建筑固体废物填埋场滑坡风险评估的双层框架

《Waste Management》：Two-tier framework for landslide risk assessment of construction solid waste landfills

　　

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  提出了一种用于建筑固体废物（CSW）垃圾填埋场滑坡风险评估的双层框架。
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  该双层框架整合了定性和定量风险评估方法。
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  建立了一个多尺度指数系统用于定性风险评估。
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  定量评估考虑了强度参数的空间变异性。
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  该框架在广西的应用成功识别出了关键风险。

引言

随着全球城市化的加速，建筑固体废物（CSW）的年产生量持续增加。例如，中国目前每年产生的CSW超过30亿吨（Wu等人，2025a）。作为CSW的主要处置方式，垃圾填埋场面临诸多挑战（Hu等人，2021；Lavigne等人，2014）。在过去三十年中，坡体不稳定已成为CSW垃圾填埋场的一个持续存在的危险因素。这些填埋场不仅会发生结构故障，还会对周围环境和基础设施构成威胁。例如，2022年，中国贵州的一列高速列车与由于垃圾土堆放不当而形成的泥石流堆体相撞，导致1人死亡和12人受伤（Zhang等人，2023）。另一个著名的例子是2015年深圳CSW垃圾填埋场发生的灾难性滑坡，造成77人死亡并摧毁了一个下游工业园区（Yin等人，2016；Zhan等人，2020）。此外，由于缺乏标准化工程设计的CSW垃圾填埋场建设速度往往快于监管监测能力，这些广泛的场所存在潜在的滑坡风险（Zhan等人，2018）。因此，对CSW垃圾填埋场进行高效准确的滑坡风险评估至关重要。

风险被定义为危险事件发生的概率及其可能造成的后果（Fell等人，2008；联合国，1992）。为了有效管理这些风险，过去几十年间滑坡风险评估受到了广泛关注（例如，Sassa等人，2004；Sterlacchini等人，2007；Cascini，2008；Liu和Miao，2018；Sami等人，2025）。根据爱因斯坦（1997）的观点，这种评估是一个持续的过程，从评估自然状态开始，以实施缓解滑坡风险的措施结束。这些措施可分为主动措施，旨在通过物理稳定手段降低滑坡发生的概率；以及被动措施，侧重于通过减少风险要素的暴露和脆弱性来减轻潜在后果。

滑坡风险评估方法通常可以分为定性和定量评估。在定性评估中，以往的研究广泛使用了层次分析法（AHP）结合各种指标（包括降雨、地形和地质条件以及社会经济维度）来评估整体脆弱性（Mosaffaie等人，2024；Chaabane等人，2024；Sami等人，2025）。尽管CSW垃圾填埋场的材料特性与自然斜坡相似（Xu等人，2021；Wu等人，2024），但其风险特征对人为活动非常敏感，而自然斜坡的稳定性主要由地质和环境条件决定。最近，Wu等人（2024）训练了一个深度学习模型来快速识别潜在的CSW垃圾填埋场，并基于周围环境因素开发了一个风险评估模型。虽然这种方法有效，但可以通过整合人为因素进一步改进。具体来说，无规范的倾倒和缺乏排水系统等因素会增加剪切应力和孔隙水压力，从而加剧坡体不稳定（Xu等人，2017；Xu等人，2021）。为了抵消这些不稳定效应，实施有针对性的缓解措施是必要的。因此，将缓解措施的状态纳入所提出的框架中，可以在这类措施实施前后对滑坡风险进行比较评估。

与定性方法相比，定量评估通过考虑填筑材料参数的空间变异性，提供了更高的精度（Sui等人，2020）。以往的研究成功地利用了蒙特卡洛模拟（MCS）和条件随机场建模来估计失效概率和滑坡距离，从而量化了对人类生命的风险（Jahanfar等人，2017；Zhang等人，2021）。从方法论的角度来看，Wang等人（2024）利用条件随机场建模开发了一个概率框架来描述多源粘土土壤的空间变异性。类似地，Ghasemian等人（2024）的案例研究表明，垃圾填埋场材料特性的空间变异性显著影响安全系数、失效概率和风险水平。然而，这些概率框架的高计算要求通常限制了它们在单个垃圾填埋场的详细分析中的应用。这对于拥有大量CSW垃圾填埋场的地区来说是一个限制，因为对每个填埋场进行详细模拟是不可行的。因此，在区域筛查效率和场地特定评估准确性之间取得平衡仍然是一个重大挑战。

为了解决这些挑战，本研究开发了一种综合实用的CSW垃圾填埋场滑坡风险评估双层框架，旨在结合区域筛查和场地特定量化。在第一层，建立了一个包含缓解措施指标的定性多尺度指数系统，用于快速风险优先级排序。在第二层，对识别出的高风险垃圾填埋场进行精细的定量风险评估，使用随机场建模来考虑CSW强度参数的空间变异性，并利用F-N曲线来评估风险可接受性。最后，该框架应用于中国广西的一个区域案例研究。根据评估结果，设计了有针对性的缓解措施，并通过比较分析验证了其在风险降低方面的有效性。这一应用为面临类似CSW处置压力的其他地区的滑坡风险管理提供了参考。

章节片段

双层框架

如图1所示，双层框架整合了定性和定量评估。在第一层，基于文献回顾和历史事故分析得出的多尺度指标构建了一个危险和脆弱性指数系统。采用风险矩阵方法，生成了区域风险分布图，以高效地筛选和优先处理高风险垃圾填埋场。随后，第二层对这些已识别的垃圾填埋场进行随机场建模和坡体稳定性分析。

地质和水文条件

在中国广西的一个基础设施项目中（图3），产生了约2.9×10^8立方米的CSW，需要在沿线建设131个垃圾填埋场。这些垃圾填埋场主要位于沟壑和斜坡上，具有较高的填埋高度和庞大的体积。填筑材料主要是淤泥、粘土、泥岩和砂岩，结构疏松，剪切强度较低，容易风化和软化。CSW垃圾填埋场的稳定性进一步受到...

工程措施

尽管传统的结构措施（如挡土墙和桩）可以提高坡体稳定性，但依赖单一的缓解措施是不充分的。因此，向监管机构提出了基于多层次缓解方案的定制设计。高风险场所结合了拦截和排水系统（如截断沟和盲沟）以及实时监测，而低风险场所则侧重于排水优化和定期检查。

讨论

与传统单尺度方法相比，所提出的双层框架通过实现区域效率与场地特定精度之间的平衡，证明了其必要性。在本研究中，第一层的定性筛查使整个区域内131个CSW垃圾填埋场能够快速得到优先排序。对每个单独的场所进行详细的定量评估在实践上是不可行的，因为需要过多的计算和人力资源。

结论

本研究通过整合定性和定量评估，建立了一个综合实用的CSW垃圾填埋场滑坡风险评估双层框架。第一层基于多尺度指标建立了危险和脆弱性指数，使用风险矩阵绘制区域分布图并高效地优先处理高风险CSW垃圾填埋场。随后，第二层通过随机场建模结合坡体稳定性分析对这些关键垃圾填埋场进行了评估。

CRediT作者贡献声明

Haoquan Wang:撰写 – 审稿与编辑、软件、方法论、形式分析。Shuai Zhang:撰写 – 审稿与编辑、资源管理、概念构思。Shuairong Wang:调查、形式分析、数据管理。Xiaobing Xu:软件、项目管理、形式分析。Zhuofeng Li:验证、软件、数据管理。Wenjun Zhang:验证、监督、方法论。Liangtong Zhan:验证、监督、资源管理、调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：42577166）和广西科技重大项目（编号：AA23023016）的资助。

Haoquan Wang|Shuai Zhang|Shuairong Wang|Xiaobing Xu|Zhuofeng Li|Wenjun Zhang|Liangtong Zhan