白仙富, 楊志全, 胡 斌, 楊理臣, 戴雨芡, 楊 悅

(1. 中國地震局昆明地震預(yù)報研究所, 云南 昆明 650224; 2. 昆明理工大學(xué)應(yīng)急管理學(xué)院, 云南 昆明 650093;3. 中國地震局成都青藏高原地震研究所, 四川 成都 610095; 4. 青海省地震局, 青海 西寧 810001;5. 昆明市西山區(qū)水務(wù)局, 云南 昆明 650118)

0 引言

地震是觸發(fā)滑坡的一種重要因素。在高山峽谷地區(qū),一次強烈地震能在一瞬間誘發(fā)大量滑坡。地震滑坡的破壞作用主要表現(xiàn)為:危害人類生命健康,造成不同程度的人員傷亡;毀壞房屋、道路等工程設(shè)施,造成不同程度的財產(chǎn)損失;破壞耕地和地下水等資源,造成不同程度的環(huán)境惡化。個別情況下,地震滑坡帶來的損失甚至大于地震直接作用的影響。因此,地震滑坡災(zāi)害定量評估研究一直是地學(xué)界關(guān)注的研究熱點之一[1]。地震滑坡災(zāi)害定量評估研究興起于20世紀(jì)80年代,經(jīng)過約半個世紀(jì)的不懈努力,特別是近15年來的迅猛發(fā)展,取得了豐碩成果。系統(tǒng)總結(jié)發(fā)展成就,概括當(dāng)前研究趨勢,能為研判地震滑坡災(zāi)害定量評估科技發(fā)展大勢、凝練地震滑坡災(zāi)害定量評估重要科研問題提供參考。

1 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究的興起和當(dāng)前的重大社會需求

在1958年到1977年的20年間,《United States Earthquakes》雜志刊登了300個地震事件的破壞情況。Keefer[2]提取了這些事件的震級、震中距、烈度與地震滑坡等信息,于1984年發(fā)表了關(guān)于地震滑坡和地震參數(shù)關(guān)系研究的論文——《Landslides caused by earthquakes》,由此開創(chuàng)了區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究的新紀(jì)元。Keefer的另一重要成就是和Wilson共同建立了第一個震級與滑坡分布范圍的對數(shù)統(tǒng)計模型[3]。這一模型成為后繼開展地震滑坡與地震參數(shù)內(nèi)在關(guān)系建模研究的發(fā)軔,對希臘[4]、意大利[5]、中國[6]乃至全球的震級和地震滑坡到震中最遠(yuǎn)距離、烈度與地震滑坡數(shù)量、地震滑坡的類型和最大密度等方面的進(jìn)一步研究取得了基本的共識:地震滑坡分布的空間不均勻性和地震參數(shù)的橫向不均一性存在著高度相關(guān)關(guān)系。雖受到統(tǒng)計樣本和其他條件的影響使得上述研究結(jié)果的曲線擬合差距較大,但依然為區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究方法和理論的建立提供了有力的地震學(xué)支撐。

實質(zhì)上,地震誘發(fā)滑坡及其數(shù)量、面積、規(guī)模、分布、類型等不僅取決于地震本身的影響,而且與發(fā)震地區(qū)的地形、地貌和地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)。正斷型地震、逆沖型地震、走滑型地震及其他類型地震的動力、斷層兩側(cè)作用方式以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)各不相同,加上地震發(fā)生地區(qū)地形起伏度、溝谷密度、坡度坡形等各不相同[7],區(qū)域地震滑坡災(zāi)害環(huán)境也不相同。隨著世界標(biāo)準(zhǔn)地震臺網(wǎng)(World Wide Standard Seismic Network,WWSSN)的建立和數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)、遙感(Remote Sensing,RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)等技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,評估不同區(qū)域地震滑坡災(zāi)害的影響參數(shù)標(biāo)度有了較為統(tǒng)一且更高精度的參照。若干個地震滑坡事件的研究有助于揭示地震滑坡空間分布、強度與地震參數(shù)及場地條件之間的內(nèi)在規(guī)律,為地震滑坡的區(qū)域性特征和影響因子認(rèn)識積累了實踐、方法和理論基礎(chǔ)。

當(dāng)前,區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究面臨新的重大社會需求。從國際環(huán)境狀況看,尼泊爾廓爾喀地震、印度尼西亞帕魯?shù)卣?、日本北海道地震等事件誘發(fā)的滑坡越來越成為影響公共安全與社會發(fā)展的突出問題。從國內(nèi)看,新時期要推進(jìn)持久和平、普遍安全、共同繁榮、開放包容、清潔美麗的鄉(xiāng)村振興,需要知道哪些山區(qū)不適宜人類居住,哪些山地環(huán)境需要修復(fù)和保育。那些山高坡陡且地震活動較強的地區(qū),其社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃應(yīng)該和地震滑坡災(zāi)害防治緊密結(jié)合,以減輕地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險和減少地震滑坡災(zāi)害損失。

在減輕災(zāi)害風(fēng)險方面,區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究能為自然災(zāi)害隱患調(diào)查和風(fēng)險評估重大項目實施提供更好的技術(shù)支持。從全國自然災(zāi)害風(fēng)險普查工作的實踐看,單純的地震或地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險普查通常難以厘清地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險底數(shù)。以2014年魯?shù)榈卣馂槔?震前地質(zhì)調(diào)查確定的滑坡隱患點不到實際地震滑坡的30%。2021年漾濞地震也表明地震滑坡幾乎都不是震前調(diào)查圈定的滑坡隱患點?？梢?要切實查清區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險隱患底數(shù)、準(zhǔn)確評估區(qū)域地震滑坡風(fēng)險防范能力、綜合提高區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險管理水平、保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展,除了傳統(tǒng)的野外調(diào)查,還要研究地震滑坡災(zāi)害定量評估的新理論、新手段和新方法。

如何提升地震災(zāi)害損失快速評估的準(zhǔn)確性是一個持續(xù)引人關(guān)注的課題[8]。應(yīng)急管理部對震后早期應(yīng)急階段人員死亡數(shù)量評估的準(zhǔn)確性提出誤差不能超過50%的新要求?？茖W(xué)評估地震滑坡可能造成的人員傷亡是提高地震人員傷亡評估的準(zhǔn)確性,進(jìn)而完善地震災(zāi)害損失評估體系的關(guān)鍵科學(xué)問題之一,同時也是一直困擾地震災(zāi)害風(fēng)險評估和震后高精準(zhǔn)快速評估的技術(shù)難題之一。在高地震風(fēng)險山區(qū),應(yīng)加強地震滑坡造成的死亡人數(shù)和道路可通行性快速評估方法等研究,使地震應(yīng)急輔助決策評估方法更科學(xué)、模型更完整、結(jié)果更可靠、效果更顯著[9]。

2 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估相關(guān)基礎(chǔ)研究

區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究進(jìn)展包括地震滑坡相關(guān)概念、發(fā)生機理等基礎(chǔ)理論問題。

2.1 基本定義

滑坡是一種地質(zhì)災(zāi)害,地震滑坡是滑坡的一種類型,通常定義為由于地震作用或者地震力觸發(fā)的土石體向下滑動的自然災(zāi)害現(xiàn)象[10],在地震災(zāi)害研究中通常將地震滑坡歸屬為地震次生地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害評估的基本概念一般包括四個層面:易發(fā)性(Susceptibility)、危險性(Hazard)、易損性(Vulnerability)和風(fēng)險性(Risk)[11]。地震次生地質(zhì)災(zāi)害評估的基本概念在表述上與地質(zhì)災(zāi)害評估研究稍有不同,但也有四個方面[12]:危險性(Susceptibility/Hazard)、易損性(Vulnerability)、危害性(impact)和風(fēng)險性(Risk)。作為地震次生地質(zhì)災(zāi)害的一種,地震滑坡災(zāi)害評估基本概念的體系應(yīng)盡量與地震地質(zhì)災(zāi)害評估保持一致。即地震滑坡災(zāi)害評估研究也應(yīng)包括四個層面:地震滑坡危險性、地震滑坡易損性、地震滑坡危害性和地震滑坡風(fēng)險性。地震滑坡危險性指地震滑坡發(fā)生可能性或規(guī)模大小,是反映地震滑坡物理現(xiàn)象的活動程度和破壞力[13],通常采用地震滑坡發(fā)生概率或易發(fā)性指數(shù)來定義滑坡危險性大小。一般來說地震滑坡概率/易發(fā)性指數(shù)越高的地點發(fā)生滑坡的可能性越大,反之則發(fā)生滑坡的可能性越小。類比地震次生地質(zhì)災(zāi)害評估的基本概念,地震滑坡受災(zāi)體易損性是指各種受災(zāi)體對潛在地震滑坡的抗御能力及可能破壞程度,反映人類社會應(yīng)對地震滑坡災(zāi)害的能力;地震滑坡危害性是指可能發(fā)生的地震滑坡對人類生命財產(chǎn)和土地資源等造成的破壞和損失程度,反映地震滑坡自然屬性和社會屬性的耦合;地震滑坡風(fēng)險性通常指未來地震滑坡災(zāi)害可能帶來的損失程度,反映未來地震滑坡對人類社會影響的可能后果。

2.2 區(qū)域歷史地震滑坡數(shù)據(jù)庫建設(shè)

區(qū)域歷史地震滑坡數(shù)據(jù)庫建設(shè)始于地震滑坡災(zāi)害記錄。國外最早對地震滑坡有文字記載的應(yīng)該是公元前372年的希臘地震[3],最早對地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)描述的是1783年的意大利地震,而第一次對地震滑坡進(jìn)行簡單調(diào)查編目的是1957年的美國加利福尼亞地震[14]。之后《United States Earthquakes》逐步刊登了一些震例,其中包含有地震滑坡信息。20世紀(jì)80年代以來,空間信息技術(shù)的發(fā)展使大范圍高精度的地震滑坡災(zāi)害調(diào)查編目成為可能。Harp等首次對 1976年危地馬拉M7.5地震誘發(fā)的滑坡進(jìn)行了大范圍的遙感解譯編目[15]。近30年來,國際上對1989 年美國加州洛馬·普雷塔M6.9地震[16]、1991年格魯吉亞拉恰M7.0地震[17]、1999年中國臺灣集集M7.5地震[18]、2004年日本新瀉縣中越M6.6地震[19]、2005年克什米爾M7.6地震[20]、2015年尼泊爾廓爾喀M7.8地震[21]和2018日本北海道M6.6地震[22]等重大地震誘發(fā)的滑坡都進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查編目,建立了這些歷史地震的滑坡空間數(shù)據(jù)庫。

我國是世界上地震滑坡比較嚴(yán)重的國家之一,有文字記錄的地震滑坡可追朔到公元前780年10月西安一帶的地震事件,地震滑坡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)起步也較早,走在世界發(fā)展的前列。高慶華等老一輩科學(xué)家通過對歷史地震資料的整理,系統(tǒng)匯集了我國歷史地震地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫[23]。這套數(shù)據(jù)庫覆蓋我國整個國土空間,時間尺度從公元前8世紀(jì)到20世紀(jì)末。由于受當(dāng)時科學(xué)技術(shù)和理念的限制,該套數(shù)據(jù)庫主要是一套屬性數(shù)據(jù),空間信息相對粗獷。1996年麗江M7.0地震后,唐川等[24]開展了基于現(xiàn)場調(diào)查和遙感影像結(jié)合的地震滑坡信息提取。隨著空間信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,大量高精度遙感影像的獲取和解譯變得更加便捷。從2008年汶川地震開始,幾乎每一次地震事件的滑坡都有學(xué)者開展編目入庫工作。除了對近15年來的地震滑坡有遙感解譯編目外,1920年海原M8.5地震[25]、1970年通海M7.7地震[26]等一些早期的歷史地震滑坡空間信息也得到了更為詳細(xì)的補充,進(jìn)一步豐富了歷史地震滑坡數(shù)據(jù)庫。仍需注意的是,高精遙感解譯并不能完全取代現(xiàn)場調(diào)查工作,現(xiàn)場調(diào)查仍然是地震滑坡數(shù)據(jù)庫建設(shè)的重要基礎(chǔ)工作。從區(qū)域的角度看,對一個地區(qū)地震滑坡災(zāi)害定量評估研究除了進(jìn)行單次地震滑坡的詳細(xì)編目外,更需要一個覆蓋較長時間尺度的地震滑坡空間數(shù)據(jù)庫,以實現(xiàn)從減少地震滑坡災(zāi)害損失向減輕地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險轉(zhuǎn)變的跨越和促進(jìn)地震滑坡災(zāi)害評估規(guī)范的形成。為此,白仙富[27]基于多源異構(gòu)的信息資料,建立了滇東北地區(qū)從公元前26年至今的歷史地震滑坡災(zāi)害空間數(shù)據(jù)庫,并評述了滇東北地區(qū)地震滑坡記錄的完整性。顯然,空間信息技術(shù)的進(jìn)步和多源遙感影像信息獲取的快捷,必然促進(jìn)將來地震滑坡編目的高質(zhì)量發(fā)展。但是針對特定區(qū)域,在長時間尺度上基于多源異構(gòu)信息的地震滑坡空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)仍然有許多技術(shù)困難需要攻克。

2.3 區(qū)域地震滑坡發(fā)育特征與分布規(guī)律

地震滑坡是地震動力、地質(zhì)特征和地貌條件等多因素耦合作用的結(jié)果。區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估從地震滑坡發(fā)育特征和分布規(guī)律的探究開始。

目前,國內(nèi)外關(guān)于地震滑坡的發(fā)育特征和分布規(guī)律同地震參數(shù)(震級、烈度、震源深度、震中距等)之間的關(guān)系研究主要從統(tǒng)計學(xué)角度對歷史事件進(jìn)行分析。Keefer提取1958—1977年間300個歷史地震的震級、震中距、烈度、地震滑坡等信息,發(fā)現(xiàn)震級小于M4.0的62例事件中只有一個觸發(fā)了滑坡[2],其后給出了震級與滑坡分布范圍公式[3]。Rodriguez等[28]在 Keefer的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步補充統(tǒng)計了1980—1997年全球地震滑坡的情況,運用類似的方法分析了地震滑坡的類型、數(shù)量、主要分布范圍和最大密度。Papadopoulos等[4]根據(jù)公元1000—1995年間希臘47次M5.3～7.9的地震滑坡統(tǒng)計結(jié)果,提出了震級與滑坡到震中最遠(yuǎn)距離的經(jīng)驗公式。Prestininzi等[5]對公元1992年前意大利的歷史地震資料進(jìn)行類似統(tǒng)計,探討了烈度與地震滑坡的數(shù)量關(guān)系,并給出了兩者的圖形關(guān)系。李天池[29]則根據(jù)我國地質(zhì)地貌特征的區(qū)域性,把研究資料劃分成南北片區(qū),分別對兩片區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計算,得出了單個地震Ⅶ度以上烈度區(qū)滑坡面積與震級的近似關(guān)系?？祦硌竅30]也指出地震滑坡的規(guī)模和數(shù)量與地震烈度分布之間存在密切關(guān)系。周本剛等[31]對西南地區(qū)1970年以來M6.7以上的11次典型地震進(jìn)行統(tǒng)計分析后認(rèn)為,一般在Ⅵ度區(qū)內(nèi)極少存在產(chǎn)生新滑坡的現(xiàn)象。孫崇紹等[6]對我國1500—1949年間M>4的地震資料進(jìn)行了統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)地震引起的滑坡多在Ⅵ度及以上烈度區(qū),Ⅶ度及以上的震區(qū)內(nèi)滑坡的數(shù)量顯著增大,Ⅷ度以上發(fā)生的可能性急劇增大,而其中規(guī)模特大、破壞特重的滑坡都發(fā)生在Ⅸ度及以上的地區(qū)。地震滑坡是黃土分布區(qū)的主要震害之一,它的空間分布和危害程度與地震活動強度的關(guān)系尤為密切但又與其他地區(qū)有明顯差別。才樹華等[32]以80個震例為樣本,初步建立了震級(M5.5 ～ 8.0)與黃土地震滑坡最大致災(zāi)距的指數(shù)關(guān)系。即使同屬黃土地區(qū),六盤山東西兩側(cè)地震滑坡集中區(qū)和最大散布區(qū)也存在差異。辛鴻博等[33]通過對典型強震活動中Ⅵ度及以上烈度區(qū)內(nèi)的滑坡面積進(jìn)行計算后發(fā)現(xiàn)地震滑坡的面積隨著震級的增大而增大,地震滑坡的最大面積與震級之間存在著規(guī)律關(guān)系,但單個滑坡面積和震級不一一對應(yīng)。這些研究都表明區(qū)域地震滑坡發(fā)育的共同性:觸發(fā)滑坡有一個最低震級或最低烈度,滑坡空間分布與地震參數(shù)之間存在規(guī)律性關(guān)系,但滑坡發(fā)育和分布特征與地震參數(shù)之間的關(guān)系會因地區(qū)不同而有差異。

地震滑坡的發(fā)育特征同斜坡環(huán)境參數(shù)(坡度、坡向、巖石類型等)之間的關(guān)系研究多是針對單次地震滑坡事件。地震滑坡與邊坡環(huán)境的關(guān)系主要取決于兩個方面:邊坡的地質(zhì)特征和地貌條件[34]。在具體研究中,有的學(xué)者側(cè)重某一方面,有些學(xué)者則二者同時兼顧。Keefer[16]采用單因素方差回歸分析研究了1989年加州M6.9地震滑坡與坡度、巖性等環(huán)境參數(shù)關(guān)系。Parise等[35]總結(jié)了美國北嶺地區(qū)地震滑坡的區(qū)域特征和該地區(qū)地震滑坡與坡度、巖性等影響因素之間的關(guān)系。Liao等[36]統(tǒng)計了集集M7.5地震滑坡與發(fā)震斷裂、河流/公路的距離、與地層巖性、坡度、坡向之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)發(fā)震斷層上盤的滑坡優(yōu)勢坡向為S和SE向,而下盤的滑坡優(yōu)勢坡向為S、SE和SW向。2004年日本新瀉M6.6地震后,Chigira等[19]指出古滑坡復(fù)活和切坡是地震誘發(fā)深層滑坡的最主要因素。Sato等[7]對2005年克什米爾M7.6地震地質(zhì)災(zāi)害研究發(fā)現(xiàn)該次地震大型滑坡的主要坡形為凸坡,優(yōu)勢坡向為S和SW向。Owen等[34]也對克什米爾地震地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了研究,印證了地震滑坡災(zāi)害的分布受到斜坡環(huán)境的地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地形地貌和人類活動控制的觀點。汶川M8.0地震之前,國內(nèi)單次地震滑坡發(fā)育特征與斜坡環(huán)境關(guān)系的研究主要針對一些特定區(qū)域開展。如康來迅[30]研究了昌馬斷裂帶上的地震滑坡分布特征同斜坡環(huán)境參數(shù)關(guān)系,統(tǒng)計得出昌馬斷裂帶的地震滑坡主要發(fā)生在坡度為30°～ 50°和地形高差為100～300 m的斜坡部位。周本剛等[31]歸納了云南和川西地區(qū)典型強震活動誘發(fā)滑坡的斜坡環(huán)境特征,認(rèn)為該地區(qū)滑坡多發(fā)生于第四系堆積層中,其中又以殘積層最為發(fā)育,且其最容易觸發(fā)滑坡的坡度為35°～45°,滑坡分布在很大程度上受地震斷層的控制,其整體分布主方向和地震斷層的方向大致相同。對黃土地區(qū)海原地震滑坡的研究發(fā)現(xiàn),長度為200 m左右的斜坡上當(dāng)烈度達(dá)到Ⅹ度時,坡度在3°以上即可發(fā)生滑坡[37],說明坡長、巖性都對地震滑坡有影響。1996年麗江M7.0地震滑坡造成Ⅷ度及以上烈度區(qū)范圍內(nèi)大量公路中斷。唐川等[24]發(fā)現(xiàn),此次地震滑坡主要集中在震中東南部,地形是控制滑坡分布的主導(dǎo)因素,滑坡多發(fā)生在坡度超過60°斜坡中上部和25°～45°的中緩斜坡上。汶川地震后,國內(nèi)地震滑坡的研究迅猛發(fā)展,圍繞汶川地震滑坡發(fā)育特征和分布規(guī)律開展了大量分析研究工作。黃潤秋等[38]對汶川地震滑坡災(zāi)害的空間分布規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計分析,得出了汶川地震滑坡災(zāi)害具有沿地震發(fā)震斷裂呈帶狀和沿水系呈線狀分布以及斷層上盤效應(yīng)顯著的認(rèn)識。汶川地震后,不同學(xué)者對2010年青海M7.1地震[39]、2013年蘆山M7.0地震[40]、2017年九寨溝M7.0地震[41]等地震滑坡發(fā)育特征和空間分布同斜坡環(huán)境關(guān)系都開展詳細(xì)統(tǒng)計分析。近年來,國內(nèi)學(xué)者的研究視角不斷擴(kuò)展到國外。在2015年尼泊爾M8.1地震[42]、2018年日本北海道M6.6地震[43]等地震滑坡發(fā)育特征和空間分布規(guī)律的研究上也都取得了卓有成效的進(jìn)展。這些單次地震滑坡案例的研究都表明,地震滑坡發(fā)育特征和空間分布規(guī)律同斜坡環(huán)境參數(shù)之間關(guān)系密切。由于滑坡本質(zhì)上屬于重力地貌,因此巖性、坡向等影響因子必然通過坡度才能發(fā)揮作用。同時,地震滑坡發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果,個案分析得到的規(guī)律未必能完全外推到其他區(qū)域,比如滑坡分布的優(yōu)勢坡向通常會因地震發(fā)生地點不同而存在較大變化。

2.4 區(qū)域地震滑坡機理及動力學(xué)

對區(qū)域地震滑坡發(fā)育特征和分布規(guī)律取得了豐富的認(rèn)識,但當(dāng)面對類似汶川地震觸發(fā)的許多巨型、高速、遠(yuǎn)程等滑坡現(xiàn)象時只有考慮成因機理與動力過程方可解釋。對地震滑坡成因機理的研究,主要集中于強震條件下斜坡的動力響應(yīng)規(guī)律分析。

1971年Davis等美國地質(zhì)學(xué)家在對圣費爾南多地震的余震監(jiān)測中首次發(fā)現(xiàn)了斜坡坡頂?shù)牡卣饎臃逯导铀俣染哂忻黠@放大效應(yīng)[44]。Geli等[45]在對地形放大效應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計分析的過程中發(fā)現(xiàn),地形放大效應(yīng)發(fā)生在入射波長與地形的坡寬近似相等的坡頂,P波的放大效應(yīng)比S波大,另外地形放大效應(yīng)隨入射角度的增大而減小,隨坡度的增加而增大,但地形放大效應(yīng)與山脊方位角之間的規(guī)律還不明顯。Hartzell等[46]研究了1989年洛馬—普雷塔地震對羅賓伍德山脊的破壞,認(rèn)為該山脊破壞程度較大的主要因素有三方面:山脊內(nèi)體波的多向反射及散射、瑞利波與雷夫波的復(fù)雜作用、主震源的方向性及波的擴(kuò)散狀態(tài)。還有學(xué)者基于地震液化來研究強震滑坡的失穩(wěn)機理,Hutchinson[47]基于現(xiàn)場滑坡模擬試驗以及室內(nèi)試驗,提出了“結(jié)構(gòu)破壞”致使“孔壓上升”從而導(dǎo)致土質(zhì)發(fā)生液化形成滑坡的認(rèn)識。Aoi等[48]在巖手—宮城地震中發(fā)現(xiàn)了強地面垂直加速度現(xiàn)象,提出了垂直強震動現(xiàn)象的“蹦床”模型,即用運動員蹦床的過程來解釋地震誘發(fā)的強地面垂直加速度不對稱現(xiàn)象。劉洪兵等[44]提出了與Hartzell等[46]相同的認(rèn)識。在黃土地區(qū),低角度黃土-泥巖滑坡在地震荷載作用下地震波水平方向和垂直方向均出現(xiàn)明顯的放大效應(yīng)[49],這從機理上解釋了低坡度黃土斜坡遭遇高烈度襲擊時發(fā)生滑坡的原因。周維垣[50]指出,地震動荷載對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在地震波通過巖層面及巖體結(jié)構(gòu)面時發(fā)生的反射及折射作用導(dǎo)致的超壓增大以及地震荷載與其他因素對斜坡體的共同破壞。胡廣韜[51]認(rèn)為斜坡在動力作用下的變形和失穩(wěn)機制存在一定的差異,并于1995年提出了邊坡動力失穩(wěn)機制的坡體波動振蕩加速效應(yīng)假說,其編寫的《滑坡動力學(xué)》是我國第一部系統(tǒng)闡述滑坡動力機理的專著。張倬元[52]認(rèn)為地震對邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為累積效應(yīng)和觸發(fā)效應(yīng)。毛彥龍等[53]認(rèn)為地震時的坡體波動震蕩在斜坡巖土體變形破壞過程中逐步產(chǎn)生累進(jìn)破壞效應(yīng)、啟動效應(yīng)和啟程加速效應(yīng)。根據(jù)這個結(jié)論,并不是任何強度地震動都會引起巖土體的破壞,低于某一強度的地震動只有在反復(fù)作用下才可能引起滑坡。唐春安等[54]認(rèn)為,運用應(yīng)力波在自由面的入、反射原理和加速度倍增效應(yīng),更能從力學(xué)的層面解釋強震動地表加速現(xiàn)象。對于汶川地震觸發(fā)的大型高速遠(yuǎn)程滑坡體的形成機制,殷躍平[55]認(rèn)為其具有“地震拋擲”-“撞擊崩裂”-“高速滑流”3 階段。黃潤秋等[56]系統(tǒng)研究了汶川地震邊坡動力響應(yīng)規(guī)律,認(rèn)為強震時大型滑坡失穩(wěn)破壞最基本的破壞模式可用“拉裂-滑移”來概括。由于地震滑坡機理的復(fù)雜性[12],對地震滑坡動力響應(yīng)及其運動模式還存在許多未知之處,區(qū)域范圍內(nèi)地震滑坡空間分布的預(yù)測仍然十分困難。

3 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估

地震滑坡基礎(chǔ)研究推動了區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估,20世紀(jì)60年代末70年代初,國際社會開始進(jìn)行滑坡災(zāi)害危險性評估和區(qū)劃研究,區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險評估研究也隨之登上歷史舞臺。到20世紀(jì)80年代中期至90年代中期的10年時間里,區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估研究正式興起[57]。21世紀(jì)伊始,特別是2005年克什米爾M7.8地震和2008汶川M8.0地震之后,地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估研究迅速跨入全新的高速發(fā)展階段。區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估包括地震滑坡危險性定量評估、地震滑坡易損性定量評估、地震滑坡危害性定量評估以及地震滑坡風(fēng)險性定量評估。

3.1 區(qū)域地震滑坡危險性定量評估

區(qū)域地震滑坡危險性評估研究包括兩個層面:一是區(qū)域內(nèi)各地點發(fā)生地震滑坡的可能性研究,國內(nèi)相關(guān)的名詞有地震滑坡易發(fā)性、地震滑坡敏感性等,使用的英語單詞一般為Susceptibility,偶爾有人使用Hazard,反映的都是地震滑坡的自然屬性;二是在危險性定量評估的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域地震滑坡危險性等級劃分或區(qū)劃研究。

3.1.1 區(qū)域地震滑坡易發(fā)性/敏感性定量評估

區(qū)域地震滑坡易發(fā)性/敏感性定量評估通常是將研究區(qū)劃分為相同大小的網(wǎng)格(即像元),評估結(jié)果為各網(wǎng)格的地震滑坡概率、密度或滑動距離等。

早期的地震滑坡易發(fā)性/敏感性定量研究方法主要繼承于氣象滑坡敏感性評估研究,使用的方法總體上可分為三大類:擬靜力法、有限元滑動位移法和物理模擬法。擬靜力法簡單實用,Terzaghi首次將這種分析方法應(yīng)用于斜坡穩(wěn)定性評估[58];丁彥慧等[59]對這種方法進(jìn)行了改進(jìn),并用于麗江7.0級地震滑坡檢驗。該方法在一些區(qū)域地震滑坡的穩(wěn)定性分析中仍在使用。為了更準(zhǔn)確地評估滑坡發(fā)生位置,Newmark[60]提出了用有限元滑動位移代替擬靜力法的思路,他認(rèn)為滑坡位移量達(dá)到某個臨界值后,邊坡便可能失穩(wěn),該方法后來用于小范圍的地震滑坡危險性評估。1971年,Cundall[61]提出離散有限元法;1988年Ambrasys等[62]基于對11次地震的50個強震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,提出把臨界加速度比作為回歸方程的變量來估算地震時邊坡的永久位移。至此,區(qū)域地震滑坡位移模型開始與氣象型滑坡預(yù)測模型有明顯差別。Jibson[63]建議使用阿里亞斯(Arias)強度來描述強震滑坡特性,但由于巖土工程問題具有多樣性和復(fù)雜性,一般很難求得嚴(yán)密的解析解。為此,黃潤秋[64]進(jìn)一步提出二維地質(zhì)過程模擬體系;劉忠玉等[65]假定滑坡體運動形式連續(xù)可變且滑動過程伴隨變形能量積累和釋放,建立了高速滑坡遠(yuǎn)程預(yù)測的二維塊體運動模型;崔芳鵬等[66]利用二維離散元方法模擬了縱橫波時差耦合作用下的唐家山滑坡過程;曹琰波等[67]也采用離散元方法對唐家山滑坡進(jìn)行模擬,提出了唐家山滑坡的運動模式。這類基于地震參數(shù)的位移判別法經(jīng)過多次改進(jìn)后預(yù)測結(jié)果較為準(zhǔn)確,缺點是模型需要的參數(shù)多而細(xì),導(dǎo)致勘察、實驗和計算處理的時間較長,應(yīng)用在一些小范圍的滑坡體精細(xì)預(yù)測上較為合適,對于大范圍的地震滑坡易發(fā)性評估則存在著時間、人力等成本問題。若要進(jìn)一步從機理角度評估區(qū)域地震滑坡的易發(fā)性,最好能建立基于物理模擬的方法。物理模擬方法就是借助設(shè)備進(jìn)行地震滑坡發(fā)生條件的模擬實驗,其理論基礎(chǔ)主要是相似性理論和量綱分析法,可使用的方法包括離心實驗法、模型試驗法和光測彈性法等。代表性工作有王蘭民等[68]為獲取不同地震荷載作用下黃土斜坡動力參數(shù)以及黃土滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行的現(xiàn)場黃土爆破試驗。

20世紀(jì)90年代中后期,空間信息技術(shù)的迅猛發(fā)展對地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估方法和技術(shù)的進(jìn)步帶來重要影響,特別是GIS技術(shù)的發(fā)展和普及對地震滑坡易發(fā)性評估帶來了革命性的推動作用?？臻g信息技術(shù)為地震滑坡環(huán)境信息的提取提供了便捷,由此建立了高精度歷史地震滑坡空間數(shù)據(jù)庫。空間信息技術(shù)還為地震滑坡易發(fā)性研究奠定了強大的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ),基于空間數(shù)據(jù),一系列新的定量評估方法得以發(fā)展。區(qū)域地震滑坡定量評估結(jié)果的直觀可視化表達(dá)也得益于空間信息技術(shù)的促進(jìn)。21世紀(jì)以來,特別是幾次重大地震事件之后發(fā)展起來的地震滑坡易發(fā)性定量評估方法基本都以GIS技術(shù)和RS技術(shù)為基礎(chǔ)。這些新的方法除了改進(jìn)的擬靜力法、有限元法等,更主要的是二元統(tǒng)計[69]、多元回歸(主要以邏輯模型為代表)[70]以及機器學(xué)習(xí)[71]這三個大類。新方法在具體的區(qū)域地震滑坡易發(fā)性評估中,技術(shù)層面上開始從一種方法的使用逐步發(fā)展為基于幾種方法的結(jié)合以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性;內(nèi)容屬性上開始從單個地震案例分析反演逐步注重對區(qū)域未來狀況的預(yù)測。

新方法的發(fā)展使得區(qū)域地震滑坡易發(fā)性評估結(jié)果的定量化程度越來越高,并呈現(xiàn)出從純定量向新的定量與定性相結(jié)合的趨勢。為提高結(jié)果準(zhǔn)確性,在評估方法上除了發(fā)展新的模型外還開始了多種模型的結(jié)合應(yīng)用?？臻g信息新技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)區(qū)域地震滑坡易發(fā)性定量評估方法的發(fā)展,新方法離不開新技術(shù)的支持。與此同時,區(qū)域地震滑坡易發(fā)性評估研究有兩個方面需要重視:評估模型參數(shù)出現(xiàn)越來越復(fù)雜的現(xiàn)象;理念上,強化了地震滑坡的易發(fā)性而對 “安全島”的重要性重視不足。

3.1.2 區(qū)域地震滑坡危險性區(qū)劃

區(qū)域地震滑坡危險性區(qū)劃/分區(qū)一般在易發(fā)性定量評估的基礎(chǔ)之上開展,其研究內(nèi)容主要包括三方面:基于地域單元的經(jīng)典型地震滑坡危險性區(qū)劃/分區(qū);基于單次地震的災(zāi)區(qū)反演型地震滑坡危險性區(qū)劃/分區(qū);基于地震危險性的預(yù)測型地震滑坡危險性區(qū)劃/分區(qū)。區(qū)域地震滑坡危險性區(qū)劃和易發(fā)性評估不同之處主要有兩方面:一是評估結(jié)果通常是地震滑坡危險性等級,二是評估對象的空間形式更加多樣,可以是基于像元、行政單元、自然單元等空間的地震滑坡危險性分區(qū)。

基于地域單元的地震滑坡危險性區(qū)劃研究主要從20世紀(jì)末開始。1998年,Pachauri等[72]在喜馬拉雅亞山區(qū)使用GIS進(jìn)行包括地震活動因子在內(nèi)的滑坡區(qū)劃。隨后,Uromeihy等[73]利用柵格數(shù)據(jù),對伊朗Khorshrostam地區(qū)的地震滑坡危險性進(jìn)行區(qū)劃。2001年,唐川等[74]在ARC/ INFO支持下,對區(qū)域地震滑坡影響因子圖層進(jìn)行權(quán)重賦值后疊加計算,編制了云南省地震滑坡危險性等級分布圖,開創(chuàng)了國內(nèi)基于GIS技術(shù)的地震滑坡危險性區(qū)劃研究。高慶華等[12]基于歷史資料,利用GIS進(jìn)行了我國大陸地區(qū)包括地震滑坡在內(nèi)的地震地質(zhì)災(zāi)害危險性等級區(qū)劃。GIS成為區(qū)域地震滑坡危險性區(qū)劃的基本工具,在開展地震滑坡危險性區(qū)劃時不管底層使用什么模型進(jìn)行危險等級計算,在成果表現(xiàn)上都難以離開GIS技術(shù)的支持。

針對地域單元的地震滑坡危險性區(qū)劃發(fā)展的同時,單次地震災(zāi)區(qū)地震滑坡危險性分區(qū)研究也逐步開展。集集地震之后,Lin等[75]利用此次地震的次生地質(zhì)災(zāi)害報告和一些學(xué)者的研究成果,繪制了地震災(zāi)區(qū)地震滑坡危險性區(qū)劃圖,掀開了以單次地震滑坡事件進(jìn)行災(zāi)區(qū)地震滑坡危險性區(qū)劃的新篇章。汶川地震后,對單次地震災(zāi)區(qū)進(jìn)行地震滑坡危險性反演型區(qū)劃的研究如雨后春筍般涌現(xiàn),發(fā)展了大量的定量評估方法。基于單次震例開展的地震滑坡危險性區(qū)劃研究主要是根據(jù)災(zāi)區(qū)的地震滑坡分布信息,提取滑坡點的巖性、坡度、高程、距離斷層或水系的距離等影響參數(shù),然后采用回歸分析法[76]、層次分析法[77]、確定性系數(shù)法[78]、模糊數(shù)學(xué)法[79]及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[80]等方法對地震滑坡和這些影響因子關(guān)系進(jìn)行建模,再用所建模型反演地震災(zāi)區(qū)的地震滑坡危險性。

個體案例的地震滑坡危險性區(qū)劃研究推動設(shè)定條件或不同地震發(fā)生概率下地震滑坡危險性區(qū)劃發(fā)展。對不同地震動參數(shù)、不同時段或不同地震發(fā)生概率下的預(yù)測型地震滑坡危險性區(qū)劃也成為了區(qū)域發(fā)展的需求內(nèi)容之一。高慶華等[12]以地市(州、地區(qū)、盟)為評估單元,將我國地震地質(zhì)(含地震滑坡)災(zāi)害的危險性分為五個類型區(qū):無資料區(qū)、無次生災(zāi)害區(qū)、輕度分布區(qū)、中度分布區(qū)、重度分布區(qū)。類似的是綜合地震動時空分布進(jìn)行特定范圍的地震滑坡危險性區(qū)劃,用低危險、較低危險、較高危險和高危險來表示未來區(qū)域遭遇某一超越概率水平的地震動作用下地震滑坡發(fā)生的可能程度[81]。為了滿足地震應(yīng)急評估和年度地震重點危險區(qū)地震災(zāi)害預(yù)測等需求,白仙富等[82]以汶川地震滑坡數(shù)據(jù)為樣本,建立坡度分級條件下地震滑坡密度(單位面積內(nèi)的滑坡數(shù)量)與烈度、巖性等影響因子之間的回歸模型,并據(jù)此產(chǎn)出了我國大陸地區(qū)遭遇不同烈度下90 m柵格的地震滑坡危險性等級預(yù)測數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集通過國家地震社會服務(wù)工程在各省局的地震應(yīng)急指揮中心推廣使用,模型和預(yù)測產(chǎn)品數(shù)據(jù)在使用中持續(xù)改進(jìn)和更新。隨著大中城市地震災(zāi)害情景構(gòu)建研究的推進(jìn),林高聰?shù)萚83]開展了黃土地區(qū)基于歷史地震重現(xiàn)時當(dāng)?shù)氐卣饎铀p特征下的地震滑坡危險性評估,其成果可以構(gòu)建震級重復(fù)場景下的滑坡情景,也能為當(dāng)?shù)毓芾聿块T制定減災(zāi)策略提供信息服務(wù)。在考慮地震動影響作用下的地震滑坡危險性區(qū)劃中,和烈度相近的影響因子是地震動峰值加速度,由此,王濤等[23]進(jìn)一步發(fā)展了考慮地震超越概率下的區(qū)域地震滑坡危險性區(qū)劃方法。

區(qū)域地震滑坡危險性區(qū)劃/分區(qū)定量化程度的提高離不開地震滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的進(jìn)步和評估方法的發(fā)展。多數(shù)地震滑坡危險性研究的反演效果一般都較好,但產(chǎn)出預(yù)測產(chǎn)品的不多,推廣應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中的更少。部分地震滑坡危險性定量評估模型過于復(fù)雜,其應(yīng)用到實際工作中不利于參數(shù)收集和結(jié)果計算。在區(qū)域地震滑坡危險性大小的等級劃分上缺乏統(tǒng)一參照,對“安全島”在區(qū)劃/分區(qū)中的重要性和實用性認(rèn)識不足。

3.2 區(qū)域地震滑坡受災(zāi)體易損性定量評估

地震滑坡能否發(fā)生以及災(zāi)害程度如何,除了取決于自然條件外,還與社會經(jīng)濟(jì)條件密切相關(guān)。社會經(jīng)濟(jì)條件對區(qū)域地震滑坡災(zāi)害的影響,除了人類社會經(jīng)濟(jì)活動可以促進(jìn)或消弱地震滑坡災(zāi)害活動外,主要是作為受災(zāi)體、受災(zāi)機會的多少和承受災(zāi)害能力的強弱直接影響區(qū)域地震滑坡災(zāi)害的破壞和損失程度。通常情況下,受災(zāi)體的數(shù)量越多、密度越大受災(zāi)機會越多,即易損性(或易災(zāi)性)越高、災(zāi)害損失越嚴(yán)重。在區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究中,受災(zāi)體易損性定量評估研究發(fā)展緩慢,相關(guān)的文獻(xiàn)報道亦鳳毛麟角。

3.2.1 區(qū)域地震滑坡受災(zāi)體易損性要素及其分級

易損性是指受災(zāi)對象的類型、數(shù)量、價值及其對災(zāi)害的抗御能力。地震滑坡災(zāi)害的受災(zāi)對象主要包括人口、工程設(shè)施、耕地三類,因此受災(zāi)易損性亦相應(yīng)分為人口易損性、工程設(shè)施易損性(簡稱工程易損性)和耕地易損性。

人口易損性是指評估區(qū)內(nèi)人口遭遇地震滑坡災(zāi)害時可能發(fā)生的死亡、失蹤、傷殘程度。不同地區(qū)人口易損性的高低除了與人口結(jié)構(gòu)和防災(zāi)工程有關(guān)外,主要取決于人口數(shù)量和人口密度。人口數(shù)量越多、密度越高,發(fā)生人員傷亡的可能性越大,人口易損性越高。因此,根據(jù)中國大陸人口平均密度,通常將人口易損性分為高(>300人/km2)、中(10～300人/km2)、低(<10人/km2)三個等級,并分別賦予10、5、1的標(biāo)度分值。

工程易損性是指評估區(qū)內(nèi)各種工程設(shè)施遭遇地震滑坡災(zāi)害時可能發(fā)生的破壞損毀程度。不同地區(qū)工程易損性除了與工程設(shè)施類型、結(jié)構(gòu)等有關(guān)外,主要取決于工程設(shè)施的數(shù)量和密度。工程設(shè)施越多、密度越大,遭受地震滑坡災(zāi)害破壞的可能性越大,工程易損性越高。因此,根據(jù)不同地區(qū)房屋等工程設(shè)施分布情況,通常將工程易損性分為高(城市及重要交通干線沿線,工程設(shè)施密集而且有不少重要工程設(shè)施)、中(村鎮(zhèn)和人口密集的平原、盆地及交通干線沿線,工程設(shè)施比較密集)、低(村鎮(zhèn)和人口比較稀少的山地、高原、荒漠、草原,工程設(shè)施稀少)三個等級,并分別賦予10、5、1的標(biāo)度分值。

耕地易損性指的是評估區(qū)內(nèi)發(fā)生地震滑坡災(zāi)害時,耕地被淤埋、塌陷等破壞的可能。不同地區(qū)耕地易損性的高低主要取決于耕地數(shù)量和耕地密度(耕地面積占土地面積的百分比)。耕地數(shù)量越多、密度越大,遭受破壞的機會越多,易損性越高。因此,根據(jù)不同地區(qū)耕地密度將耕地易損性分為高(>50%)、中(10%～50 %)、低(<10 %)三個等級,并分別賦予10、5、1的標(biāo)度分值。

綜合易損性是指評估區(qū)域地震滑坡人口易損性、工程易損性、耕地易損性的綜合程度。由于不同易損性對綜合易損性的影響程度不同,所以在計算綜合易損性時需考慮各自的權(quán)重,人口易損性權(quán)值為0.5、工程易損性權(quán)值為0.3、耕地易損性權(quán)值為0.2。在獲得上述資料和相應(yīng)指標(biāo)后,即可計算出區(qū)域評價單元的地震滑坡綜合易損性指數(shù)。為了更清晰地反映不同地區(qū)易損性變化與差異,根據(jù)綜合易損性指數(shù)將綜合易損性也分為高(5～10)、中(2～5)、低(<2)三個等級。

3.2.2 我國地震滑坡受災(zāi)體易損性分布

中國地震滑坡災(zāi)害易損性的區(qū)域差異明顯,其基本特征是西部內(nèi)陸地區(qū)低,東部沿海地區(qū)高。高度易損區(qū)主要分布在華北平原、長江中下游平原和杭嘉湖平原地區(qū)。中度易損區(qū)主要分布在中國東部地區(qū)。低度易損區(qū)主要分布在中國西部和北部的內(nèi)蒙古地區(qū)。

3.3 區(qū)域地震滑坡危害性和風(fēng)險性定量評估

3.3.1 區(qū)域地震滑坡危害性定量評估

理論上,地震滑坡危害性=地震滑坡危險性×地震滑坡易損性。在傳統(tǒng)的區(qū)域地震滑坡危害性評估中,通常用危害性指數(shù)表達(dá)危害性程度(危害性指數(shù)=危險性指數(shù)×易損性指數(shù)),并根據(jù)其指數(shù)值進(jìn)行危害性等級劃分。國際上大多使用這種方法,國內(nèi)高慶華等[12]、白仙富等[84]也使用過類似方法進(jìn)行過區(qū)域地震滑坡危害性評估,評估結(jié)果總體上反映了我國的地震滑坡危害性差異,對宏觀尺度的國土規(guī)劃整治和應(yīng)急救援能力建設(shè)投入有重要指導(dǎo)作用。2016年蘆山地震后,丁明濤等[85]首先提取研究區(qū)的人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、道路密度、林地覆蓋率、建筑覆蓋率和滑坡災(zāi)害影響區(qū) 6個指標(biāo)因子來構(gòu)建地震災(zāi)區(qū)滑坡災(zāi)害危害性評估指標(biāo)體系;然后,分別應(yīng)用信息量模型和貢獻(xiàn)權(quán)重迭加模型,進(jìn)行了蘆山地震災(zāi)區(qū)滑坡的危害性評估。這些評估方法本質(zhì)上還是半定量化的方式,與實質(zhì)的定量評估還有一些差別。

近年來,對地震滑坡死亡人數(shù)、地震滑坡道路中斷風(fēng)險、地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險河段等內(nèi)容的評估方法得到了進(jìn)一步探索。其中,地震滑坡死亡人數(shù)評估是人們最關(guān)注的內(nèi)容。Budimir等[86]采用多元統(tǒng)計方法對地震死亡人數(shù)與地震震級、國內(nèi)生產(chǎn)總值、坡度、貧困程度、健康狀況、城市交通系統(tǒng)、人口暴露程度、建筑質(zhì)量以及是否引發(fā)滑坡進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明,地震是否觸發(fā)滑坡對死亡人數(shù)有顯著影響。于是,Nowicki等[87]基于最大地震動加速度(Peak Ground Acceleration,PGA)與地形坡度、地表地質(zhì)、高分辨率土地覆蓋數(shù)據(jù)和降水等參數(shù),建立了一個滑坡概率經(jīng)驗?zāi)Ｐ?在此基礎(chǔ)上提供了地震滑坡可能造成死亡人數(shù)的數(shù)量級估計數(shù)。Zhang等[88]選取沉積層厚度、建筑物震害、人員疏散和抵抗能力等4類關(guān)鍵因素,基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法提出了一種地震滑坡人員脆弱性估算模型,這是一種隱性模型,離開開發(fā)系統(tǒng)后很難移植使用。Khalaj等[89]認(rèn)為利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和Newmark位移的地震滑坡概率在理論上也可以用于地震滑坡人員傷亡和財產(chǎn)損失的風(fēng)險分析。由此,Jessee等[90]在滑坡概率計算的基礎(chǔ)上,結(jié)合全球人口數(shù)據(jù)預(yù)測滑坡暴露指數(shù)及人口暴露指數(shù),通過建立多元回歸模型來進(jìn)行地震滑坡人員傷亡的數(shù)量級估計。這些研究有一個共同之處,模型本身的內(nèi)檢和外延實用性都未進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)測試,可操作性亦不友好。大量的地震滑坡死亡人數(shù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),在全球范圍內(nèi)地震滑坡導(dǎo)致的人員死亡約為地震災(zāi)害死亡總?cè)藬?shù)的17.7%[91]。統(tǒng)計分析還發(fā)現(xiàn),地震滑坡死亡人數(shù)占死亡總?cè)藬?shù)的比率因地區(qū)不同和震級大小懸殊而有較大差別。以我國南北地震帶為例,通常情況下,地震人員傷亡的50%～75%由建筑物破壞所導(dǎo)致,25%～50%由地震滑坡次生災(zāi)害和其他因素導(dǎo)致[82];在個別震例中,地震滑坡導(dǎo)致的死亡人數(shù)甚至要超過建筑物破壞導(dǎo)致的死亡數(shù)量,一些震級較小的死亡人數(shù)為1至數(shù)人的地震事件,死亡人員可能僅因地震滑坡造成[92]?？梢?科學(xué)評估地震滑坡可能造成的人員傷亡數(shù)量是提高地震人員傷亡評估準(zhǔn)確性和完善地震災(zāi)害損失評估體系的重要因素之一。解決這一問題的方案之一是基于GIS和logistic模型的地震滑坡致死人數(shù)評估方法開始提出[93]并逐步完善。該方法包括三個步驟:一是將評估區(qū)劃分成1 km×1 km的網(wǎng)格單元,把網(wǎng)格內(nèi)的人口數(shù)量作為網(wǎng)格單元的人口屬性;二是基于回歸的logistic模型,根據(jù)網(wǎng)格單元內(nèi)的地震滑坡危險性屬性計算各網(wǎng)格單元的地震滑坡致死率;三是計算各網(wǎng)格單元的地震滑坡致死人數(shù),然后進(jìn)行研究區(qū)的地震滑坡總死亡人數(shù)評估。利用這種方法,以2014年“8·3”魯?shù)镸6.5地震,2012年“9·7”彝良M5.6、M5.7地震和2008年“5·12”汶川M8.0地震的3個地震災(zāi)區(qū)為例,進(jìn)行地震滑坡致死人數(shù)測試[94]。其中,魯?shù)檎鹄脕順?gòu)建地震滑坡致死人數(shù)快速評估模型并評價其有效性,彝良和汶川震例用來測試模型的外延適用性?；诠锞W(wǎng)格單元的地震滑坡死亡數(shù)量評估方法建立的初衷是解決應(yīng)急期地震滑坡死亡總?cè)藬?shù)快速評估準(zhǔn)確性的問題,但對區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險死亡總?cè)藬?shù)評估也能發(fā)揮較好作用。更主要的是地震滑坡死亡人數(shù)的評估開始從死亡占比的經(jīng)驗型統(tǒng)計開始向設(shè)定條件下死亡率和死亡總數(shù)的定量計算邁進(jìn)[27]。需要注意的是,用該方法進(jìn)行地震滑坡死亡人數(shù)評估時,具體到每個網(wǎng)格的地震滑坡死亡人數(shù)評估結(jié)果與實際死亡人數(shù)之間還是有出現(xiàn)較大離散的可能。

地震滑坡通常會造成地面交通系統(tǒng)不同程度的破壞,其損毀程度和現(xiàn)存的功能狀態(tài)會對整個抗震救災(zāi)工作產(chǎn)生重要的影響,如何預(yù)測地震滑坡道路可通行性空間分布是快速評估中的另一個難題?；跊Q策樹最大信息增益比的C4.5方法對汶川地震高烈度區(qū)地震滑坡道路中斷風(fēng)險初步研究顯示,可以利用地震滑坡危險性水平預(yù)測數(shù)據(jù)集對道路中斷風(fēng)險進(jìn)行快速評估[95]。隨后在C4.5的基礎(chǔ)上提出了一種基于GIS和多變量決策樹(Multivariate Decision Tree,MDT)的地震滑坡道路可通行性空間分布快速評估方法[96]。這種方法的基本思路是根據(jù)研究區(qū)的烈度計算出地震滑坡危險性水平的空間分布,然后統(tǒng)計每條路段兩側(cè)180 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)各滑坡危險性水平像元的數(shù)量,將統(tǒng)計結(jié)果作為路段的滑坡屬性,再用樣本數(shù)據(jù)建立的路段滑坡屬性與可通行性之間的MDT關(guān)系進(jìn)行地震滑坡道路可通行性空間分布推斷。研究表明,MDT模型計算出的道路可通行性屬性值是地震滑坡道路是否中斷的良好指標(biāo)[97]。在允許一定誤差的情況下,MDT方法可以移植到其他相似山區(qū),可以用于不同震級下地震滑坡造成的道路可通行性空間分布快速評估制圖[98]。這種方法評估的對象是路段單元,尚不能對地震滑坡道路中斷的具體位置(點)進(jìn)行預(yù)測。

由地震引發(fā)山體滑坡并堵塞河道形成的湖泊稱為地震堰塞湖,是地震滑坡災(zāi)害鏈的一種。區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估研究應(yīng)該包括地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險評估。對地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈的定量評估研究進(jìn)展可分為兩個階段。第一階段在汶川地震之前。在此階段,基于大量歷史檔案資料,按照其形成和造成的災(zāi)害將地震滑坡-堰塞湖分為高危型、穩(wěn)態(tài)型和即生即消型三類,聶高眾等[99]論述了各類型堰塞湖的成因特征、危害情況、時空分布,并提出了地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈空間位置評估的理論設(shè)想。第二階段從汶川地震之后開始。汶川地震滑坡和魯?shù)榈卣鸹聦?dǎo)致的堰塞湖引起了災(zāi)害學(xué)者前所未有的關(guān)注,相關(guān)研究成果也開始涌現(xiàn)。由于地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈帶來的危害通常滯后于其形成時間,所以當(dāng)前對地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險的定量評估研究主要集中在基于遙感影像的堰塞湖空間信息提取[100]、堰塞湖變化監(jiān)測[101]、堰塞湖特征分析[102]、堰塞湖潛在危害的分類分級[103]、堰塞湖發(fā)展趨勢判定[104]、堰塞湖處置技術(shù)[105]與防治對策[106]擬定等方面。同時,也有學(xué)者繼續(xù)沿著早期的研究思路考慮地震風(fēng)險下的滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險河段評估。比如,利用地震滑坡空間分布預(yù)測結(jié)果和基于歷史地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈形成條件建立的滇東北地區(qū)地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險河段評估方法[27]。這是一種全新的判別模型,是對現(xiàn)有地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險河段位置評估技術(shù)的重要補充。識別方法能進(jìn)行不同烈度遭遇下地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險位置評估,但其方法和評估結(jié)果精度還有待進(jìn)一步完善和提高。

區(qū)域地震滑坡危害性定量評估越來越成為研究熱點,需要盡快優(yōu)化和發(fā)展評估方法以滿足當(dāng)前自然災(zāi)害風(fēng)險普查、年度重點危險區(qū)損失預(yù)測、地震應(yīng)急輔助決策評估和國土整治規(guī)劃與開發(fā)等需求。

3.3.2 區(qū)域地震滑坡風(fēng)險性定量評估

對歷史地震滑坡災(zāi)害而言,作為已經(jīng)出現(xiàn)的確定性事件,其活動程度和破壞損失程度可以通過調(diào)查統(tǒng)計后采用活動規(guī)模、頻次、危害范圍、死亡人口、毀壞工程數(shù)量、折合經(jīng)濟(jì)損失等指標(biāo)予以反映。對于未來可能發(fā)生的地震滑坡災(zāi)害,則無法采用這些指標(biāo)直接反映災(zāi)害程度。同其他自然災(zāi)害一樣,地震滑坡災(zāi)害也具有隨機性和模糊性特點,所以也可以按照經(jīng)典的研究方法采用災(zāi)害風(fēng)險程度表示未來地震滑坡災(zāi)害的可能危害程度。汶川地震后在我國西部地區(qū)開展了基于第四代地震動參數(shù)區(qū)劃圖的地震滑坡發(fā)生概率、地震滑坡危險性水平、地震滑坡人員傷亡等級、地震滑坡經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險等級以及地震滑坡-泥石流災(zāi)害鏈風(fēng)險等級評估[84]。但這類經(jīng)典方法給出的結(jié)果一般是一種半定量的結(jié)果(區(qū)劃圖),難以滿足新時期的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。隨著地震滑坡危害性定量評估方法的不斷發(fā)展,對地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險性研究也不斷向定量化評估推進(jìn)。近年來,利用地震滑坡災(zāi)害定量評估新方法開展了滇東北地區(qū)未來50年、20年、當(dāng)年度等不同時間尺度下的地震滑坡發(fā)生概率、地震滑坡空間分布范圍、地震滑坡死亡人數(shù)、地震滑坡道路可通行性空間分布、地震滑坡-堰塞湖風(fēng)險河段等評估工作[27]。滇東北地區(qū)成為目前開展地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險性定量評估研究最深入的區(qū)域之一。

4 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究展望

地震滑坡災(zāi)害定量評估研究服務(wù)于人類福祉,其成果已廣泛用于山地社區(qū)發(fā)展建設(shè)選址、山地災(zāi)害防治與山地環(huán)境保育、區(qū)域地震災(zāi)害風(fēng)險分析和應(yīng)急救援輔助決策評估等。區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究仍面臨不少困難。其難點不僅在于需要足夠翔實的樣本數(shù)據(jù),還需要先進(jìn)的理論和方法體系。地震滑坡多發(fā)地區(qū)是深化區(qū)域地震滑坡災(zāi)害的區(qū)域分異性,完善區(qū)域地震滑坡危險性、易損性、危害性、風(fēng)險性定量評估模型,探索地震滑坡災(zāi)害評估關(guān)鍵技術(shù)及減災(zāi)實踐等系列前沿課題的理想場所。由此概括,區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究應(yīng)當(dāng)考慮三個方面:(1)研究區(qū)存在著通過地震滑坡災(zāi)害定量評估研究以深化對地震滑坡發(fā)生規(guī)律認(rèn)識和構(gòu)建地震滑坡?lián)p失預(yù)測方法的重大需求;(2)通過對豐富的地震滑坡災(zāi)害記載的評價,研究區(qū)可以基本滿足地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查、掌握風(fēng)險隱患底數(shù)等相關(guān)研究工作對地震滑坡樣本的要求,主要是指涵蓋不同地震活動水平的區(qū)域地震滑坡災(zāi)害記錄具有完全性;(3)作為重要地學(xué)研究區(qū),與地震滑坡災(zāi)害孕育環(huán)境相關(guān)的背景性研究程度較高。

4.1 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量研究存在的不足

綜合看,區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究存在的不足主要有以下方面:

(1) 對一個多震區(qū)域包含較長時間尺度樣本數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性地震滑坡災(zāi)害定量評估研究不夠。21世紀(jì)以來,但凡誘發(fā)滑坡的震例,都有學(xué)者分析了當(dāng)次地震滑坡的地理學(xué)特征或進(jìn)行地震滑坡易發(fā)性/危險性評估模型的構(gòu)建。這種個案研究是區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估極其重要的基礎(chǔ)。然而,地震復(fù)發(fā)周期通常較長,一兩個案例的反演難以概況一個區(qū)域未來的地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險;加上區(qū)域固有的非均勻性,單個地震滑坡案例呈現(xiàn)的特征不能完全代表整個地區(qū)的地震滑坡災(zāi)害區(qū)域性特性。因此,對區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究應(yīng)該盡可能地考慮較長時間尺度的地震滑坡災(zāi)害記錄,研究區(qū)域應(yīng)該有相對獨立的自然環(huán)境。如何從系統(tǒng)的觀點分析一個區(qū)域的地震滑坡發(fā)生發(fā)展規(guī)律、選取什么尺度的地域單元以及如何分析地震滑坡區(qū)域性特征的研究都需要進(jìn)一步深入。

(2) 評估理論和方法都存在一些固有缺陷。理論認(rèn)識上,對地震滑坡易發(fā)性的“隱患點”關(guān)注很高,但對“安全島”重視不足。實際上“安全島”的評估同樣重要,也正因為在理論層面對“安全島”認(rèn)識的不夠,使得地震滑坡災(zāi)害定量評估研究對滑坡空間分布預(yù)測方法的探索顯得不積極。具體方法上,當(dāng)前地震滑坡災(zāi)害易發(fā)性評估模型主要是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動方法建立的,這種模型有其固有缺陷,會將那些本來安全的地方識別為高風(fēng)險區(qū)域,在完善現(xiàn)有方法的同時需要積極探索和發(fā)展物理評估模型。

(3) 地震滑坡災(zāi)害易損性定量評估方法體系發(fā)展明顯滯后。地震滑坡易損性的定量化研究還比較薄弱,這限制著當(dāng)前地震災(zāi)害損失快速評估結(jié)果的準(zhǔn)確性,也直接限制了地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險評估結(jié)果服務(wù)社會需求的程度。

(4) 地震滑坡災(zāi)害鏈評估方法離現(xiàn)實工作需要還有距離。雖然已經(jīng)認(rèn)識到地震滑坡通常以災(zāi)害鏈的形式出現(xiàn)而且潛在危害很大,但地震滑坡災(zāi)害鏈的成災(zāi)機理和評估方法研究明顯不足。目前包括地震滑坡-堰塞湖風(fēng)險河段在內(nèi)的地震滑坡災(zāi)害鏈定量評估主要還是基于GIS技術(shù)的空間判別分析,距離災(zāi)害風(fēng)險隱患調(diào)查和地震應(yīng)急評估等實際工作的迫切需求還有不少路程。

(5) 地震滑坡災(zāi)害防治戰(zhàn)略研究薄弱。這是一個全新的重要課題,當(dāng)前的區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究幾乎還沒有涉及,在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治發(fā)展戰(zhàn)略研究中也缺少對地震滑坡防治的考慮。

4.2 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量研究需要解決的重要問題

區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估研究是地震災(zāi)害研究中一個重要領(lǐng)域。如上所述,當(dāng)前取得了豐富的成果,并在地震應(yīng)急救援輔助決策建議和年度地震重點危險區(qū)災(zāi)害損失預(yù)評估等實踐中得到了應(yīng)用。進(jìn)入新發(fā)展時期,國家和社會越發(fā)關(guān)注以減輕災(zāi)害風(fēng)險和減少災(zāi)害損失為目的的地震滑坡空間分布、地震滑坡人員死亡數(shù)量、地震滑坡道路堵塞位置和地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈風(fēng)險河段的準(zhǔn)確評估。應(yīng)急管理部組建后對快速評估的誤差在時間和結(jié)果上都提出了新要求。這勢必將進(jìn)一步深化區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估方法和評估模型的研究,特別是需求最緊迫的地震滑坡死亡人數(shù)評估方法的發(fā)展和完善。圍繞這些新的需求,要解決如下一些重要問題:

(1) 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害形成的系統(tǒng)性認(rèn)識問題。即從系統(tǒng)論的角度分析巖石圈、智慧圈等不同圈層和區(qū)域地震滑坡災(zāi)害之間的相互聯(lián)系的問題,通過對這些問題的研究,總結(jié)孕育地震滑坡災(zāi)害的區(qū)域地理環(huán)境背景。

(2) 區(qū)域地震滑坡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)問題。涵蓋大時段不同震級的地震滑坡樣本記錄更能總結(jié)區(qū)域地震滑坡災(zāi)害的區(qū)域性特征,也更能凝練一個區(qū)域未來較長時段內(nèi)的地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險。這需要考慮如何通過有限的文字記錄和少量詳細(xì)的地震滑坡空間數(shù)據(jù)建立區(qū)域歷史地震滑坡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,進(jìn)而分析地震滑坡災(zāi)害空間分布的非均衡性和地震滑坡活動的時間韻律性,以深化區(qū)域地震滑坡災(zāi)害定量評估的地理時空特征。

(3) 發(fā)展和改進(jìn)區(qū)域地震滑坡災(zāi)害風(fēng)險定量評估方法問題。深化地震滑坡危險性定量性評估方法研究,改進(jìn)現(xiàn)有評估模型存在的不足。發(fā)展地震滑坡易損性和危害性定量評估方法,攻堅當(dāng)前急需提升的地震滑坡死亡人員空間分布和地震滑坡道路堵塞位置評估方法等技術(shù)難題。

(4) 探索地震滑坡災(zāi)害鏈定量評估方法體系問題。區(qū)域地震滑坡通常能發(fā)展演化為次生災(zāi)害鏈,地震滑坡-堰塞湖災(zāi)害鏈?zhǔn)浅Ｒ姷臑?zāi)害鏈之一。總體上,地震滑坡災(zāi)害鏈的類型特征、形成機制、發(fā)展規(guī)律、處置技術(shù)等研究都急需推進(jìn)。

(5) 區(qū)域地震滑坡災(zāi)害防治戰(zhàn)略研究問題。地震滑坡災(zāi)害定量評估研究要能更好地服務(wù)于人類福祉,要從戰(zhàn)略高度提出減輕區(qū)域地震滑坡災(zāi)害的發(fā)展策略。戰(zhàn)略研究包括區(qū)域地震滑坡災(zāi)害防治指導(dǎo)方針、防治目標(biāo)、戰(zhàn)略行動等系列理論及技術(shù)問題。區(qū)域地震滑坡災(zāi)害防治發(fā)展戰(zhàn)略研究急需開拓。