山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

程杰

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司,江蘇南京 210017)

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山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

程杰

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司,江蘇南京 210017)

摘要:為了對(duì)山區(qū)橋梁建設(shè)期防范泥石流災(zāi)害提供科學(xué)的決策依據(jù),文中從泥石流發(fā)生的潛在危險(xiǎn)性、橋梁的抗災(zāi)能力兩個(gè)方面構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用流域環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)與降雨條件函數(shù)進(jìn)行潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),再利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)橋梁進(jìn)行抗災(zāi)能力評(píng)價(jià),求得山區(qū)橋梁建設(shè)期發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度,并將該理論和方法運(yùn)用到實(shí)例中,對(duì)某山區(qū)一座在建先簡(jiǎn)支后剛構(gòu)橋梁建設(shè)期發(fā)生泥石流的可能性及危害進(jìn)行評(píng)價(jià),驗(yàn)證其可行性。

關(guān)鍵詞:工程管理;橋梁;泥石流災(zāi)害;危險(xiǎn)性評(píng)價(jià);抗災(zāi)能力評(píng)價(jià);模糊綜合評(píng)價(jià)

橋梁是布設(shè)于地表的一條帶狀構(gòu)造物,在碰到各種地質(zhì)災(zāi)害時(shí)難免會(huì)遭到破壞,而山區(qū)的地形地貌復(fù)雜、地質(zhì)條件不穩(wěn)定、地質(zhì)災(zāi)害十分頻繁,對(duì)山區(qū)橋梁構(gòu)成較大威脅。其中泥石流的暴發(fā)通常較突然,且歷時(shí)短暫、速度快、破壞力強(qiáng),能將大量固體物質(zhì)沖出山外。泥石流會(huì)以沖刷、撞擊的形式對(duì)流經(jīng)區(qū)域的橋梁造成直接破壞,泥石流的沉積還會(huì)對(duì)河道造成淤塞,引發(fā)水流沖毀橋梁的上部結(jié)構(gòu)。因此,尋找一種科學(xué)的方法預(yù)估泥石流對(duì)橋梁的破壞性,對(duì)山區(qū)橋梁建設(shè)期防范泥石流災(zāi)害意義重大。

1 泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)原理

1.1 泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,就是對(duì)可能遭到破壞的承載體附近泥石流可能發(fā)生的概率及其可能損失進(jìn)行評(píng)價(jià)和估算的過程。根據(jù)聯(lián)合國(guó)救災(zāi)組織對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定義,其中包含致災(zāi)因子和脆弱性兩個(gè)因素。因此,發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度D可通過下式來計(jì)算:

式中:D∈[0,1];H∈[0,1],表示潛在危險(xiǎn)性;F∈[0,1],表示抗災(zāi)能力。

泥石流風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)劃分見表1。

表1 泥石流風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)

1.2 評(píng)價(jià)體系的建立

對(duì)山區(qū)處于建設(shè)期的橋梁進(jìn)行泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),就是分析在橋梁附近發(fā)生泥石流災(zāi)害的可能性及發(fā)生泥石流后對(duì)橋梁會(huì)造成多大破壞兩個(gè)方面,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見圖1。

圖1 山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

通過對(duì)某區(qū)域內(nèi)歷史災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度及誘發(fā)泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)因素兩方面進(jìn)行潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。歷史災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度為誘發(fā)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)與補(bǔ)充,對(duì)泥石流的活動(dòng)程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),反映該區(qū)域內(nèi)發(fā)生泥石流的可能性。

采用環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)E與降雨條件函數(shù)R的乘積Y來判斷泥石流是否發(fā)生。由于人類活動(dòng)因素可通過一些制度進(jìn)行約束,量化較難,只考慮其他因素對(duì)泥石流的影響。

(1)環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)為:

式中:Ki為誘發(fā)因素統(tǒng)計(jì)權(quán)重;Ni為誘發(fā)因素的量化評(píng)分值(見表2)。

E取值的含義如下:E＜3.5時(shí),流域環(huán)境穩(wěn)定;若3.5≤E＜8.4,則流域環(huán)境基本穩(wěn)定;8.4≤E ＜11.37時(shí),流域環(huán)境不穩(wěn)定;E≥11.37時(shí),流域環(huán)境很不穩(wěn)定。

表2 環(huán)境動(dòng)態(tài)因素的量化評(píng)分值

(2)降雨條件函數(shù)為:

式中:K為降雨修正系數(shù),K＞1;H24為該地區(qū)1 d的最大降雨量(mm);H24(D)為降雨量在1 d內(nèi)可能引發(fā)泥石流的界限值(mm);H1為該地區(qū)1 h最大降雨量(mm);H1(D)為降雨量在1 h內(nèi)可能誘發(fā)泥石流的界限值(mm);H1/6為該地區(qū)10 min最大降雨量(mm);H1/6(D)為降雨量在10 min內(nèi)可能誘發(fā)泥石流的界限值(mm)。

H24(D)、H1(D)、H1/6(D)的取值見表3。

表3 引發(fā)泥石流界限值的取值　mm

R取值的含義如下:R＜3.1時(shí),表示安全雨情;3.1≤R≤4.2時(shí),表示可能發(fā)生泥石流的概率P＜0.2;4.2＜R≤10時(shí),表示可能發(fā)生泥石流的概率為0.2≤P≤0.8;R＞10時(shí),表示可能發(fā)生泥石流的概率P＞0.8。

(3)泥石流是否發(fā)生的綜合判別函數(shù)為:

各參數(shù)取值見表4。Y取值的含義:25＜Y＜35 時(shí),泥石流發(fā)生的幾率約為64%;Y≤25時(shí),發(fā)生泥石流的幾率約為17%;Y≥35時(shí),發(fā)生泥石流的幾率約為85%。

表4 判別函數(shù)值

2.2 抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)

泥石流爆發(fā)后,泥石流主要通過以下方式對(duì)橋梁造成破壞:1)對(duì)橋梁進(jìn)行沖刷,使橋梁基礎(chǔ)受到掏蝕,進(jìn)而破壞橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性;2)泥石流中含有大量固體物質(zhì),加上泥石流速度快,其對(duì)橋梁的沖擊力大,造成橋梁的橋墩喪失承載力并影響橋梁的整體性能;3)泥石流若在橋梁附近沉積,會(huì)造成橋梁堵塞,進(jìn)而破壞橋梁上部結(jié)構(gòu)。

鑒于山區(qū)橋梁受泥石流損毀程度受其設(shè)計(jì)參數(shù)合理性的影響,加上橋梁抗災(zāi)能力的影響因素具有較強(qiáng)的模糊性,采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)山區(qū)橋梁的抗災(zāi)能力進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)見表5。

表5 橋梁抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)

分值A(chǔ)的含義如下:0.8＜A≤1時(shí),橋梁具有極低抗災(zāi)性;0.6＜A≤0.8時(shí),橋梁具有低度抗災(zāi)性;0.4＜A≤0.6時(shí),橋梁具有中等抗災(zāi)性;0.2＜A ≤0.4時(shí),橋梁具有高度抗災(zāi)性;當(dāng)0＜A≤0.2時(shí),橋梁具有極高抗災(zāi)性。

3 實(shí)例應(yīng)用

某山區(qū)正在建設(shè)一座橋梁,該橋梁主跨180 m,為先簡(jiǎn)支后剛構(gòu)。橋址處為一發(fā)育不穩(wěn)定斜坡,傾角約40°,坡體呈松散狀態(tài),存在發(fā)生泥石流的潛在可能性。橋梁跨越段河道寬320 m,河底標(biāo)高136 m,橋梁呈80°跨越。

3.1 潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

(1)環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)。根據(jù)該橋所處位置的地質(zhì)狀況給出量化評(píng)分(見表6)。按式(2)計(jì)算,得E= 10.85,流域環(huán)境不穩(wěn)定。

(2)降雨條件函數(shù)。通過查閱該地區(qū)的歷史降雨資料,取H24=158.9 mm、H1=70.8 mm、H1/6=11.8 mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),取K=1.2,該地區(qū)年平均降雨量為1 046 mm,得H24(D)=60 mm、H1(D)=20mm、H1/6(D)=10 mm。按式(3)計(jì)算,得R=7.37,可能發(fā)生泥石流的概率接近60%。

表6 環(huán)境動(dòng)態(tài)函數(shù)量化評(píng)分

(3)泥石流發(fā)生判別函數(shù)。按式(4)計(jì)算,得Y =79.96。發(fā)生泥石流的幾率約為85%,屬于極高度危險(xiǎn)區(qū),在施工過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施降低風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)

首先建立評(píng)價(jià)集V={極低抗災(zāi)性,低度抗災(zāi)性,中等抗災(zāi)性,高度抗災(zāi)性,極高抗災(zāi)性}={1,0.8,0.6,0.4,0.2},然后邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)中各影響因素進(jìn)行打分,從而確定各指標(biāo)權(quán)重W(見表7),構(gòu)建隸屬度矩陣R(見表8)。

表7 各指標(biāo)權(quán)重

求得模糊向量B=W·R=(0,0,0.313 3,0.530 1,0.156 6),得:

表8 抗災(zāi)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)判的隸屬度

可見,該橋梁為中等抗災(zāi)能力,若發(fā)生泥石流,會(huì)對(duì)橋梁造成一定程度的損害。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,該橋潛在危險(xiǎn)度約為0.85,抗災(zāi)能力為0.431 3,按式(1)計(jì)算,得該橋發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度D=0.367。根據(jù)表1,該橋所在區(qū)域泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)為高度風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符。

3.4 對(duì)策建議

由于該橋的抗災(zāi)能力一般,而發(fā)生泥石流的潛在危險(xiǎn)性卻很高,需提高橋梁的抗災(zāi)能力。在建設(shè)中要合理開挖,不能破壞山坡表層;同時(shí)合理進(jìn)行采石,合理處理?xiàng)壨?、棄渣。在可能形成泥石流的區(qū)域修建排水工程如排水渠,在可能發(fā)生泥石流的源地采取工程措施,如修建攔砂壩、護(hù)坡等,還可修建一些排導(dǎo)工程如導(dǎo)流堤、排導(dǎo)溝等控制泥石流的流向,從而減少對(duì)橋梁的損害。

4 結(jié)語

該文在系統(tǒng)分析影響泥石流發(fā)生的因素及泥石流對(duì)橋梁破壞方式的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了山區(qū)橋梁建設(shè)期泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,綜合潛在危險(xiǎn)性和抗災(zāi)能力兩方面來衡量發(fā)生泥石流災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度。實(shí)例運(yùn)用表明,該理論和方法的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符,表明其具有一定的現(xiàn)實(shí)意義,可為山區(qū)橋梁建設(shè)期防范泥石流災(zāi)害提供決策依據(jù)。

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收稿日期:2015-12-04

中圖分類號(hào):U445.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0236-04