第1章 绪论
1.1 泥石流风险分析作用
为了减轻横断山区泥石流灾害，需开展泥石流风险分析与评估。泥石流风险分析与评估是减轻泥石流灾害危害的有效方法和重要手段之一，在灾害预警、工程评估、应急处置、避灾预案、灾情评估和土地利用等方面得到大量的应用。灾害的风险评估是在考虑灾害发生的可能性、灾害发生后的规模强度、承灾体对灾害的抵抗能力等基础上定性评估或定量计算灾害可能造成人员死亡的概率或财产损失(邹杨娟，2016)。一般来说，灾害风险评估可以分为易发性、危险性和风险性三个不同层次。其中，灾害易发性评估主要是评价或者计算某个地理空间上地质灾害发生的可能性或大小程度，有时也称为区域风险评估。泥石流风险区划是基于区域泥石流风险评估结果进行风险宏观分区，是泥石流风险管理的*要步骤，有助于清晰把握泥石流灾害的空间格局与分布规律，可为区域泥石流防治规划、建设用地适宜性评估等提供科学依据。另外，局地的定量的风险评估可以直接为村镇或单沟泥石流防灾减灾措施的实施提供决策支持。
1.2 风险评估研究现状
灾害风险为灾害可能造成的生命或财产的损失的预期值，与灾害本身的危险性与承灾体的易损性密切相关(Cannont and Rowell， 1993; Schneiderbauer and Ehrlich， 2004)。灾害风险有两个要件：灾害体概念相对的承灾体及灾害不确定性的度量(胡凯衡和丁明涛，2013)。
根据评估尺度的大小，泥石流灾害风险评估分为灾点评估与区域评估。灾点评估一般依据灾害动力学过程、灾害体与承灾体动力响应过程进行风险分析。区域评估主要依据区域泥石流灾害易发性影响因素分析、承灾体类别及数量统计，利用多指标综合评价法定性评估灾害风险(崔鹏和邹强，2016)。根据风险评估结果的表达形式，泥石流灾害风险评估分为定性评估与定量评估，定性评估一般是基于理论分析、数学统计得出的风险评估结果，多以不同风险等级、表格、文字等形式进行具体描述；定量评估是基于灾害发生概率、灾害强度规模计算、承灾体易损性的具体分析统计进行风险的定量化计算(IUGS et al.， 1997)。定性的灾害风险评估一般采用多指标综合评价法，计算简便，选择的指标较为宏观，具有一定的主观性，可以为区域防灾规划、土地利用、工程建设布局等提供参考；定量的灾害风险评估精度较高，对数据要求较高，具有较大的工作量，计算过程也较为复杂，可以直接为村镇或单沟泥石流防灾减灾措施的实施提供决策支持。根据灾害风险的定义，泥石流危险性评估及承灾体易损性评估是泥石流风险评估的核心内容。
1.2.1 泥石流危险性评估
泥石流危险性评估是泥石流风险评估的前提，包括历史风险分析和潜在危害评估。泥石流危险性是指灾害发生的可能性及其规模和强度，定量表达为危险度。泥石流危险性评估的主要目的是识别区域(流域)范围内泥石流灾害及估算灾害的强度和频率(Fuchs et al.， 2007)。刘希林等(2003a)提出泥石流灾害危险性是频率与规模的乘积。Rickenmann等(2006)提出泥石流危险性分析主要包括两个步骤：*先在流域内确定泥石流事件发生的概率，即灾害发生的重现期或历史泥石流灾害发生的频率，然后定量化计算泥石流灾害规模、冲出距离、淹没范围等参数。
早在20世纪60～70年代，美国、日本、苏联等国家就开展了区域山地灾害危险性评估研究(Hollingsworth and Kovacs， 1981)。日本学者足立胜治等(1977)年*先开展了泥石流危险度的判定研究。Hungr等(1987)通过实地勘测，结合经验来确定泥石流灾害的危险范围。van Dijke和van Westen等(1990)利用地理信息系统(Geographic Information System，GIS)建立了一套完整的泥石流数据库和危险性分析评价模型。Gupta和Anbalagan(1997)引入滑坡危险性系数，对拉姆根加河流域进行滑坡灾害危险性分区与制图。我国泥石流灾害危险性评价研究*早起源于20世纪80年代。王礼先(1982)*次提出了泥石流荒溪的分类，这是泥石流危险性评价的雏形，他归纳了泥石流荒溪和普通荒溪的区别，从工程设计角度分析了泥石流强度和危害性，并把泥石流按强度和危险性分为四个等级。谭炳炎(1986)提出了泥石流沟严重程度的数量化综合评判方法。刘希林(1988)引入灰色关联度分析理论选出评判泥石流危险性的次要因子并计算出各自的权重，*终计算出泥石流的危险度。张业成等(1995)根据泥石流、崩塌滑坡等地质灾害形成条件，以县为单元，选择历史灾害强度与潜在灾害强度计算了我国地质灾害危险性指数，并根据计算结果开展了地质灾害灾变区划。闫满存等(2001)选取泥石流影响因子，如坡度、土地利用、降雨等，采用GIS技术分别对云南省及澜沧江下游区泥石流危险性进行了评估。侯兰功和崔鹏(2004)考虑降雨因子的影响采用指标评估法建立了单沟泥石流危险度计算方法。胡凯衡(2014)、Ding和Hu(2014)选择坡度、相对高差、地表径流深和地震烈度四个主控因素采用聚类分析和*大似然法开展了汶川震区泥石流滑坡的易发性评估。随着GIS技术及各种计算方法的飞速发展，涌现了如逻辑斯谛(Logistic)回归、频率比率法、证据权法、人工神经网络、层次分析法、模糊数学、支持向量机、信息量法、贝叶斯概率、熵权法等泥石流危险性评估模型(Pourghasemi et al.， 2018)。由于泥石流的某些致灾因子(如物源量、暴雨次数、土地利用等)是一个动态变化过程(胡凯衡等，2018)，泥石流危险性动态评估也是未来研究的一个重要方向。胡凯衡等(2018)探讨了地震的烈度和衰减效应、大雨事件对泥石流灾害的影响，*次建立了考虑地震和降雨影响的灾害易发性动态评估模型。
早期的泥石流危险性评估多是在区域尺度上基于泥石流成因因子统计的定性或半定量方法(Guzzetti et al.，1999; Aleotti and Chowdhury， 1999; Ohlmacher and Davis， 2003; Chau et al.， 2004; van Westen et al.， 2006)。在具体的指标选择上，一般考虑流域地形地貌、泥石流激发因子(如降水、地震等)、坡度、岩性、土地利用、距离断裂带及河流距离、地震烈度等。评估的精度受指标选择、数据精度等的限制，无法提供单沟泥石流的具体危险范围及危险度分级。
泥石流主要成灾范围在堆积扇，单沟泥石流堆积扇的危险度定量评价研究得到越来越多研究者的关注。奥地利是较早开展泥石流堆积扇危险区划的国家，根据泥石流危险度的高低将其划分为红区(危险区)、黄区(潜在危险区)和绿区(无危险区)(唐川和刘洪江，1997)。随着计算流体力学、数值计算方法、计算机技术和泥石流理论研究的进展，越来越多的研究者通过数值模拟的方法来获取泥石流的动力强度参数(胡凯衡等，2012c)。基于泥石流动力强度进行的危险性评估及危险区划分成为单沟泥石流危险性评估的主要方法。Hürlimann等(2006)结合安道尔的地貌地质背景，对不同情境泥石流的冲出范围进行了数值模拟，*终根据泥石流泥深、流速及暴发频率进行了泥石流危险性定量分区(表1-1)。这种基于灾害发生频率与强度矩阵的泥石流危险区划分方法在许多国家得到了广泛应用(Hungr， 1997; Raetzo et al.， 2002; García et al.， 2003; Vallance et al.， 2003; Jakob and Hungr， 2005)。
表1-1 泥石流危险性判断矩阵(Hürlimann et al.， 2006)
我国许多学者在泥石流堆积区危险区划分方面也开展了大量的研究，提出了基于流速、泥深或动量的泥石流堆积区危险区划分方法(唐川等，1993；韦方强等，2003；胡凯衡和韦方强，2005；韦方强等，2007)，建立了以距扇顶距离、与扇主轴夹角和泥石流危害频率为变量的定量扇形地危险性分布模型(李彦稷和胡凯衡，2017)。
进入20世纪90年代以来，随着理论研究的不断成熟及科学技术的发展(如3S技术、无人机、红外、远红外等新科技手段的引入)，泥石流危险性定量研究有了质的飞跃。目前，泥石流危险范围划分主要包括区域性划分和单沟划分两方面，其方法主要包含三类：一是统计学的方法；二是从机理出发构建物理模型的方法；三是前两者结合3S技术的方法。区域性划分主要研究对象为一个流域或一定区域范围内的泥石流灾害，导致其评价区域广袤、致灾因子多变、承灾体类型不一及不确定因素众多，因此目前泥石流危险性评估模型以多因子综合评价模型为主，如胡凯衡等(2018)、Liu等(2013)、刘江川(2011)、铁永波(2009)、李泳等(2007)、刘希林(2000)、刘希林等(2005)、Petarscheck和Kienholz(2003)、罗元华等(1998)。由于区域泥石流灾害涉及范围较大，同时以上文献中选取的指标各不相同，没有统一的量化标准，导致针对区域泥石流灾害分区结果不能较好地定量化，且至今少见基于泥石流汇流过程方面的危险分区研究。
单沟泥石流危险划分是指对单个泥石流沟或相邻近、同一流域内的几条泥石流沟或沟群进行不同危险程度的分区(李阔和唐川，2007)。早期单沟泥石流危险划分主要依据观测数据、历史资料、发生频率、降水强度等因子，从定性的角度做出判定。例如，谭炳炎(1986)通过实地调查和统计方法，收集整理了国内近一千条泥石流沟的基础数据，提出泥石流沟严重程度的综合评判方法，并将该方法应用到国内86条泥石流沟并做出综合性评判，结果与专家现场评议结果一致。随着技术的不断进步，单沟泥石流危险划分方法将3S技术、高性能计算机及遥感解译与物理模型相结合，使其逐渐从定性向定量化发展。目前，在这方面已经取得了良好的进展并进行实际应用，如Wang等(2018)、Hu等(2016)、Luna等(2013)、侯兰功和崔鹏(2004)、韦方强等(2003)、刘希林和唐川(1995)的研究。以上文献的基本特点是对单沟泥石流建立相应的数学模型进行危险分区，而研究的范围以沟口处堆积扇为主，是因为山区居民的居住或活动范围集中于沟口处。
随着近年我国人口数量不断上升，山区居民以聚落的方式往沟道内迁移，同时，沟道内还存在许多工厂、变电站、观测站等，而涉及沟道内的灾害评估模型少见。在沟道泥石流灾害分析中，峰值流量的估算是关键因素，常用的手段有形态调查法、配方法、综合分析法及数学统计方法(康志成，1985；沈寿长等，1993；Rickenmann，1999；Chen et al.，2007)，其中配方法使用*为频繁，但对于震区泥石流峰值流量的估算往往需根据专家经验对堵塞系数进行赋值和矫正，人为干预过多且无理论基础支撑，而其他方法需进行大量的实地考察和统计数据。此外，Hu等(2016)根据相似理论将流域面积等同于贡献面积，并对其均匀赋值来估算泥石流各断面的峰值流量。对泥石流而言，不同区域对泥石流补给量不同，如林地产生径流时仅提供清水，不产生径流时泥石流固体物源补给量为零，崩滑体堆积物提供的固体物源远多于林地或草地等。因此，为了全面评估泥石流的危险性，不仅需要对泥石流沟沟口进行危险分区，还需要对泥石流沟道内的危险区进行相应的划分。而泥石流的汇流过程是一个系统性过程，考虑物源空间分布对泥石流汇流过程的影响，有机结合不同区域的侵蚀类型，科学地建立能够描述泥石流汇流过程的泥石流汇流模型，可以准确获取泥石流汇流过程的特征值，对全面评估泥石流的危险性具有十分重要的作用。
1.2.2 承灾体易损性评估
易损性是承灾体承受一定灾害强度作用的综合能力的度量，易损性是放大灾害风险的重要因素，也是目前防灾减灾研究的关键问题。易损性具有多维特征，指标选择可能随时间、地点、评估尺度而变化(Voge
展开
