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“坡长制斜坡地质灾害防治体系”的建立与技术要点*

2020-09-10胡瑞林庄茂国高文伟隋皓月罗冠枝潘尚涛

工程地质学报 2020年4期
关键词:坡长斜坡因子

胡瑞林 陈 平 庄茂国④ 高文伟 隋皓月 罗冠枝 高 玮 潘尚涛

(①中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029,中国)

(②中国科学院大学,北京100049,中国)

(③湖南省地质环境监测总站,长沙410007,中国)

(④中国地质环境监测院,北京100081,中国)

(⑤延安大学,延安716000,中国)

0 引 言

自2003年11月19日国务院颁布《地质灾害防治条例》以来,我国地质灾害防治工作取得了重大进展。通过实施县(市)级地质灾害区域调查、地质灾害详细调查以及重点建设区和集镇地质灾害风险评价等多轮区域性地质灾害调查评价,以及重大地质灾害的监测预警和防治等工作的陆续实施,我国地质灾害的整体防御能力和水平已有非常显著的进步和提高,整体投入水平已处于世界前列(陈荟竹等,2018)。

然而,也应当冷静地看到,我国地质灾害的防治工作也还存在许多不尽人意的地方。例如,地质灾害预测水平还不高,不少新增灾害并未被前期的地质灾害工作识别;地质灾害的调查往往是跟着已报灾点走,“马后炮”现象、一年四季忙应急等问题比较突出。根据湖南省麻阳县历年灾情数据的统计结果看,每年发生的各类山地地质灾害中,只有少部分灾害属于前期已调查或布防的地质灾害,这类现象在我国其他省区也有类似问题。造成山地地质灾害预测预报能力低下的主要原因,除因为“斜坡地质灾害”(本文特指发育于天然斜坡和人工切坡之上的崩塌、滑坡、泥石流地质灾害)的发生发展机理比较复杂、预测难度大外,主观上讲,还与地质灾害防治工作指导思想的针对性不够也有很大的关系。其具体表现是:预防工作重点不应放在已发灾体上(过去往往给予了过高的评价权重),而应放在成灾环境(易发条件)的分析评价及其状态变化监测上,亦即应当通过地质灾害发生发展的“源头”调查与控制入手,才有可能实现地质灾害的早期识别和超前预防,彻底解决“马后炮”问题,减少盲目的应急工作量。

因此,山区地质灾害防治工作从“源头”抓起,就是要首先把握好崩、滑、流等斜坡地质灾害的重要载体—“斜坡”的灾害风险识别、评价及其灾变趋势管控。这一系列斜坡地质灾害工作通常被称之为“斜坡管理”。当然,这里的斜坡管理是狭义的斜坡管理,是直接服务于地质灾害防控的,其包含的主要内容有这样两个方面:一是降低斜坡风险的技术途径;二是阻止斜坡灾害的行政管理。前者是技术手段,可融入风险管理的方方面面;后者是法制手段、组织措施,是地质灾害防治体系顺利运转的政治保障,具有统领性地位。

斜坡地质灾害风险调查评价与管理始于20世纪90年代初,许多国家已陆续觉察到这项工作的重要性,并相继出台了一系列滑坡风险调查、控制、应急的技术规范与规程,初步确立了斜坡地质灾害风险管控在土地规划中的法律地位(Carrara et al.,1992;Mehrotra et al.,1992;Mejia-Navarro et al.,1994;Aleotti et al.,1999;Michael-Leiba et al.,1999;Sorriso-Valvo,2005)。中国香港属于起步较早地区,于1995年出台了风险承受力计划,用于指导斜坡灾害风险评估和管理(Office,1998;岳中琦,2006)。Malone et al.(2000)在借鉴中国香港滑坡安全管理和风险防范经验基础上,首次倡导了我国大陆滑坡风险管理方法与政策的制定。Fell(1994)从1994年开始了滑坡风险评估方法和风险可接受标准的研制。Hungr et al.(2005)规范了目前滑坡风险管理的通用术语,建立了通行框架;张梁等(1994)、向喜琼等(2000)、唐川等(2009)、谢全敏(2004)等推动了我国滑坡灾害风险管理术语规范化和研究框架的完善。Galli et al.(2007)、Fuchs et al.(2007)、殷坤龙等(2001),Yin et al.(2018)、张茂省等(2008)、许强等(2010)、Dai et al.(2002)、刘传正等(2004),刘传正(2019)等开展了一系列风险评价理论方法研究,在基于GIS风险评价模型、指标体系建立与应用等方面取得了重要进展;中国地质调查局还全面启动并完成了几乎完全覆盖我国国土的县(市)地质灾害调查评价(1:10万)和重点地区地质灾害详细调查等工作(仉义星等,2019)。这些成果为我国区域地质灾害风险管控奠定了坚实基础。

然而,国内外斜坡地质灾害的风险管控,除中国香港地区取得了实质性应用外,其他地区均未真正全面铺开。其主要原因在于,中国大陆幅员辽阔,如果按中国香港的斜坡管理模式实施,工作量巨大、根本无法实现。当然,作者认为,实施斜坡管理的防灾思路是无可非议的,剩下的问题是如何最大程度地降低斜坡管理工作量,以提高体系制度的针对性和可操作性。为此,作者大胆地提出了“坡长制”的创新防灾模式,这种模式的技术构建是本文的研讨重点和倡导方向。

1 “坡长制”的内涵

坡长制斜坡地质灾害防治体系(Slope-geohazard Prevention System of Slope-unit Administrant),以下简称为SPSSA或“坡长制”,既是一种观念,也是一套系统。具体来讲,“坡长制”倡导以斜坡单元为主导的地质灾害调查评价与管控思想,是以提早识别和把握斜坡的致灾条件、孕灾过程、危险性和风险性为前提,并进而采取降低致灾风险的有效措施,去实现地质灾害的系统性防控。也就是说,坡长制是以斜坡为重心,而不是以已发生的地质灾害为焦点;是以斜坡在各种诱发因素作用下发展趋势分析为抓手,而不受永无休止的已发生地质灾害的成因纠结所困扰,所有的地质灾害工作均围绕这些问题在选定的重点斜坡上展开。

同时,“坡长制”也是一套实实在在的地质灾害防治体系和制度,并以此保障上述以斜坡单元为对象的调查评价、风险管控思想的贯彻执行。它应当包含硬件和软件两方面,其中硬件部分应主要包括各种斜坡行为(如斜坡开挖或加载活动、岩土变形与地下水动态等)的监测系统、斜坡维护装备等;软件部分则主要包括组织制度体系和技术方法体系。组织制度体系的核心是以坡长为领导核心的组织体系,其主要职能应包括:

(1)领导斜坡的地质灾害专业监测或群策群防工作;如遇异常,应负责及时向上级主管部门提出预警报告,并同时做好应急避险工作。

(2)负责斜坡的维护、开发利用、灾害防治、事故处理等事务性工作的管理,并组织好相关防灾项目的立项、筹资、设计、实施、验收工作等。

(3)负责地质灾害防治和斜坡管理的法律法规的监督和实施,并实时提出反馈建议和实施进展报告。

(4)负责斜坡地质灾害月、季、年报的编制与汇交,并接受主管部门的专业性技术指导。

(5)对辖区内出现的各种地质灾害防治事务负责,接受主管部门的检查、奖励与处罚。

综上所述,“坡长制斜坡地质灾害防治体系”的具体内涵是:贯彻执行国务院颁布的《地质灾害防治条例》有关精神,坚持地质灾害防治工作以预防为主的方针,突出斜坡地质环境及其孕灾风险的早期识别与过程管控;以划定的重点斜坡单元为对象,逐步建立县(市)域范围内重点地区斜坡的地质灾害防控体系,密切监测地质灾害诱发因子的动态演化行为,在科学规范引领下调控斜坡扰动强度、提出科学合理的地质灾害防治措施和对策,保障斜坡单元责任区经济社会的可持续发展与人民生命财产的长治久安。

2 实施条件和主要工作步骤与内容

2.1 实施条件

斜坡管理是一条被世界公认的斜坡灾害防治成功经验,但这些经验均以中国香港为范本,对幅员广阔的中国大陆存在巨大差异、可参照性低,最主要的障碍是管控面积大、斜坡单元多、实施工作量巨大。因此,有效地降低管控斜坡单元数量是县(市)域级斜坡管理之先决条件。

县(市)级地质灾害防控,是我国区域地质灾害防控的基础,但对于大多数山区县市而言,其自然斜坡和人工切坡的分布面积仍然是巨大的。不过,山区县市的集聚式人口分布和城镇分布大多还是有限的,它们是地质灾害最主要的承灾体。因此,如果将地质灾害的调查和管控区域限定在这些地区的斜坡单元内,那么其管控工作量将会大大地减少,进而使得全面实施坡长制成为可能。

具体地,可将前期确定的中、高级地质灾害易发区以及那些重要的工程建设或城镇建设区和已确定的重点建设远景规划区的斜坡(含人工切坡)作为坡长制地质灾害防治的重点区域(其他地区仍按区域性详细地质灾害调查技术要求行事)。主要包括:

(1)现有和规划建设中的重点城镇区;

(2)现有和规划的重点工程建设区/带;

(3)现有和规划的三级以上交通干线;

(4)现有和规划的重点农牧区;

(5)现有和规划的高新技术建设区;

(6)现有和规划的经济建设区等。

一个地区、一个县市的“坡长制斜坡地质灾害防治体系”建设工作量,经上述重点地区的限定之后,无疑会大大降低。如果达到了实施地区(县市)的承受能力范围之内,那么坡长制即具备了必要的实施条件;如果仍然超出了能力范围,可酌情对其实施重点做一定的调整,直至符合条件为止;亦可采取分步走的原则,对实施重点(地区)做出轻重缓急的分批次安排,以逐步实现全面部署。

2.2 基本内容

如上所述,“坡长制斜坡地质灾害防治体系”的内涵主要体现在以斜坡单元为主要对象的地质灾害调查评价与防控体系建设和以坡长为领导核心的组织体系建设这样两个大的方面,因此该防治体系的建设主要应当包括如下几个方面的基本内容:

2.2.1 工作重点和责任范围的确定

县市域范围内拟调查评价和重点管理的斜坡及其单元划定,是整个坡长制建设的基础,应在工作量适当、可控,管理方便、性质相当的原则下,逐个完成工作区重点斜坡和单元的划定。在此基础上进一步根据斜坡灾害的危害性,逐个确定斜坡灾害的影响范围,并以此划定调查评价和斜坡管控的责任区。需要说明的是,为了便于管理,斜坡单元和责任区的划分应尽量和行政区划统一,尽力避免跨行政管辖权限的现象出现。

2.2.2 斜坡单元地质灾害危险性与风险性详细调查与评价

斜坡管理的依据是斜坡灾害的危险性与风险性(简称“两性”),查明斜坡的“两性”特征是斜坡管理的一项基础性工作,应当由县市级以上管理机构组织相关具有职业资质的地勘单位提前实施。为保障调查评价工作的质量,调查评价之前,应组织有关专家编制相关调查评价技术要求,并由组织实施部门委托具有专业监理资质的单位,全程监督调查项目的实施,并做好项目质检整改和结题验收等工作。

2.2.3 坡长制的组织体系和法规体系建设

坡长制是以坡长为领导核心,每个斜坡单元原则上应设有一名坡长(当然,视斜坡复杂程度大小,一人也可以兼任多个坡长)。斜坡的组织构架应符合属地化、使用权归属以及地质灾害防控管理归属的统一原则,由如下三级机构构成完整的组织体系:

(1)一级管理层:为全县市地质灾害防治与斜坡资源开发利用管理的最高决策层,主要由县市级主管领导和国土部门领导和技术骨干组成。

(2)二级管理层:主要由斜坡土地使用权和所有权属性的相关单位主管领导构成,如:公路斜坡或边坡:县公路局主管领导;铁路斜坡或边坡:铁路段主管段长;水库斜坡或边坡:水库管委会主管领导;矿山斜坡或边坡:矿区主管领导;集镇斜坡或边坡:乡镇级主管领导。

(3)三级管理层:为自然斜坡或人工切坡归属地初级领导和选定的坡长构成(坡长是法人代表)。

2.2.4 斜坡灾害监测预警体系与制度建设

斜坡管理除应以前期确定的地质灾害风险评价为依据外,对重点斜坡还可根据需要建立不同级别的专业监测体系和群策群防体系,以掌握斜坡灾害的孕灾环境和致灾因子动态,并根据理论分析取得的预警模型和阈值,及时地评估斜坡活动可能存在的灾害风险,进行灾害预警,最后提出可行、可靠、及时的应急措施和对策,并逐级上报,以获得上级主管部门的决策性部署。

2.2.5 斜坡的日常管理

对管辖范围内的斜坡管理包括斜坡设施的工程管理、维护、监测、预警、法制体系建设与监督执行和科普宣传等。其中,斜坡维护包括日常清洁、维修和保养;工程管理重点在于监督技术文件、政策法规对于斜坡开挖或加载的合理、合法性,包括施工资质和工程质量的监督;日常监测主要包括群策群防制度的监督执行,以及部分专业化监测的协助建立、日常看护、日常维护等;预警工作主要包括根据日常监测出现的异常,根据相关技术规程,及时向上级主管部门通报灾情,并根据相关技术指南采取相应的预防措施(包括加强监测、预警,并酌情做好人员疏散等);协助有关专业机构及时做出风险评估,进而追究当事人和涉事领导人责任,并提出善后处置意见(报告);最后组织有关工程设计和施工队伍,对斜坡及其相关设施进行专业修复。

坡长是斜坡管理的第一责任人,经有关部门选定和任命后,主管部门应明确其法定地位,并给予相应的责权利。

2.2.6 全民减灾防灾意识培训与宣传

坚持不懈地通过各种形式的活动(例如村/街头板报、宣传册、标语、文娱活动等)宣传地质环境保护、地质灾害防治的重要意义、基本常识、防灾避灾方法等,使辖区广大民众牢固树立斜坡保护和科学利用意识,成为自觉履行坡长制的积极践行者和监督者。在每个斜坡单元的醒目位置,需树立统一格式的坡长制公示牌,标明坡长职责、斜坡单元概况、管护目标、监督电话等内容,接受群众监督。

2.2.7 坡长制组织实施效果的监审与考核

逐级制定坡长制监审和考核制度,定期对组织体系的建立状况、领导成员到位状况和运行效率、对各项制度完善程度、监督执行状况等,进行定期检查和评比。对检查出来的问题,有整改意见并逐一加以落实,整改完成后有总结报告并存档。

2.3 建设过程

“坡长制斜坡地质灾害防治体系”的建立,必须做到技术可行、保障有力。建设过程的各个环节应当充分体现上述工作内容的递进式实现;应以当地地质灾害特征为依据,以调查研究为手段,以斜坡风险调查和预警模型的创建为重点。具体地讲,一个完整的坡长制斜坡地质灾害防治体系的建立,将主要经历如图1所示的过程。

由此可见,重点斜坡单元地质灾害详查是基础,也是县(市)级坡长制建立的前提条件;它以斜坡单元灾害诱发因子管控为抓手、以孕灾因子监测预警为手段、以斜坡地质灾害防治模式的建立为重点,建立以坡长为领导核心的三级组织构架并严把斜坡管理的执行力度,是坡长制形成长效机制之关键。这些环节可以形象地归纳为20字:摸清家底、选好坡长、完善法规、监测预警、科学管控。

2.4 运行流程

图1 斜坡灾害风险管理系统(SPSSA)的建设流程Fig.1 Construction process of Slope-geohazard Prevention System of Slope-unit Administrant(SPSSA)

“坡长制斜坡地质灾害防治体系”(SPSSA)建成以后,运行期间的主要职能就是维持斜坡的科学管理,具体包括斜坡风险监测预警、斜坡设施维护和开发利用管理(即图2中的狭义“斜坡管理”)三大方面。这一体系主要包括了如图2所示的具体功能,并以坡长为领导核心,为斜坡事务决策意见的发布者。除涉及其他斜坡也共同存在密切关联的重要事务需要上级主管部门协调处理或最终裁决外,坡长的决策意见,被认定为该斜坡的最终决策意见,坡长对此全权负责。

如图2所示,围绕上述三大具体职能的实现,系统的运行环节主要包括:组织和配合斜坡技术调查、协助编制相关斜坡管理法规、建立健全斜坡管理组织体系、对斜坡利用根据技术分析做出决策处置、负责组织斜坡的维护和群测群防、对出现的险情予以应急处置、监督防治工程实施质量。这些环节是否做到严格把控,是坡长制是否有效运转的试金石,需要有具体的技术规程规范加以约束。这方面的工作有待于进一步深化。

2.5 实施步骤与法制体系建设

“坡长制斜坡地质灾害防治体系”建设,不仅包含了上述技术体系的建设,还包含了推行和保障该技术体系正常实施和运行的一系列法制体系建设。两者互为支撑、缺一不可。因此,一个完整的坡长制斜坡地质灾害防治体系的建立,将主要经历如下工作阶段:

图2 坡长制主要功能及其运行流程Fig.2 Main functions of Slope-geohazard Prevention System of Slope-unit Administrant and its operation process

(1)摸底阶段:全面掌握拟建地区的地质灾害研究程度、自然地质地理条件、地质灾害发育特征、已有减灾防灾工作案例与经验、地调工作基础及其相关资料、目前及未来社会经济状况与发展规划等等。

(2)重点区划分:统计、踏勘工作区内重点城镇及经济建设区之斜坡状况,根据资金投入、工作量大小,进行斜坡地质灾害防治重点区确定和划分,并制定轻重、缓急防治规划,报请有关部门审定。

(3)斜坡单元划分:根据斜坡地质灾害孕灾环境的相似性,以及调查工作量和难度大小,对重点区内所有斜坡进行单元划分。划定的单元既是地质灾害调查单元,也是斜坡管理单元。每个单元必须有危险性、风险性调查资料和评价结论,必须有一个对斜坡管理负责的“坡长”。

(4)坡长的选定:宜因地制宜,可通过自荐、指定等灵活途径初选,主管部门认定。坡长一般应具有如下基本素质:就近居住;非文盲(最好具有初中以上文化);有一定的执行力或号召力;责任心较强。

(5)斜坡单元调查、评价:重在对孕灾环境和致灾因子的调查评价。

(6)预警模型与阈值体系研制:由专业队伍根据调查成果和本地区实际情况研制,并经过1~2个水文年的检验。

(7)重点斜坡单元地质灾害群策群防体系和专业系统监测:可制定详细的计划,经论证后分步实施。

(8)法制体系建设:由相关技术部门和管理机构,具体提出各项技术操作规程、责任与奖惩制度、监督与考评制度等等。相关文件、制度应报请有关政府部门审批、备案,并由地方人大形成法定文件颁布与实施。

3 相关技术问题探讨

3.1 地质灾害重点防治区的确定

斜坡和具体建设工程的分布大多并不完全一致,零星分布现象在山区城镇比较常见。为避免划定的重点防治区过于琐碎(不便于管理),可对重点区的划分做一些归并性工作。作者建议如图3,可在前期地质灾害详细调查成果确定的重点防治区基础上,加上收集相关资料确定的当前和未来建设(规划)区(合并重叠部分),共同组成本地区地质灾害重点防治区。这个区域范围虽小但却是县(市)地质灾害防治工作的关注焦点,调查和管理是非常重要的,而且还可以达到量体裁衣之功效,符合县(市)地质灾害防治工作实际,可以把有限的资金用在刀刃上,切实可行、重点突出。

3.2 斜坡单元的划分

对确定的地质灾害重点防治区,需要在斜坡特征调查的基础上进行斜坡单元的划分。斜坡单元的划分可以遥感解译结合地面验证为手段去完成;斜坡总体分布面积不大时,亦可直接进行地面特征调查和划分。图4为麻阳县渝怀铁路的一段斜坡的单元划分示例,其斜坡单元划分遵循了如下原则:

(1)地貌特征基本一致(坡度或坡向不要相差10°)。

(2)岩层产状比较接近(倾向或倾角不要相差20°以上)。

图3 斜坡地质灾害重点防控区确定方法(示意)Fig.3 Methods for determining the key prevention and control zones of slope geological hazards(Schematic diagram)

(3)岩性基本相同(至少属于同一岩石类型)。

(4)节理裂隙发育度基本一致(至少属于一种岩体结构类型)。

(5)范围大小适度(据成图比例尺而定,此处线宽度被控制在100~1000im)。

需要指出的是,自然界的斜坡特征是多变的,本处所列举的特征值均为被调查评价斜坡的平均状态,亦即均以区域调查比例尺划定的评价网格单元为统计单元,通过GIS的统计功能给定该单元的平均坡度,并以此作为与临近单元进行坡度比较之依据,当差值大于规定的特征值时,即被认为特征变化大,应当确定为另一斜坡单元,否则则被认定为同一斜坡单元。

当然,上述划分原则是根据麻阳县地质地貌特征实际情况确定的,仅对类似地区存在一定的参考价值,其他地区则应酌情加以修订。

3.3 调查评价范围的确定

为了评价斜坡单元灾害的风险性,对斜坡灾害的危害对象和易损性、风险性调查评价显然不能仅限于斜坡,其范围应当包含整个影响带。

具体来讲,斜坡调查和评价范围的上界一般可按规范确定的“第一斜坡带的后缘”(图5中D点),但如遇泥石流灾害隐患,则应将上界扩展到斜坡分水岭。调查评价范围的下界,一般可根据斜坡坡高定性确定,可规定为坡脚以外1.5i H处(即坡高H的1.5倍)。那么滑坡(含崩塌)灾害的影响范围被规定为图5所示的斜坡影响带(L)之内。

图4 渝怀铁路段斜坡单元划分示例Fig.4 Example for division of slope units in the Yuhuai railway section

图5 斜坡影响带确定Fig.5 Determination of slope influence zone

斜坡单元调查的左右范围仍以斜坡单元的左右边界为限。

斜坡影响带既是易损性调查的范围,也是风险性评价的范围和坡长制管控的责任区。如果斜坡单元不存在泥石流威胁时,其影响带范围可参考以上定性方法确定,也可由单体影响带分析计算确定;如两者出现差异时应以定量计算为准。

3.4 斜坡单元地质灾害调查评价方法

斜坡单元的调查评价方法可参照有关滑坡/崩塌调查规范中对不稳定斜坡的调查技术要求去组织相关调查工作;危险性和风险性的评价参照不稳定斜坡单体的评价方法去定量或半定量评价。

下面是麻阳县斜坡单元调查评价的实例,可供读者借鉴。

3.4.1 斜坡地质灾害危险性评价指标体系的确定

斜坡地质灾害(包括滑坡、崩塌和泥石流)的发生发展受多因素制约,其评价系统是一个多层次、多因素的复杂系统。根据麻阳县地质灾害发育特点、地质环境条件的内涵以及指标体系的方法学,筛选出具有代表性影响因子,进而确定其决定性指标体系和分级标准,以最大程度地体现研究区地质灾害的发育状况与规律,展现地质灾害的防治重点与规划方向。因此,此评价指标体系除应具备典型性、代表性和系统性外,还应具有如下特性:

(1)量化性:通过构建指标将复杂的现象变为可以度量和比较的数据。

(2)本质性:设计的指标应力求抓住地质灾害发育的本质特征,尽力体现孕育条件和诱发作用的特点和关联性,揭示地质灾害发育规律。

(3)替代性:指标只能在有限的范围内说明一定的问题,而不能说明问题的全部。因为任何现象总是具有多方面联系的,而指标只能就这些现象的某一侧面或某几个侧面加以描述。

(4)独立性:指标最好彼此之间是相对独立的,各指标最好尽力在描述有关自然属性时不要重复,依靠指标体系的整体去实现对灾害事件(危险性)的全面描述。

据此原则,并同时注意到降雨是麻阳县地质灾害的主要诱发因素这一特点,确定了如表1所示的降雨型地质灾害重点防治地区斜坡单元危险性调查评价的指标体系。

3.4.2 斜坡灾害危险性评价方法

本次采用了信息量模型法去评价斜坡单元的危险性。该方法大家已经非常熟悉了,故此不再赘述。

表1 麻阳地区降雨型地质灾害斜坡单元危险性评价指标体系Table 1 Risk assessment index system of rainfall-type geological hazards slope unit in Mayang

续表1

3.4.3 斜坡单元地质灾害危险性评价结果

通过对以上斜坡地质灾害评价因子的遥感影像识别,然后采用GIS的叠置技术(Overlay),逐一确定了各个斜坡单元的危险性,最后根据危险性高低,由高到低划分和圈定了高、中等、弱3个等级的地质灾害危险区(樊芷吟等,2018)。添加相关地理要素后,制作完成了如图6所示的《麻阳县地质灾害重点防治区斜坡单元危险性分区评价图(部分)》(湖南省革命委员会地质局区测队,1972;中国人民解放军建字七三零部队,1976;中华人民共和国地矿部,1989;湖南省麻阳县志编纂委员会,1989;杨顺泉等,2000;湖南省地质环境监测总站,2002;湖南省地质环境监测总站,2009;中国地质调查局,2016)。

对评价结果的统计分析结果(表2)表明,麻阳县重点区斜坡地质灾害高危险单元总共有46个,占总调查单元的12.8%,零星分布于整个重点防治规划区,但在麻阳县城、锦和集镇及岩门镇有连片分布现象,应加强该区斜坡地质灾害防治工作;低危险性单元共有167个,占总调查单元的46.5%,主要分布在岩门镇至长谭村及尧市乡等地,这些地区地质灾害发生概率比较低,适宜区域经济和工程建设的稳固发展。

受篇幅所限,省略了对麻阳地区斜坡单元地质灾害易损性、风险性调查评估方法的举例性说明,感兴趣的读者请参阅《湖南省麻阳县地质灾害风险评估示范项目报告》。

3.4.4 预警决策机制的改进

以地质灾害防治为目的的斜坡管理是以未来地质灾害发展形势做出的基本判断为依据的。以往的地质灾害预警决策主要受制于已知地质灾害的发生概率,即地质灾害的易发区基本均处于过去地质灾害的高密度区,这是过度重视已有地质灾害发生概率的结果。于是,出现了预想区(易发区)外频繁发生新生灾害的“例外”现象。其实,这并非“例外”,是人们过度看中已发生地质灾害的分布概率,忽视了易发因子与诱发因子耦合作用的潜在影响。

地质灾害易发性决定于自然地质环境条件,是由一些相对固定不变的自然因子构成,例如地层、岩性、构造、产状、地形地貌、地下水状况等。这些因子对于地质灾害发生发展的控制作用程度高低,常常被定义为地质灾害的易发性。但是,由于认识上的一些误区,人们往往把“地质灾害密度”(一般以评价单元内已有地质灾害的面积比)作为一个权重很高的因子纳入地质灾害易发性的综合评价之中。可是,地质灾害密度年年都在变,它实际上不止包含了地质灾害发生的本底影响(易发性),而且还蕴含了诱发作用的影响。因此,地质灾害易发性评价将“地质灾害密度”作为评价因子是不妥当的,这也是地质灾害出现众多“例外”的主要原因之一。

另一方面,目前的地质灾害预测没有很好地反映诱发因子的致灾作用。和易发因子相比,诱发因子属于动态因子,将随时间发生而改变,这是进行地质灾害预测的重点和抓手。找出诱发因子(或叫“致灾因子”)与易发因子(或叫“孕灾因子”)的耦合作用规律,并做出时间序列的判断,这是预警决策的重要思路。

这种预警决策的思路是一种超前预报的正确思路。其主要表现在于:

(1)在地质灾害诱发因素中,应考虑未来人类工程活动的扰动作用,并以重点建设区的形式加以突出考虑,体现了对未来可能存在的重大工程活动对地质环境的扰动作用程度及其致灾可能性做出了预判,因此其预测评估特征明显。

表2 麻阳县重点区斜坡地质灾害分布统计表Table 2 Slope geological hazards distribution in key areas of Mayang County

(2)在危险性评价因子选择上,不采用人们惯用的“已有地质灾害发育密度”这个因子,因为该因子往往被赋予过大的权重,从而导致评价结果出现“现在哪儿灾害严重,未来那儿也应该是比较严重”的误导。因此,摈弃“地质灾害发育密度”,则可以充分地反映孕灾环境因子与致灾因子的耦合作用影响,从而最大限度地阻止了那种跟着灾害“屁股”后面跑的现象蔓延。

当然,并不是说现今地质灾害的发育密度(或程度)并非无用,可以将其作为评价单元内地质灾害发生概率的度量指标,这就克服了几乎现今所有评价均缺乏概率表达的弊端,使风险的计算更为合理。所以,地质灾害发育密度虽然不参与危险性评价,但野外调查时仍需要保留。至于这个概率指标怎么用才合适,还需要进一步探讨。

3.4.5 斜坡管理决策的理论基础:模型·阈值

坡长制斜坡管理是以坡长为核心,因此其管理技术应尽量简单、便于掌握,因为坡长大多没有太多的文化,不必给它们讲授或学习太深的道理。但形成的管理条文也不能没有科学性,应当做到形式上简单易懂,但蕴含的科学依据还是比较充分的。

如图2所示,斜坡管理的理论基础是斜坡灾害预警决策模型和阈值的确定。其中,“模型”体现了孕灾因子和致灾因子的耦合作用关系,“阈值”则是斜坡变形-破坏-成灾的阶段性演变判据,是重要的预警依据,一般可选择降雨量、开挖量或加载值、地震加速度(仅限于强震区)等参数作为预警指标。显然,不同地质环境、不同地质灾害类型的影响因子和作用强度是不同的、规律各异的,很难一视同仁,必须结合研究地区的实际做具体的处理。

例如,对于湖南省麻阳地区而言,它属于低山丘陵区、以红层为主,发育的地质灾害主要类型为小型崩塌及滑坡,泥石流灾害较为少见。由于本地区降雨比较丰沛,加之红色泥岩对于降雨和斜坡开挖特别敏感,本地区地质灾害具有“点多面广”发育特点。于是,将以降雨量和开挖强度作为两个关键性诱发因子(预警指标),建立两者与风险值(或斜坡灾害发生概率)之间的相关关系(预警模型),并确定其发灾阈值。于是,预警决策过程的关键环节被确定为对降雨量和开挖强度是否超过特定阈值的判断(图2):当降雨或开挖扰动造成的风险值达到或超过阈值时,被认为需要报警或采取积极的防治措施。这项风险识别也是以斜坡单元(或沟谷单元)为基础,以预警结果首先反馈给坡长(第一责任人),并逐级启动相关的应急处置程序,以最大限度地降低灾害风险。显然,这些指标及其阈值,对于文化程度有限的坡长而言,是不难理解和把握的。

经与湖南省有关专业单位协商,我们初步确定了麻阳地区的预警阈值,供读者参考:

(1)降雨作用可以3id累计降雨强度去表征,以HL表示,被设定为降雨因子的预警阈值。

(2)斜坡扰动强度可以成坡(开挖后的边坡)坡度去表征,以DL代表其预警阈值,目前暂规定为30°坡角。

必须指出的是,这些阈值的确定目前仅为经验值,需要进一步研究确定。

有了以上未来地质灾害发展趋势的预判之后,接下来的工作则是采取合理、可行的预防措施去规避或防治斜坡地质灾害的发生发展,其基本途径无外乎这样两个方面:一是降低斜坡地质灾害的易发条件;另一途径是消除或减缓地质灾害的诱发作用强度。对于前者,以工程处置为主,重在选好工程方案及监督工程质量;对于后者,重在严格执法,杜绝过度斜坡开发,科学地处理好经济建设发展与地质灾害防治并举的关系。这里,把握好阈值这道“红线”是关键。

对于阈值在斜坡管理决策中的应用,提出了表3所示的参考方法。其中,“斜坡初始状态”为坡长制建立初期对斜坡单元进行的风险调查结果;“斜坡现实状态”是指拟进行斜坡管理决策时的斜坡状态,其降雨值和开挖强度值均为当时斜坡的状态值。斜坡的现实风险是以初始状态为基础的,是根据当时的诱发因子大小(或强弱)做出的适当调整,起定性的警示作用,可供非专业人士(坡长)决策时参考(如被上级地质灾害管理部门认可,这个标准即可视为地方法规了)。

4 结论与建议

本文针对斜坡地质灾害调查评价目的性不强、预测性不够等问题,分析阐述了以斜坡为基本单元的地质灾害调查评价和管控路线,取得的主要认识归纳如下:

(1)实行以斜坡为主体调查评价和管理单元的区调路线,可以大大提高地质灾害预测评价的针对性、有效性和超前性,是未来斜坡有效管理的重要基础和基本条件,应当尽早编制相应的技术标准,并在条件许可、工作量基本可控的前提下尽快予以试点、推广。

(2)为了降低以斜坡单元为对象的巨大调查工作量,采取对调查评价区进行重点性区分的办法是可行的。重点调查区是以斜坡为单元做详细的调查评价工作,而其他地区则仍按现行详细调查规范行事。重点防治区可在前期调查已确定的重点区域基础上进一步将现今和未来规划的城镇区、工程建设区、经济开发区、重点农牧业规划区等纳入其中。

表3 斜坡阈值管理方法与标准(初稿)Table 3 Slope threshold management methods and standards

(3)斜坡单元调查是在单元划分的基础上开展的;调查的范围为斜坡灾害的可能影响范围;调查内容以斜坡灾害的孕灾环境和致灾因子调查及其演变趋势研判为主。

(4)坡长制斜坡地质灾害防治体系(SPSSA)的建立,是以斜坡单元调查评价为基础,以斜坡地质灾害预警和开发利用监管为重点,坡长是这个系统的核心,对日常斜坡管理负全责。

(5)斜坡单元监测系统是SPSSA的最主要硬件系统,它包括重要斜坡的专业化监测系统(普适版)和群策群防体系两类。其预警模型和阈值应简单明了、便以操控,并应与地方实际相符。应特别注意完善预警机制,加强主管部门的监管和知识培训。

(6)斜坡维护和监管应以斜坡资源开发利用监管为重点,以不引起显著的斜坡变形破坏为准绳,完善相关法律法规,严格执法是关键。

最后,特别感谢湖南省地质环境监测总站给我们提供了一次在麻阳地区进行坡长制斜坡地质灾害调查研究试点的宝贵机会;感谢李志清、崔芳鹏、冯见、蒋明光、戚志宇、胡峰、李万里等同志的直接参与,并提供了良好的工作条件。以上成果的取得与他们的大力支持和全力参与密不可分,在此深表感谢!

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