汶川地震次生山地灾害危险性评*价及震后减灾对策经济学分析

刘连中,刘洪江,朱怀方

(1.重庆师范大学初等教育学院,重庆北碚 400700;2.云南财经大学 城市管理与资源环境学院,昆明650223;3.中国科学院地理科学与资源环境研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京100101)

2008年5月12日14点28分,中国四川省汶川县发生了里氏8.0级地震,其波及范围之广、引发次生山地灾害之多、危害和救灾难度之大,均为历史罕见。由于地震重灾区位于四川盆地与龙门山交界的山前平原地带,地质构造复杂,地貌高差大,断裂发育,地震直接引发了大量崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生山地灾害,对山区城镇村庄、道路交通、水利水电工程和生态环境等造成严重破坏,给灾区抗震救灾和恢复重建带来了巨大的困难[1],因此本文进行了震后山地灾害危险性评价并从灾害经济学角度探讨震后减灾的经济学模型。

1 汶川地震概况

汶川地震是一次以逆冲为主、兼少量右旋走滑分量的挤压型断层地震,属于单向破裂宏观线性浅源地震[2],断层向西北方向倾斜,走向为229°,释放的标量地震矩为4.4×1021Nm[3],能量辐射源跨度达600 km。汶川地震波及大半个中国,灾区面积约50万km2、其中重灾区位于青藏高原向四川盆地的过渡地带、包括四川、甘肃和陕西三省的8个市(州)32个县(市、区),面积约10万km2,最大烈度达11度,倒塌房屋778.91万间,2 473座水库出险,5.3万km公路受损,死亡和失踪87 149人、1 000多万人无家可归,直接经济损失8 451.4亿元,引发的崩塌、滑坡、泥石流等次生山地灾害举世罕见[4]。汶川地震不仅激活了部分老崩塌滑坡点,还产生大量新的次生山地灾害,且山地灾害不但具有即时的巨大破坏性,还具有长期的隐伏性和延续性[5]。

2 震后次生山地灾害危险性评价

山地灾害的发生与所处的地形地貌、地层岩性、地质构造等内在条件密切相关,同时降雨、地震、人类工程活动等外部因素也起着重要作用,并受到水文、植被、土壤等地理环境的影响。因此,研究震后次生山地灾害的危险性,就必须综合考虑上述多种因素的作用。

2.1 评价依据

根据灾区遥感调查、野外考察和实地调查数据,结合中国科学院成都山地灾害与环境研究所、国土资源部、中国地质调查局等部门的调查资料,在充分认识山地灾害历史及现状的基础上,分析汶川地震对山地灾害发育的影响,选择对山地灾害起主要作用的因素与指标,按区域因素的相同或相似“归类”、“相异”分级的原则,进行次生山地灾害危险性评价。

2.2 评价方法

震后次生山地灾害危险性评价引入“危险性指数P”,用以确定不同区域的次生山地灾害的危险程度的高低,即危险性的大小。危险性指数为

式中 ：Pi——各评价单元危险性指数;wi——控制山地灾害危险程度的各类因素作用权重;Xi——控制山地灾害危险程度的各类因素的指数[6]。

所选定的控制山地灾害的危险程度的因素包括地质、地貌、气候、水文、植被、灾害状况和人类活动等7个方面的11个主要因素,并按照各因素的具体情况确定其划分标准和对应的归一化指数。

2.3 分级标准

山地灾害危险性指数值(Pi)综合反映了研究区内孕灾环境条件的地震动参数对形成山地灾害的可能贡献,其值越大,危险性程度越高。根据研究区内山地灾害危险性指数值的总体幅度,按危险程度的高低,将研究区分为四个等级,其分级标准如下(表1)[7]。

表1 震后次生山地灾害危险性分区标准

2.4 评价结果

根据以上评价方法、危险性分级标准和各评价单元危险性概率值,对研究区次生山地灾害危险性进行评价和区划(表2),其结果为：高危险区涉及20个县、90个乡镇,面积7 691.63 km2、占重灾区总面积的10.5%;中等危险区涉及20个县、205个乡镇,面积20 385.2 km2、占重灾区总面积的27.7%;低危险区涉及27个县、431个乡镇,面积38 570.06 km2、占重灾区总面积的52.4%;基本无危险区涉及12个县、113个乡镇 ,面积6 920.76 km2、占重灾区总面积的9.4%。

(1)高度危险区。该区主要分布于龙门山活动断裂带上包括汶川地震的主要重灾区。具有高陡边坡、干旱河谷、断裂带、软弱岩组等不良地质条件,岩层极为破碎,山区地表结构破坏严重,松散固体物质丰富,极易形成滑坡、崩塌、泥石流等地震次生山地灾害。

由于该区地震次生山地灾害危险性很高,破坏能力巨大,土壤侵蚀强烈,耕地十分稀少而贫瘠,土地、资源和环境的承载力很低,一般不宜进行大规模以上建设,但区内仍有不少不连续的、呈孤岛状分布的危险性较低或较安全、乃至安全的小地块存在。这些地块如经过勘察和论证是安全的或通过山地灾害防治能保障其安全,仍可建设为人口密度低的农林牧业区,也可建设乡镇政府驻地等,但人口密度一定要控制在土地、资源和环境的合理承载能力之内。

(2)中度危险区。该区主要分布于安县、北川羌族自治县、崇州市、都江堰市、汉源县等21个县(市、区)205个乡镇。地震对该区影响程度中等,区内滑坡、崩塌、泥石流灾害以中型为主,在峡谷地段高陡边坡带,也常有大型地震次生山地灾害发生。灾害分布总体不甚密集,次生山地灾害主要是高陡危险边坡,其中软弱岩组,尤其是千枚岩、片岩分布区是主要的次生山地灾害多发区。

表2 汶川地震32重灾县次生山地灾害危险性评价统计表

由于该区地震次生山地灾害危险性中等,破坏能力中等,土壤侵蚀中等,耕地面积较大且具有一定肥力,土地、资源和环境的承载力中等,一般不宜进行大规模资源开发和经济建设,但区内有一定量的较安全、乃至安全的连续地块存在。这些地块如经过勘察和论证是安全的或通过山地灾害防治能保障其安全的,那么这些地块不仅可以开发为人口密度较高的农林牧业区,而且可以建设中等规模及以下的工矿企业、乡镇政府驻地和中等规模的县城等,当然人口密度仍应控制在土地、资源和环境的合理承载能力之内。

(3)低度危险区。主要分布于安县、北川羌族自治县、崇州市、都江堰市、汉源县等 28个县(市、区)的431个乡镇。该区受地震影响相对较小,低度危险区起主要作用的是微地貌和小构造,如大于25°的斜坡、危岩斜坡、裂隙发育的部位等常发生滑坡和崩塌等,但泥石流少见。低度危险区内地震次生山地灾害以中小型为主。

由于该区地震次生山地灾害危险性低,破坏能力较小,土壤侵蚀较轻,耕地较多且肥沃,土地、资源和环境的承载力较高,区内有连续的较安全、乃至安全的区域存在。在这些区域不仅可以进行现代化农业建设(高寒地区除外),也可以开展大规模资源开发和经济建设,如大中型水利水电工程、大型工矿企业和大型城市建设等,但人口密度仍应与土地、资源和环境保持协调发展。

(4)基本无危险区。主要分布于安县、德阳市旌阳区、都江堰市、黑水县、罗江县、绵竹市、宁强县、彭州市、三台县、什邡市、盐亭县和中江县,共12个县(市、区)的113个乡镇。该区主要为平原区,由于不具备山地灾害形成条件,因此一般不存在山地灾害活动,但受人类工程建设、经济活动或流水侵蚀作用影响,偶有局部溜滑、塌岸发生。即使在此次地震中受地震影响强烈的地区,成规模的地震次生山地灾害也十分稀少。

由于该区在这次地震中,区内位于龙门山山前地带的部分区域也遭受地震的强烈破坏,但仅受地震作用的制约,不受地震次生山地灾害的影响。因此该区的资源开发和经济建设,在采用合理的地震烈度(动参数)设防的条件下,一切均可按照安全区进行布局。

3 汶川地震震后山地灾害最优成本模型减灾对策分析

最优成本模型是建立在将灾害成本划分为预防成本和损失成本两类基础之上的,模型通过这两类成本与灾害发生可能性之间的关系,确定灾害总成本的最低点。模型中的变量有灾害预防成本、灾害损失成本、灾害总成本和灾害发生可能性,分别用C1、C2、DC和 p 表示。

对于山地灾害而言,灾前投入成本越大,灾害发生的可能性就会越低,C1表示灾害预防成本曲线,二者呈负相关关系;而一个区域灾害发生的概率越大,造成的损失就越大,C2表示灾害损失成本曲线,两者呈正相关关系;DC表示灾害总成本曲线,即投入成本与损失成本之和。DC曲线上最低点A,在该点DC关于p一阶导数为0;A点所对应的C*为最低灾害成本,p*为最低灾害成本下的灾害发生可能性。

通过边际分析方法可知,C1与C2关于p的一阶导数绝对值相等,即为降低一个百分点的灾害发生可能性所需要增加的预防成本与由这一个百分点灾害可能性所造成相等时,停止增加灾害预防成本,此时灾害总成本即灾害预防成本与灾害损失之和最小,这即是灾害投入的最优化原则。通过此模型对不同程度危险区灾害发生可能性进行经济性评价,假设高度危险区发生灾害的概率P1为20%,中度危险区P*为8%,低度危险区P2为4%,基本无危险区为0.2%;假设在中度危险区P*为8%处灾害投入达到最优化,即灾害预防成本与灾害损失之和最小;对于高度危险区P1,要想减少灾害损失,必须增加灾害预防成本以降低灾害发生可能性,当预防成本达到C*时,不仅降低了灾害发生可能性,还可使灾害预防成本与灾害损失之和最小,实现减灾成本最优;对于低度危险区P2,由于减灾投入过大造成不经济行为,需要减少预防投入,下降到C*时便可达到灾害预防成本与灾害损失之和最小,实现减灾成本最优[8]。

图1 灾害发生可能性

因此根据汶川地震震情和灾害经济学最优成本分析,对于高度危险区的北川、江油、茂县、绵竹等地区的90个乡镇应该加大灾害防治投入力度,在这些区域,每增加一份投资其效用成倍大于其他地区,得到的收益较大。对于中度危险区的205个乡镇可以根据灾害的发生进行适当减灾投资;而对于低度危险区和基本无危险区则基本不用考虑减灾投资甚至减少预防投资用于高度危险区,这样可以避免该地区过度预防引起的不经济行为。

4 结论

(1)汶川地震为宏观线性浅源地震,主断裂带沿龙门山北川-映秀断裂发育,断裂长达300 km,为逆冲右旋走滑断裂;地震余震多、量级高、破坏性强、持续时间长。

(2)在缺乏详尽的野外调查资料情况下,基于孕灾环境条件和地震动参数,初步建立了震后次生山地灾害危险性评价模型,进行了重灾区山地灾害危险性评价与区划,满足了汶川地震抗震救灾和灾后恢复重建等应急工作需要。

(3)通过最优成本模型分析,对于高度危险区要进行增加灾害预防成本以降低灾害发生可能性;对于低度危险区要减少预防投入以避免过度预防的不经济行为。

致谢：本文在研究过程中得到中国科学院对地观测中心、国土资源部信息中心、国家测绘局、中国科学院成都山地灾害与环境研究所等单位提供的灾区航空影像数据、基础地理信息、震后灾害调查数据等方面的大力支持,在写作过程中得到中国科学院成都山地灾害与环境研究所钟敦伦研究员和谢洪研究员的热心指导和帮助,在此深表谢意。

[1] 崔鹏,韦方强,陈晓清,等.汶川地震次生山地灾害及其减灾对策[J].中国科学院院刊,2008,23(4)：317-323.[2] 易桂喜,闻学泽,王思维,等.由地震活动参数分析龙门山-岷山断裂带的现今活动习性与强震危险性[J].中国地震,2006,22(2)：117-125.

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