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滑 坡 灾 害 的 减 灾 对 策

2008-11-11 14:17:31  作者:[美]Robert L. Schuster Lynn M.  来源:中国地质环境信息网  浏览次数:64  文字大小:【】【】【
简介:由于人口增加,全世界的城市都在加速开发山坡地,这些开发增加了降雨或地震活动诱发滑坡发生的风险。滑坡管理者和城市规划者可以采取以下4个途径来减小风险:(1)限制在滑坡易发区进行开发;(2)严格执行开挖、土地平整和建筑规范;(3)通过一些措施保护现有的开发;(4)建立和安装监测和预警系统。除了这些措施,滑坡保险也有望成为一种减灾措施,不过,直到目前为止,这种保险尚未普及,而且这一方法成本太高,较难采用。
一、概 述
2003年全世界的城市人口约为30亿,预计到2030年会增加至50亿。城市人口的增加会造成城市边界的扩张,例如,在美国,从1970198515年间,有142个人口超过10万的城市土地面积增加了19%Schuster1996)。预计在山坡地区将会出现城市扩张趋势,而且地面失稳将是影响这些发展的最主要地质灾害之一。随着住宅区开发,同时会出现一些相应的基础设施,如街道、人行道、自来水和下水管道及公用电缆(Schwab等,2005)。为了修建这些设施,需要进行边坡改造、土石开挖和铺路,并修建一些不透水面,此外,还需要浇灌草坪和植被景观。所有这些改造作用都有可能造成边坡不稳定。
在美国以外的其他国家,尤其是发展中国家,正在重演这一开发模式,而且后果更为严重。在开发的过程中,越来越多的建筑物选择在易于发生滑坡的山坡。
在进行新的规划发展或对现有城市地区进行重新开发时,需要遵守一定的原则:建筑物必须稳定,而且不易受斜坡活动的影响。
二、控制城市滑坡的减灾对策
(一)城市发展的关键规划问题
由于没有滑坡保险,受滑坡影响的家庭和企业倾向于要求地方政府赔偿损失,特别是当他们认为是由于当地官员的疏忽造成损失时,这种要求更为强烈。这就提出了以下问题(Schwab等,2005):
如果当地政府承诺了在滑坡易发区进行开发是安全的,他们应该负多少责任?
业主选择在高风险区居住或经商,需要承担什么风险?
建筑商应该承担什么责任?
当地政府是否有义务对业主进行培训,如关于正确绿化和用水问题?
需要强调的是,虽然从工程的角度可能解决滑坡易发问题,但解决办法往往成本很高,而且可能存在一些风险(Schwab等,2005)。即使是最好的工程方法,尽管初衷很好,仍有可能出现差错,仍会发生斜坡失稳现象。因此,限制或禁止在滑坡易发区进行开发,往往仍然是最明智的减轻损失的选择。
(二)城市地区滑坡减灾的主要政策选择
3个基本方案可供面临滑坡风险的决策者进行选择(Schuster1991SchusterKockelman1996):
在滑坡发生前后都不采取任何行动;
在滑坡发生之后提供救济和进行重建工作;
采取减灾行动,在严重损失发生之前避免或预防滑坡发生。
1950年之前,仍是前两个方案占优势,但是,随着社会发展和技术进步,通过土地利用管理和具体减灾措施来预防滑坡灾害发生的概念已越来越普及,并得到有效实施。
(三)城市地区滑坡减灾的先决条件
成功的滑坡减灾计划通常都是基于以下几个组成部分(USGS1982):
与该区滑坡灾害和风险相关的技术和信息;
Ø      数字信息,包括图像、滑坡清单、地质图和报告;
Ø      非数字信息,包括图像、清单、图件和报告;
Ø      技术研究报告、损失估计和补救措施;
Ø      边坡实时监测数据;
Ø      气象信息和灾害预警;
Ø      手册、录像和其它培训材料。
地质学家、工程师和城市规划人员等技术人员数据库,并不断扩展这一数据库;
负责的市政府;
意识到减灾计划价值并支持这一工作的城市居民。
在城市规划工作的灾害识别阶段,历史滑坡清单可以提供一些非常重要的信息,其中滑坡灾害图尤为重要,因为可以提供必要的信息。此外,地理信息系统(GIS)的开发和利用,也在灾害填图和减灾工作中发挥着越来越重要的作用。地质学家、规划人员可以利用这些相关资料,来减小滑坡损失。这些资料一旦与当地的GIS相结合,就可以便于规划人员分析各种数据层,做出土地利用和面临风险的明智抉择(Schwab等,2005)。另外,近期利用激光探测和测距(LIDAR)绘制的高分辨率数字高程图,也提供了极有价值的滑坡监测和填图信息,特别是在以前发生过滑坡、但往往难以识别的林区,这些资料更为重要。
可以将在规划与城市发展中用到的这些信息表示在一些图件上,如有滑坡记载和滑坡易发区的地质资料(清册)、涉及的滑坡灾害类型、现有的土地利用方式以及可能会受滑坡活动影响的关键设备和基础设施(Schwab2005)。此外,需要为滑坡易发区的居民开展一些扩展服务活动,例如出版相关出版物、网上发布信息和举办研讨会等,使居民充分认识和处理一些问题。这些活动应说明滑坡灾害的影响,其中包括对公共和私人机构的生命和财产损失等。
在大多数情况下,地方政府会开展对其他公共和私人机构具有一定价值的滑坡减灾计划。例如,美国联邦应急管理局主办,科罗拉多州编写了一份报告(Jochim1988),提出了减少滑坡损失的建议:
确定地方政府有助于减灾的资源、计划和方案;
确定必须减少滑坡损失的当地需求;
确定和提高当地机构满足需求的能力;
对州和地方官员以及应急机构的工作人员进行培训,以提高他们对滑坡灾害和滑坡减灾方法的认识,要使社区居民认识到如何避免滑坡灾害,会使其自身获益;
制定有成本效益的减灾计划,以减少滑坡损失。
在俄亥俄州的辛辛那提和加利福尼亚的Portola ValleyMader等,1988),已经实施了类似的计划。联邦应急管理局为希望减少滑坡灾害损失的地方和州政府资助出版了一本综合指南(WoldJochim1989)。美国规划协会最近也出版了一本指导手册,题为“滑坡和规划”(Schwab等,2005),核心内容是减少城市滑坡损失。
(四)滑坡减灾方法
对斜坡进行谨慎的开发,可以减少由于边坡失稳造成的经济和社会损失。可以通过4种途径来减少城市地区的滑坡风险(Kockelman1986SchusterKockelman1996):
限制在易发生滑坡城市地区进行开发,可以通过滑坡敏感性图来确定;
要求开挖、景观美化、种植和排水等活动不影响边坡稳定性;
通过具体的减灾措施保护现有的开发和人口,如边坡修护和排水等工程;
研制和安装监测和预警系统。
这些减灾措施与现代技术相结合,可以大大减少滑坡损失。据SchusterLeighton1988)估计,在加利福尼亚州,采取这些措施可减少90%的滑坡损失。SlossonKrohn1982)指出,在洛杉矶,采取这些措施已经减少滑坡损失的9297%左右。
(五)限制对易发生滑坡斜坡的开发
减少滑坡损失最为经济有效的方式,可能是在稳定的地面进行土地利用规划,将易发生滑坡的地区作为空地、公园或其它用途。这种做法,这就是俗称的避开行为,可以通过以下途径实现:阻止、控制或限制在不稳定斜坡进行开发;对现有建筑物进行拆除或改建(Kockelman1986)。完全避免滑坡风险并不现实,因此社区经常采取的政策是尽量减少某些开发,从而尽可能减小滑坡损失(Schwab等,2005):
1、阻止、控制或限制在不稳定斜坡进行开发
如果可行的话,最为有效而且通常也最为经济的减少城市边坡失稳的方法,是禁止在易发生滑坡的斜坡进行新的开发,在美国,已经证明这一方法非常成功(USGS1982):
获取场地所有权:防止在斜坡进行草率开发的万无一失的方法之一,是由社区购买一些场地的所有权,例如开放空间和公用场地(Schwab2005)。社区一旦拥有这些所有权,就可以控制为获取公共利益而进行的开发。政府机构可以通过购买和捐赠等方式获得这些所有权,以防止进行新的开发。
告知潜在的购买者存在滑坡灾害的事实:地方政府要确保在城市土地所有权的资料中包括关于边坡失稳灾害的信息。政府可以通过颁布自然灾害披露法,对潜在购买者进行预警,来阻止对易发生滑坡斜坡的开发(Kockelman1986)。另一种方法是在尽管存在滑坡灾害但仍允许开发的地方,设置障碍。例如,当地政府允许对易发生滑坡的斜坡进行开发,但是规定开发商必须告诉购买者他们购买的财产会面临潜在的自然灾害。加利福尼亚州圣他克拉拉县规定,开发商必须向潜在的购房者提供书面材料,说明该县的断层、洪水和滑坡区。
限制公共投资,排除公众设施的影响:多数私人开发需要依靠扩大公共基础设施建设,如供水和污水管线(Schwab2005)。这样,公共投资政策是一种有力的手段,可以引导开发商远离滑坡易发地区,而转向在其它危害性较小的地区进行开发。市政府可以禁止兴建公共设施,如在滑坡易发地区修建供水和污水处理系统、街道和人行道,这样会阻止或限制这些地区的开发工作。
公共教育:一个成功的土地利用控制计划需要受灾群众的支持。因此,滑坡减灾活动的一个重要组成部分,是以一种简单方式与公众共享与滑坡风险相关的信息。当公众对灾害有了很好的了解之后,通常会支持合理的土地利用控制方案,以减少损失。
公众的法律责任意识:使业主与开发商意识到当他们面对滑坡灾害事件时,可能会面临相关的法律责任。
张贴警告标志:地方政府张贴警告标志,警戒准业主和开发商可能面临的滑坡风险。
税收抵免和特殊评估:税收抵免可使业主不在滑坡易发区进行开发;与此相反,如果他们在滑坡易发区进行,则可根据特殊评估征税。
拒绝向开发或建筑商提供贷款:信贷机构可以通过不提供贷款来阻止在滑坡易发区进行开发或建设。
缴纳高昂的保险费用:在滑坡易发地区,需要缴纳高昂的保险费用,可以限制开发,并可鼓励对不易发生滑坡地区土地的利用。
2、对现有建筑物进行拆除或改建
通过疏散或对现有设施进行改建,可以防止或减少对现有结构和开发的破坏。在风险区进行永久疏散,通常需要购置公共土地。开发商或业主可以将现有建筑物和设施转移到不易受滑坡灾害影响的地区,对于公共财产,则要由政府实施这一行为。
(六)政府对开发的管制
采取以上方法在滑坡易发区完全阻止开发和建设是不现实的,因此,常常需要政府管制,而且由地方政府进行强制执行。执行地方性法规时,不仅要有详细的滑坡灾害图,而且必须确保这些图件的质量符合有关技术标准。应当在地方性法规中说明滑坡灾害填图和解释标准,由资质的地质学家代表当地政府对开发商提供的图件和报告进行审核。
1、土地使用分区管制
通过在城市的滑坡易发区调整开发工作的土地使用分区,可以使人们直接受惠。分区是一种为特定区域指定土地允许使用类别的工具,由地方政府颁布和执行分区条例。在规划建筑用地时,通常不会选择滑坡易发区,而是选择稳定的地区,将滑坡易发区选择作为公园、绿地、娱乐区、林地和非灌溉农业区。这样即使发生斜坡失稳,这种土地利用方式的经济损失会较小。土地使用分区管制应做出一些规定,禁止可能导致或容易造成边坡失稳的土地利用方式,如修建建筑物、道路和灌溉系统以及贮存或者处置废弃液体。实例之一是限制或禁止在草坪浇水,以防土体湿度增加造成山体破坏。分区管制也可以限制滑坡易发区的开发密度,因为高密度开发工作会带来一系列问题(Schwab等,2005):建筑物的屋顶、道路和停车场会造成排水能力下降;需要对不稳定坡面进行开挖;需要移除或破坏天然植被;排水设施有可能造成湿度增加,进而会增加边坡的不稳定性。
Soetersvan Westen1996)从地球科学家的角度进行滑坡灾害分区。在进行分区时,需要详细了解滑坡过程和识别滑坡灾害的方法;另外,在确定脆弱性时,也需要了解滑坡灾害对人员、环境和地方经济的影响。这样就要牵涉到土地利用、建筑密度和经济复苏等众多因素。更为重要的是,规划者和决策者需要认识到地球学家识别出的一切危险信号,据此制定有效的政策,以保障公众利益(Schwab等,2005)。
2、污水处理规定
依靠地面吸收(化粪池、淋滤场和渗坑等)的生活污水处理系统,会使周围的物质饱和,这样会有助于边坡失稳。因此,在滑坡易发区,应当调整这些设施的设计和安装。
3、在滑坡易发区限制开发取得的成功
在美国,执行避开方法成败参半。在某些地区,特别是在加利福尼亚,已经广泛地限制在易发生滑坡斜坡的开发,而且这些工作通常都很成功。然而,在美国存在大型滑坡问题的许多州,并没有广泛接收这些在进行土地利用规划时要考虑斜坡失稳的方法和规定。
土地利用分区可能是最为有效的规范开发的方法。在加利福尼亚的圣马特奥县,自1975年以来,滑坡敏感性图(Brabb等,1972)就开始作为控制开发密度的分区图。在滑坡易发区,在16公顷的土地只允许有一处居民区。1972年至1982年,圣马特奥县发生的所有新滑坡(大多数为滑动)或者是以前存在的滑坡被重新活化,或者是位于已被确定为极易发生滑坡的地区。因此,在当时,分区方法对于滑坡减灾工作极为成功。然而,在1982年,经过强降雨之后,出现了数以千计的泥石流,而在滑坡敏感图上只标出了其中的少数(Brabb1984)。这样,1972年的地图可以准确地预测滑坡,但是不能成功地预测泥石流。泥石流未能被准确预测的原因是,滑坡敏感图是基于对航空图片的解译,只能识别深层的滑坡。
一些开发已经被斜坡失稳破坏,为了减小损失,需要对现有开发进行重新规划或改变,如对原有开发改变为对斜坡失稳不太敏感的利用方式。这些努力只取得了部分成功,因为开发商、业主甚至是全体居民都对这种改变有抵制情绪。一个明显的实例是在阿拉斯加的安克雷奇市,在1964年,由于阿拉斯加地震引起土体滑动,造成了极大的破坏。其后,州政府建立了一支科学和工程特遣队,负责评估破坏损失和将来可能出现的灾害,并提出减小将来滑坡或地震灾害影响的建议。提出的这些建议会被州和城市制定成法规,但是通常会被私人业主忽视。
(七)开挖、土地平整和建筑法规
在许多国家都已经建立了开挖、土地平整和建筑法规,来保证以一种不损害斜坡稳定性的方式在滑坡易发区进行建筑工作。这些法规通常包括(Schuster1991SchusterKockelman1996):
调整、减少或禁止开挖和填土工作;
提供合适的土地平整和填土工程设计、建筑、监理和维护工作;
控制天然排水和植被的破坏作用;
提供和执行适当的地表和地下排水系统的设计、建筑、监理和维护工作。
在美国,没有可以将以上标准进行标准化适用于全国范围的“统一”的法规。相反,为了保证私有土地的斜坡稳定性,州、市和县政府会根据实际情况应用合适的设计和建筑法规,来满足需求。然而,在联邦计划中已经制定的开挖和土地平整法规,如美国工程军队和美国垦务局制定的标准(这两个机构负责大型建筑项目工作),通常会为当地政府组织所用。
在美国,根据地质灾害制定的土地平整和开挖法规始于上世纪50年代初的南加利福尼亚州。当时,迅速的人口扩张造成了居民建筑用地的螺旋式上升需求,从而开始对山坡进行了大量的开发(Scullin1983)。另外,随着掘土工具的改进,对斜坡的开发开始更为经济可行。由于斜坡开发的组织工作较差,加上南加利福尼亚的强降雨,造成了严重的斜坡失稳和极大的经济损失。之后,洛杉矶于1952年采用了美国的最早的土地平整法规。自那时起,这些法规已经越来越详尽和完善,特别是在洛杉矶地区。196219691978年南加利福尼亚的强降雨,促进了这些法规的进一步改进。针对强降雨,洛杉矶的法规作了4次调整(SchusterLeighton1988):
● 1952年之前:没有制定土地平整法规,在山坡开发时只作少许或根本不做工程地质调查工作;
● 1952~1962:开始制定土地平整法规,并强调岩土工程重要性,会考虑填土的压实和布局,但是对工程地质工作考虑不多;
● 1963~1969:制定了较为复杂和详细的土地平整法规,要求在设计和建造阶段考虑土体工程和工程地质,明确土木工程师、岩土工程师和工程地质学家的责任,并要求对地下开采和稳定性进行分析;
● 1970年至今:对土地平整法规作进一步改进,对岩土工程和工程地质工作提出更高要求,强调定量方法,如强度参数、安全因子和稳定性分析等,同时也强调泥石流减灾和斜坡结构设计。
在洛杉矶,当地政府要求由注册岩土工程师和具有资质的工程地质学家提供报告,说明逐渐意识到具有一定有资格顾问的重要性。不仅需要在开发前,而且也要求在开发过程中提供岩土报告,以保证整个开发过程都是遵照专家的意见进行的。目前,在土地平整工作中,工程地质和岩土工程监理和填图工作已经非常普遍。事实上,现在许多规划人员和开发商都已经把表示土地修整状况的地质图作为评价斜坡稳定性的重要手段。
加利福尼亚,特别是南加利福尼亚州的政府机构已经采用了确定斜坡稳定性的综合标准。根据这些标准,现在不仅会考虑土地平整和加固填方,同时也要考虑斜坡开发以及深层和地表潜在滑坡。另外,希望通过工程地质工作来识别存在潜在泥石流的地区,并建议这些地区不得作为建筑工地,如果已经对这些地区进行了开发,建议建筑结构远离泥石流区。需要特别关注溪谷、冲沟和凹地,因为这些地貌单元通常与侵蚀和土体移动问题有关。当现有斜坡的安全因子小于1.5时,采取工程调整措施比较明智。
(八)当地政府采取的法规
与美国大部分地区相比,加利福尼亚,特别是洛杉矶地区的当地政府,在改进与斜坡开发相关的土地平整和建筑法规,以及如何执行这些法规所作的工作要多一些。在北加利福尼亚旧金山附近的Protola Valley镇,是较早采用安全措施防止地质灾害(包括滑坡)发生的另一个领军地区(MakerGrowder1971)。在1967~1969年,Protola Valley镇聘请了一位工程地质学家,根据地质灾害资料,提出了一项法规,要求地质报告中包括次分区图,并要求地质学家对这些报告进行评价。北加利福尼亚州圣马特奥县于1969年也采用了类似的方法。这些方法极为有效,很快为其它县市采用。
最近的一个具有代表性的法规是在俄勒冈州塞伦市,这一法规于2000年生效。针对土地开发活动,塞伦市滑坡减灾法规要求:在公共事务部批准提交的地质评价报告之前,在坡度大于60%的斜坡上,禁止移除树木;禁止在标明为易受水或地震诱发滑坡区进行土地平整工作。
Olshansky1998)对美国190个当地政府采用的山坡规划和法规进行调查,结果表明,最常采用的对策是土地平整控制(72%)、植被恢复(65%)、要求由有资质地质学家或工程师提供技术报告(59%)、限制植被移除(57%)、限制建筑物设计和类型(53%)以及限制土地利用强度(47%)。
当地政府建立和执行法规的方式有所不同,在确定为具有高滑坡潜在性的地区,并非必须要采用岩土工程措施或采取最先进的规划需求和土地平整(和建筑)法规。另外,尽管可以从技术角度确定斜坡稳定性问题,但是并不一定会为当地政府和公众接受。仍需要使一些社区意识到滑坡问题的重要性,以及采取减灾措施的可行性。一些当地政府强调滑坡减灾的非技术性方面,如在批准建筑项目的政策和程序步骤,以及美学方面,如对陡坡不进行开发,限制土地平整活动的灰尘、噪声和时间等。另一些则强调顾问的技术作用,还有一些则信赖于严格地执行技术建议。法规的历史发展说明,即使一个法规非常合理,如果应用不当也会失效。
在对山坡进行大规模开发且人口众多的县、相当大的市和小的城市社区,需要聘请至少一位工程地质学家,对与地质灾害,特别是滑坡相关的问题提出建议。地质学家帮助确定在规划和建筑过程中,是否充分考虑到了地质法规。这些地质学家通常是根据相应的地质图,提供土地利用规划建议。
在执行城市土地平整和建筑法规时,从岩土工程的观点,需要满足以下4点要求(SchusterLeighton1988):
识别、确定和评价滑坡问题;
在土地平整活动期间和后期,由适当的机构对顾问的建议进行评价,并进行实地考察;
解决某些机构和岩土工程顾问之间的争执;
使其它专业人士和公众认识到考虑岩土工程的重要性。
在过去,这些工作的完整性和有效性具有很大差异,但是近些年来已经得到了极大提高。
(九)滑坡规章的有效实施
研究结果表明,通过法规和专业人士的努力,已经减少了90%以上的滑坡经济损失。洛杉矶市提供了给人印象深刻的实例,他们按照有效的开挖和土地平整法规,在对斜坡开发过程中,有效地避免了滑坡的发生和破坏作用。如前所述,洛杉矶减灾计划主要是基于一些规章,要求由工程地质学家和岩土工程师在建筑活动前对滑坡潜力进行评价。根据1968~19691978年的强暴风雨期间洛杉矶滑坡灾害的分布情况,可以说明通过这些规章所获得的益处。在1968~1969年的暴风雨期间,对于大多数建筑场地,那些执行1952年开挖(土地平整)法规的开发场地,所遭受的破坏是1963年后开发场地的10倍左右(Slosson1969),1978年的暴风雨情况与之类似。
(十)通过自然减灾措施保护现有的开发
不幸地是,许多城区都是在执行有效的法规之前就被开发,从而面临着斜坡失稳的威胁。这样,对现有开发进行减灾,以避免滑坡灾害,就成为社区规划的一个重要组成部分。在滑坡易发区实施土地利用规划项目应当包括自然减灾措施,以保护建筑结构、财产、交通线和生命安全。ErleyKockelman1981)将这些保护措施划分为:自然控制不稳定斜坡的方法;监测和预警系统。
1、自然控制:斜坡稳定性分类
控制斜坡稳定性的最有效和最为常用的方法是(Schuster1995):
地表和地下排水:地表水(地下水)排水是最常使用的方法,而且一般也是最为成功的控制斜坡稳定性方法(Hutchinson1977;地面失稳灾害委员会,1985)。地表排水通常是通过不稳定性斜坡的沟渠排水,而为降低地下水位的地下排水通常是由以下部分组成:排水沟渠、排水井、排水通道(坑和坑道)、水平排水沟和垂直排水沟。大部分排水系统是根据重力流,但偶尔也会通过抽水来降低水位。
斜坡改造:通过去除部分或全部滑坡物质可以增加斜坡稳定性。在滑坡顶部去除这些物质通常最为有效,因为这样可以减小滑坡的驱动力。
地面加固:在不稳定斜坡趾部加地面拱柱通常是增加稳定性的成功方法。这是最常用的斜坡稳定性加固的机械方法。
地面加固系统:当前三种方法都无法达到斜坡稳定性时,可以通过结构控制,如建挡土墙、土工网、沉箱、锚和内部加固措施,来防止或控制斜坡运动。在大多数情况下,地面加固系统会与排水和(或)斜坡改造结合使用。对于大多数的斜坡失稳,当没有大量滑坡堆积物,而且没有进行斜坡改造或建造地面拱时,正确的工程加固系统非常有效。然而,加固结构仅限于控制小规模滑坡,因为这些结构对于大规模滑坡的效果不明显(BakerMarshall1958)。
拦沙坝,如偏斜墙,通常用于改变泥石流的方向,使其远离临界区。另外,在碎屑物质运移过程中,到达临界区之前,淤土坝后面的碎屑贮存盆地会收集这些物质。在美国,这些结构的工程成本相当高,通常由政府机构来实施。
一些滑坡文献中已经对这些自然控制措施进行了深入讨论(如,ZarubaMencl1982Schuster1995HoltzSchuster1996WyllieNorrish1996)。其主要缺点是成本相对较高,进而限制了其应用。这样,这些措施通常应用于那些人口密度极高的地区,因为这些地区一旦发生滑坡,会造成重大损失。这些方法在全世界都通用,而且不断得到改进。
在地下排水系统、岩崩控制和土壤保持力的分析、设计和建造研究过程中,将会不断提供新的方法来开发和利用这些自然斜坡稳定性系统,特别是开发新的、经济的、强有力的、抗腐蚀性和环境可以接受的材料。对于陡峭的斜坡,采用新的、用计算机处理的方法,可以进一步了解岩崩过程,从而对岩崩采取更好的控制措施。通过先进的实验条件,可以更好了解失稳机制,从而有助于对设计的方案进行改进。由于涉及到成本问题,自然减灾措施并非一种可以为公众和决策者广泛采用的措施。
2、监测系统和技术
在过去的20多年,仪器和相关监测技术已经取得了重大进步。可以对易发生滑坡的斜坡进行监测,为坡下居民提供预警信息。监测技术包括进行野外观测以及利用变形测定器、压力计和倾斜计等,通常是自动的而且具有报警能力。最近对监测技术的改革包括采用声学仪器、激光束、电视广播、照相机、导向雷达和振动计等。从这些仪器获取的资料通常可以用遥测发射器传送至中心接收站。
在为特定滑坡提供监测设备之前,需要考虑以下几点(Mikkelsen1996):
确定所需的仪器类型;
确定仪器的安装位置和深度,以及所需的仪器数量;
选择最适合的测量仪器;
开发必要的数据获取技术;
管理和利用所获得的数据。
野外仪器通常用于已经表现出滑动迹象的滑坡,由于在小型地面滑动期间或之前,初期失稳在视觉上并不明显,就需要通过仪器来提供有价值的信息。在这方面,并不意味着采用仪器可以完全取代直接的野外观测。不同仪器的价值在于(Mikkelsen1996):
确定滑坡物质的厚度和形状,据此确定适当的失稳强度参数;
对滑坡物质的水平和垂直运动进行量化;
对滑坡物质的运动速度进行量化;
监测与滑坡活动相关的地下水位或孔隙压力,进而对有效应力进行分析;
监测天然(或切割)斜坡活动,包括确定建筑活动或降雨的影响;
提供远程预警系统,对潜在危害进行预警;
监测和评价采取不同自然减灾措施的效果。
安装监测系统的最初目的是保护生命和财产,而非防止滑坡。然而,这些系统通常也可以及时对斜坡运动进行预警,可以据此采用自然减灾措施,进而减小立即和长期的滑坡灾害风险。
3.实时监测系统
当前滑坡减灾研究最重要的一个领域是开发由暴雨诱发滑坡的实时预警系统。1999年在委内瑞拉北海岸发生了大型滑坡灾害,如果在该区已经布署了早期预警系统,则会挽救许多人的生命(Marin-Nieto2003)。Campbell1975)在对1969年洛杉矶的泥石流进行研究之后,认为需要根据全国气象服务预报和雷达图像建立这一地区的泥石流预警系统,在他提出的系统中,要求有3个必要组成:
自动雨量测量器系统:能够记录(按每小时计)总降雨量;
气象图:能够标明风暴区的强降雨中心,此外,可以按照一定的频率间隔,在图上标明这些中心点的位置;
管理和通讯网络:对获取的数据进行比较,识别超过临界阈值的特定区域,并对这些地区的居民进行预警。
1987年,由Campbell1975)构想的一个系统,由USGS与全国气象服务中心合作开发出来,应用于加利福尼亚旧金山海湾地区。这一系统基于:
确定滑坡敏感性区域;
降水持续时间(强度)和滑坡开始阈值之间的经验和理论联系;
对区域遥测雨量计网络进行实时监测;
全国气象服务中心降雨预报。
该系统在早期进行了一些成功的实验,但后期由于资金缺乏被迫中止。在2005年,USGS和国家海洋和大气局(NOAA)提议在美国泥石流易发区建立早期预警系统,但是同时也指出目前仍缺乏资金建立这些系统(USGS2005)。然而,在无附加年运行成本的情况下,这一系统仍具可行性,可以利用降雨强度-持续时间阈值建立泥石流预警系统。在南加福尼亚州的部分地区,采用泥石流降雨强度-持续时间阈值对最近发生过泥石流的地区进行分析,根据这些定量阈值,对目前根据专家观点和经验确定危险降雨区的方法进行了改进。
目前,在香港、巴西、英国和美国俄勒冈州的早期预警系统都得到了广泛应用,世界上最成功的早期预警系统可能是在香港。根据香港气象预报和降雨资料,当预测到有大量泥石流可能发生时,就可以发布“滑坡预警”(Wilson2005)。在雨量计网络中包括86个自动雨量计,发生众多泥石流的最初雨量阈值为:24小时内超过20mm,或60分钟内超过70mmBrand1999)。
1996年,在经历了几十年的滑坡(泥石流)灾害的巴西里热内卢市,安装了预警系统,以预测由强降雨诱发的滑坡灾害。这一系统是基于由GEO-RIO安装了30个自动雨量计的遥感勘测网络,GEO-RIO确定的雨量阈值如下:30mm/h70mm/h100mm/hd’Orsi等,2004)。在19981月至200312月,共对42处滑坡(或泥石流)进行预测,所有灾害都发生在夏天的雨季。
美国目前唯一能起作用的泥石流预警系统是1997年由俄勒冈州建立的系统,该预警系统的工作人员由俄勒冈州林业部的气象学家、地质矿产部的地质学家和交通部的工程师组成,通过国家海洋和大气局气象广播向全国播报预报结果(Wilson2005)。
英格兰东海岸和南海岸开发区发生严重的滑坡事件,导致在上世纪90年代安装了远程实时监测系统,提供易发生滑坡斜坡的早期预警系统的测距资料(Clark等,1996)。自动监测传感器包括电子测地水准仪、变形测定仪和压力计等。这些传感器的输出的连续记录为实时监测和早期预警系统提供了基础,可以用来对海岸滑坡活动进行预测。
(十一)将滑坡保险作为减灾措施
滑坡保险并不常见,而且难以购买,但是尽管保险计划并没有直接减轻城市的滑坡灾害,但是仍提供了一种将滑坡损失进行分担的金融机制,滑坡保险也可以与减灾风险的动机相联系。例如,在滑坡易发区进行开发的高额滑坡保险,可以限制开发,并鼓励对低风险土地进行利用(SchusterKockelman1996)。作为一种滑坡减灾方法,与其它对策相比,保险具有以下优点(OlshanskyRogers1987Olshansky1990):
理论上,滑坡保险提供了一种费用和利益均衡分配的机制;
如果保险费不止反映灾害程度,而且反映实施自然减灾措施的效果,则可以通过滑坡保险鼓励减灾活动;
利用保险可以降低滑坡灾害的影响。
尽管私人资助的滑坡保险理念非常吸引人,但是在实际应用工作中有明显的缺点(Olshansky19901996):
保险业务计算员已经发现滑坡损失记录不足以建立基于风险的滑坡保险价格;
大多数滑坡损失都是“灾难性的”,主要是由于受影响的结构通常会被完全破坏,而非只受一点损失;
只有那些处于滑坡易发区的人们才会购买滑坡保险(Olshansky1996)。也就是说,没有扩大保险客户的措施,这样在提供保险时会比较浪费。
最成功应用滑坡保险的实例当属新西兰,政府对自然灾害保险进行补贴,包括地震、火山喷发、水热活动、海啸和自然滑坡。
在美国,实施的“全国洪涝保险计划”可以为泥石流灾害提供“公众”滑坡保险。由私人保险公司提供由水引起的滑坡保险,但是由政府承保和资助。然而,这一计划并没有生效,主要是由于确定“泥石流”和绘制泥石流灾害区时存在难度(OlshanskyRogers1987)。
在美国,过去并没有滑坡保险政策,但是现在有几个州开始承保。每100美元的保险总额每年需要缴纳40美分,或对价值30万美元的房屋每年需要缴纳1200美元,这一费用相当高(ConsumerAffairs.com2005)。另外,保险只包括建筑结构本身,而不包括其它财产。
(十二)通过家庭业主协会和估价分区分担滑坡费用
通过家庭业主协会和建立特别评价分区可以进行滑坡减灾工作,通过征收特别地质灾害费用,用于在滑坡灾害发生前后提供资助,以实施补救措施。家庭业主协会事实上承担维护区域设施的责任,另一种补救措施是建立特别评价分区,由地方或州政府建立的,目的是使居民完成指定的工作,如筹备滑坡灾害破坏资金。
三、结 论
尽管减灾措施已经取得了重大进展,世界范围的人口压力造成城市斜坡的滑坡灾害仍在增加。针对这些灾害,开发了大量的滑坡减灾技术,包括:
限制滑坡易发区的开发工作(即避开);
以法规的形式要求开挖、土地平整和排水活动等不会造成斜坡失稳;
通过自然减灾措施保护现有的开发和人口;
开发和执行监测和预警系统。
单独或联合使用这些方法来减少现有或潜在滑坡的损失。
尽管滑坡保险看似是一种非常有效的减灾措施,但是目前不太适用,因为:
保险业务计算员已经很难确定滑坡的重现间隔,而这是制定滑坡保险价格的基础;
只有那些处于滑坡易发区的人们才会购买滑坡保险;
大多数滑坡损失都是“灾难性的”,主要是由于受影响的结构通常会被完全破坏,而非只受一点损失。这样,当滑坡保险可以利用时,费用会非常高,因此,只有极少数家庭会购买。
另一种分担滑坡损失的措施是成立家庭业主协会和建立特别评估分区,通过征收其管辖区域内所有财产所有者的地质灾害税,可以提供用于针对滑坡损失的保险费用。
译自《Bull Eng Geol Environ, 2006, 66
 

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