譯文－華盛頓州Jones-Creek泥石流災(zāi)害及其風(fēng)險評價

1、譯文華盛頓州jones creek泥石流災(zāi)害及其風(fēng)險評價 摘要：本文對jones creek（瓊斯溪谷）沖積扇上的泥石流災(zāi)害及其風(fēng)險進(jìn)行了量化 研究 。在沖積扇上的18條探槽中取有機(jī)材料樣品測年表明：在過去的7000年里至少發(fā)生了6次大型泥石流（體積8.5萬m3），平均每400600年爆發(fā)1次。由于沖積扇上有大約100幢建筑物，地方市政當(dāng)局要求掌握500年一遇的泥石流規(guī)模以利于土地利用區(qū)劃。根據(jù)該數(shù)據(jù)繪制了頻率-規(guī)模圖，該數(shù)據(jù)同時被輸入二維泥石流徑流模型中?；诜簽E面積、峰值流深和峰值流速，該模型結(jié)果被用于災(zāi)害強(qiáng)度區(qū)劃。量化的風(fēng)險 分析 成果 應(yīng)用 到確定模擬50、500和5000年一遇泥石流

2、爆發(fā)事件中的個人或人群的死亡概率。f/n曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)位置表明： 社會 目前 難于承受jones creek地區(qū)泥石流導(dǎo)致的風(fēng)險，需要實(shí)施減災(zāi)措施。關(guān)鍵詞：泥石流災(zāi)害 風(fēng)險評價1 引言泥石流是世界范圍最危險的地滑過程之一。最近幾年，泥石流導(dǎo)致大約3萬人死亡，數(shù)億美元 經(jīng)濟(jì) 損失。高頻泥石流的位置易于辨識，因而能夠避開或減輕，但低頻泥石流由于泥石流過程難于識別和潛在后果沿泥石流溝槽或溢流區(qū) 發(fā)展 ，因而可能導(dǎo)致更大的威脅。1.1 jones creek1983年在jones creek發(fā)生的一次泥石流損失雖然較小，但提醒管理者：更大的事件可能給位于沖積扇上的acme 鎮(zhèn)帶來巨大的損害。 這種現(xiàn)實(shí)

3、迫使whatcom縣頒布一個詳細(xì)的jones creek泥石流研究項(xiàng)目(kerr wood leidal 2004)。該項(xiàng)研究目的包括：確定500年爆發(fā)期泥石流的規(guī)模，評價潛在的后果并提出減輕風(fēng)險的措施。廣泛的調(diào)研已經(jīng)開始，包括：開挖探槽、14c測年、泥石流模擬，本文 總結(jié) 了這些研究成果?；谶@些在手邊的信息，對于50、500和5000年一遇的泥石流事件進(jìn)行模擬，旨在確定對于房屋和基礎(chǔ)設(shè)施可能的 影響 及死亡概率。繪制了個人或人群死亡概率(n)與泥石流事件概率(f)關(guān)系圖，并且與一般大眾可承受的風(fēng)險進(jìn)行了比較。1.2 區(qū)域相關(guān)性washington 州有數(shù)百個類似于jones creek的沖

4、積扇，并且其中很多沖積扇在溢流區(qū)發(fā)展有泥石流(weden & associates 1983, fox et al. 1992)。北美沒有制定泥石流災(zāi)害及其風(fēng)險量化的法規(guī)，而且咨詢顧問和當(dāng)?shù)貦?quán)威人士之間也沒有普遍可接受的 方法 。不象洪災(zāi)研究采用100年（美國、歐洲）或200年（加拿大）一遇洪災(zāi)進(jìn)行洪泛區(qū)設(shè)計(jì)和洪災(zāi)保險，泥石流的設(shè)計(jì)再現(xiàn)期沒有標(biāo)準(zhǔn)。除了滿足災(zāi)害和風(fēng)險量化的主要目的，該案例研究表明：需要下大力氣運(yùn)用 科學(xué) 的防護(hù)方法完成目標(biāo)。該研究也強(qiáng)調(diào)需要建立統(tǒng)一的災(zāi)害和風(fēng)險評估體系，以便在更大的地區(qū)、州或省、甚至整個國家應(yīng)用。比選方案將為咨詢顧問和政策制定者的工作質(zhì)量產(chǎn)生天壤之別，特別是對災(zāi)

5、害及其風(fēng)險量化和風(fēng)險承受度的決策。缺乏標(biāo)準(zhǔn)可能導(dǎo)致混亂和給將來立法帶來困難。2 研究區(qū)概況jones creek流域面積為美國華盛頓州whatcom縣cascade山麓6.8 km2的地區(qū)，該流域朝東向，位于bellingham以東約35 km。流域高程范圍從stewart山南端的990 m降低到與south fork nooksack河的廣闊漫灘交匯處的85 m。由于一系列泥石流活動，一個大的復(fù)合扇已在谷底形成，疊加在nooksack河漫灘之上，而且深部與河床沉積交錯。位于jones creek沖積扇上的acme鎮(zhèn)有大約居民250人和建筑物100幢。jones creek有記載的泥石流包括1

6、983年發(fā)生的方量25000m3的事件(raines et al. 1983)以及1953年一次方量未知的小型泥石流。creek泥石流溝長約5 km, 在沖積扇頂部溝槽平均梯度為18%。沖積扇梯度在靠近頂部的6%到與sooth fork 會合處的2%之間變化。過去對流域的擾動包括野火、過度伐木及滑坡。由于1884年一場大火燒毀了acme鎮(zhèn)附近大量的森林(delachapelle 2000)，因而對該流域早期的開發(fā)很少。隨著40年代在沖積扇上建設(shè)鋸木廠，該流域內(nèi)開始了大規(guī)模的伐木。伐木經(jīng)歷了幾個輪回，其間毀壞了約99%的老森林。圖1標(biāo)有地質(zhì)邊界和主要滑坡的jones creek流域中游地形圖圖2

7、 靠近darrington滑坡腳下發(fā)育的大型地塹jones creek流域發(fā)育兩組巖層（見圖1）。該流域上覆基巖由chuckanut組組成，該巖組是始新世（統(tǒng)）時期(johnson 1984)在華盛頓西部廣泛沉積的河流相堆積體。該巖組的特點(diǎn)是由砂巖、細(xì)礫巖、泥巖、黑色頁巖和煤層交替沉積而形成。流域下部的40%覆蓋有darrington千枚巖，該巖層通過傾向北東的斷層從chuckanut組中分離出來。darrington千枚巖是shuksan變質(zhì)巖套中形成最早的巖層，而shuksan變質(zhì)巖套組成了north cascades山脈的部分變質(zhì)巖核部(brown 1987)。高度褶皺和斷裂的千枚巖力學(xué)

8、特性軟弱，易于風(fēng)化成富含粘土礦物的殘積碎片。因而，該組巖層易遭受深部旋轉(zhuǎn)破壞、蠕滑和塊體滑移(thorsen 1989)。圖1顯示了這些滑坡中的幾個。這些滑坡的特點(diǎn)是發(fā)育有一系列垂直錯位13 m的陡崖、地塹和地壘形跡、坡腳坍塌和靠近溪流的解體現(xiàn)象（見圖2）。darrington滑坡是這些滑坡聯(lián)合體中最大的滑坡，沿著溪流北側(cè)下滑400m，且延伸到上坡相似的距離。千枚巖的不穩(wěn)定性也可能與山谷的冰川史有關(guān)。更新世冰川作用末期(fraser 冰川)從2萬年前持續(xù)到1萬年前，并在山谷底板中保留有很厚的冰水沉積物以及在山坡上保留有冰磧物覆蓋層(easterbrook 1971)。south fork河的許

9、多支流是圖3 jones creek沖積扇上的探槽位置懸谷，這些懸谷很有可能是隨著支流山谷中的冰川消融作用排泄nooksack 山谷殘余冰水成為無冰干谷過程中而形成的。后來的冰川消融導(dǎo)致較低山谷的河流下切作用，由溪谷縱向剖面呈凸形與“v”字形過陡的岸坡表明至今還沒有發(fā)現(xiàn)一個均衡的山坡。在jones creek地區(qū)，這種過陡的山坡很可能引起darrington千枚巖的蠕變最終導(dǎo)致滑坡，該過程與在溪谷中修筑臨時性的攔擋壩造成大規(guī)模的泥石流的發(fā)生有密切聯(lián)系，本文證實(shí)了該結(jié)論。3 災(zāi)害 分析該 研究 的首要目的是量化jones creek地區(qū)的泥石流災(zāi)害。為了分析災(zāi)害，必須確定泥石流事件概率和事件規(guī)模

10、。3.1泥石流頻率jones creek地區(qū)泥石流頻率或概率是通過開挖探槽揭示的。探槽 方法 可以進(jìn)行個別泥石流沉積物的放射性碳測年，以及沉積物厚度測量，用來反演泥石流方量。2003年7月在沖擊扇上開挖了深度達(dá)5m的探槽18個。經(jīng)過土地所有者許可，探槽的布置盡可能廣泛地穿越?jīng)_積扇（參見圖3）。泥石流沉積物經(jīng)常被古土壤分割，探槽揭示了泥石流沉積物的層序。圖4提供了發(fā)育良好的土壤和泥石流沉積物序列的實(shí)例。對每一個探槽中的地層進(jìn)行了編錄，并在開挖孔回填前采集了有機(jī)質(zhì)樣品。23個有機(jī)質(zhì)樣品送往新西蘭waikato大學(xué)放射性碳同位素實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行放射性測年和ams測年。校準(zhǔn)的年代為編制過去7000年jone

11、s creek地區(qū)泥石流年代史(表1)奠定了基礎(chǔ)。假定重疊 時代 范圍代表同一泥石流事件，表1對此做了簡化?；谟袡C(jī)樣品采集位置，確定了單個泥石流沉積物的年代最小值和最大值，得出了假定泥石流的時代為距今400、900、2100、3400、4200和7000年(表2)。本文的分析意味著能夠分辨出在過去的7000年里發(fā)生過八次泥石流活動，平均重現(xiàn)期為大約900年。其中的兩次事件(1953,1983)的規(guī)模(731高有影響，給建筑物帶來潛在破壞，大范圍碎屑沉積和破壞3-72-30.6-1中等建筑物不破壞，但是由于碎屑沉積和洪水給財(cái)產(chǎn)帶來公害2-30.3-30.3-0.6低小規(guī)模惱人的洪災(zāi)20.30.

12、34 風(fēng)險 分析 風(fēng)險分析的目的是評價在所調(diào)研的災(zāi)害下保證人類生命和財(cái)產(chǎn)安全的措施是否到位。風(fēng)險分析與災(zāi)害及其后果的衡量相結(jié)合，災(zāi)害的定義是事件的概率和規(guī)模的組合，這個概念已經(jīng)在前面的章節(jié)中建立起來。最常用的衡量災(zāi)害后果的 方法 是人類生命的損失。4.1 定性的風(fēng)險 定性風(fēng)險有多種方法。其中的一類方法運(yùn)用災(zāi)害及其后果的嚴(yán)重程度的專門分類，再與一個風(fēng)險矩陣結(jié)合。在jones creek地區(qū)，基于泥石流災(zāi)害強(qiáng)度、災(zāi)害后果、泥石流發(fā)生概率(高：重現(xiàn)期20年；中等：重現(xiàn)期為20-100年；低：重現(xiàn)期500年)建立了風(fēng)險矩陣，風(fēng)險等級劃分見表6。表6 jones creek的泥石流定性風(fēng)險矩陣后果災(zāi)害概

13、率高中等低極高極高高高高高高中等中等高中等中等低中等中等低4.2 定量的風(fēng)險 一種更客觀的風(fēng)險定量分析方法是f/n曲線，即單個災(zāi)害事件的死亡人數(shù)(n)與災(zāi)害概率(p)建立函數(shù)關(guān)系。繪制幾個事件概率的n獲得f/n圖上的一條曲線，并能與普遍接受的風(fēng)險對比。 第一步，用flo-2d模擬重現(xiàn)期分別為50、500和5000年的泥石流事件。災(zāi)害強(qiáng)度區(qū)劃用于估算潛在死亡率。假定高強(qiáng)度地區(qū)死亡概率為1，中等強(qiáng)度和低強(qiáng)度地區(qū)的死亡概率為0。表7匯總了定量風(fēng)險分析的輸入?yún)?shù)。表7 jones creek地區(qū)泥石流災(zāi)害定量風(fēng)險分析輸入?yún)?shù)重現(xiàn)期tdf/年nhnrp(th)p(to)npp(thto)/%50年130.30.11.22.4500年5180.30.17.21.45000年10360.30.114.40.3注：tdf為泥石流的重現(xiàn)期；nh是可能遭受結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致人身傷亡的家庭數(shù)量；nr是在紅色和棕色災(zāi)害區(qū)劃之外無居民家庭數(shù)量；p(th)是泥石流發(fā)生時間內(nèi)居民在家的概率；p(to)是泥石流發(fā)生時間內(nèi)一個人出門在外的概率；np是泥石流發(fā)生期間可能的死亡人