洪水泥石流等自然灾害对旅游景区的破坏作用研究*

蔡 影，蒋梅英

(1.云南工商学院，云南 昆明 651701；2.云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明650500)

近十几年，我国旅游业发展迅速，部分旅游资源逐渐成为一些区域性标志，甚至成为部分地区经济发展支柱[1]。旅游业具有集购物、观光以及食宿于一身的特点，一旦遭受自然灾害侵袭，则产生联动性的破坏结果，造成自然景观、经济财产的双重损失。由于近几年毁灭性的自然灾害时有发生，尤其对于人员集中的旅游景区而言，一旦发生自然灾害，游客的生命财产安全将受到极大威胁[2]。因此，重视旅游景区的自然灾害隐患、注重旅游安全十分关键。

部分旅游区域的旅游资源反而成为爆发自然灾害的源头，如2004年印度洋地震海啸事件，地震导致大规模的海啸，周边多个以海滨旅游著称的国家遭受毁灭性的的打击，造成当地严重的经济损失和人员伤亡[3]；我国西南部分地区以特殊的山林湖泊景观作为旅游资源吸引大批游客，但是由于大量的降雨导致洪灾暴发，形成泥石流、滑坡等次生灾害，破坏旅游景区环境的同时威胁游客的生命财产安全[4]。因此，本文重点研究长期降雨导致的洪灾对旅游景区的破坏作用。

来势凶猛、破坏能力强是洪灾的主要特点，长期降雨导致地表径流饱和，多余的水量从山体汹涌而下[5]。洪灾爆发后，往往导致山体滑坡与泥石流灾害，泥石流的危害性不可忽视[6]，所以本文在模拟洪灾的过程中重点模拟泥石流灾害的运动过程，真实还原旅游景区爆发泥石流灾害的场景。

本文研究自然灾害对旅游景区的破坏作用主要分为两个步骤，①从泥石流分流与汇流两方面模拟泥石流灾害的运动过程，并采用ArcGis软件显示模拟效果，从ArcGis软件获取相关灾情数据；②根据相关灾情数据，利用旅游景区灾害损失率计算公式获取景区的灾害损失率，从数据角度评价自然灾害对旅游景区的破坏作用。

1 自然灾害对旅游景区的破坏作用

通过模拟泥石流灾害、计算灾害损失率掌握旅游景区的损失状况，研究自然灾害对旅游景区的破坏作用。首先模拟旅游景区发生的洪灾灾害，采用ArcGis软件显示洪灾模拟情境与相关灾情信息，其次根据ArcGis软件提供的有关数据[7]，计算旅游景区的洪灾损失率，掌握洪灾对旅游景区的破坏作用。

1.1 旅游景区洪灾模拟模型

1.1.1 泥石流模拟的分流模型

洪水灾害爆发后导致滑坡、泥石流等次生灾害，此过程中流体结构复杂，多相流体的分离与汇流是模拟洪灾的关键体现[8]，本文通过多相流成分中固液两相的分离原则完成泥石流中多相流体的分离。

水、泥、沙、石是洪水泥石流的重要构成部分，形成多相流体，多相流体间的相互作用繁琐、复杂[9]。通过分割泥石流为固液两相的方式降低泥石流运动模型的模拟难度，液相是低于粒径划分标准的颗粒与水的混合物，固相则是高于粒径划分标准的颗粒。表1为固相、液相分界颗粒的划分标准。

表1 固相、液相颗粒的分界标准

泥石流液相浆体密度的计算方法为：

ρv=ρbVe+ρh(1-Ve) 。

(1)

式中：Ve为细颗粒在浆体中的体积比重；ρh为不含任何砂砾的水密度；ρb为细颗粒密度。同理，定义λ表示浆体的粘滞系数，λh表示不含任何砂砾的水的粘滞系数，则：

λ=(1+2.4Ve)λh。

(2)

泥石流运动模型中固体颗粒是推动泥石流向坡下滑动的关键作用力，同时也对液相颗粒形成一定的约束力[10]。至此构建泥石流模拟的分流模型，接下来研究泥石流模拟的汇流模型。

1.1.2 泥石流模拟的汇流模型

(3)

利用水量连续平衡方程得出各个流域中不同单元的地表径流：

(4)

式中：单元中滞留的水量、进入单元格的水量、流出单元格的水量分别用F、Fi、F0表示；时间用t表示， 为方程系数。单元格中产生的流量加上相邻单元流入当前单元格中的水量为第i个单元格的水流量，即Fi。

Fi=BiΔg+∑B(i-1,t-Δt)Δg。

(5)

式中：单元格中产生的流量、网格空间分辨率分别用Bi、Δg表示；Δt时刻前周边相邻单元流入当前单元的流量用B(i-1,t-Δt)表示。用F0表示流出单元格的水量：

F0=B(i,t)Δt。

(6)

式中：流出单元的流量为B(i,t)。

根据经验模型计算洪灾模拟模型中的汇流用时，经验模型如下：

(7)

(8)

式中：汇流时间、停滞时间分别用tk、T表示；水流长度与流域的坡度均值分别用l、p表示。

汇流过程的模拟以获取流域中网格之间的水流汇集河道为前提[12]，河道获取方法为：采用八方向方法判断泥石流汇流过程中网格单元的水流向，逐次计算流域网格单元的水流汇集方向，流域中网格之间的水流汇集河道可通过上述得到的汇流数量、大小、方向等因素获取[13]。至此，基于水流汇集网络的递归计算完成泥石流汇流过程模拟。

采用上述泥石流分离运动模型与泥石流汇流模型模拟旅游景区的泥石流灾害，通过ArcGis软件将模拟效果真实呈现出来，ArcGis软件可实时显示评估旅游景区灾情所需的相关数据，应用这些数据计算泥石流灾害对旅游景区的破坏作用。

1.2 洪灾损失率计算

通过计算旅游景区的泥石流灾害损失率，分析自然灾害对旅游景区的破坏程度与作用[14]。结合ArcGis软件提供的泥石流灾情数据与参数统计模型，计算泥石流灾害的损失率[15]。洪灾淹没水深等灾害特征、损失率分别是参数统计模型的自变量与因变量。洪灾爆发后，承灾体的损失率计算方法为：

(9)

式中：承灾体的损失率用O表示，承灾体的灾前价值、灾后价值分别用Zβ、Zα表示；由于承灾体的差异，承灾体灾前价值、灾后价值的计算方法存在差异[16]。此外，旅游景区爆发自然灾害后，存在各种间接的抢救花费，用D表示。

采用ArcGis软件呈现泥石流灾害的模拟效果，利用洪灾损失率计算方法结合ArcGis软件实时显示的灾情数据，获取洪灾损失率，据此评价自然灾害对旅游景区的破坏作用。

2 实例检验及其结果分析

2.1 模拟效果验证

本文以某山区旅游景区为例，模拟洪灾导致的泥石流灾害运动过程。模拟的泥石流运动过程包含约150 000个颗粒，花费0.49 s完成模拟场景的绘制。其中洪水倾盆而下的状态如图1所示，洪灾导致的泥石流流动状态如图2所示。

图1 洪水倾盆而下的状态图2 泥石流流动的状态

表2 研究景区的土壤类型

表3 洪灾模拟数据验证

由于土壤构成的差异形成的泥石流效果有所不同，该景区的土壤存在4种类型(表2)。

根据土壤类型的差异，模拟的2000、2003、2006、2009、2012、2015年该旅游景区的洪灾数据如表3所示，并与实际值进行了对比。从表3可知，在6个时间段上的模拟值与真实值大致吻合，从积水单元角度而言，在2000年6月3日模拟的误差最小，仅与实际值相差0.2 m，在2012年8月14日模拟误差最大，与真实值相差7 m；从积水深度最大值角度而言，模拟误差均小于0.06 m，因此，本研究的模型基本可以准确模拟洪灾过程中旅游景区的积水深度情况，还原旅游景区遭受洪灾破坏的景象。

2.2 损失率计算

该旅游景区发生洪灾后造成的损失主要表现在林业损失、景区建筑损失。

2.2.1 林业损失率分析

该景区中的林业是旅游景观的重要组成部分，林业一旦损坏，则破坏了景区的大部分景观。本文计算的该旅游景区林业损失率，按照洪灾淹没的时间排列林业损失率情况(表4)。由表4可知，根据本文计算的景区林业洪灾损失率能从洪灾淹没时间、淹没水深两方面来相对准确地景区灾害损失情况，这也验证了本文研究结果的有效性。在前3.5 d内，随着淹没深度的增加，林业损失率越大，主要是因为水的深度越高，景区的树木越容易遭到洪水以及泥石流的伤害，导致数目根茎腐烂甚至倒塌；在3.5～4.5 d内，洪水淹没深度在0.45m以下的林业损失率高达59%，这是因为树木在洪水中淹没的时间较长，导致景区的树木大规模损坏，而水深在0.45m以上树木损失率达到100%，完全遭到破坏；树木被淹没超过4.5 d时，损失率为100%。

表4 林业洪灾损失率(%)

2.2.2 旅游景区建筑损失分析

景区建筑损失率计算方法如下：

(10)

式中：淹没水深用h表示，表5为参数a、b、c的取值情况。结合公式(10)与表5给出的相关参数可计算景区建筑的损失情况。

表5 景区建筑损失率计算参数

2.3 损失率计算值与实际值对比

为进一步验证本文计算的损失率的可靠性，将计算值与实际值对比。选取5个不同的旅游景区A、B、C、D、E作为洪灾模拟的研究区，分别计算景区遭受洪灾泥石流灾害后的林业损失率、建筑经济损失率，并与实际值对比(表6)。从表6中可得，在林业损失率方面，计算值与实际值相差较小，在A景区获取的林业损失率误差最大为8.2%，在B景区获取的林业损失率误差最小为1.6%，总体计算误差不超过10%；在建筑损失率方面，计算A、D、E景区的建筑损失率误差分别为2.4%、3.5%、2.6%，误差均小于4%，此外，计算B景区、C景区的建筑损失率与实际值相符，均为94.8%、95.8%。

表6 本文方法计算值与实际值对比

3 结论及讨论

本文以自然灾害中的洪灾以及洪灾导致的泥石流灾害为例，从构建自然灾害模拟模型、计算灾害损失率两方面研究自然灾害对旅游景区的破坏作用。经过实例检验可知，本文的研究结果不仅能有效模拟泥石流灾害的运动过程、准确计算自然灾害损失率，而且相对同类方法而言具有较高的优势，可进一步采用ArcGis软件实时呈现该模型模拟旅游景区泥石流灾害效果，根据ArcGis软件实时显示的相关灾情数据，计算出景区灾害损失率，为掌握旅游景区自然灾害损失状况提供有效的分析依据。