年提出了泥石流沟严重程度的数量化综合评判方法。刘希林、唐川等在泥石流危险性分析评价方面已经做了大量工作。1988年，刘希林首次提出了泥石流危险度的判定方法；1993年，唐川、刘希林等应用泥石流二维非恒定流理论建立了危险度评价的数学模型，并初步应用于实际。我国台湾学者谢成伦、詹钱登等也做了与唐川等相类似的研究，在1996年，建立数学模型，并将数值解与实验室的模拟结果对比，取得了较好的效果。

3 泥石流灾害风险评估的意义

泥石流灾害风险评估是减轻灾害损失的重要非工程措施，其成果具有非常重要的应用价值，主要体现在以下几个方面：

3.1 为区域经济发展中长远规划提供基础背景资料，为工农业生产布局提供依据。根据泥石流灾害风险评估分析结果，特别是区域性评价成果，可划分泥石流灾害威胁的高度风险区、中度风险区、低度风险

区和无风险区，在规划项目建设、产业布局、环境保护等方面，可充分考虑到受泥石流灾害威胁程度，合理规划，使经济建设和防灾减灾工作相协调，从而避免失误。

3.2 为评价重点建设工程的适宜性和基础设施布设提供依据。在有泥石流灾害威胁存在的山区（地区），泥石流灾害风险评估结果可为重点工程建设选址和方案优化提供经济效益分析依据，为城市生命线工程，公路、铁路、港口等交通设施建设与维护提供方案比选的经济分析依据。

3.3 为受泥石流灾害威胁地区制定应急预案、保障人身安全提供工作基础。根据泥石流灾害评估对灾害风险的认识和评价，可指导制定受灾区的灾害防避、抢先等应急预案，建立科学有效的预警系统，从而最大限度减轻灾害恐慌，保障人身安全和尽可能减少经济损失。

3.4 直接为科学而经济地组织实施防灾减灾工程服务。灾害风险评估的直接结果是预测不同条件下可能产生的灾害损失。根据评估结果，可充分论证防灾减灾工程的合理性、有效性，优化方案，从而做到科学减灾，经济有效地防灾。

3.5 为灾害保险及发生次生灾害的可能性及损失提供参考依据。

4 泥石流灾害风险评估任务：

主要包括以下几个方面

4.1 科学地认识泥石流灾害形成条件。泥石流灾害主要表现为一种自然现象，但在人为因素影响下可加速或延缓发生、发展。要客观地、科学地调查和分析泥石流灾害的形成条件、运动机理以及发生发展趋势。

4.2 定量评价泥石流灾害发生的规模、强度和范围。根据有关理论，结合研究区的特定条件，选用或研究提出适当的评价方法和计算公式，如专家系统分析、数理统计分析、条件与机理分析、实验模拟类比、数值模拟等方法，做到定量半定量地评价在不同激发条件下，泥石流灾害的发生范围、强度、规模等指标。

4.3 统计评定灾害风险区内的人口分布和资产价值及其对泥石流灾害的承灾能力。对于小范围的灾害风险评估，最精确的办法是逐一单向统计调查，包括人口数量、房屋等建筑、基础和城市公用设施、室内财产等的价值以及土地、农作物等的核算价值。实际工作中，由于很难做到逐一据实调查，可引用资产评估的有关方法，通过抽样调查、市场地价等办法来分析确定有关价值分布。各类资产的承灾能力不同，也应具体分析、评定。

4.4 确定泥石流灾害风险区的风险等级及受损程度，评价灾害风险损失。在不同激发条件下，可能造成的灾害损失不同，在灾害风险区内的不同地段，受灾害也各有差别，应结合具体受损对象，分析计算确定灾害风险损失。

4.5 分析提出防灾减灾措施方案的决策论证意见。在对灾害辨识和损失估算的基础上，结合研究区的防灾减灾工程方案或应急预案，通过评价和效益分析对比，为管理决策提供优化的减灾防灾方案提出建议。

随着社会经济的高速发展，人与自然的矛盾越来越突出，人与自然和谐相处才是最终的归宿。泥石流灾害风险评估意义重大，任务艰巨，任重道远。

5 泥石流灾害风险评估要素

主要包括以下几个方面：

5.1 灾害背景要素

5.1.1地形地貌和植被。地貌类型、海拔高程及地形高差、沟床坡降、坡度、形态、植被类型及覆盖率等。

5.1.2地质构造，岩石类型、构造发育程度、松散堆积物发育程度、新构造活动强度、水土流失程度等。

5.1.3水文气象。水文特征、流量变化、所属气候类型、年降雨量、暴雨频次及强度、一次最大降雨量等。

5.1.4 人类活动。人类活动类型、强度、对环境和岩土体稳定性影响程度等。

另外，还有社会经济因素，如：人口数量、人口密度、城镇及主要工矿企业和居民点等的分布、工程设施的分布、工农业产值、国民生产总值、防灾工程及减灾能力等。

5.2 灾害活动要素

主要包括泥石流沟数量、性质、规模、沟长、流域面积及泥石流频次、流速、流量、堆积厚度、、淤积范围面积和淤积量等。核心指标是不同频次下泥石流最大流速和堆积厚度值及其空间分布。

5.3 承灾体要素

主要有以下几类：人口、房屋等建筑设施、城市生命线工程交通和管线等基础设施、农作物及林木、草地、牲畜等。土地、水等资源。

5.4 破坏损失要素

包括人员伤亡程度、各类财富性资产和资源性资产的受损程度及损失价值、数量、强度等。

5.5

防灾减灾的措施类型、工程量、投资、防灾效益、投保比等。

6 泥石流灾害危险性评价方法

泥石流危险性评价方法主要包括泥石流灾害发生概率的确定方法、危害范围及强度的确定方法、危险度值的确定方法。

6.1 发生概率的确定方法 泥石流灾害频率的一般有：

6.1.1 经验法

可根据对泥石流灾害的长期观测记录，分析不同时间尺度的灾害周期性变化规律，从而确定不同规模泥石流灾害事件的发生频率。如杜榕桓、康志成等根据云南东川蒋家沟泥石流活动记录，对1965以来的泥石流频次和强度进行分析研究，并据此研究提出了确定蒋家沟不同规模泥石流灾害发生概率的方法。

6.1.2 条件分析法

根据泥石流形成的基础条件和激发条件来确定。首先是确定泥石流形成的基础条件的各要素得到产生泥石流灾害的临界条件，提出判定标志；在此基础上，分析激发条件，通过确定泥石流激发条件的关键因素—水，研究其来源－降雨，特别是暴雨的发生频率，从而推测泥石流灾害发生的概率及相应规模等级。

6.2 泥石流危害范围及强度的确定方法

在确定泥石流发生概率后，不同概率下泥石流灾害范围和强度的确定是判定泥石流灾害风险损

失的基础性和关键性工作，也是泥石流灾害风险评估的基础性工作。泥石流灾害范围的强度的确定方法如下：

6.2.1 经验公式计算法

确定泥石流灾害危害范围和强度的主要宏观指标有泥石流最大流量值、最大流速值、一次冲淤

总量等指标。这也是进行泥石流灾害防治工程设计的必备基础指标要素。几十年来，国内外学者做了大量的研究和实际调查工作，总结提出了适于不同地区、不同类型泥石流的多种计算公式，这些公式基本上是属于经验、半经验性的。这些指标对具体泥石流沟不同地段的字啊还风险性评价而言，由于比较笼统而往往难以满足精度要求。

6.2.2 统计分析模型预测方法

刘希林、唐川为了分析预测泥石流承灾范围和堆积形态，运用数理统计方法，做了专门

的研究工作，他们根据云南小江流域55处泥石流沟的流域背景因子和堆积扇平面形态特征值，采用多元线性回归方法，分析得出泥石流堆积区最大危险范围预测模型：

S = 0.6667LB -0.0833B sinR/(1-cosR )

L = 0.8061 + 0.0015A +0.000033W

B = 0.5452+0.0034D +0.00003/W

R = 47.8296-1.3085D +8.8876H

式中：S —泥石流最大危险范围（km ）； 22

L —泥石流最大堆积长度（km ）；

B—泥石流最大堆积宽度（km ）；

R—泥石流堆积幅角；

A—流域面积(km)

W—松散固体物质储量（万m ）

D—主沟长度（km ）

H—流域最大相对高度（km ）

6.2.3 实验模拟法

针对不同泥石流沟的特点和不同目的研究的需要，国内外不少学者开展了大量的实验室模拟研究工作，在流速、流量、冲淤范围等有关泥石流运动特征参数以及流变参数等方面取得了成果。刘希林，唐川专门设计了模拟泥石流堆积区危险范围模型。根据该模型实验结果，得出一次泥石流堆积范围的预测模型：

a = 0.4935L

L = 2.5748(V•G •Rc/lnRc)

2 d = 0.254［V •R c /(G•lnRc) ］ 2321/31/3

式中：a —一次泥石流堆积危险范围（m ）；

L—一次泥石流最大堆积长度（m ）；

d—一次泥石流最大堆积厚度（m ）；

V—一次泥石流松散物质最大补给量（m ）；

G—堆积区坡度（°）;

Rc—泥石流密度（g/cm）

6.3 危险度值的确定

危险性评价的最终结果是以危险度值来表示。对泥石流灾害，在这方面的研究成果不多。刘希林等提出用专家系统分析法来确定泥石流灾害危险度值，并将危险度定义为泥石流岁危害对象的损害程度，用R d 表示，取值范围为：0≤R d ≤1。他们根据“灰色系统理论”，通过对全国范围内100多位泥石流专家学者的通讯调查，采用灰色统计方法，确定泥石流的户主要危险因子，再根据各危险因子的贡献大小赋予相应权重值，提出危险度的计算公式：

Rd=0.2353GL1+0.2353GL2+0.1176GS1+0.0882GS2+0.0735GS3+0.1029GS6+0.0147GS7+0.00588GS9+0.0441GS10+0.00294G S14

式中: GL1—一 一次泥石流最大冲出量

223G L2—一泥石流发生频率的赋值

G S1—一流域面积的赋值 G S2—一主沟长度的赋值

S3G —一流域最大相对高差的赋值

G S6—一流域切割密度的赋值

GS7—一主沟床弯曲系数的赋值

GS9 —一 泥沙补给段长度比的赋值

G S10—一24小时最大降雨量的赋值

G S14—一流域内人口密度的赋值

以上赋值根据危险因子实际取值的相应等级（小、中、大、极大）取0,0.3,0.7或1。