汶川地震次生山地災害危險性評*價及震后減災對策經濟學分析

劉連中,劉洪江,朱懷方

(1.重慶師范大學初等教育學院,重慶北碚 400700;2.云南財經大學 城市管理與資源環境學院,昆明650223;3.中國科學院地理科學與資源環境研究所資源與環境信息系統國家重點實驗室,北京100101)

2008年5月12日14點28分,中國四川省汶川縣發生了里氏8.0級地震,其波及范圍之廣、引發次生山地災害之多、危害和救災難度之大,均為歷史罕見。由于地震重災區位于四川盆地與龍門山交界的山前平原地帶,地質構造復雜,地貌高差大,斷裂發育,地震直接引發了大量崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生山地災害,對山區城鎮村莊、道路交通、水利水電工程和生態環境等造成嚴重破壞,給災區抗震救災和恢復重建帶來了巨大的困難[1],因此本文進行了震后山地災害危險性評價并從災害經濟學角度探討震后減災的經濟學模型。

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,走向為229°,釋放的標量地震矩為4.4×1021Nm[3],能量輻射源跨度達600 km。汶川地震波及大半個中國,災區面積約50萬km2、其中重災區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個市(州)32個縣(市、區),面積約10萬km2,最大烈度達11度,倒塌房屋778.91萬間,2 473座水庫出險,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,直接經濟損失8 451.4億元,引發的崩塌、滑坡、泥石流等次生山地災害舉世罕見[4]。汶川地震不僅激活了部分老崩塌滑坡點,還產生大量新的次生山地災害,且山地災害不但具有即時的巨大破壞性,還具有長期的隱伏性和延續性[5]。

2 震后次生山地災害危險性評價

山地災害的發生與所處的地形地貌、地層巖性、地質構造等內在條件密切相關,同時降雨、地震、人類工程活動等外部因素也起著重要作用,并受到水文、植被、土壤等地理環境的影響。因此,研究震后次生山地災害的危險性,就必須綜合考慮上述多種因素的作用。

2.1 評價依據

根據災區遙感調查、野外考察和實地調查數據,結合中國科學院成都山地災害與環境研究所、國土資源部、中國地質調查局等部門的調查資料,在充分認識山地災害歷史及現狀的基礎上,分析汶川地震對山地災害發育的影響,選擇對山地災害起主要作用的因素與指標,按區域因素的相同或相似“歸類”、“相異”分級的原則,進行次生山地災害危險性評價。

2.2 評價方法

震后次生山地災害危險性評價引入“危險性指數P”,用以確定不同區域的次生山地災害的危險程度的高低,即危險性的大小。危險性指數為

式中 ：Pi——各評價單元危險性指數;wi——控制山地災害危險程度的各類因素作用權重;Xi——控制山地災害危險程度的各類因素的指數[6]。

所選定的控制山地災害的危險程度的因素包括地質、地貌、氣候、水文、植被、災害狀況和人類活動等7個方面的11個主要因素,并按照各因素的具體情況確定其劃分標準和對應的歸一化指數。

2.3 分級標準

山地災害危險性指數值(Pi)綜合反映了研究區內孕災環境條件的地震動參數對形成山地災害的可能貢獻,其值越大,危險性程度越高。根據研究區內山地災害危險性指數值的總體幅度,按危險程度的高低,將研究區分為四個等級,其分級標準如下(表1)[7]。

表1 震后次生山地災害危險性分區標準

2.4 評價結果

根據以上評價方法、危險性分級標準和各評價單元危險性概率值,對研究區次生山地災害危險性進行評價和區劃(表2),其結果為：高危險區涉及20個縣、90個鄉鎮,面積7 691.63 km2、占重災區總面積的10.5%;中等危險區涉及20個縣、205個鄉鎮,面積20 385.2 km2、占重災區總面積的27.7%;低危險區涉及27個縣、431個鄉鎮,面積38 570.06 km2、占重災區總面積的52.4%;基本無危險區涉及12個縣、113個鄉鎮 ,面積6 920.76 km2、占重災區總面積的9.4%。

(1)高度危險區。該區主要分布于龍門山活動斷裂帶上包括汶川地震的主要重災區。具有高陡邊坡、干旱河谷、斷裂帶、軟弱巖組等不良地質條件,巖層極為破碎,山區地表結構破壞嚴重,松散固體物質豐富,極易形成滑坡、崩塌、泥石流等地震次生山地災害。

由于該區地震次生山地災害危險性很高,破壞能力巨大,土壤侵蝕強烈,耕地十分稀少而貧瘠,土地、資源和環境的承載力很低,一般不宜進行大規模以上建設,但區內仍有不少不連續的、呈孤島狀分布的危險性較低或較安全、乃至安全的小地塊存在。這些地塊如經過勘察和論證是安全的或通過山地災害防治能保障其安全,仍可建設為人口密度低的農林牧業區,也可建設鄉鎮政府駐地等,但人口密度一定要控制在土地、資源和環境的合理承載能力之內。

(2)中度危險區。該區主要分布于安縣、北川羌族自治縣、崇州市、都江堰市、漢源縣等21個縣(市、區)205個鄉鎮。地震對該區影響程度中等,區內滑坡、崩塌、泥石流災害以中型為主,在峽谷地段高陡邊坡帶,也常有大型地震次生山地災害發生。災害分布總體不甚密集,次生山地災害主要是高陡危險邊坡,其中軟弱巖組,尤其是千枚巖、片巖分布區是主要的次生山地災害多發區。

表2 汶川地震32重災縣次生山地災害危險性評價統計表

由于該區地震次生山地災害危險性中等,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、資源和環境的承載力中等,一般不宜進行大規模資源開發和經濟建設,但區內有一定量的較安全、乃至安全的連續地塊存在。這些地塊如經過勘察和論證是安全的或通過山地災害防治能保障其安全的,那么這些地塊不僅可以開發為人口密度較高的農林牧業區,而且可以建設中等規模及以下的工礦企業、鄉鎮政府駐地和中等規模的縣城等,當然人口密度仍應控制在土地、資源和環境的合理承載能力之內。

(3)低度危險區。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個縣(市、區)的431個鄉鎮。該區受地震影響相對較小,低度危險區起主要作用的是微地貌和小構造,如大于25°的斜坡、危巖斜坡、裂隙發育的部位等常發生滑坡和崩塌等,但泥石流少見。低度危險區內地震次生山地災害以中小型為主。

由于該區地震次生山地災害危險性低,破壞能力較小,土壤侵蝕較輕,耕地較多且肥沃,土地、資源和環境的承載力較高,區內有連續的較安全、乃至安全的區域存在。在這些區域不僅可以進行現代化農業建設(高寒地區除外),也可以開展大規模資源開發和經濟建設,如大中型水利水電工程、大型工礦企業和大型城市建設等,但人口密度仍應與土地、資源和環境保持協調發展。

(4)基本無危險區。主要分布于安縣、德陽市旌陽區、都江堰市、黑水縣、羅江縣、綿竹市、寧強縣、彭州市、三臺縣、什邡市、鹽亭縣和中江縣,共12個縣(市、區)的113個鄉鎮。該區主要為平原區,由于不具備山地災害形成條件,因此一般不存在山地災害活動,但受人類工程建設、經濟活動或流水侵蝕作用影響,偶有局部溜滑、塌岸發生。即使在此次地震中受地震影響強烈的地區,成規模的地震次生山地災害也十分稀少。

由于該區在這次地震中,區內位于龍門山山前地帶的部分區域也遭受地震的強烈破壞,但僅受地震作用的制約,不受地震次生山地災害的影響。因此該區的資源開發和經濟建設,在采用合理的地震烈度(動參數)設防的條件下,一切均可按照安全區進行布局。

3 汶川地震震后山地災害最優成本模型減災對策分析

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

對于山地災害而言,災前投入成本越大,災害發生的可能性就會越低,C1表示災害預防成本曲線,二者呈負相關關系;而一個區域災害發生的概率越大,造成的損失就越大,C2表示災害損失成本曲線,兩者呈正相關關系;DC表示災害總成本曲線,即投入成本與損失成本之和。DC曲線上最低點A,在該點DC關于p一階導數為0;A點所對應的C*為最低災害成本,p*為最低災害成本下的災害發生可能性。

通過邊際分析方法可知,C1與C2關于p的一階導數絕對值相等,即為降低一個百分點的災害發生可能性所需要增加的預防成本與由這一個百分點災害可能性所造成相等時,停止增加災害預防成本,此時災害總成本即災害預防成本與災害損失之和最小,這即是災害投入的最優化原則。通過此模型對不同程度危險區災害發生可能性進行經濟性評價,假設高度危險區發生災害的概率P1為20%,中度危險區P*為8%,低度危險區P2為4%,基本無危險區為0.2%;假設在中度危險區P*為8%處災害投入達到最優化,即災害預防成本與災害損失之和最小;對于高度危險區P1,要想減少災害損失,必須增加災害預防成本以降低災害發生可能性,當預防成本達到C*時,不僅降低了災害發生可能性,還可使災害預防成本與災害損失之和最小,實現減災成本最優;對于低度危險區P2,由于減災投入過大造成不經濟行為,需要減少預防投入,下降到C*時便可達到災害預防成本與災害損失之和最小,實現減災成本最優[8]。

圖1 災害發生可能性

因此根據汶川地震震情和災害經濟學最優成本分析,對于高度危險區的北川、江油、茂縣、綿竹等地區的90個鄉鎮應該加大災害防治投入力度,在這些區域,每增加一份投資其效用成倍大于其他地區,得到的收益較大。對于中度危險區的205個鄉鎮可以根據災害的發生進行適當減災投資;而對于低度危險區和基本無危險區則基本不用考慮減災投資甚至減少預防投資用于高度危險區,這樣可以避免該地區過度預防引起的不經濟行為。

4 結論

(1)汶川地震為宏觀線性淺源地震,主斷裂帶沿龍門山北川-映秀斷裂發育,斷裂長達300 km,為逆沖右旋走滑斷裂;地震余震多、量級高、破壞性強、持續時間長。

(2)在缺乏詳盡的野外調查資料情況下,基于孕災環境條件和地震動參數,初步建立了震后次生山地災害危險性評價模型,進行了重災區山地災害危險性評價與區劃,滿足了汶川地震抗震救災和災后恢復重建等應急工作需要。

(3)通過最優成本模型分析,對于高度危險區要進行增加災害預防成本以降低災害發生可能性;對于低度危險區要減少預防投入以避免過度預防的不經濟行為。

致謝：本文在研究過程中得到中國科學院對地觀測中心、國土資源部信息中心、國家測繪局、中國科學院成都山地災害與環境研究所等單位提供的災區航空影像數據、基礎地理信息、震后災害調查數據等方面的大力支持,在寫作過程中得到中國科學院成都山地災害與環境研究所鐘敦倫研究員和謝洪研究員的熱心指導和幫助,在此深表謝意。

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