梵净山景区地质灾害应急疏散过程模拟

吴正超, 钟焰梨, 向喜琼,2

(1.贵州大学 自然资源部 喀斯特环境与地质灾害重点实验室,贵州 贵阳 550025; 2.贵州大学 资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025)

大量地质灾害防治工程的实践表明,应急疏散对防灾减灾的影响常常是十分显著的,它是地质灾害防治中不可或缺的重要辅助措施之一。而近些年来随着国内旅游地项目的大量开发,旅游人次不断地增加,景区在地质灾害发生后，游客怎样安全地疏散的问题日益突出。早在20世纪70—80年代,美国学者就开始探索运用应急疏散模型来进行系统研究,研究的灾害是以飓风和核泄漏为主,如:2005年卡特琳娜飓风和三里岛核泄漏事件。国内应急疏散的研究方向侧重于大型交通事故中车辆的应急疏散和大型公共建筑火灾中人员的应急疏散,如:张艳芬[1]利用Anylogic仿真软件对北京南站的不同疏散方案参数进行仿真模拟,并对仿真数据分析,为今后北京南站的应急疏散管理提供了参考建议;赵姝颖等[2]提出一种基于CA的人员应急疏散模型,以研究应急系统中人员的疏散策略,并改进同类模型中的地场方法,其仿真方法的直观性、灵活性和可扩展性都为此类研究提供了一个很好的研究思路;王付明[3]结合人员应急疏散系统的特点,运用系统动力学仿真结构模型，分析出应急疏散系统中主要因素间的内在影响关系。

然而对景区的地质灾害应急疏散过程研究几乎无人涉及。在梵净山景区地质灾害特征研究的基础上,借鉴交通运输和建筑防火应急疏散方面的研究成果,对景区的地质灾害应急疏散过程进行模拟，其研究成果对景区的地质灾害风险管控具有借鉴意义。

1 景区概况

梵净山景区位于贵州省东北部的铜仁市江口、印江、松桃三县交界处,为一级世界生态保护区、国家级自然保护区,年接待游客总数超百万人次。根据蒋丽君[4]对梵净山景区地质灾害风险评价结果显示:梵净山景区地质灾害主要分布在红云金顶子景区,有12处大小不一危岩体。据红云金顶景区游客量统计数据:旺季正常情况下景区总人数约为107人(红云金顶68人,观景台31人,工作人员8人);旺季高峰期情况下景区总人数约为139人(红云金顶86人,观景台45人,工作人员8人)。由于红云金顶地形地貌条件特殊,有发育高约104 m的孤立岩柱,且为到达红云金顶位置只有一条环形步道,下山也只有一条步道。游客游览景区路径如表1。

表1 景区游览路线Table 1 Tourist routes of scenic spots

2 应急疏散过程

疏散是指灾害发生前,在有关部门的组织和管理下,处在灾害威胁区域的人员为减少生命财产损失,采取有计划、有目的地离开受灾区的避险行为。疏散过程是离开出发点(威胁范围)到安全离开危险区域的过程。

2.1 应急疏散影响因子

疏散时间指游客离开出发点(威胁范围)到安全离开危险区域的过程中所耗费的时间,它是评价应急疏散成功与否的关键。然而影响景区疏散时间的因素有很多,总体来说影响疏散时间的因素可分为四大类:①灾害特性。地质灾害类型、规模大小、发生时间、发生地点等，如泥石流与崩塌给予游客可疏散时间就相差很大。②景区特性。景区地形地貌、景区面积大小、游览线路、掩护体情况，到安全区域的距离等;③游客特性。游客数量、年龄组成、身体状况、空间分布、疏散行为、灾害经验等;④组织管理。决策方案、游览线路管理、保障措施、救援措施等。

2.2 疏散时间

疏散时间的估计在灾害疏散研究领域占有重要地位。估计疏散时间的方法大致分为两类:经验方法和物理模拟方法。经验方法指根据主观判断和经验或调查统计资料来预测和估计疏散时间的方法。TWEEDIE等[5]根据专家调研数据,提出利用瑞利概率分布函数估计疏散人口比例与疏散时间的关系:

f(t)=1-exp(-t2/T)

式中：f(t)为疏散人口百分比;t为疏散时间(min);T为假设的全部疏散完成的时间。

物理模拟方法指主要采用游客流量计算方法进行模拟分析,通常用于大规模的灾害疏散模拟。具体分析过程可分为四个步骤:

(2) 游客流量需求分析。按照不同风险等级区域的疏散方案和对应的游客分布,估计不同交通区段的疏散可能的车流量和游客流量。

(3) 游览线路网络容量分析。根据疏散方案确定相应疏散路径,分析游览线路网络特性,如可能行进的路径、交汇的方式、道路特性(路宽、路长等)、线路瓶颈等,估计整个游览线路网络的容量。

(4) 游览线路与游客管理分析。由于在较短时间内要完成几乎整个景区的疏散,游览线路网络将承受比景区旺季高峰时期更巨大的压力,因此在疏散过程中需要采取相应的措施保证游客疏散效率。常用的方法有：①采用智能信息系统动态跟踪整个疏散网络的情况,及时合理地分配游客流量以尽量避免局部拥堵现象;②使用路肩或者部分人行道甚至采取逆线路来增大线路容量;③充分考虑游客特性,规定不同年龄和身体条件游客不能参与不适宜的游览项目来控制景区游客的流量。

2.3 景区疏散线路和避险场所规划设计与仿真

景区避险场所应属于紧急避难场所范畴,按规范要求避险疏散相关参数如表2所示[6]。

表2 避难场所内通道的有效宽度Table 2 Effective width of passage in shelter

对于景区疏散线路和避险场所的仿真,要充分结合景区的特殊交通和场地的条件,采取因地制宜的方法进行设计。应用软件仿真平台,依据规范的技术标准,结合具体的景区地质灾害风险评价划分的结果,设计出的方案应符合实际可行的疏散路线和避险场所的位置和大小。

2.4 应急疏散模拟参数与结果分析

模拟参数设置主要包括两个方面,景区疏散线路参数与游客属性参数。景区疏散线路参数包括路宽、路段运输能力、景区环境承载力;游客属性参数主要是行走速度、游客性别比例、年龄分布。

当景区地质灾害发生时,游客将按照设计好的应急疏散路线进行疏散。对于疏散模拟,软件自带有疏散指令代码,可以通过鼠标点击事件来触发疏散代码指令,使疏散信息传给全景区游客。在模拟过程中,游客可以自主选择路径最短的疏散路线进行疏散。同样在疏散过程中,软件的图表统计分析功能对疏散时间和各个避险场所使用的各项设计指标来进行模拟验证，从而实现景区游客应急疏散设计的优化论证,使景区的应急疏散线路和避险场所设计能更进一步满足地质灾害发生时游客应急疏散的要求。

服务器：云服务器,Windows2008Server 服务器系统和Apache为平台，MYSQL数据库系统。

对于地质灾害发生后,游客疏散和地质灾害发展是沿同一条时间线不可逆地进行的两个过程[7]。游客能否安全疏散取决于两个特征时间:一是游客所需安全疏散时间(RSET)；二是可利用的安全疏散时间或危险来临时间(ASET)。根据安全疏散判定标准,通过比较RSET和ASET,给出评估结果，即:RSET

图1 安全疏散时间的判定标准Fig.1 Judging criteria of safe evacuation

若不等式成立,表明游客能够安全地撤离危险区域,满足疏散要求。否则就需要调整设计方案,直至其满足相关要求。对于地质灾害来说,如果不等式成立这表明受灾体能够安全地撤离危险区域。否则受灾体就会受到地质灾害影响而发生损坏。因此景区地质灾害安全疏散时间(RSET)指从地质灾害启动时刻到游客疏散至安全区域的时间间隔。主要包括地质灾害告警时间T1、游客疏散准备时间T2和疏散运动时间T3可表示为:

RSET=T1+T2+T3

式中：T1是指地质灾害预警时间;T2是指选择疏散路线时间；T3是指疏散动作开始至到达安全区域过程所用时间。

3 应急疏散过程模拟

对于景区地质灾害应急疏散主体是游客,游客疏散主要形式为步行,也就是说游客来不及借助交通工具疏散。因此景区应急疏散过程模拟研究中,应以行人疏散模型模拟为重点,才能有效地模拟出游客疏散的过程。

按照前述的思路和步骤,对梵净山红云金顶景区地质灾害游客疏散过程进行模拟。在威胁区内,当地质灾害发生时,如有游客仍在此区域则认为地质灾害对该游客影响结果是死亡。在未威胁区,当地质灾害发生时,如有游客仍在此区域则认为地质灾害对该游客影响结果是没有受到伤害。根据此方法,运用Mapgis软件将危岩体WY2、WY4、WY11划分为地质灾害高危险区、中危险区、低危险区作为研究对象,其结果如图2所示。

图2 景区地质灾害风险评价和疏散规划图Fig.2 Geological disasters risk assessment and evacuation planning map of scenic spot1.高危险性;2.中危险性;3.低危险性;4.B1避险场所;5.庙宇;6.步道;7.危岩及编号;8.大型石块。

针对地质灾害应急疏散过程模拟应用进行初步探讨,对景区环境主要选取旅游路线、观景台和金顶、地质灾害风险范围、避险场所等关键要素以1∶1 000比例尺建立模型如图2,选取对WY2地质灾害应急疏散过程进行针对性模拟分析。WY2地质灾害威胁区域游客,疏散路线只有两个主要方向即:①绕山下山;②直接下山。由此可得到两种疏散方案:方案A即为当WY2发生预警时,上山路段越过WY2影响路段的游客继续往山顶疏散，未到达影响范围的游客往山下方向疏散,范围内的游客全部往山下B1避险场所疏散,其余路段往山下方向疏散;方案B即为当WY2发生预警时,越过WY2影响路段的游客继续往山顶疏散,未到达影响范围的游客往山下方向疏散,范围内的游客分别往山下B1避险场所疏散和山腰B2避险场所疏散,其余路段往山下方向进行疏散。对两种方案之间区别:方案A充分利用已有的景区基础设施进行疏散的路径和避险场所设计,更好地保护景区环境;方案B利用山脚较缓和地势新增疏散路径和B2避险场所。

景区游客分布和数量都会随着时间成动态变化,WY2地质灾害疏散模拟是随机选取受威胁游客量最大时刻进行的模拟。WY2影响范围和避险场所内游客数量进行实时统计分析结果如图3、图4所示。

图3 疏散时间与游客数量关系时程线Fig.3 Time line of relation between evacuation time and number of tourists

图4 疏散逻辑与避险场所人数时程线Fig.4 Evacuationlogic and time line of number of tourists in safe places

从以上结果可知:方案A，WY2地质灾害应急疏散时,受威胁游客人数为32名,完成疏散时间为102 s;方案B，WY2地质灾害应急疏散时,受威胁游客人数为41名,完成疏散时间为103 s,其中19人进入B2避险场避险,22人进入B1避险场地避险;从游客疏散效率分析,方案A疏散效率为0.313人/s,方案B疏散效率为0.398人/s。由此对于WY2应急疏散方案B更加高效,减灾防灾效果明显。

4 结语

景区地质灾害发生时，影响游客疏散的因素众多,比较其它灾害人群疏散的影响因素有着明显不同。对于景区影响游客疏散的主要因素可分两个方面:一方面是诱发景区灾害发生的客观因素,如景区地形地貌、地层岩性与构造、人工活动程度等;另一方面是影响景区游客的分布因素,如景区游览路线的规划布置、景区景点的分布、景区游客量的容量等。

景区的地质灾害游客疏散时间的估计计算主要是根据景区地质灾害本身从形成到破坏成灾这整个过程的时间。景区的危岩体地质灾害,危岩体从变形产生裂缝到脱离岩体滚落对游客造成伤害形成灾害过程所需时间。这一时间决定应急疏散可用的时间。

从景区实地调查获取景区地理空间信息和地质灾害特征,然后通过对景区地质灾害风险评价的结果进行规划景区游客的疏散路线，最后再采用软件模拟出疏散过程并分析结果。

综上所述,提出了旅游景区的地质灾害应急疏散的影响因素、估计疏散时间的方法和步骤。对梵净山红云金顶景区应急疏散过程进行模拟仿真研究,利用软件模拟了梵净山红云金顶景区WY2地质灾害险情突发时,游客应急避险的整个过程,对比两种应急疏散的模拟方案,根据分析对比结果,科学合理地设置应急避险场所是景区地质灾害风险管控的有效措施之一。