山地公路地质灾害复杂系统分析

6.1　山地公路地质灾害复杂系统分析

6.1.1　山地公路地质灾害系统

山地公路地质灾害的孕育、发生、发展演化及消亡的整个过程是人与自然关系的一种表现。由于山地公路地质灾害直接损害公路部分或整体功能，影响人类日常生活，危害性较大，其承灾体仍可归结为人类及人类社会中的集合体。一般而言，形成山地公路地质灾害必须具有以下条件：a．存在诱发山地公路地质灾害的因素（致灾因素）；b．具备孕育山地公路地质灾害的环境（孕灾环境）；c．易发地质灾害的山地公路段或公路网（承灾体）具备使用功能。上述3个条件相互作用便形成我们通常所说的灾情。进一步从系统论的观点来看，孕灾环境、致灾因子、承灾体和灾情之间相互作用，相互影响，相互联系，形成一个具有一定结构、功能、特征的复杂体系，这就是山地公路地质灾害系统。图6.1描述了山地公路地质灾害系统的组成特征。

图6.1　山地公路地质灾害系统组成简图

在山地公路地质灾害系统中，孕灾环境包括地形地貌、岩土体质量等；致灾因子包括暴雨、海啸、冰川险湖、溃坝及地震等，本书仅研究极端降雨因素。承灾体可划分为路基路面及其附属构筑物、人、车辆、车辆搭载的货物、交通运输功能等。灾情可以包括路基路面损毁程度、人员伤亡、车辆及货物损毁损失、社会延误造成直接或间接经济损失等。

在山地公路地质灾害系统中，灾情是由于致灾因子在一定的孕灾环境下，作用于承灾体而形成的，它们之间的因果关系，可用图6.2所示的山地公路地质灾害风险评价系统逻辑结构来描述。

图6.2　山地公路地质灾害风险评价系统逻辑结构图

上述山地公路地质灾害系统具有以下几个方面的突出特点^［141］：

1）系统组成的高维特性

山地公路地质灾害系统是由孕灾环境子系统、致灾因子子系统，承灾体子系统、灾情子系统这4个子系统组成，而每一个子系统又包括一系列更详尽的局部子系统。如此逐层分解，形成了滑坡灾害的庞大的层次结构。

2）各灾害子系统之间关联复杂

山地公路地质灾害系统内各个子系统或局部子系统之间相互作用，相互联系，形成了复杂的关联。这种关联的复杂性不仅表现在结构上，而且可以表现在内容上，例如，它们可以是物质、能量或信息的关联，也就是说各子系统之间关联的形成是多样的。

3）影响因素繁多、层次不明确

山地公路地质灾害的形成受多种因素的影响，每一种因素又包含众多的表现形式，形成了该系统内各因素之间复杂的因果表达关系，从而使得系统内部因素间因果层次关系不明确。例如，降雨作为直接影响山地公路地质灾害的重要因素之一，由于其时空分布的不同对经济的影响作用也不同。

4）系统的不确定性

山地公路地质灾害系统的不确定性概括起来，包括随机性、模糊性、灰色性与混沌性等方面的内容。如诱发因素强度、资产分布及防灾措施等的不确定性。

5）系统的开放性

山地公路地质灾害系统是一个“人—自然—社会”系统，该系统不断与其环境发生着物质能量和信息的交换。体现了这一系统的开放性。一方面，地质灾害的形成，需要一定的条件。例如：需要从其外部环境系统中得到能量、物质或信息。没有外部环境系统的作用地质灾害就不可能发生。另一方面，由于地质灾害的发生，又对其外部环境系统产生影响，甚至产生或引起其他灾害。例如由于滑坡灾害，可能导致公路、有毒物质的散逸、瘟疫流行等灾害的发生。滑坡灾害系统是一个开放系统。

6）系统的动态性

山地公路地质灾害系统随时间而不断地发生变化。这是由于它的周围环境系统不断地发生变化，引起了地质灾害系统的输入输出强度与性质不断地变化，并进一步引起地质灾害系统的结构与功能的变化，从而使地质灾害系统呈现出显著的动态性。

7）系统的非线性

这就是指山地公路地质灾害系统的输出特征，对于输入特征的响应不具备线性叠加性质。例如，相同强度的滑坡灾害，在经济发展水平相近的地域，其规模量级大小与损害数量程度方面具有一定的对应关系，但其由于不同地域的背景条件、人口密度、经济发展水平等方面有差异，所以滑坡灾害事件的规模和造成的损失之间不可能构成线性函数关系。

综上所述的7个特点，突出了反映了山地公路地质灾害系统的高维性、复杂性、开放性以及动态性。因此，从系统科学的观点来看，山地公路地质灾害系统是一个动态复杂大系统。针对这一复杂大系统的控制与管理，无论是采用经典的控制理论，还是采用传统的运筹学技术，都将遇到困难。因此，必须应用现代科学理论，并采用综合分析的方法，将各学科有机地结合起来，以研究山地公路地质灾害行为的时空分布规律、成灾机理，从而形成山地公路地质灾害预测与模拟、评价与决策的综合集成方法。

6.1.2　山地公路地质灾害成灾过程及灾情调控模式

1）成灾过程及灾情构成

根据张梁等^［150］的研究，地质灾害的全过程可概括为灾前孕育阶段—灾害活动阶段—灾后恢复阶段。从地质灾情评价需要出发，在地质灾害整个成灾过程中，灾害活动阶段情况是灾情的中心内容，是灾情评价的终点。灾前孕育阶段情况和灾后恢复情况是灾情评价的背景内容和辅助内容（如图6.3所示）。

图6.3　地质灾害成灾过程与灾情构成示意图（据张梁等人）

2）灾情调控模式

山地公路地质灾害系统的目标是以输入—输出关系来描述的。该系统中存在内、外两个反馈环，反映了系统内、外环境之间的关联。通过对其输入—输出关系的研究，即可实现对山地公路地质灾害系统的调控。图6.4描述了山地公路地质灾害系统的调控模式。

图6.4　山地公路地质灾害调控模式