浙江省工程物探勘察院 310005
摘要：区域地质灾害评价有效性周期是指评价可靠性的持续时间，它的影响因素主要包括地质灾害背景条件的复杂性、研究区的范围或规模、突发性自然事件以及人类工程活动等。通过分析这些因素对区域地质灾害评价的有效性周期的影响模式，提出了确定区域地质灾害评价有效性周期的基本方法。通过对汶川地震前后的青川县滑坡危险性区划进行比较，分析了确定区域地质灾害评价有效性周期的必要性，同时验证了确定有效性周期的方法的适宜性。
关键词：地质工程；区域地质；灾害评价；有效性周期
0 引 言
地质灾害是地质环境因素和外界诱发因素共同作用的产物。随着人类活动对自然环境改造的加剧，加之受全球气候变化的影响，地质灾害，特别是受人类活动影响和控制的地质灾害的发生频率越来越高。根据区域地质条件背景、地质灾害触（诱）发因素及人类活动状况，可对区域地质灾害发生的空间、时间和可能造成的危害、损失做出各种分析与判断。近些年随着GIS技术的进步，区域地质灾害评价已经逐渐脱离了单独为某个工程进行的地质灾害风险性评估，而进入了为某个地区甚至是城市群的城市规划提供服务的阶段，特别是汶川地震以后，区域地质灾害评价摆脱了只作为工程辅助性的服务项目，成为了独立的环境地质类研究学科。目前区域地质灾害评价工作以国家和政府的宏观规划或具体的工程项目辅助为主，这类区域地质灾害评价工作不是基于地质灾害自身的演变规律，因此，可能产生以下两个方面的问题：1）重复评价，主要指在之前评价结果的有效期内重复进行评价，会浪费大量人力、物力和财力；2）评价“断代”，主要是指由于自然条件、人类活动等因素，使之前的评价结果出现了大的误差。利用这些过时的评价结果可能会导致重大失误，给工程、社会经济建设带来损失。因此，确定区域地质灾害评价的有效性周期具有非常重要的意义。
1 区域地质灾害评价有效性周期的影响因素
区域地质灾害评价的有效性周期，是指在地质灾害影响因素自我演变和人类活动的干扰下，区域地质灾害评价结果的有效时间。区域地质灾害评价结果的有效性周期的影响因素主要包括背景条件的复杂性、研究区的范围或规模、突发性自然事件与人类工程活动等。其中，研究区的背景条件包括地层岩性、地质构造、地形地貌、多年平均气候条件等，它与研究区的范围或规模是影响区域地质灾害有效性周期的内在因素；突发性自然事件包括极端气候、地震等，由于它的不可预知性以及对地质灾害影响的剧烈性，是区域地质灾害有效性周期的偶然因素；人类活动通过改变研究区的地质环境，加快了地质灾害的演变进程，是区域地质灾害有效性周期的外界诱发性因素。
1.1 背景条件的复杂性
地质灾害发生的背景条件包括地质构造、地形地貌、植被条件等构成地质灾害发生的背景因素。这类背景因素决定了研究区地质灾害的脆弱性。研究表明，区域地质灾害评价的有效性周期与地质灾害背景条件的复杂性有一定的相关性。背景条件越复杂，其对地质灾害的影响就越隐蔽，利用监测资料获取的地质灾害危险性信息的不确定性就越强，因此，评价结果的有效性周期就越短。
由于地质灾害的演变机制非常复杂，目前的技术水平无法对其进行全面、深刻的分析，只能通过概化一些未知的条件，或利用数理统计理论获取宏观性的评价结果。背景条件越复杂，所需概化或忽略的影响因素就越多，地质灾害是一个开放的自我演变系统，随着时间的推移，这些被概化或忽略的因素可能会对原来评价结果的不确定性产生放大作用。研究表明，控制地质灾害的影响因素越少，研究区地质灾害的区划信息就越清晰，监测资料对揭示这类只与某个或很少几个影响因素有明显相关性的区划信息具有非常高的确定性，这类区域地质灾害评价结果的有效性周期也就越长。例如，研究区内地层岩性对地质灾害的发生具有决定性的影响，利用监测资料获取的研究区地质灾害的区划信息与地层岩性在空间上会呈现出很高的相关性。这类地质灾害的演变机制相对比较简单，在评价时只需利用主因决定型的评价模式分析地层岩性对地质灾害的影响，就能够比较准确地把握研究区地质灾害的区划信息，因此，评价结果的有效性周期一般较长。
相反，对于那些由多个影响因素控制的地质灾害区划评价，各因素间的相互作用对地质灾害的影响会明显增强。这类影响具有非常复杂的机理，现有的评价思路一般是高度概化或假设各影响因素相互独立，以降低或忽略这种相互作用对评价结果的影响，从而增加了评价结果的不确定性，缩短了评价的有效性周期。
由于这类地质灾害的背景条件变化非常缓慢，对于短周期的区域地质灾害评价往往不起主要作用。但是近年来，全球极端气候（降水、干旱等）加剧，导致所处地区的物理化学分化、水土流失等现象加剧，大大推动了这些地区地质灾害背景条件的演化进程，使得地质灾害的背景条件对区域地质灾害评价有效性周期的影响有加强的趋势。
1.2研究区的范围与规模
研究区的范围和规模决定了作为评价对象的地质灾害的包容量。研究区的范围与规模越大，所包含的地质灾害对象也就越多，但是由于环境背景（如地形地貌、地层岩性、地质构造等）的空间非均质性，研究区内每个地质灾害都具有独立的演变机制，使得研究区内每个地质灾害的影响因素都具有一定的差异性。区域地质灾害评价研究的是宏观性的影响因素，不能将所有地质灾害的影响因素充分考虑，一般只是选取控制研究区地质灾害宏观演变规律的因素进行评价，一些地质灾害的差异性影响因素可能当成次要信息或干扰信息被忽略。研究区的范围越大，地质灾害越多，所需忽略的这类信息就越多，获取的评价结果也就越粗糙，导致评价结果的不确定性增大，因此，研究区的范围与规模越大，区域地质灾害评价越不精确，评价有效性周期越短。
但是，根据尺度效应理论，随着尺度的增大，空间异质性会降低，主要原因是忽略了更多的信息细节，也就是在大范围与规模下，关注更多的是空间的整体性，因此，地质灾害信息的空间变异性会随着研究区范围与规模的增大而被忽略。
对大量的区域地质灾害评价进行比较分析的结果也证明：对于规模较大的区域地质灾害评价，评价结果的精确度一般要求不高，只进行宏观性的危险性区划；对于一些规模较小的区域地质灾害评价，要求揭示的地质灾害危险性信息更加精细与及时。例如，对于全国性的地质灾害危险性评价与市一级的地质灾害危险性评价，如果其中某个县的地质灾害危险性信息发生变化，前者可能不需要进行及时的调整，而后者则需及时进行更新。因此，从区域地质灾害评价的精度要求来讲，研究区的范围与规模越大，评价的有效性周期越长。
1.3突发性自然事件
突发性自然事件是指在地质灾害演变过程中突然发生的自然现象，例如地震、大规模降水等。这类事件会明显改变某些地质灾害的演变进程，使得地质灾害危险性的空间格局发生变化。例如地震导致岩层的力学性质发生变化，使得原本岩层完整，不利发生滑坡、崩塌等地质灾害的地层严重破碎，形成地质灾害的高发区。大规模的降水可能导致原本固结良好的堆积层产生严重侵蚀，导致大规模的土质滑坡或泥石流发生。因此，对于这类区域地质灾害的有效性周期，应当以突发性自然事件为界限，区域地质灾害评价的有效性周期为评价结束至突发性自然事件发生的时间间隔，应当重新进行区域地质灾害的评价工作。突发性自然事件决定了区域地质灾害评价的有效性周期的下限。
1.4人类活动
工业革命以来，特别是进入20世纪70年代后，人类活动呈现出规模大、强度大的特点。规模大主要是指活动的影响范围越来越大，例如大规模的城市规划、集中的城市群建设等，这使得地质灾害的影响范围变大；强度大主要是指活动的密度越发集中，在同一地区进行对环境有叠加影响的活动日益频繁，例如主要城市的高密度楼房建设及地下空间的地铁、商场建设等。人类活动已经成为导致地球环境变化的主要因素，对地质灾害的影响已经由原来的点、线形式进入到面形式。其对地质灾害的影响主要包括两个方面：1）通过加快背景条件的演变进程，引发地质灾害的发生，例如长期不合理的灌溉导致斜坡失稳，并最终产生滑坡；2）直接诱发地质灾害的发生，例如人工削坡诱发的滑坡、采矿引起的地面塌陷等。研究表明，人类活动是影响区域地质灾害评价有效性周期的最主要因素之一，它使得区域地质灾害评价的有效性周期大大缩短。人类活动决定了区域地质灾害评价的有效性周期的变化速率。
2 区域地质灾害评价有效性周期的确定
区域地质灾害评价有效性周期的确定，应当与获取评价结果同步进行，并将其作为评价结果的一部分，以避免因评价结果失效而导致的潜在风险。评价的有效性周期的确定主要通过综合分析其内在因素（背景条件的复杂性和研究区的范围或规模）、外界诱发性因素（人类活动）以及偶然性因素（突发性自然事件）进行。其中背景条件控制着有效性周期的上限，突发性自然事件控制有效性周期的下限，人类活动影响有效性周期变化的快慢，研究区规模制约着有效性周期的相对变化尺度。因此，确定区域地质灾害风险评价有效性周期的评价系统如下。
（1）
式中 t为评价的有效性周期；T为受背景条件控制的评价有效期周期上限；T0为受突发性自然事件控制的评价有效性周期下限；m为规模指数，与研究区的范围、规模相关，m≤1；n为人类活动指数，与人类活动对环境的影响程度相关，n≤1；“∧”为取小符号，表示取规模指数m与人类活动指数n中较小的值。
地质灾害的主体是地质体，因此，地质体本身变化的不确定性（不可知性）是确定地质灾害有效性周期最基本、直接的依据。研究区的范围与规模包含了地质灾害的信息，同时也包含了地质体变化的信息，因此，它实际上包含了地质体变化的不确定性（不可知性）的累积程度，进而影响地质灾害的有效性周期。人类活动是通过直接对地质体进行改造，强制性地加速或破坏地质体的演变进程与格局，使原有的区域地质灾害评价结果失效。两者都是通过作用于地质灾害的主体——地质体来影响评价的有效性周期，因此，受背景条件控制的评价有效期周期上限T应当与这两个指数保持“受抑制”的关系，但是由于两者对地质灾害有效性周期的影响机制不一致，因此，应当采取一种“取小（∧）”的二选一模式。
由于背景条件本身的复杂性，以及不同地区地质灾害的背景条件的差异性，使得在现有条件下无法对有效期周期上限T进行系统的精确的分析；实际上，针对有效期周期上限T的精确分析并非不可或缺。研究表明，通过对具体背景条件的复杂性进行定性的等级划分，并以此为基础确定有效期周期上限T，具有较高的可信度。但是背景条件的复杂性等级的确定应当以研究区重点监测区或地质环境脆弱的地区为准。通过对已有的区域地质灾害评价项目进行分析，将研究区的岩性、岩层序列、岩层接触面性质、断层、破碎带发育、第四纪松散堆积物的性质以及地形地貌的发育特征作为确定研究区背景条件的复杂性等级的指标，最后根据对大量的区域地质灾害评价的结果进行统计分析所获取的经验，确定评价的有效期周期上限T。表1是根据我国多个地质背景条件不同的省市，在20世纪90年代之前展开区域地质灾害评价工作的时间间隔确定的区域地质灾害评价的有效性周期上限T。
20世纪90年代之前，人类活动对地质灾害的影响小，一次区域地质灾害评价的有效性周期主要取决于研究区的背景条件等，因此，可以认为该次评价与第2次评价的时间间隔是该次评价的有效周期上限T。规模指数m的大小主要受评价的精度要求和研究区的范围控制。一般来讲，如果对评价的精度要求较高，规模指数m与研究区的范围呈负相关；如果对评价的精度要求较低，规模指数m与研究区的范围呈正相关。人类活动指数n反应的是人类活动对区域地质灾害的影响程度，与其呈负相关的关系。研究表明，人类活动对区域地质灾害的影响程度与基础设施建设和研究区GDP之间的比值具有较高的正相关关系。
3 实例分析
本文分别以四川省青川县汶川地震前后的滑坡危险性区划的变化和北京市2001年、2009年地质灾害易发性区划的变化为例，分析区域地质灾害评价的有效性周期。
3.1青川县汶川地震前后的滑坡危险性区划比较
汶川地震作为典型的突发性自然地质事件，明显地改变了青川县滑坡危险性区划的空间格局。为了比较青川县在汶川地震前后的滑坡危险性区划，均选取了地层岩性、坡度、断层、降水、土地利用类型5个影响因素作为评价指标，采用模糊综合评判法对震前与震后的滑坡危险性进行评价，同时按照同样的危险性分级标准对评价结果进行区划分级，最终获取相应的评价结果，见图1和2。两次评价结果以研究区内不稳定斜坡作为潜在滑坡点，以此为验证对象，采用信息熵理论对结果进行验证。验证结果表明，二者均可很好地反映青川县地震前后的滑坡危险性区划特征。
图1 汶川地震前的青川县滑坡危险性区划 图2 汶川地震后的青川县滑坡危险性区划
对比图1和2可知，青川县滑坡危险性区划在震前与震后发生了明显的变化。从整体上分析，震后青川县滑坡的危险性等级有了明显的提高，区划的块状特征明显加强，滑坡的高危险区由原来的七佛、楼子、苏河、凉水等乡镇扩展至马鹿、建峰、白家、关庄、红光等乡镇，同时位于研究区东北部的沙洲镇、洞水乡、观音店乡、骑马乡大部、营盘乡大部的滑坡危险性等级也已经变至高危险区。震前滑坡中危险区的东北至西南的纵贯性特征被地震切断，但是却形成了向西北方向扩展的趋势。震后滑坡低危险分区的东北至西南的纵贯性特征变得十分明显。滑坡危险性等级基本上保持不变的地区包括研究区东部的唐家河自然保护区、三锅乡、清溪镇、篙溪回族乡以及东北部的姚渡镇等。主要的原因是这些地区的地势比较陡峭，地质灾害以崩塌为主。震后青川县的滑坡危险性区划发生了明显的变化，因此，震前对研究区进行的滑坡危险性区划的有效性周期T0应当以汶川地震为限，地震之后的滑坡危险性区划应当重新进行调查评价。
4 结 论
1）地质灾害是一个开放的系统，地质构造、地形地貌、植被条件、气候条件以及人类活动等主要影响因素均处于一个演变的过程，然而针对其进行的评价目前却以静态为主。这是产生区域地质灾害评价的有效性周期的根本原因，它是地质灾害作为一种自然现象在时间上的尺度效应的表现之一。
2）区域地质灾害评价的有效性周期的影响因素，主要包括研究区地质灾害背景条件的复杂性、研究区的规模或范围、突发性自然事件以及人类工程活动等。其中背景条件的复杂性决定了有效性周期的上限，突发性自然事件决定了有效性周期的下限，研究区的规模或范围以及人类工程活动制约着区域地质灾害的有效性周期的长短。在分析区域地质灾害评价有效性周期的各影响因素的基础上，提出了确定区域地质灾害评价有效性周期的经验公式。
3）区域地质灾害评价的有效性周期应当作为评价结果的组成部分之一，利用它可以有效避免重复评价，以节约更多的人力、物力和财力，同时也可以明确下次评价的时间，避免由评价过时而引发的潜在风险。
4）通过对汶川地震前后的青川县滑坡危险性区划结果进行比较，分析了作为突发性自然事件的汶川地震对评价结果有效周期下限的影响。结果表明，地震之前的评价已经失效，应当重新展开评价。
论文作者:魏知一,李慧敏
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第35期
论文发表时间:2017/3/30
标签：地质灾害论文; 评价论文; 周期论文; 区域论文; 有效性论文; 危险性论文; 因素论文; 《北方建筑》2016年12月第35期论文;