一种泥石流易损性计算方法与流程
本发明涉及到地质灾害防治工程技术领域，尤其涉及一种泥石流易损性计算方法。
背景技术：
泥石流作为一种介于水流与碎屑流之间的两相流体，以其流速快、冲击强及暴发突然等运动特征，快速且强烈地作用于山岳地区，是强震区地质灾害后效应最主要的表现形式，将在未来较长时期内，严重危害灾区居民、城镇、交通、水利、电力设施等的安全，是影响灾后恢复重建的重要制约因素之一。
从概念上讲，泥石流易损性是指承灾体在特定强度泥石流作用下，所表现出的负面响应，通常以损失程度或损失价值来衡量，属于自然灾害的社会属性表达。易损性评价模型，是实现各类承灾体风险量化的关键环节，起着链接灾害体与承灾体的有力纽带作用。泥石流易损性评价，是国内外的研究热点，主要研究手段集中于灾史数据的反演，迄今已有大量评价模型的提出。
目前，泥石流易损性评价模型可分为两类，一类是基于损失程度的易损性曲线，另一类是基于损失概率的脆弱性曲线，两者统称为易损性函数曲线，它们的相似点是皆以泥石流强度表征灾害体自身特性。前一种模型基于损失程度与泥石流强度的关系式，是目前研究的主要方向和手段，该方法将承灾体的损失程度定义为损失价值与其原始价值的比值。其中，建筑物原始价值可根据建筑成本估算，而最为关键的损失价值部分，其主要获取途径为政府机构、商业保险公司和其他公益机构。然而，我国的自然灾害未纳入商业保险范畴，另外，政府或研究机构对受损建筑物定损时，往往缺乏计算标准及相关经验，故很难将该方法运用到我国的泥石流损失评价中来。
另外，对于泥石流所致道路损毁的问题，目前已有大量评价方法与计算模型的提出。然而由于道路区别于其他承灾体，呈带状展布，其延伸长、范围广，破坏类型与成灾方式相对较为复杂，且现有评价模型难以与泥石流强度特征关联，故无法应用于具体的风险量化研究。
公开号为cn103605898a，公开日为2014年02月26日的中国专利文献公开了一种区域泥石流灾害风险估计方法，该方法包括：调用区域泥石流灾害风险估计模型；根据该区域泥石流灾害风险估计模型创建风险估计插件；向所述风险估计插件输入从不同数据源获取的感兴趣区域内的针对至少一个泥石流灾害点的至少一个孕灾因子和至少一个致灾因子，并输入至少一个承灾体易损性评价因子；以及所述风险估计插件用于执行以下操作：基于所述至少一个孕灾因子计算泥石流灾害敏感性指数；基于所述泥石流灾害敏感性指数和所述至少一个致灾因子计算泥石流灾害危险性指数；基于所述至少一个承灾体易损性评价因子计算泥石流灾害脆弱性指数；基于所述泥石流灾害危险性指数和所述泥石流灾害脆弱性指数计算泥石流灾害风险指数；以及根据计算出的泥石流灾害风险指数来估计泥石流灾害风险。
该专利文献公开的区域泥石流灾害风险估计方法，其风险估计模型未考虑承灾体类型、结构特征及建成时间等因素的复杂性，且该理论模型的研究较为滞后，故该评价模型很难得以推广应用。
公开号为cn103530512a，公开日为2014年01月22日的中国专利文献公开了一种定量评价泥石流灾害易损性的方法，其特征在于：以泥石流活动区为研究区，以承灾体易损性为对象，共选择14个指标进行泥石流灾害易损性评价，首先根据自权重和互权重的计算公式得到8个暴露性评价指标的权重，累加得到承灾体暴露性值；其次利用承灾体应对力和恢复力的6个评价指标，用dissolve工具计算出承灾体应对力和承灾体恢复力的值；最后使用易损性计算公式得到研究区各格网单元的易损性值。
该专利文献应用贡献权重叠加法构建了泥石流活动区承灾体易损性评价的定量表达式，提出了泥石流灾害易损性“积函数”模式，为定量评价泥石流灾害易损性和风险评估提供了一种方法，但是，该评价方法仅考虑了承灾体的应对力和恢复力，并未与泥石流强度特征关联，故无法应用于具体的风险量化研究。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种泥石流易损性计算方法，本发明采用基于损失概率的评价模型，获取不同泥石流强度条件下，建筑物达到或超过某一损失等级的概率，以实现承灾体的易损性量化；通过传统的问卷访问收集基础数据，并拟合得到承灾体超越概率与泥石流规模的关系式，并将该模型引入到强震区承灾体定量风险评价中，阐明承灾体分级与损失类型的划分标准，提高了适用性和准确性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种泥石流易损性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、首先获取泥石流强度指数idf的分布情况，针对典型的建筑物类型，通过拟合泥石流强度特征与灾损调查数据之间的关系式，构建适用于强震区的泥石流建筑物易损性评价模型；
b、定义典型承灾对象，现场调查及数据收集，划分研究区建筑物材料与结构分类标准，根据统计结果选取受灾最为严重的建筑物类型作为典型建筑物；
c、将典型建筑物损失类型划分为四个等级，一级等级为泥砂淤积、二级等级部分结构损伤、三级等级为主要结构损伤、四级等级为完全损毁，将受损建筑物处的泥石流强度指数idf值四舍五入，作整数化处理，统计不同泥石流强度指数idf条件下，各等级建筑物出现的损失概率；
d、计算各等级建筑物出现的超越损失概率，泥砂淤积为1-pdⅰ(idf)，部分结构损伤为pdⅰ(idf)-pdⅱ(idf)，主要结构损伤为pdⅱ(idf)-pdⅲ(idf)，完全损毁为pdⅲ(idf)，得到三条超越损失概率矩阵曲线；
e、建筑物的超越损失概率随泥石流强度指数idf的变化趋势满足公式
f、针对不同类型道路，划分损失等级，经初始曲线、趋势拟合、人工插值、权重确定后，使损失概率值归于1值，即得到泥石流道路易损性曲线。
所述步骤a中，泥石流强度指数idf的分布情况，通过二维流变模型flo-2d计算。
所述步骤b中，典型建筑物是指建筑材料及结构、楼层数、建筑时间、建筑用途能代表评价区大部分建筑物且空间位置必须位于模拟/实际重叠区域。
本发明，适用于强震区的泥石流建筑物道路易损性评价。
本发明所述matlab软件是一种商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境；其将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中。
本发明所述二维流变模型flo-2d是1988年o’brien提出的基于非牛顿流体模式及中央有限差分的数值方法来计算洪水、泥石流运动控制方程的集成软件；该软件在洪水灾害管理、基本工程设计、城市淹没分析、泥石流灾害危险性划分等方面应用广泛。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，采用基于损失概率的评价模型，获取不同泥石流强度条件下，建筑物达到或超过某一损失等级的概率，以实现承灾体的易损性量化；通过传统的问卷访问收集基础数据，并拟合得到承灾体超越概率与泥石流规模的关系式，并将该模型引入到强震区承灾体定量风险评价中，阐明承灾体分级与损失类型的划分标准，评价结果更符合实际，提高了适用性和准确性。
二、本发明，在泥石流起动、动力特性分析及洪水与土石流数值模拟的基础上，经过典型建筑物定义、损失等级划定及易损性曲线拟合，构建了基于泥石流强度指数idf与超越损失概率的建筑物易损性评价模型，相对于国外常用的基于损失价值的易损性模型构建方法来讲，本研究成功地避开了建筑物损失定价的困难性和不确定性，能够实现建筑物易损性的简便、快速和有效评价，更加适合我国的实际国情，可为其他类型灾害和承灾体的易损性模型建立提供理论参考。
三、本发明，适用于强震区的泥石流建筑物道路易损性评价，以汶川强震区典型泥石流灾损案例为样本，着眼于重要承灾体——建筑物和道路，采用经验统计模型与文献调研手段，构建适用于汶川强震区的泥石流易损性评价模型，为实现风险量化与减/防灾规划制定提供理论支撑。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：
图1为本发明羊岭沟泥石流作用下的建筑物易损性曲线；
图2为本发明羊岭沟泥石流作用下的高等级公路易损性曲线；
图3为本发明羊岭沟泥石流作用下的低等级公路易损性曲线；
图中标记：1、损失等级一级时的建筑物超越损失概率曲线，2、损失等级二级时的建筑物超越损失概率曲线，3、损失等级三级时的建筑物超越损失概率曲线，4、损失等级一级时的高等级公路超越损失概率曲线，5、损失等级二级时的高等级公路超越损失概率曲线，6、损失等级三级时的高等级公路超越损失概率曲线，7、损失等级一级时的低等级公路超越损失概率曲线，8、损失等级二级时的低等级公路超越损失概率曲线，9、损失等级三级时的低等级公路超越损失概率曲线。
具体实施方式
实施例1
一种泥石流易损性计算方法，包括以下步骤：
a、首先获取泥石流强度指数idf的分布情况，针对典型的建筑物类型，通过拟合泥石流强度特征与灾损调查数据之间的关系式，构建适用于强震区的泥石流建筑物易损性评价模型；
b、定义典型承灾对象，现场调查及数据收集，划分研究区建筑物材料与结构分类标准，根据统计结果选取受灾最为严重的建筑物类型作为典型建筑物；
c、将典型建筑物损失类型划分为四个等级，一级等级为泥砂淤积、二级等级部分结构损伤、三级等级为主要结构损伤、四级等级为完全损毁，将受损建筑物处的泥石流强度指数idf值四舍五入，作整数化处理，统计不同泥石流强度指数idf条件下，各等级建筑物出现的损失概率；
d、计算各等级建筑物出现的超越损失概率，泥砂淤积为1-pdⅰ(idf)，部分结构损伤为pdⅰ(idf)-pdⅱ(idf)，主要结构损伤为pdⅱ(idf)-pdⅲ(idf)，完全损毁为pdⅲ(idf)，得到三条超越损失概率矩阵曲线；
e、建筑物的超越损失概率随泥石流强度指数idf的变化趋势满足公式
f、针对不同类型道路，划分损失等级，经初始曲线、趋势拟合、人工插值、权重确定后，使损失概率值归于1值，即得到泥石流道路易损性曲线。
采用基于损失概率的评价模型，获取不同泥石流强度条件下，建筑物达到或超过某一损失等级的概率，以实现承灾体的易损性量化；通过传统的问卷访问收集基础数据，并拟合得到承灾体超越概率与泥石流规模的关系式，并将该模型引入到强震区承灾体定量风险评价中，阐明承灾体分级与损失类型的划分标准，评价结果更符合实际，提高了适用性和准确性。
实施例2
一种泥石流易损性计算方法，包括以下步骤：
a、首先获取泥石流强度指数idf的分布情况，针对典型的建筑物类型，通过拟合泥石流强度特征与灾损调查数据之间的关系式，构建适用于强震区的泥石流建筑物易损性评价模型；
b、定义典型承灾对象，现场调查及数据收集，划分研究区建筑物材料与结构分类标准，根据统计结果选取受灾最为严重的建筑物类型作为典型建筑物；
c、将典型建筑物损失类型划分为四个等级，一级等级为泥砂淤积、二级等级部分结构损伤、三级等级为主要结构损伤、四级等级为完全损毁，将受损建筑物处的泥石流强度指数idf值四舍五入，作整数化处理，统计不同泥石流强度指数idf条件下，各等级建筑物出现的损失概率；
d、计算各等级建筑物出现的超越损失概率，泥砂淤积为1-pdⅰ(idf)，部分结构损伤为pdⅰ(idf)-pdⅱ(idf)，主要结构损伤为pdⅱ(idf)-pdⅲ(idf)，完全损毁为pdⅲ(idf)，得到三条超越损失概率矩阵曲线；
e、建筑物的超越损失概率随泥石流强度指数idf的变化趋势满足公式
f、针对不同类型道路，划分损失等级，经初始曲线、趋势拟合、人工插值、权重确定后，使损失概率值归于1值，即得到泥石流道路易损性曲线。
所述步骤a中，泥石流强度指数idf的分布情况，通过二维流变模型flo-2d计算。
实施例3
一种泥石流易损性计算方法，包括以下步骤：
a、首先获取泥石流强度指数idf的分布情况，针对典型的建筑物类型，通过拟合泥石流强度特征与灾损调查数据之间的关系式，构建适用于强震区的泥石流建筑物易损性评价模型；
b、定义典型承灾对象，现场调查及数据收集，划分研究区建筑物材料与结构分类标准，根据统计结果选取受灾最为严重的建筑物类型作为典型建筑物；
c、将典型建筑物损失类型划分为四个等级，一级等级为泥砂淤积、二级等级部分结构损伤、三级等级为主要结构损伤、四级等级为完全损毁，将受损建筑物处的泥石流强度指数idf值四舍五入，作整数化处理，统计不同泥石流强度指数idf条件下，各等级建筑物出现的损失概率；
d、计算各等级建筑物出现的超越损失概率，泥砂淤积为1-pdⅰ(idf)，部分结构损伤为pdⅰ(idf)-pdⅱ(idf)，主要结构损伤为pdⅱ(idf)-pdⅲ(idf)，完全损毁为pdⅲ(idf)，得到三条超越损失概率矩阵曲线；
e、建筑物的超越损失概率随泥石流强度指数idf的变化趋势满足公式
f、针对不同类型道路，划分损失等级，经初始曲线、趋势拟合、人工插值、权重确定后，使损失概率值归于1值，即得到泥石流道路易损性曲线。
所述步骤a中，泥石流强度指数idf的分布情况，通过二维流变模型flo-2d计算。
所述步骤b中，典型建筑物是指建筑材料及结构、楼层数、建筑时间、建筑用途能代表评价区大部分建筑物且空间位置必须位于模拟/实际重叠区域。
在泥石流起动、动力特性分析及洪水与土石流数值模拟的基础上，经过典型建筑物定义、损失等级划定及易损性曲线拟合，构建了基于泥石流强度指数idf与超越损失概率的建筑物易损性评价模型，相对于国外常用的基于损失价值的易损性模型构建方法来讲，本研究成功地避开了建筑物损失定价的困难性和不确定性，能够实现建筑物易损性的简便、快速和有效评价，更加适合我国的实际国情，可为其他类型灾害和承灾体的易损性模型建立提供理论参考。
下面采用本发明对羊岭沟进行分析，验证本发明易损性模型的适用性和准确性。
羊岭沟位于汶川县县城大禹雕塑附近，岷江右岸。羊岭沟泥石流沟流域面积为7.95km2，主沟长5.5km。现场调查显示，羊岭沟泥石流致灾建筑物总数为32，其中，满足典型建筑物要求的样本数为14，其损失类型包括ⅰ级损失12个、ⅱ级损失1个、ⅲ级损失1个，参见表1。
表1为羊岭沟7·10泥石流受损建筑物统计表。
根据本发明的建筑物易损性曲线，可得上述14个房屋的预测损失与实际损失情况对比情况，参见表2。
表2为idf＝18m3/s2条件下的易损性曲线预测/实际值对比表。
对比结果显示，在泥石流强度指数idf为1m3/s2时，易损性模型预测的ⅰ-ⅳ级损失个数分别为9、2、0、0，与实际结果10、1、0、0较为接近。
现场调查发现，位于堆积扇缘的道路为国道g213，泥石流威胁段长117m，但其规格仅为双向双车道，车辆限速60km/h，故将该道路划定为低等级公路。羊岭沟7·10泥石流模拟规模为18.42×104m3，据道路易损性曲线可得，其超越ⅰ、ⅱ、ⅲ级的损失概率分别为0.92、0.90和0.90，相应地，其出现ⅰ-ⅳ级损失的概率分别为0.08、0.02、0和0.90，依据最大比例原则，将该段道路的损失等级确定为ⅳ级，由于排导槽过公路的涵洞排泄能力不足，导致大量泥砂、块石雍高冲入g213路面，平均堆积厚度约0.5-1.0m，导致全幅车道遭受淤埋，铺装路面严重损毁，并造成交通中断、滞留大量车辆。该结论与实际情况相一致。
以羊岭沟7·10泥石流灾损资料为例，开展易损性模型验证，结果显示，当泥石流强度指数idf＝1m3/s2时，易损性模型预测的ⅰ-ⅳ级损失个数分别为9、2、0、0，与实际结果10、1、0、0较为接近；当泥石流强度指数idf＝3m3/s2时，易损性模型预测的ⅰ-ⅳ级损失个数分别为2、1、0、0，实际结果为2、0、1、0，也较为匹配；道路损失评价方面，预测等级为ⅳ级，即出现车道全幅淤埋、交通中断，该结论与实际情况相一致。
综上所述，本发明构建的易损性模型，能够很好地反映强震区承灾体对泥石流的响应机制，能够有效的在泥石流定量风险评价中推广应用。
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