劉連中,劉洪江,朱懷方

(1.重慶師范大學(xué)初等教育學(xué)院,重慶北碚 400700;2.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 城市管理與資源環(huán)境學(xué)院,昆明650223;3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源環(huán)境研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100101)

2008年5月12日14點(diǎn)28分,中國(guó)四川省汶川縣發(fā)生了里氏8.0級(jí)地震,其波及范圍之廣、引發(fā)次生山地災(zāi)害之多、危害和救災(zāi)難度之大,均為歷史罕見。由于地震重災(zāi)區(qū)位于四川盆地與龍門山交界的山前平原地帶,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,地貌高差大,斷裂發(fā)育,地震直接引發(fā)了大量崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生山地災(zāi)害,對(duì)山區(qū)城鎮(zhèn)村莊、道路交通、水利水電工程和生態(tài)環(huán)境等造成嚴(yán)重破壞,給災(zāi)區(qū)抗震救災(zāi)和恢復(fù)重建帶來了巨大的困難[1],因此本文進(jìn)行了震后山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)并從災(zāi)害經(jīng)濟(jì)學(xué)角度探討震后減災(zāi)的經(jīng)濟(jì)學(xué)模型。

1 汶川地震概況

汶川地震是一次以逆沖為主、兼少量右旋走滑分量的擠壓型斷層地震,屬于單向破裂宏觀線性淺源地震[2],斷層向西北方向傾斜,走向?yàn)?29°,釋放的標(biāo)量地震矩為4.4×1021Nm[3],能量輻射源跨度達(dá)600 km。汶川地震波及大半個(gè)中國(guó),災(zāi)區(qū)面積約50萬km2、其中重災(zāi)區(qū)位于青藏高原向四川盆地的過渡地帶、包括四川、甘肅和陜西三省的8個(gè)市(州)32個(gè)縣(市、區(qū)),面積約10萬km2,最大烈度達(dá)11度,倒塌房屋778.91萬間,2 473座水庫(kù)出險(xiǎn),5.3萬km公路受損,死亡和失蹤87 149人、1 000多萬人無家可歸,直接經(jīng)濟(jì)損失8 451.4億元,引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等次生山地災(zāi)害舉世罕見[4]。汶川地震不僅激活了部分老崩塌滑坡點(diǎn),還產(chǎn)生大量新的次生山地災(zāi)害,且山地災(zāi)害不但具有即時(shí)的巨大破壞性,還具有長(zhǎng)期的隱伏性和延續(xù)性[5]。

2 震后次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

山地災(zāi)害的發(fā)生與所處的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)在條件密切相關(guān),同時(shí)降雨、地震、人類工程活動(dòng)等外部因素也起著重要作用,并受到水文、植被、土壤等地理環(huán)境的影響。因此,研究震后次生山地災(zāi)害的危險(xiǎn)性,就必須綜合考慮上述多種因素的作用。

2.1 評(píng)價(jià)依據(jù)

根據(jù)災(zāi)區(qū)遙感調(diào)查、野外考察和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù),結(jié)合中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局等部門的調(diào)查資料,在充分認(rèn)識(shí)山地災(zāi)害歷史及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析汶川地震對(duì)山地災(zāi)害發(fā)育的影響,選擇對(duì)山地災(zāi)害起主要作用的因素與指標(biāo),按區(qū)域因素的相同或相似“歸類”、“相異”分級(jí)的原則,進(jìn)行次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)方法

震后次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)引入“危險(xiǎn)性指數(shù)P”,用以確定不同區(qū)域的次生山地災(zāi)害的危險(xiǎn)程度的高低,即危險(xiǎn)性的大小。危險(xiǎn)性指數(shù)為

式中 ：Pi——各評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)性指數(shù);wi——控制山地災(zāi)害危險(xiǎn)程度的各類因素作用權(quán)重;Xi——控制山地災(zāi)害危險(xiǎn)程度的各類因素的指數(shù)[6]。

所選定的控制山地災(zāi)害的危險(xiǎn)程度的因素包括地質(zhì)、地貌、氣候、水文、植被、災(zāi)害狀況和人類活動(dòng)等7個(gè)方面的11個(gè)主要因素,并按照各因素的具體情況確定其劃分標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)的歸一化指數(shù)。

2.3 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

山地災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)值(Pi)綜合反映了研究區(qū)內(nèi)孕災(zāi)環(huán)境條件的地震動(dòng)參數(shù)對(duì)形成山地災(zāi)害的可能貢獻(xiàn),其值越大,危險(xiǎn)性程度越高。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)山地災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)值的總體幅度,按危險(xiǎn)程度的高低,將研究區(qū)分為四個(gè)等級(jí),其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下(表1)[7]。

表1 震后次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)以上評(píng)價(jià)方法、危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和各評(píng)價(jià)單元危險(xiǎn)性概率值,對(duì)研究區(qū)次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)和區(qū)劃(表2),其結(jié)果為：高危險(xiǎn)區(qū)涉及20個(gè)縣、90個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積7 691.63 km2、占重災(zāi)區(qū)總面積的10.5%;中等危險(xiǎn)區(qū)涉及20個(gè)縣、205個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積20 385.2 km2、占重災(zāi)區(qū)總面積的27.7%;低危險(xiǎn)區(qū)涉及27個(gè)縣、431個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積38 570.06 km2、占重災(zāi)區(qū)總面積的52.4%;基本無危險(xiǎn)區(qū)涉及12個(gè)縣、113個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn) ,面積6 920.76 km2、占重災(zāi)區(qū)總面積的9.4%。

(1)高度危險(xiǎn)區(qū)。該區(qū)主要分布于龍門山活動(dòng)斷裂帶上包括汶川地震的主要重災(zāi)區(qū)。具有高陡邊坡、干旱河谷、斷裂帶、軟弱巖組等不良地質(zhì)條件,巖層極為破碎,山區(qū)地表結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重,松散固體物質(zhì)豐富,極易形成滑坡、崩塌、泥石流等地震次生山地災(zāi)害。

由于該區(qū)地震次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性很高,破壞能力巨大,土壤侵蝕強(qiáng)烈,耕地十分稀少而貧瘠,土地、資源和環(huán)境的承載力很低,一般不宜進(jìn)行大規(guī)模以上建設(shè),但區(qū)內(nèi)仍有不少不連續(xù)的、呈孤島狀分布的危險(xiǎn)性較低或較安全、乃至安全的小地塊存在。這些地塊如經(jīng)過勘察和論證是安全的或通過山地災(zāi)害防治能保障其安全,仍可建設(shè)為人口密度低的農(nóng)林牧業(yè)區(qū),也可建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地等,但人口密度一定要控制在土地、資源和環(huán)境的合理承載能力之內(nèi)。

(2)中度危險(xiǎn)區(qū)。該區(qū)主要分布于安縣、北川羌族自治縣、崇州市、都江堰市、漢源縣等21個(gè)縣(市、區(qū))205個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地震對(duì)該區(qū)影響程度中等,區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害以中型為主,在峽谷地段高陡邊坡帶,也常有大型地震次生山地災(zāi)害發(fā)生。災(zāi)害分布總體不甚密集,次生山地災(zāi)害主要是高陡危險(xiǎn)邊坡,其中軟弱巖組,尤其是千枚巖、片巖分布區(qū)是主要的次生山地災(zāi)害多發(fā)區(qū)。

表2 汶川地震32重災(zāi)縣次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

由于該區(qū)地震次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性中等,破壞能力中等,土壤侵蝕中等,耕地面積較大且具有一定肥力,土地、資源和環(huán)境的承載力中等,一般不宜進(jìn)行大規(guī)模資源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè),但區(qū)內(nèi)有一定量的較安全、乃至安全的連續(xù)地塊存在。這些地塊如經(jīng)過勘察和論證是安全的或通過山地災(zāi)害防治能保障其安全的,那么這些地塊不僅可以開發(fā)為人口密度較高的農(nóng)林牧業(yè)區(qū),而且可以建設(shè)中等規(guī)模及以下的工礦企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地和中等規(guī)模的縣城等,當(dāng)然人口密度仍應(yīng)控制在土地、資源和環(huán)境的合理承載能力之內(nèi)。

(3)低度危險(xiǎn)區(qū)。主要分布于安縣、北川羌族自治縣、崇州市、都江堰市、漢源縣等 28個(gè)縣(市、區(qū))的431個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)受地震影響相對(duì)較小,低度危險(xiǎn)區(qū)起主要作用的是微地貌和小構(gòu)造,如大于25°的斜坡、危巖斜坡、裂隙發(fā)育的部位等常發(fā)生滑坡和崩塌等,但泥石流少見。低度危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)地震次生山地災(zāi)害以中小型為主。

由于該區(qū)地震次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性低,破壞能力較小,土壤侵蝕較輕,耕地較多且肥沃,土地、資源和環(huán)境的承載力較高,區(qū)內(nèi)有連續(xù)的較安全、乃至安全的區(qū)域存在。在這些區(qū)域不僅可以進(jìn)行現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)(高寒地區(qū)除外),也可以開展大規(guī)模資源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè),如大中型水利水電工程、大型工礦企業(yè)和大型城市建設(shè)等,但人口密度仍應(yīng)與土地、資源和環(huán)境保持協(xié)調(diào)發(fā)展。

(4)基本無危險(xiǎn)區(qū)。主要分布于安縣、德陽市旌陽區(qū)、都江堰市、黑水縣、羅江縣、綿竹市、寧強(qiáng)縣、彭州市、三臺(tái)縣、什邡市、鹽亭縣和中江縣,共12個(gè)縣(市、區(qū))的113個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)主要為平原區(qū),由于不具備山地災(zāi)害形成條件,因此一般不存在山地災(zāi)害活動(dòng),但受人類工程建設(shè)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)或流水侵蝕作用影響,偶有局部溜滑、塌岸發(fā)生。即使在此次地震中受地震影響強(qiáng)烈的地區(qū),成規(guī)模的地震次生山地災(zāi)害也十分稀少。

由于該區(qū)在這次地震中,區(qū)內(nèi)位于龍門山山前地帶的部分區(qū)域也遭受地震的強(qiáng)烈破壞,但僅受地震作用的制約,不受地震次生山地災(zāi)害的影響。因此該區(qū)的資源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)建設(shè),在采用合理的地震烈度(動(dòng)參數(shù))設(shè)防的條件下,一切均可按照安全區(qū)進(jìn)行布局。

3 汶川地震震后山地災(zāi)害最優(yōu)成本模型減災(zāi)對(duì)策分析

最優(yōu)成本模型是建立在將災(zāi)害成本劃分為預(yù)防成本和損失成本兩類基礎(chǔ)之上的,模型通過這兩類成本與災(zāi)害發(fā)生可能性之間的關(guān)系,確定災(zāi)害總成本的最低點(diǎn)。模型中的變量有災(zāi)害預(yù)防成本、災(zāi)害損失成本、災(zāi)害總成本和災(zāi)害發(fā)生可能性,分別用C1、C2、DC和 p 表示。

對(duì)于山地災(zāi)害而言,災(zāi)前投入成本越大,災(zāi)害發(fā)生的可能性就會(huì)越低,C1表示災(zāi)害預(yù)防成本曲線,二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;而一個(gè)區(qū)域?yàn)?zāi)害發(fā)生的概率越大,造成的損失就越大,C2表示災(zāi)害損失成本曲線,兩者呈正相關(guān)關(guān)系;DC表示災(zāi)害總成本曲線,即投入成本與損失成本之和。DC曲線上最低點(diǎn)A,在該點(diǎn)DC關(guān)于p一階導(dǎo)數(shù)為0;A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的C*為最低災(zāi)害成本,p*為最低災(zāi)害成本下的災(zāi)害發(fā)生可能性。

通過邊際分析方法可知,C1與C2關(guān)于p的一階導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值相等,即為降低一個(gè)百分點(diǎn)的災(zāi)害發(fā)生可能性所需要增加的預(yù)防成本與由這一個(gè)百分點(diǎn)災(zāi)害可能性所造成相等時(shí),停止增加災(zāi)害預(yù)防成本,此時(shí)災(zāi)害總成本即災(zāi)害預(yù)防成本與災(zāi)害損失之和最小,這即是災(zāi)害投入的最優(yōu)化原則。通過此模型對(duì)不同程度危險(xiǎn)區(qū)災(zāi)害發(fā)生可能性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),假設(shè)高度危險(xiǎn)區(qū)發(fā)生災(zāi)害的概率P1為20%,中度危險(xiǎn)區(qū)P*為8%,低度危險(xiǎn)區(qū)P2為4%,基本無危險(xiǎn)區(qū)為0.2%;假設(shè)在中度危險(xiǎn)區(qū)P*為8%處災(zāi)害投入達(dá)到最優(yōu)化,即災(zāi)害預(yù)防成本與災(zāi)害損失之和最小;對(duì)于高度危險(xiǎn)區(qū)P1,要想減少災(zāi)害損失,必須增加災(zāi)害預(yù)防成本以降低災(zāi)害發(fā)生可能性,當(dāng)預(yù)防成本達(dá)到C*時(shí),不僅降低了災(zāi)害發(fā)生可能性,還可使災(zāi)害預(yù)防成本與災(zāi)害損失之和最小,實(shí)現(xiàn)減災(zāi)成本最優(yōu);對(duì)于低度危險(xiǎn)區(qū)P2,由于減災(zāi)投入過大造成不經(jīng)濟(jì)行為,需要減少預(yù)防投入,下降到C*時(shí)便可達(dá)到災(zāi)害預(yù)防成本與災(zāi)害損失之和最小,實(shí)現(xiàn)減災(zāi)成本最優(yōu)[8]。

圖1 災(zāi)害發(fā)生可能性

因此根據(jù)汶川地震震情和災(zāi)害經(jīng)濟(jì)學(xué)最優(yōu)成本分析,對(duì)于高度危險(xiǎn)區(qū)的北川、江油、茂縣、綿竹等地區(qū)的90個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)該加大災(zāi)害防治投入力度,在這些區(qū)域,每增加一份投資其效用成倍大于其他地區(qū),得到的收益較大。對(duì)于中度危險(xiǎn)區(qū)的205個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)可以根據(jù)災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行適當(dāng)減災(zāi)投資;而對(duì)于低度危險(xiǎn)區(qū)和基本無危險(xiǎn)區(qū)則基本不用考慮減災(zāi)投資甚至減少預(yù)防投資用于高度危險(xiǎn)區(qū),這樣可以避免該地區(qū)過度預(yù)防引起的不經(jīng)濟(jì)行為。

4 結(jié)論

(1)汶川地震為宏觀線性淺源地震,主斷裂帶沿龍門山北川-映秀斷裂發(fā)育,斷裂長(zhǎng)達(dá)300 km,為逆沖右旋走滑斷裂;地震余震多、量級(jí)高、破壞性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

(2)在缺乏詳盡的野外調(diào)查資料情況下,基于孕災(zāi)環(huán)境條件和地震動(dòng)參數(shù),初步建立了震后次生山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型,進(jìn)行了重災(zāi)區(qū)山地災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與區(qū)劃,滿足了汶川地震抗震救災(zāi)和災(zāi)后恢復(fù)重建等應(yīng)急工作需要。

(3)通過最優(yōu)成本模型分析,對(duì)于高度危險(xiǎn)區(qū)要進(jìn)行增加災(zāi)害預(yù)防成本以降低災(zāi)害發(fā)生可能性;對(duì)于低度危險(xiǎn)區(qū)要減少預(yù)防投入以避免過度預(yù)防的不經(jīng)濟(jì)行為。

致謝：本文在研究過程中得到中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)中心、國(guó)土資源部信息中心、國(guó)家測(cè)繪局、中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所等單位提供的災(zāi)區(qū)航空影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息、震后災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)等方面的大力支持,在寫作過程中得到中國(guó)科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所鐘敦倫研究員和謝洪研究員的熱心指導(dǎo)和幫助,在此深表謝意。

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