浅析山洪泥石流风险评估与风险管理理论与方法
1引言
山洪和泥石流是山区小流域水土物质快速输移过程，暴发突然，破坏力强，往往造成毁灭性灾害。活跃的地质构造、巨大的地形高差、季风气候带来的丰沛降雨、密集的人口分布和高强度的人类活动影响等因素的组合与叠加，使得山洪和泥石流广泛发育于约占中国陆地面积2/3的山地，频繁成灾，损失巨大，严重威胁广大山区人民生命财产和重大工程安全，制约社会经济发展。
根据国家防洪抗旱总指挥部统计，全国2058个县(市)有山洪和泥石流分布，分布区面积达487万km2，受威胁人口达到5.7亿人。2010年8月8日甘肃省舟曲山洪泥石流就造成1765人死亡和失踪，4321间房屋毁坏，22667人无家可归;2013年7月10日前后的降雨过程导致都江堰、汶川、北川等10个县(市)暴发大范围群发性山洪和泥石流，导致2.1104km2范围内269个乡镇、118.7104人受灾，毁坏房屋6975间，直接经济损失114亿元，共造成100余人死亡;2013年8月16日辽宁清原特大型山洪灾害造成77人死亡，直接经济损失76.34亿元。据涂勇等人统计(2013)，2013年全国24个省(自治区、直辖市)共发生了181起造成人员死亡的山洪灾害事件，死亡774人，山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数比例为72.4%;近十多年来，全国因山洪和泥石流灾害造成的死亡人数占洪涝灾害死亡人数的比例呈增长趋势，占比高达70%~90%，成为造成人员伤亡的主要灾种。
2基于动力过程的风险评估
基于动力过程的灾害风险评估的核心科学问题，是基于灾害动力过程认识进行危险性分析和易损性分析。
2.1山洪泥石流动力过程
山洪和泥石流都是水沙混合体在沟道中的快速运动过程。其形成与发展主要包括以下四个过程：①降雨在集水区产流并迅速汇聚形成沟道洪水;②水流冲蚀裹挟沟道内的松散固体物质形成泥石流;③在其沿着具有滑坡崩塌体堵塞段沟道的流动过程中，存在物质和能量暂时蓄积与瞬间释放过程，使得洪水或泥石流规模增大(Cui,Zhouetal,2013a);④山洪和泥石流在较陡的沟道中高速运动，具有强烈的侵蚀冲刷能力和泥沙携带能力，侵蚀沟床并携带松散物质，不断补给物质而增大规模，随着物质和能量不断积累，最后形成具有较大破坏能力的洪流。山洪和泥石流形成发展的四个关键过程为：地表产流流量激增过程，土体破坏物质供给激增过程，沟道堵塞体级联溃决流量放大过程和动床侵蚀规模增大过程。
2.2山洪泥石流数值模拟
流速是确定山洪和泥石流冲击破坏作用的关键参数，流深反映其淤埋或淹没程度。依据山洪和泥石流运动方程，通过动力学数值模拟方法，确定山洪与泥石流的危害范围、以及致险范围内流速和流深的时空分布，从而可依据动力参数确定其危险性。
2.3基于动力过程的危险性分析
山洪致灾作用主要有：水位陡涨导致的淹没危害、携带大量泥沙产生的淤埋危害、水流对构筑物基础的冲蚀。泥石流致灾作用主要有对承灾体的冲击、淤埋和冲蚀作用。冲蚀作用是山洪和泥石流作用在具体建筑物上的危害方式，在对具体工程结构体的安全性分析时需要精确计算，在进行不针对具体结构体安全性计算而主要描述灾害的危害能力时，为了简化计算，可以暂时不考虑冲刷作用，只考虑冲击作用、淤埋作用和淹没作用。
2.4基于动力过程的易损性分析
山洪和泥石流灾害易损性分析是对承灾体抗灾能力的综合分析。承灾体易损度大小取决于承灾体对山洪、泥石流作用的敏感程度，通常用承灾体的价值(或数量)及其脆弱性指数来表示。承灾体的易损度可以描述为：
V=V(u)C(9)
式中：V为承灾体的易损度;V(u)为承灾体的综合价值;C为承灾体的脆弱性指数值。
2.5风险评估与风险制图
(1)风险度计算
山洪和泥石流风险评估是对风险的定性或定量计算，其结果可为风险管理提供依据，用于指导灾害风险处置与决策等。在灾害危险性和易损性分析结果的基础上，根据灾害风险的定义(UNDHA,1992)计算每个评估单元的风险值：
R=HV(12)
式中：R为评估单元的风险性指标值;H为评估单元的危险性指标值;V为评估单元的易损性指标值。在计算以前，式(12)中各类指数均需经过归一化处理。归一化处理方法如下：
H=(H-Hmin)(Hmax-Hmin)V=(V-Vmin)(Vmax-Vmin)(13)
式中：H是危险度的归一化值，H是危险度指标值，Hmax和Hmin分别为最大危险度值和最小危险度值;V为易损度的归一化值，V为易损度指标值，Vmax和Vmin分别为最大易损度值和最小易损度值。
(2)风险分级
计算出每个评估单元的风险值以后，还需要对风险度进行等级划分。危险度、易损度和风险度计算值的分级方法通常有等间距法、分位数法、标准差法和自然断点法。其中标准差法适用于符合正态分布规律的数值;而等间距法、分位数法和自然断点法均具有较好制图效果，得到广泛应用。风险分级时，依据灾害风险特征，选取适合的分级方法寻找数据集的自然转折点和特征点对评估结果进行等级划分。结合风险管理的目标，一般将风险度划分为高度风险、中度风险、低度风险和微度风险四个等级。
(3)风险制图
山洪和泥石流风险制图过程中，风险度分布、风险等级、风险区位置是风险制图中的关键因素。以危险性与易损性的分析结果为基础，应用GIS的地图代数功能进行栅格数值计算，获得研究区风险度分布，用不同颜色表示各风险等级，合并相同风险级别的栅格单元，结合ArcGIS多边形构面方法，完成山洪、泥石流灾害风险分区图。
2.6研究实例清平场镇泥石流风险评估
清平场镇位于四川省绵竹市西北部山区。2010年8.13泥石流在清平场镇形成了长3.5km，宽400~500m，平均厚度约5m(最大厚度超13m)，总土石方量约600104m3的淤积区。泥石流造成7人遇难，5人失踪，33人受伤;379户房屋严重受损，占总户数的20.9%，其中，205户房屋全部淹没，75户房屋部分淹没，99户房屋进水。
3风险管理
3.1山洪泥石流风险管理内容
灾害风险管理(disasterriskmanagement)是在对灾害风险形成过程与机理(致灾体成因、力学机理、运动规律、成灾机制)系统认识的基础上，根据不同类型灾害的物理特性及其成灾特点，评估可能产生的灾害风险，采用适宜的风险调控措施(预案、预防、预警与治理措施)，最大限度地减少灾害风险和可能损失的手段。它贯穿于灾害发生发展的全过程，涉及防灾、备灾、预警、响应(应急和救助)、处置(治理)和恢复/重建等内容，是在以往灾害防治理念基础上发展的一项自然规律与人类认知、工程技术与社会管理融合的系统工程。
3.2风险处置对策
本文重点讨论基于山洪、泥石流动力过程灾害风险评估结果的风险处置对策，主要包括：基于动力过程的灾害风险预测、科学合理的临灾预案和灾害防治工程方案。
(1)基于动力过程的灾害风险预测
通过山洪、泥石流的动力学模拟方法，计算山洪和泥石流的致险范围内流速和流深的时空分布，确定其危险性。通过危险区内不同位置、不同类型承灾体的综合抗灾能力调查分析，确定易损度。在危险性分析和易损性分析的基础上，估算不同强度和频率山洪、泥石流可能危害的区域与潜在风险损失，并进行风险等级划分，编制风险图。根据调查的山洪、泥石流堆(冲)积扇形态与危害特征，以山洪和泥石流主流线为沟口堆积扇中轴线，可通过极坐标的形式来表达堆(冲)积扇上承灾体的空间分布及其可能的风险，预测山洪和泥石流在不同等级风险区内灾害损失，为制定科学合理的土地利用规划与防灾方案提供科学依据。
(2)制定合理的临灾预案
山洪和泥石流灾害临灾预案要求：一要调查确定山洪和泥石流灾害的基本情况，包括灾害危险区、风险等级等;二要针对不同风险级别区，制定灾害的应急措施，明确不同危险等级灾害点监测内容、巡查要求、预警方式、临灾抢险救灾措施、疏散撤离路线等;三要明确组织指挥机构和抢险救灾队伍，公布责任人员名单和联系电话;四要明确灾害应急队伍人员分工与职责。临灾预案需通过宣传、教育、培训、综合演练等方式不断提高公众对临灾预案的知晓度，要采用居民喜闻乐见的方式(挂图、影像、卡片等)提高群众的防灾减灾意识，充分发动群众参与社区防灾减灾，认真贯彻落实临灾预案，加强群测群防和群专结合的减灾管理，落实联防机制。
(3)建立灾害综合防治工程方案
山洪和泥石流灾害防治是对一个流域内水土物质的综合调控。根据流域灾害发育规律和运动特征，提出了坡面防护支沟的稳坡固沟主沟的拦挡调节沟口的排导防护的基于物质与能量过程调控的小流域山洪、泥石流灾害综合治理技术体系。具体工程措施主要包括：通过改善地表产汇流条件，减少降雨过多渗入土层，控制坡面产流和汇流过程，消减沟道洪峰，从而控制流水侵蚀动力作用;通过稳定坡脚和坡体，防治滑坡崩塌产生，减少固体物质供给;通过沟道拦挡和排导，减小泥石流的规模和破坏作用，减轻灾害风险。
3.3社区风险管理
目前，社区参与式灾害风险管理是一种有效的灾害管理模式，这种自下而上的灾害管理体制，重在提高社区居民的防灾认知、防灾减灾能力建设和灾害风险管理水平。《兵库行动框架协议》指出了社区减灾的重要作用，强调要利用知识、创新和教育建立一个安全的、在各个层面对灾害具有适应力的文化(UN/ISDR,2005)。社区灾害风险管理的挑战之一是保持社区层面防灾减灾的持久化(Mano,2011)。因此，如何建立长效的社会参与激励机制，营造居民自觉参与社区灾害风险管理全过程的文化氛围，探索政府主导的自上而下型和发挥风险社区居民自觉性的自下而上型相结合的社区参与式灾害风险管理模式，是值得进一步探索的重要课题。
4结论与讨论
4.1结论
(1)认识山洪和泥石流形成过程与机理对防灾减灾具有重要意义。本文分析了山洪和泥石流的演化过程，阐述了四个关键形成演化过程：即地表产流流量激增过程、土体破坏物质供给激增过程、沟道堵塞体级联溃决流量放大过程和动床侵蚀规模增大过程。
(2)山洪和泥石流风险评估分为区域评估与灾点评估。区域风险评估对具体灾点的详细信息反映不足，评估结果难以满足一个具体灾害点的临灾预案和工程设计需求。针对灾点减灾需求，依据具体灾害的物理力学性质，考虑灾害的动力过程，分析灾害体动力过程和灾害体与承灾结构体动力响应，介绍了灾害危险性分析与承灾体易损性分析方法，在此基础上计算灾点的风险值并进行风险等级划分，建立了基于动力过程的山洪、泥石流风险评估方法。
(3)阐述了山洪、泥石流灾害风险管理的定义与主要内容，重点讨论了包括灾害风险预测、临灾预案、灾害防治工程方案等内容的基于山洪、泥石流动力过程的灾害风险处置对策，提出基于社区的参与式灾害风险管理模式，形成一套基于山洪、泥石流动力过程的风险评估与风险管理理论与方法。
4.2讨论
(1)本文在分析山洪和泥石流动力过程的基础上，结合风险管理目标，建立了基于动力过程的山洪、泥石流风险评估方法，可以直接服务于居民点建设与防灾规划，是一种值得推广的方法。然而，山地灾害风险分析和风险管理近期才得到重视，需要进一步深化和完善基于动力过程的灾害风险分析和风险管理理论和方法，更好地服务于防灾减灾。
(2)科学合理的灾害风险管理可以较好地协调人与山地环境的关系，增强人类适应与抗灾能力，合理规划风险区并利用灾害资源满足社会经济可持续发展需要。中国目前还存在山区经济与教育水平不高、社会参与减灾积极性不够、社区减灾综合协调机制有待健全等问题。随着高强度人类活动而出现的灾害危险区人口密度与经济密度的增加，加强山洪、泥石流灾害风险评估和风险管理理论方法的研究，提高灾害风险管理水平，建立健全灾害风险管理体制和机制，有效降低特大灾害所造成的风险，是中国山洪和泥石流减灾的重要课题。因此，可操作的基于灾害动力过程评估与风险管理方法将会在社区减灾中发挥重要作用。