如何实现泥石流建筑环境脆弱性的定量评估?

如何实现泥石流建筑环境脆弱性的定量评估?

全球12%的人口居住在山区，在中国三分之二是山地，受到一系列地质灾害威胁，如崩塌、滑坡、泥石流和山洪等。在山地区域，由于地理环境的限制，居民建筑和基础设施通常位于沟谷流域出口的堆积扇区域，长期处于泥石流的高风险之中。近年来，频繁发生的地震、极端气候、山火显著地增加了泥石流活动频率和规模。同时随着经济的快速发展，山地区域的建筑规模的不断扩大，潜在的风险损失也剧烈增加。
易损性是实现风险评价与管控的关键环节，由于承灾体破坏方式的复杂性，如何构建泥石流易损性函数一直都是国内外的研究热点和难点。本文以2019年8月20日汶川县簇头沟泥石流灾害事件为典型案例，通过对泥石流损毁的房屋详细调查，探讨如何建立建筑物的易损性函数和脆弱性曲线。汶川县簇头沟泥石流典型案例极为宝贵，经过一年多的调查分析构建了泥石流物理脆弱性曲线，为泥石流风险评价和管控提供关键技术支撑。成果最近发表在1区的EngineeringGeology期刊上。

01. 风险含义和组成要素

　　风险评价是山区防灾减灾和社会可持续发展的先决条件。风险通常定义为在特定强度和频率下潜在地质灾害所导致的预期生命或经济损失。风险评估包括三个基本组成部分：危险性评估、脆弱性评估和承灾体风险。为了量化评估风险潜在损失，我们需要确定在这些灾害过程下承灾体的物理脆弱性，通常将脆弱性与暴露在风险中的要素直接和间接损失相乘来计算损失总值。
定量风险评价方法越来越多地用于评估地质灾害的社会经济后果，以保护处于危险中的元素并减少预期损失。可量化的风险评估方法越来越成为降低风险损失和防灾减灾的标准做法。易损性在地质灾害的风险评估中起着重要作用，可以定义为对应于某一灾害强度下风险要素的破坏程度。在早期，研究人员致力于发展指标体系来评估物理脆弱性，这是一种的定性方法。后来，这些基于指标权重的方法演变成更加量化的易损性函数。

02. 如何理解易损性和脆弱性?

　　易损性(度)是承灾体在经受自然灾害过程所产生的负面响应，也即在灾害威胁范围内，一切人、财、物的潜在最大损失，通常以承灾体的损失程度或损失价值来衡量，它是链接灾害体和承灾对象的有力纽带，也是实现威胁区承灾体风险量化与防/减灾措施效益评估的关键环节。
易损性函数构成了评估建筑物理脆弱性的唯一定量方法。它们被广泛用于评估地震、泥石流、滑坡、洪水灾害的风险，基于受灾害影响的建筑物样本而建立危险过程强度与建筑物损坏状态相关联的连续曲线。易损性函数总体上分为两类：易损性曲线和脆弱性曲线。
易损性曲线表达建筑损失度与灾害强度的关系，而脆弱性曲线表达的是建筑的超越损失概率与灾害强度的关系。易损性函数的构建需要对历史灾害事件的灾害强度和建筑损失信息完好的记录。易损性曲线中的损失度通常是表达为建筑破坏损失多的价值与建筑总价值的比率，但由于在经济发展较为落后的区域，没有实行灾害保险且相关人员缺乏对建筑损失价值合理有效的评估经验，因此损失度很难被确定。与易损性曲线不同，脆弱性曲线只需要对建筑的损失状态进行分级，不需要详细的价值信息，通过空中和地面观测易于确定，因此脆弱性曲线的适用性更为广泛。

如何实现泥石流建筑环境脆弱性的定量评估?

03. 典型案例剖析

　　2019年8月20日簇头沟暴发大规模泥石流，导致大量房屋损坏，并堵塞岷江(图1)。这里我们通过2019年8月20日簇头沟泥石流事件来建立建筑脆弱性曲线。本研究方法分为三个步骤，如图2所示。在步骤1中，我们基于航拍图像和野外观测分析了2019年簇头沟泥石流的物理特征，通过动态冲出模型获得泥石流的流速和流深，计算泥石流强度。在步骤2中，我们分析了各种建筑结构类型的破坏特征，通过航拍图像和实地调查确定了各建筑物的破坏程度(图3、图4)。在步骤3中，我们根据步骤1和步骤2的结果，构建了将泥石流强度与建筑物损坏相关联的脆弱性曲线(图5、图6)。

04. 研究启示与风险管控

　　我们的研究结果有利于对2008年汶川地震后受泥石流威胁的地区建筑物脆弱性的进一步认识。数值模拟和超越概率函数的结合为量化汶川地震区建筑物的泥石流脆弱性提供了可能。一方面，脆弱性曲线可以提供破坏开始的灾害强度阈值，因此它们可以用于泥石流灾害危险区划，并且可以针对每种建筑类型专门绘制这些灾害图，这是区域规划和风险管理的有效工具。
地方政府和决策者可以根据灾害地图，在规划阶段为拟建建筑选择合适的位置和结构类型，以及评估已有建筑的抗风险能力，制定合适的建筑加固措施。另一方面，我们可以通过数值模拟获得不同降雨频率情景下的泥石流强度分布，所提出的脆弱性曲线可用于确定各建筑物对不同泥石流强度的破坏，这有助于当地居民和政府部门在缺乏灾害数据的情况下可视化和量化多种情景下的潜在损失。这种方法摒弃了以往使用指标体系进行风险管理的思路，多情景下的预期损失使得地方政府更容易制定风险管理策略。

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