淺析山洪泥石流風險評估與風險管理理論與方法論文
淺析山洪泥石流風險評估與風險管理理論與方法論文
1引言
山洪和泥石流是山區小流域水土物質快速輸移過程，暴發突然，破壞力強，往往造成毀滅性災害。活躍的地質構造、巨大的地形高差、季風氣候帶來的豐沛降雨、密集的人口分佈和高強度的人類活動影響等因素的組合與疊加，使得山洪和泥石流廣泛發育於約佔中國陸地面積2/3的山地，頻繁成災，損失巨大，嚴重威脅廣大山區人民生命財產和重大工程安全，制約社會經濟發展。
根據國家防洪抗旱總指揮部統計，全國2058個縣(市)有山洪和泥石流分佈，分佈區面積達487萬km2，受威脅人口達到5.7億人。2010年8月8日甘肅省舟曲山洪泥石流就造成1765人死亡和失蹤，4321間房屋毀壞，22667人無家可歸;2013年7月10日前後的降雨過程導致都江堰、汶川、北川等10個縣(市)暴發大範圍群發性山洪和泥石流，導致2.1×104km2範圍內269個鄉鎮、118.7×104人受災，毀壞房屋6975間，直接經濟損失114億元，共造成100死亡;2013年8月16日遼寧清原特大型山洪災害造成77人死亡，直接經濟損失76.34億元。據塗勇等人統計(2013)，2013年全國24個省(自治區、直轄市)共發生了181起造成人員死亡的山洪災害事件，死亡774人，山洪災害死亡人數佔洪澇災害死亡人數比例為72.4%;近十多年來，全國因山洪和泥石流災害造成的死亡人數佔洪澇災害死亡人數的比例呈增長趨勢，佔比高達70%~90%，成為造成人員傷亡的主要災種。
2基於動力過程的風險評估
基於動力過程的災害風險評估的核心科學問題，是基於災害動力過程認識進行危險性分析和易損性分析。
2.1山洪泥石流動力過程
山洪和泥石流都是水沙混合體在溝道中的快速運動過程。其形成與發展主要包括以下四個過程：①降雨在集水區產流並迅速匯聚形成溝道洪水;②水流沖蝕裹挾溝道內的鬆散固體物質形成泥石流;③在其沿著具有滑坡崩塌體堵塞段溝道的流動過程中，存在物質和能量暫時蓄積與瞬間釋放過程，使得洪水或泥石流規模增大(Cui,Zhouetal,2013a);④山洪和泥石流在較陡的溝道中高速運動，具有強烈的侵蝕沖刷能力和泥沙攜帶能力，侵蝕溝床並攜帶鬆散物質，不斷補給物質而增大規模，隨著物質和能量不斷積累，最後形成具有較大破壞能力的洪流。山洪和泥石流形成發展的四個關鍵過程為：地表產流流量激增過程，土體破壞物質供給激增過程，溝道堵塞體級聯潰決流量放大過程和動床侵蝕規模增大過程。
2.2山洪泥石流數值模擬
流速是確定山洪和泥石流衝擊破壞作用的關鍵引數，流深反映其淤埋或淹沒程度。依據山洪和泥石流運動方程，透過動力學數值模擬方法，確定山洪與泥石流的危害範圍、以及致險範圍內流速和流深的時空分佈，從而可依據動力引數確定其危險性。
2.3基於動力過程的危險性分析
山洪致災作用主要有：水位陡漲導致的淹沒危害、攜帶大量泥沙產生的淤埋危害、水流對構築物基礎的沖蝕。泥石流致災作用主要有對承災體的衝擊、淤埋和沖蝕作用。沖蝕作用是山洪和泥石流作用在具體建築物上的危害方式，在對具體工程結構體的安全性分析時需要精確計算，在進行不針對具體結構體安全性計算而主要描述災害的危害能力時，為了簡化計算，可以暫時不考慮沖刷作用，只考慮衝擊作用、淤埋作用和淹沒作用。
2.4基於動力過程的易損性分析
山洪和泥石流災害易損性分析是對承災體抗災能力的綜合分析。承災體易損度大小取決於承災體對山洪、泥石流作用的敏感程度，通常用承災體的價值(或數量)及其脆弱性指數來表示。承災體的易損度可以描述為：
V=V(u)×C(9)
式中：V為承災體的易損度;V(u)為承災體的綜合價值;C為承災體的脆弱性指數值。
2.5風險評估與風險製圖
(1)風險度計算
山洪和泥石流風險評估是對風險的定性或定量計算，其結果可為風險管理提供依據，用於指導災害風險處置與決策等。在災害危險性和易損性分析結果的基礎上，根據災害風險的定義(UNDHA,1992)計算每個評估單元的風險值：
R=H×V(12)
式中：R為評估單元的風險性指標值;H為評估單元的危險性指標值;V為評估單元的易損性指標值。在計算以前，式(12)中各類指數均需經過歸一化處理。歸一化處理方法如下：
H'=(H-Hmin)(Hmax-Hmin)V'=(V-Vmin)(Vmax-Vmin)(13)
式中：H'是危險度的`歸一化值，H是危險度指標值，Hmax和Hmin分別為最大危險度值和最小危險度值;V'為易損度的歸一化值，V為易損度指標值，Vmax和Vmin分別為最大易損度值和最小易損度值。
(2)風險分級
計算出每個評估單元的風險值以後，還需要對風險度進行等級劃分。危險度、易損度和風險度計算值的分級方法通常有等間距法、分位數法、標準差法和自然斷點法。其中標準差法適用於符合正態分佈規律的數值;而等間距法、分位數法和自然斷點法均具有較好製圖效果，得到廣泛應用。風險分級時，依據災害風險特徵，選取適合的分級方法尋找資料集的自然轉折點和特徵點對評估結果進行等級劃分。結合風險管理的目標，一般將風險度劃分為高度風險、中度風險、低度風險和微度風險四個等級。
(3)風險製圖
山洪和泥石流風險製圖過程中，風險度分佈、風險等級、風險區位置是風險製圖中的關鍵因素。以危險性與易損性的分析結果為基礎，應用GIS的地圖代數功能進行柵格數值計算，獲得研究區風險度分佈，用不同顏色表示各風險等級，合併相同風險級別的柵格單元，結合ArcGIS多邊形構面方法，完成山洪、泥石流災害風險分割槽圖。
2.6研究例項——清平場鎮泥石流風險評估
清平場鎮位於四川省綿竹市西北部山區。2010年“8.13”泥石流在清平場鎮形成了長3.5km，寬400~500m，平均厚度約5m(最大厚度超13m)，總土石方量約600×104m3的淤積區。泥石流造成7人遇難，5人失蹤，33人受傷;379戶房屋嚴重受損，佔總戶數的20.9%，其中，205戶房屋全部淹沒，75戶房屋部分淹沒，99戶房屋進水。
3風險管理
3.1山洪泥石流風險管理內容
災害風險管理(disasterriskmanagement)是在對災害風險形成過程與機理(致災體成因、力學機理、運動規律、成災機制)系統認識的基礎上，根據不同型別災害的物理特性及其成災特點，評估可能產生的災害風險，採用適宜的風險調控措施(預案、預防、預警與治理措施)，最大限度地減少災害風險和可能損失的手段。它貫穿於災害發生髮展的全過程，涉及防災、備災、預警、響應(應急和救助)、處置(治理)和恢復/重建等內容，是在以往災害防治理念基礎上發展的一項自然規律與人類認知、工程技術與社會管理融合的系統工程。
3.2風險處置對策
本文重點討論基於山洪、泥石流動力過程災害風險評估結果的風險處置對策，主要包括：基於動力過程的災害風險預測、科學合理的臨災預案和災害防治工程方案。
(1)基於動力過程的災害風險預測
透過山洪、泥石流的動力學模擬方法，計算山洪和泥石流的致險範圍內流速和流深的時空分佈，確定其危險性。透過危險區內不同位置、不同型別承災體的綜合抗災能力調查分析，確定易損度。在危險性分析和易損性分析的基礎上，估算不同強度和頻率山洪、泥石流可能危害的區域與潛在風險損失，並進行風險等級劃分，編制風險圖。根據調查的山洪、泥石流堆(衝)積扇形態與危害特徵，以山洪和泥石流主流線為溝口堆積扇中軸線，可透過極座標的形式來表達堆(衝)積扇上承災體的空間分佈及其可能的風險，預測山洪和泥石流在不同等級風險區內災害損失，為制定科學合理的土地利用規劃與防災方案提供科學依據。
(2)制定合理的臨災預案
山洪和泥石流災害臨災預案要求：一要調查確定山洪和泥石流災害的基本情況，包括災害危險區、風險等級等;二要針對不同風險級別區，制定災害的應急措施，明確不同危險等級災害點監測內容、巡查要求、預警方式、臨災搶險救災措施、疏散撤離路線等;三要明確組織指揮機構和搶險救災隊伍，公佈責任人員名單和聯絡電話;四要明確災害應急隊伍人員分工與職責。臨災預案需透過宣傳、教育、培訓、綜合演練等方式不斷提高公眾對臨災預案的知曉度，要採用居民喜聞樂見的方式(掛圖、影像、卡片等)提高群眾的防災減災意識，充分發動群眾參與社群防災減災，認真貫徹落實臨災預案，加強群測群防和群專結合的減災管理，落實聯防機制。
(3)建立災害綜合防治工程方案
山洪和泥石流災害防治是對一個流域內水—土物質的綜合調控。根據流域災害發育規律和運動特徵，提出了“坡面防護—支溝的穩坡固溝—主溝的攔擋調節—溝口的排導防護”的基於物質與能量過程調控的小流域山洪、泥石流災害綜合治理技術體系。具體工程措施主要包括：透過改善地表產匯流條件，減少降雨過多滲入土層，控制坡面產流和匯流過程，消減溝道洪峰，從而控制流水侵蝕動力作用;透過穩定坡腳和坡體，防治滑坡崩塌產生，減少固體物質供給;透過溝道攔擋和排導，減小泥石流的規模和破壞作用，減輕災害風險。
3.3社群風險管理
目前，社群參與式災害風險管理是一種有效的災害管理模式，這種“自下而上”的災害管理體制，重在提高社群居民的防災認知、防災減災能力建設和災害風險管理水平。《兵庫行動框架協議》指出了社群減災的重要作用，強調要利用知識、創新和教育建立一個安全的、在各個層面對災害具有適應力的文化(UN/ISDR,2005)。社群災害風險管理的挑戰之一是保持社群層面防災減災的持久化(Mano,2011)。因此，如何建立長效的社會參與激勵機制，營造居民自覺參與社群災害風險管理全過程的文化氛圍，探索政府主導的“自上而下”型和發揮風險社群居民自覺性的“自下而上”型相結合的社群參與式災害風險管理模式，是值得進一步探索的重要課題。
4結論與討論
4.1結論
(1)認識山洪和泥石流形成過程與機理對防災減災具有重要意義。本文分析了山洪和泥石流的演化過程，闡述了四個關鍵形成演化過程：即地表產流流量激增過程、土體破壞物質供給激增過程、溝道堵塞體級聯潰決流量放大過程和動床侵蝕規模增大過程。
(2)山洪和泥石流風險評估分為區域評估與災點評估。區域風險評估對具體災點的詳細資訊反映不足，評估結果難以滿足一個具體災害點的臨災預案和工程設計需求。針對災點減災需求，依據具體災害的物理力學性質，考慮災害的動力過程，分析災害體動力過程和災害體與承災結構體動力響應，介紹了災害危險性分析與承災體易損性分析方法，在此基礎上計算災點的風險值並進行風險等級劃分，建立了基於動力過程的山洪、泥石流風險評估方法。
(3)闡述了山洪、泥石流災害風險管理的定義與主要內容，重點討論了包括災害風險預測、臨災預案、災害防治工程方案等內容的基於山洪、泥石流動力過程的災害風險處置對策，提出基於社群的參與式災害風險管理模式，形成一套基於山洪、泥石流動力過程的風險評估與風險管理理論與方法。
4.2討論
(1)本文在分析山洪和泥石流動力過程的基礎上，結合風險管理目標，建立了基於動力過程的山洪、泥石流風險評估方法，可以直接服務於居民點建設與防災規劃，是一種值得推廣的方法。然而，山地災害風險分析和風險管理近期才得到重視，需要進一步深化和完善基於動力過程的災害風險分析和風險管理理論和方法，更好地服務於防災減災。
(2)科學合理的災害風險管理可以較好地協調人與山地環境的關係，增強人類適應與抗災能力，合理規劃風險區並利用災害資源滿足社會經濟可持續發展需要。中國目前還存在山區經濟與教育水平不高、社會參與減災積極性不夠、社群減災綜合協調機制有待健全等問題。隨著高強度人類活動而出現的災害危險區人口密度與經濟密度的增加，加強山洪、泥石流災害風險評估和風險管理理論方法的研究，提高災害風險管理水平，建立健全災害風險管理體制和機制，有效降低特大災害所造成的風險，是中國山洪和泥石流減災的重要課題。因此，可操作的基於災害動力過程評估與風險管理方法將會在社群減災中發揮重要作用。