中图分类号: P642. 22 文献标识码: A do:i 10. 3969 /.j issn. 1000-1379. 2010. 09. 049
滑坡灾害风险是指在一定区域和时段内, 滑坡灾害对人类生命、财产、经济活动等可能造成的损失。目前, 有关滑坡灾害风险研究的内容主要涉及滑坡发生概率评价、承灾体易损性评价、特定场地风险计算、滑坡灾害可接受风险水平的确定、滑坡灾害损失估计以及滑坡灾害保险等[1]。笔者针对概率评价、承灾体易损性评价和期望损失评价这3 个主要环节的研究现状和发展趋势展开讨论。
风险是危险性、易损性、承灾体价值三者的乘积[2]。滑坡危险性需要通过滑坡稳定性反映其致灾作用的活动程度, 笔者运用剩余推力法和M onte Carlo 模拟法计算滑坡的中值稳定性系数和破坏概率, 并以此作为危险性评价指标。承灾体易损性是指承灾体遭受不同强度滑坡可能的损失程度, 可用损失率来表示。滑坡灾害损失率是描述滑坡灾害直接经济损失的一个相对指标, 通常指承灾体遭受滑坡灾害损失的价值量与灾前或正常年份承灾体原有价值量之比, 简称滑坡灾害损失率[1]。
1 下土地岭滑坡概况
下土地岭滑坡位于湖北省秭归县水田坝乡新址北部袁水河南岸, 当地四季分明, 雨量充沛, 多年平均降水量为1 147mm。滑坡区属于河谷岸坡地貌, 地形为中缓坡过渡到前沿缓坡台地, 最低高程为155 m。滑坡体平面范围约20 000 m2。中上部滑坡体平均厚14 m, 前缘滑坡体平均厚7 m, 总体积约25万m3。滑体主要由表层第四纪残坡积黏土、粉质黏土和其下的碎块石土及黏土夹碎块石土状滑坡积物组成。滑带土为棕红色黏土, 滑床为灰白色长石石英砂岩[2] 。
该滑坡在空间位置上紧邻新集镇, 后缘为该镇初级中学,东侧为移民新址, 中部有连接外埠的交通主干道, 前缘为大片橘树地。在三峡水库蓄水的影响下, 滑坡体一旦失稳, 将造成滑坡区人民生命和财产损失。
2 下土地岭滑坡风险分析
2. 1 危险性评价
采用剩余推力法和Monte Carlo 模拟法计算稳定性系数, 运用M atlab编程得到自重情况、162 m库水位、175 m库水位、162m库水位+ 暴雨工况下、175 m库水位+ 暴雨工况下的稳定性系数和破坏概率, 结果见表1。
表1 滑坡破坏概率
斜坡稳定性分级见表2。由滑坡破坏概率和斜坡稳定性分级表可以看出, 水位对滑坡稳定性影响较为明显, 当水位处于155 m以下, 即自重工况下, 该滑坡相对来说是安全的。在一般工况下, 当水位上升至162 m时, 滑坡具有低危险性, 当水位上升至175 m时, 破坏概率迅速上升, 滑坡处于高危险性状态。这是由于在水位为175 m工况下淹没的滑块数比水位为162 m工况下的滑块数多, 且滑块厚度增大, 中上部滑坡体平均厚度约为前缘滑坡体平均厚度的2倍, 因此滑坡破坏概率P f随水位上升递增幅度较大。
表2 斜坡稳定程度分级[2]
计算结果表明, 暴雨对滑坡稳定性影响显著。滑坡体物质主要为块石及黏土, 在雨水的冲刷下, 滑坡稳定性严重破坏。通过比较可以看出, 在162 m水位时, 正常工况下滑坡具有低危险性, 而在暴雨工况下, P f 明显上升, 由20. 22% 上升至96?55%, 滑坡处于不安全状态。162 m水位工况下, 水位以上滑体占滑体总体积的90. 1%, 而在175 m水位时, 未淹滑体体积占42. 5%, 所以P f 增加的幅度较小。同时, 在水反压力的作用导致175 m库水位+ 暴雨工况下的P f 小于162 m库水位+暴雨工况下的P f, 但都处于不安全状态。
2. 2 易损性评价
在单体滑坡灾害风险评价中, 影响承灾体易损性的因素比较多而且复杂。笔者基于承灾体的种类、数量、不同承灾体的承灾能力和可能损失程度等几个因素探讨滑坡的易损性。在同等灾害规模条件下, 承灾体的数量越多, 承灾体对灾害的抗御能力和可恢复性越差, 灾害造成的破坏损失越严重。根据承灾体类型, 笔者主要分析人口易损性和经济易损性。
2. 2. 1人口易损性分析
人口易损性是指在滑坡灾害中最大可能死伤人数占灾前人口总数的比例或百分比。对下土地岭滑坡进行人口易损性分析, 主要是将该区域影响范围内的人口作为承灾体, 研究人口的风险观念和减灾防灾意识, 包括人口年龄结构、居民对滑坡灾害的防范意识、政府对滑坡灾害的重视程度等。除此之外, 滑坡性质也是重要的影响因素, 包括滑坡滑动速度、滑坡体积等。根据文献[ 3] 对人口易损性评价的方法, 可采用以下公式进行计算:
式中: Vpi 为滑坡影响范围内的易损性指数, Vp i = 0 ~ 1, 0表示无人口易损性, 1表示100% 的人口易损性; W1 为滑坡速度对易损性影响的权重; W2为滑坡体积对易损性影响的权重; W3为人口年龄结构评价因素的权重; W4 为受教育程度评价因素的权重; W5 为政府重视程度评价因素的权重; C1 为滑动速度评价系数; C2为滑坡体积评价系数; C3为人口年龄结构系数; C4为教育程度系数; C 5 为政府重视程度系数。
该滑坡影响范围内人口类型分为滑坡分布区人口和滑坡影响区人口, 笔者结合国家相关部门的统计数据和下土地岭地区的有关资料, 采用工程类比法将这两部分区域的影响因素定量化, 并确定相应的系数。
(1)滑速计算。一般来说, 快速滑动的滑坡比缓慢滑动的滑坡所造成的损失要大, 速度越快, 易损性越大。滑坡滑动速度计算公式为[4]
式中: V为入水或剪出口处最大滑速; φ为滑带内摩擦角; θ为滑面平均倾角; g 为重力加速度; H为滑体重心至水面或剪出口处的垂直落差。
根据下土地岭地区勘察资料, 由式(2) 计算得出V = 7. 38m / s。每秒滑动数米至数十米的滑坡为高速滑坡, 故该滑坡属于高速滑动, 取其评价系数C1 = 0. 9。
(2)滑坡体积。相对于小规模的滑坡而言, 大规模的滑坡更容易导致人员掩埋或挤压, 造成人员伤亡, 故大型滑坡的易损性更大。体积为10万m3 ~ 100万m3 的滑坡为中型滑坡, 所以该滑坡为中型滑坡, 取评价系数C2 = 0. 33。
(3)人口年龄结构。一般老人和儿童对滑坡灾害的预防能力较低, 这类人员若比例较大, 则表示这一地区人口易损性较高。由于该滑坡后缘有学生宿舍, 80%学生的年龄大于14岁,预防能力强, 因此滑坡影响区C3 值取0.2; 滑坡体上有14户人家, 老人与儿童比例约为30%, 滑坡分布区C 3 取0. 3。
(4)居民对滑坡灾害的防范意识。一般用高、中、低等定性指标来衡量, 若居民对地质灾害的认识程度越高, 则其人口易损性就越低, 反之人口易损性越高。滑坡影响区人口主要为中学生, 基本都接受了中等水平教育, 取教育程度系数为0. 9; 滑坡分布区上住户取教育程度系数为0. 5。
(5) 政府对滑坡灾害的重视程度。政府重视程度越低, 则易损性越高。该滑坡为老滑坡, 滑动迹象明显, 政府对此较为重视, 取C5 为0. 7。
一般来说, C 3、C4 相对于其他因素来说是内因, 不难看出,外因对易损性影响较大, 滑坡体本身的性质对易损性影响也较为明显。对于滑坡分布区和影响区, 各因素权重有所不同, 滑坡分布区取W1 = 0. 25、W2 = 0. 25、W 3 = 0. 1、W4 = 0. 2、W5 =0. 2, 计算得出滑坡分布区Vpi = 0. 497 5; 滑坡影响区取W1 =0. 2、W2 = 0. 2、W3 = 0. 1、W4 = 0. 2、W 5 = 0. 3, 计算得出Vpi =0. 376。
2. 2. 2经济易损性评价
除了人的生命健康、风险观念难以用货币来衡量外, 其他承灾体都可以用货币形式反映他们的价值。承灾体价值损失的程度可以用承灾体价值损失率即承灾体遭受灾害破坏损失的价值与受灾前承灾体价值的比率来表示[5] 。承灾体损毁程度和价值损失率除了与承灾体抗破坏能力有关外, 主要还受到地质灾害危害程度的控制, 危害程度越高, 则损毁越严重, 其损失率也越高。
根据历史灾情资料, 该领域专家将不同承灾体价值损失率与地质灾害损毁程度进行了统计分析, 其对应关系见表3。
表3 地质灾害损毁程度与承灾体价值损失率对应关系[6] %
下土地岭滑坡影响范围内的房屋、果树资源、公路等为承灾体对象, 滑坡分布区上的承灾体在滑坡发生时将全部遭到破坏, 且可恢复程度低, 视为严重损坏, 价值损失率取85%, 滑坡后缘等影响区内的承灾体为轻微损坏, 价值损失率取15%。
2. 3 风险评价
下土地岭滑坡灾害风险分析是建立在破坏概率、易损性评价、承灾体价值分析的基础上进行的。根据风险计算方法得出各工况下人口伤亡风险和各工况下经济损失风险, 见表4和图1。
表4 人口伤亡风险预测统计结果
图1 各工况下经济损失风险
计算结果表明: 当滑坡处于高危险性状态时, 伤亡预测人数均占总人数的34%以上, 经济损失在200万元以上。将所得数据与不同工况的破坏概率相比较, 可以看出破坏概率越高,承灾体损失越严重。但也存在破坏概率高, 而损失价值低的情况, 其原因是当滑坡处于不同工况时, 承灾体的总价值会随着影响范围的变化而发生改变。如下土地岭滑坡大部分果树资源被淹没, 当其处于175 m库水位时的总价值就小于162 m库水位时的总价值。当滑坡处于175m库水位时, 一般工况与暴雨工况时的损失价值相差不明显, 根据受影响区总面积得出, 灾害损失值为134元/m2 左右; 当处于162 m库水位时, 暴雨对价值损失的影响显著, 灾害损失强度高达158. 5元/m2。
3 结语
定量风险评价的基础在于滑坡数据的可用性、可靠性和时效性[7] , 涉及的影响因素多而复杂。通过对单体滑坡的定量风险分析可知, 在滑坡未失稳前做相应的防灾减灾工作至关重要。
参考文献:
[1] 罗元华, 张梁, 张业成. 地质灾害风险评估方法[M] . 北京: 地质出版社,1998.
[2] 罗文强, 黄润秋, 张倬元. 斜坡稳定性概率分析的理论与应用[M] . 武汉: 中国地质大学出版社, 2006.
[3] 张桂荣, 殷坤龙, 陈丽霞. 浙江省永嘉县区域滑坡灾害人口易损性评价和伤亡风险与预测[J]. 地质科技情报, 2007, 24(4) : 70- 75.
[4] 沈娜, 唐川. 金沙江水电站工程区典型单体滑坡风险评价探讨[J] . 云南地理环境研究, 2008, 20(1): 45- 51.
[5] 谢全敏, 边翔, 夏元友. 滑坡灾害风险评价的系统分析[J]. 岩土力学, 2005,26(1): 71- 74.
[6] 张梁, 张业成, 罗元华. 地质灾害灾情评估理论与实践[M]. 北京: 地质出版社, 1998.
[7] 石菊松, 石玲, 吴树仁. 滑坡风险评估的难点和进展[J]. 地质评伦, 2007, 53(6) : 757- 806.
作者简介:王琰(1985—) , 女, 浙江宁波人, 硕士研究生, 研究方向为岩土体的工程性质与稳定性。
