基于轉(zhuǎn)換賦值函數(shù)的泥石流易損度定量表達

基于轉(zhuǎn)換賦值函數(shù)的泥石流易損度定量表達

1自然災(zāi)害易損度容易受傷是疾病屬性的表現(xiàn)，是疾病作用的下一個階段的表現(xiàn)。沒有易損性,也就沒有災(zāi)難。研究者們在尋究自然災(zāi)難的原因時,存在著兩種不同的觀點:多數(shù)研究者認(rèn)為,自然災(zāi)難的起點是自然災(zāi)害,自然災(zāi)害的特性決定了自然災(zāi)難的特征;而少數(shù)研究者認(rèn)為,自然災(zāi)難的特征主要取決于承災(zāi)體社會、經(jīng)濟及其結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和發(fā)展過程。第二種觀點在某種意義上是對第一種“純自然主義”觀點的批判。我們認(rèn)為,不要把兩種觀點對立,而要把它們結(jié)合起來,這個結(jié)合點就是風(fēng)險。因此,易損性評價是風(fēng)險評價中不可缺少的重要一環(huán)。易損性的定量表達即易損度,“度”即度量衡,易損度是易損程度的簡稱。自20世紀(jì)90年代以來,易損度研究在地震、洪水、雪崩等災(zāi)害方面相繼出現(xiàn)了一些成果,但總的來說,正如國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會認(rèn)為,有關(guān)自然災(zāi)害易損度的研究仍然比較膚淺。1995年3月英國皇家學(xué)會區(qū)域易損度協(xié)會在倫敦召開了一次自然災(zāi)害易損度評價專題討論會,與會人員既認(rèn)識到易損度研究對減輕自然災(zāi)害的重要,又意識到目前易損度評價的困難。如何從龐大復(fù)雜的社會經(jīng)濟巨系統(tǒng)中選擇易損度評價因子,又如何將所選的評價因子定量化、貨幣化,是易損度評價的難點之一。就地震災(zāi)害而言,謝禮立院士認(rèn)為,針對房屋和人員的地震易損度是一個含有許多不確定性的復(fù)雜參數(shù),相對于地震危險度而言,地震易損度的研究目前尚處于初期階段。因此,目前自然災(zāi)害易損度、特別是泥石流災(zāi)害易損度的研究在國內(nèi)外基本上還是一個全新的領(lǐng)域。本文旨在對這一重要而又復(fù)雜的新興難題進行探討,試圖在泥石流易損度及其評價指標(biāo)、原則和方法上有所創(chuàng)新和進展,以期推動泥石流災(zāi)害易損度研究的更快發(fā)展。2易損度的度量目前對易損度定義的理解還存在著較大的差異。Maskrey將易損度定義為:“由于極端事件而導(dǎo)致的被損害的可能性”。我們認(rèn)為這一定義將易損度與危險度混同起來,沒有反映出承災(zāi)體的本質(zhì)屬性。Tobin和Montz將易損度定義為:“損失的潛力”,這一定義反映了承災(zāi)體的部分屬性。Deyle等的易損度定義為:“人類居住地對自然災(zāi)害有害影響的敏感性”。意大利著名環(huán)境地貌學(xué)家Panizza教授1996年給易損度下了一個定義:“易損度是在人類介入的情況下,可能直接或間接敏感于物質(zhì)損失的某一地區(qū)所存在的一切人和物的綜合體”。這一定義明確地將易損度定位于人和物的綜合體,這一綜合體敏感于自然災(zāi)害而引起的物質(zhì)損失。這一定義把易損度的概念由抽象變?yōu)榫唧w,是一個了不起的進步。1991年和1992年聯(lián)合國兩次公布了自然災(zāi)害易損度的定義:“在給定地區(qū)由于潛在損害現(xiàn)象可能造成的損失程度,取值從0到1”。這一定義得到較為廣泛的認(rèn)同。本文以聯(lián)合國自然災(zāi)害易損度定義為基礎(chǔ),結(jié)合Panizza教授對易損度的釋義,將泥石流易損度定義為:“在一定區(qū)域和給定時段內(nèi),由于泥石流災(zāi)害而可能導(dǎo)致的該區(qū)域內(nèi)所存在的一切人、財、物的潛在最大損失”。我們給出的這一定義的最大特點是用一個物理量“潛在最大損失”將易損度清晰地表達出來?！皾撛凇北硎臼强赡艿?不是必然的;“最大損失”表示一切人、財、物的全部損失。潛在最大損失的度量可以用0~1或0%~100%來表示。比如某地區(qū)的泥石流易損度為0.2,表示該地區(qū)所存在的一切人、財、物有20%的比例有可能由于泥石流災(zāi)害而遭到全部損失。也可以用貨幣化的絕對值來表示,比如某地區(qū)的泥石流易損度為10億元人民幣,表示該地區(qū)有相當(dāng)于10億元人民幣的人、財、物有可能由于泥石流災(zāi)害而遭到損失。本研究主要采用相對值方法,即用0~1或0%~100%的方式來對易損度進行計量。根據(jù)我們對易損度的定義,承災(zāi)體可分為兩種最基本的類型:財產(chǎn)和人口。一個地區(qū)如果物質(zhì)越豐富,經(jīng)濟越發(fā)達,人口越密集,該地區(qū)的災(zāi)害易損度就越大。這一觀點與歐洲地貌學(xué)會主席Panizza教授的觀點是相同的。其立論依據(jù)是基于易損度是潛在最大損失的度量,即假定在災(zāi)害危險度處于最大(為1或100%)時可能發(fā)生的損失量。就泥石流來說,災(zāi)害發(fā)生后可能造成的實際損失(即財產(chǎn)和人口的實際損失)肯定與泥石流災(zāi)害特征(流速、流量、流深、泥石流類型以及承災(zāi)體所處的位置等)有關(guān),但這種期望損失值是通過泥石流風(fēng)險來度量的。因此在本研究中,易損度應(yīng)該表達為財產(chǎn)與人口的“和函數(shù)”形式。一方面,社會經(jīng)濟條件可以反映潛在最大損失的大小,即易損度的高低,因為社會經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū),城鎮(zhèn)和人口密集,產(chǎn)業(yè)活動頻繁,承災(zāi)體數(shù)量多、密度大、價值高,遭受災(zāi)害時人員傷亡和經(jīng)濟損失就大;另一方面,社會經(jīng)濟條件較好的地區(qū),隨著人們受教育程度的增加,防災(zāi)意識增強,個人和政府為減少災(zāi)害損失而采取的防災(zāi)投入增加,因此該地區(qū)整體承災(zāi)能力相對較強,相對損失值有所降低,但絕對損失值并不會因此而降低,易損度仍然隨著財產(chǎn)和人口的增加而增大,只不過增長的幅度由于承災(zāi)能力的增強而部分抵消,增長速度逐漸減緩而己。因此,財產(chǎn)和人口與易損度的關(guān)系不是簡單的線性關(guān)系,而是基于上述分析的一種非線性關(guān)系,這種非線性關(guān)系可分為三個階段:第一階段經(jīng)濟欠發(fā)達階段:易損度隨著財產(chǎn)和人口的增加而快速增大。這一階段的泥石流潛在最大損失中,人員損失的比重很大,財產(chǎn)損失占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重也很大。第二階段經(jīng)濟起飛和經(jīng)濟中等發(fā)達階段:易損度隨著財產(chǎn)和人口的增加仍然增大,但增長速度已開始減緩。這一階段的泥石流潛在最大損失中,人員損失的比重有所減小,但財產(chǎn)損失占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重仍在繼續(xù)增加。第三階段經(jīng)濟發(fā)達階段:易損度雖然隨著財產(chǎn)和人口的增加繼續(xù)增大,但增長速度已明顯減緩。這一階段的泥石流潛在最大損失中,人員損失的比重和財產(chǎn)損失占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重均大幅度減少。據(jù)統(tǒng)計分析,指數(shù)為0.5的冪函數(shù)最適合于擬合易損度與財產(chǎn)和人口之間的關(guān)系,由此我們得出易損度的一般表達式為:V=[(FV1+FV2)/2]0.5(1)式中:V為易損度(0~1或0%~100%);FV1為財產(chǎn)指標(biāo)V1的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值(0~1);FV2為人口指標(biāo)V2的轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值(0~1)。根據(jù)泥石流易損度定義的內(nèi)涵,是指一定地區(qū)和給定時段內(nèi),由于泥石流災(zāi)害而可能導(dǎo)致的該區(qū)域內(nèi)所存在的一切人、財、物的潛在最大損失,即財產(chǎn)和人口潛在損失的總和。由此可以推論,易損度模型的基本形式應(yīng)該是“和函數(shù)”,即V∝f(V1+V2)的形式。但財產(chǎn)指標(biāo)V1(萬元或億元)和人口指標(biāo)V2(人/km2)具有不同的計量單位,兩者不能直接相加。因此必須尋找一種方法對財產(chǎn)指標(biāo)和人口指標(biāo)進行無量綱化處理,并且使兩者的取值域相同,才能達到相加的目的。根據(jù)我國西南地區(qū)人口、建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟活動和社會結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計資料和我們在西南地區(qū)的工作經(jīng)驗,本研究采用“轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值”的方法分別對V1和V2予以賦值,人為給定V1和V2達到或超過某一上限值時賦值為1;V1和V2取值為零時賦值為0,其余值呈連續(xù)性漸變于0~1之間,由此得到的FV1和FV2無計量單位,且均大于等于0而小于等于1,故而滿足“和函數(shù)”的要求。為保證易損度與危險度和風(fēng)險度的取值范圍一致,必須使易損度的取值范圍介于0~1之間。因此采用簡單的算術(shù)處理,取FV1和FV2之和的二分之一,使其數(shù)值仍位于的閉區(qū)間內(nèi),然后與易損度V建立起指數(shù)為0.5的冪函數(shù)關(guān)系,由此得到式(1)的易損度表達式。因此,易損度在數(shù)學(xué)上表達為財產(chǎn)指標(biāo)賦值與人口指標(biāo)賦值之和的二分之一的平方根。易損度用0~1或0%~100%來度量。對于財產(chǎn)指標(biāo)來說,財產(chǎn)的估算雖然比較繁復(fù),但邏輯上是行得通的,實際上也并非不可操作,因為自然災(zāi)害保險時就經(jīng)常進行這類財產(chǎn)價值的估算。當(dāng)然對環(huán)境價值(自然資源價值)的估算要困難些,但總可以找到一些經(jīng)驗的、粗略的方法來解決這一問題。對于人口指標(biāo)來說,雖然有人的價值這一說法,但要將人的價值貨幣化,仍存在著較大的爭議。一個簡單的辦法是參照航空、鐵路和水運部門對旅客發(fā)生交通意外事件致人傷亡的保險賠付金額來將人的價值貨幣化。目前國內(nèi)航空業(yè)因空難事故而致人死亡的最高賠償金額為7萬元人民幣(不含個人附加保險),國際航空業(yè)根據(jù)《華沙條約》因空難事故致人死亡的最高賠償金額為7.5萬美元。但無論賠償金多少,都不是人的價值的真正體現(xiàn),因為人的生命是無價的。我們也不宜將人分成不同的等級,從而標(biāo)定他們具有不同的價值,因為人的生命是等價的?；诖?我們提出用間接方法,即用“轉(zhuǎn)換函數(shù)賦值”的方法來解決易損度中的人的價值以及“人、財、物”如何相加的問題。3泥石流易損度的三性一化影響易損度的因素眾多,主要是承災(zāi)體名目繁多,如建筑資產(chǎn)、室內(nèi)財產(chǎn)、土地價值、工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、生命線工程、交通設(shè)施和人口等。羅元華等先后列出了75種和103種承災(zāi)體名目。實際上,如果細(xì)分下去,承災(zāi)體名目永無窮盡。一個區(qū)域內(nèi)所存在的一切人和物千千萬萬,數(shù)不勝數(shù)。面對如此現(xiàn)象,惟有采取分類辦法加以凝煉,找出承災(zāi)體中有代表性并對易損度影響最大的主要因子,才是解決這一問題的正確途徑。評價指標(biāo)的選擇要考慮科學(xué)性、合理性、可操作性和易于定量化。在這“三性一化”的原則下,我們首先將易損度分成如下四類,然后才能在每一類型中找出最有代表性并符合“三性一化”原則的泥石流易損度評價指標(biāo)。物質(zhì)易損度為有形資產(chǎn),主要指建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施。建筑物主要包括住宅公寓、賓館飯店、商廈辦公樓、實驗室、體育館、車站、碼頭、醫(yī)院、營房、廠房和倉庫等。Deyle等和Solway認(rèn)為,基礎(chǔ)設(shè)施主要包括交通設(shè)施(公路、鐵路、航道和橋梁)和生命線工程(供水、排水和供氣管道,輸電和通信線路)。經(jīng)濟易損度包括無形資產(chǎn)和個人物產(chǎn),主要指經(jīng)濟收入(人均收入和總收入)、個人財產(chǎn)(耐用消費品擁有量總值和生產(chǎn)性固定資產(chǎn)原值、城鄉(xiāng)居民儲蓄存款余額)和國內(nèi)生產(chǎn)總值(人均國民生產(chǎn)總值、工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值)。環(huán)境易損度主要指自然資源,包括水、氣和土地資源。森林資源已包括在經(jīng)濟易損度中的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中,故而在環(huán)境易損度中不予重復(fù)考慮。對泥石流災(zāi)害來說,土地資源是環(huán)境易損度中的主要承災(zāi)體,可作為代表環(huán)境易損度的主要指標(biāo)。土地資源又包括居民點、工礦和交通用地,耕地、園地和林地,牧草地和水域,未利用土地、荒地和難用地。社會易損度主要指人口及其結(jié)構(gòu)(人口密度、人口自然增長率、人口年齡、教育程度和財富狀況)。此外,種族和性別在某些易損度文獻中亦曾被提到。從世界范圍看,亞、非、拉丁美洲有色人種地區(qū)的確自然災(zāi)害損失較大,特別是人員傷亡所占比重較高,但這主要是由于經(jīng)濟欠發(fā)達、人們受教育程度較低、人口增長率較高所致,這些因素已在社會易損度中加以考慮。我們認(rèn)為,人的血緣和種族不是決定易損度大小的直接原因。從人的個體來看,性別對易損度確有一些影響。如婦女由于生理和心理上的原因,在遭受自然災(zāi)害時比男子更容易受到傷害。即便如此,從人的群體來看,性別對易損度的影響很小。我國人口統(tǒng)計資料表明,1992年我國男女性別比為104.27∶100,差異很小。發(fā)達國家中男女比例更為接近。因此本研究中沒有將性別作為影響易損度的評價因子。4單溝泥石流易損度評價的計算對單溝泥石流易損度評價而言,可有廣義和狹義之分。廣義的單溝泥石流易損度評價范圍包括溝谷全流域并含堆積扇部分;狹義的單溝泥石流易損度評價范圍主要指泥石流出溝口以后可能堆積泛濫的危險范圍。在單溝泥石流易損度評價中,全部采用現(xiàn)場調(diào)查承災(zāi)體的類型、數(shù)量和分布并估算承災(zāi)體的價值是件極其艱巨的工作,費時、費力且獲取資料的成本很高,難以達到易損度快速評價的目的。因此,盡可能利用現(xiàn)有的統(tǒng)計資料并采用某些簡化的假定來評價易損度是可以接受的。現(xiàn)將單溝泥石流易損度評價因子分述如下。單溝泥石流易損度評價中的物質(zhì)易損度指標(biāo):I=I1+I2+I3(2)式中:I為物質(zhì)易損度指標(biāo)(萬元);I1為建筑資產(chǎn)(萬元);I2為交通設(shè)施資產(chǎn)(萬元);I3為生命線工程資產(chǎn)(萬元)。建筑資產(chǎn)可由兩種方法估算。方法一:建筑總面積×平均造價。建筑物面積可從縣統(tǒng)計部門或鄉(xiāng)、村統(tǒng)計資料中獲取;平均造價可按300~2000元/m2計算(根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r取經(jīng)驗值)。方法二:每戶平均擁有的建筑資產(chǎn)×總戶數(shù)。每戶平均擁有的建筑資產(chǎn)可按3~20萬元/戶計算(根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r取經(jīng)驗值)。相當(dāng)于每戶平均擁有建筑面積100m2(包括公共設(shè)施建筑面積),造價為300~2000元/m2。第二種方法在澳大利亞悉尼市洪水災(zāi)害保險計算房屋損失值時曾廣泛使用。總戶數(shù)可從地方統(tǒng)計資料中獲取。如果泥石流危害交通和管線,可按評價范圍內(nèi)的實際長度估算它們的工程投資,工程造價可咨詢有關(guān)的鐵路和交通部門,標(biāo)準(zhǔn)鐵路平均造價一般為1500萬元/km。如果泥石流危害航道,可按恢復(fù)通航所需要的費用計算,具體操作時可咨詢有關(guān)航運部門或從當(dāng)?shù)貙嵉卣{(diào)查獲取。單溝泥石流易損度評價中的經(jīng)濟易損度指標(biāo):E=(E1+E2+E3)×N(3)式中:E為經(jīng)濟易損度指標(biāo)(萬元);E1為人均年收入(萬元/年);E2為人均儲蓄存款余額(萬元/人);E3為人均擁有的固定資產(chǎn)(萬元/人);N為總?cè)丝跀?shù)。經(jīng)濟易損度評價指標(biāo)的資料均可從統(tǒng)計年鑒中直接獲取或經(jīng)過簡單換算后獲取。人均年收入和人均儲蓄存款余額有城鎮(zhèn)人口和農(nóng)村人口之分。人均擁有的固定資產(chǎn)在城鎮(zhèn)指耐用消費品擁有量總值,據(jù)此可按市場價格換算成價值;在農(nóng)村指生產(chǎn)性固定資產(chǎn),包括役畜產(chǎn)品畜、大中型鐵木農(nóng)具、農(nóng)林牧漁業(yè)機械、工業(yè)機械、運輸機械、生產(chǎn)用房和其他。單溝泥石流易損度評價中的環(huán)境易損度指標(biāo):l單=Σi=14Bi×Ai×100=Σi=14Bi×Ai×100(4)式中:L單為環(huán)境易損度指標(biāo)中的土地資源價值(萬元):Bi為各類土地資源基價(元/m2)(表1);Ai為各類土地資源的面積(km2)。i為土地類型,i=1,2,3,4。土地利用類型資料可從當(dāng)?shù)貒敛块T或?qū)嵉卣{(diào)查獲取。單溝泥石流易損度評價中的財產(chǎn)指標(biāo):V1=I+E+L單(5)式中:V1為財產(chǎn)指標(biāo)(萬元);I為物質(zhì)易損度指標(biāo)(萬元);E為經(jīng)濟易損度指標(biāo)(萬元);L單為土地資源易損度指標(biāo)(萬元)。單溝泥石流易損度評價中的人口指標(biāo):V2=(a+b+r)D/3(6)式中:V2為人口指標(biāo)(人/km2);a為65歲(含)以上老人和15歲以下少年兒童的比例;b為只接受過初等教育(小學(xué))及以下人口的比例;r為人口自然增長率(‰);D為人口密度(人/km2)。人口指標(biāo)可從人口統(tǒng)計年鑒或人口普查資料中獲取。人口密度即單位面積的人口數(shù)量?？赡茏畲蟮纳鼡p失,首先與人口數(shù)量和人口密度有關(guān),泥石流易發(fā)區(qū)內(nèi)人口密度越大,人口數(shù)量越多,遭受泥石流災(zāi)害時,人員傷亡的可能性就越大,也即易損度就越大;同時也與人口質(zhì)量有關(guān),65歲及以上老人和15歲以下少年兒童所占比例越高,該人群的災(zāi)害反應(yīng)能力和抗災(zāi)自救能力相對來說就越差,人員傷亡的可能性就越大,也即易損度就越大;Ngo還進一步將65歲以上老人根據(jù)年齡段分為三種類型:65~74歲為年輕老人,75~84歲為上了年紀(jì)的老人,85歲以上為最老的老人。因此,在65歲以上的老人中還應(yīng)有所區(qū)別,不能一概而論。但為了簡便起見,本研究沒有進一步作這樣的細(xì)分,因為總的來說老年人相對于年輕人,由于體力和精力方面的原因,行動較緩慢,在室內(nèi)的時間較多,逃脫災(zāi)害的幾率相對小一些,一旦受傷后恢復(fù)起來也稍慢,因此比年輕人更容易受到泥石流災(zāi)害的傷害,他們在面對災(zāi)害時需要得到更多的保護和救助。文盲、半文盲和只接受過初等教育及以下的人越多,他們的防災(zāi)意識、抗災(zāi)自救能力和心理素質(zhì)狀況相對要差,人群的易損度相應(yīng)地也就大一些。人口自然增長率反映了一個地區(qū)人口增長的快慢。往往自然災(zāi)害越多越重的地區(qū)就越貧窮,越貧窮的地區(qū)人口增長得就越快。因此反過來看,人口自然增長率越高,人群的易損度也就越大。Lavigne等在火山災(zāi)害風(fēng)險評價中的易損度評價時也采用了人口自然增長率這一指標(biāo)。由易損度定義推理可知,易損度表達為財產(chǎn)和人口的潛在最大損失的總和。如前所述,人的價值很難直接貨幣化。Einstein試圖將人的生命損失(以貨幣為單位)表達為:1/2人的估計壽命×可能損失的人數(shù)×人均國內(nèi)生產(chǎn)總值。其中1/2表示大多數(shù)人工作時間占其生命的一半左右。此方法的具體運作應(yīng)該是用“(人的平均壽命-人的現(xiàn)在年齡)×人均國內(nèi)生產(chǎn)總值”計算出每一個人的價值,然后再將該地區(qū)每一個人的價值相加得出該地區(qū)總的人的價值。但Woo提出質(zhì)疑,首先他認(rèn)為,根據(jù)統(tǒng)計得出的過去的人的平均壽命不能代替現(xiàn)在和將來的人的壽命;其次他認(rèn)為,即便用歷史資料能夠得出一個地區(qū)人的平均壽命,但就每個人的實際壽命來說,也可以差別很大。因此,這種方法在實際操作時不僅工作量很大、而且準(zhǔn)確度也較低。盡管有一