基于转换赋值函数的泥石流易损度定量表达

基于转换赋值函数的泥石流易损度定量表达

1自然灾害易损度容易受伤是疾病属性的表现，是疾病作用的下一个阶段的表现。没有易损性,也就没有灾难。研究者们在寻究自然灾难的原因时,存在着两种不同的观点:多数研究者认为,自然灾难的起点是自然灾害,自然灾害的特性决定了自然灾难的特征;而少数研究者认为,自然灾难的特征主要取决于承灾体社会、经济及其结构现状和发展过程。第二种观点在某种意义上是对第一种“纯自然主义”观点的批判。我们认为,不要把两种观点对立,而要把它们结合起来,这个结合点就是风险。因此,易损性评价是风险评价中不可缺少的重要一环。易损性的定量表达即易损度,“度”即度量衡,易损度是易损程度的简称。自20世纪90年代以来,易损度研究在地震、洪水、雪崩等灾害方面相继出现了一些成果,但总的来说,正如国际地质科学联合会认为,有关自然灾害易损度的研究仍然比较肤浅。1995年3月英国皇家学会区域易损度协会在伦敦召开了一次自然灾害易损度评价专题讨论会,与会人员既认识到易损度研究对减轻自然灾害的重要,又意识到目前易损度评价的困难。如何从庞大复杂的社会经济巨系统中选择易损度评价因子,又如何将所选的评价因子定量化、货币化,是易损度评价的难点之一。就地震灾害而言,谢礼立院士认为,针对房屋和人员的地震易损度是一个含有许多不确定性的复杂参数,相对于地震危险度而言,地震易损度的研究目前尚处于初期阶段。因此,目前自然灾害易损度、特别是泥石流灾害易损度的研究在国内外基本上还是一个全新的领域。本文旨在对这一重要而又复杂的新兴难题进行探讨,试图在泥石流易损度及其评价指标、原则和方法上有所创新和进展,以期推动泥石流灾害易损度研究的更快发展。2易损度的度量目前对易损度定义的理解还存在着较大的差异。Maskrey将易损度定义为:“由于极端事件而导致的被损害的可能性”。我们认为这一定义将易损度与危险度混同起来,没有反映出承灾体的本质属性。Tobin和Montz将易损度定义为:“损失的潜力”,这一定义反映了承灾体的部分属性。Deyle等的易损度定义为:“人类居住地对自然灾害有害影响的敏感性”。意大利著名环境地貌学家Panizza教授1996年给易损度下了一个定义:“易损度是在人类介入的情况下,可能直接或间接敏感于物质损失的某一地区所存在的一切人和物的综合体”。这一定义明确地将易损度定位于人和物的综合体,这一综合体敏感于自然灾害而引起的物质损失。这一定义把易损度的概念由抽象变为具体,是一个了不起的进步。1991年和1992年联合国两次公布了自然灾害易损度的定义:“在给定地区由于潜在损害现象可能造成的损失程度,取值从0到1”。这一定义得到较为广泛的认同。本文以联合国自然灾害易损度定义为基础,结合Panizza教授对易损度的释义,将泥石流易损度定义为:“在一定区域和给定时段内,由于泥石流灾害而可能导致的该区域内所存在的一切人、财、物的潜在最大损失”。我们给出的这一定义的最大特点是用一个物理量“潜在最大损失”将易损度清晰地表达出来。“潜在”表示是可能的,不是必然的;“最大损失”表示一切人、财、物的全部损失。潜在最大损失的度量可以用0~1或0%~100%来表示。比如某地区的泥石流易损度为0.2,表示该地区所存在的一切人、财、物有20%的比例有可能由于泥石流灾害而遭到全部损失。也可以用货币化的绝对值来表示,比如某地区的泥石流易损度为10亿元人民币,表示该地区有相当于10亿元人民币的人、财、物有可能由于泥石流灾害而遭到损失。本研究主要采用相对值方法,即用0~1或0%~100%的方式来对易损度进行计量。根据我们对易损度的定义,承灾体可分为两种最基本的类型:财产和人口。一个地区如果物质越丰富,经济越发达,人口越密集,该地区的灾害易损度就越大。这一观点与欧洲地貌学会主席Panizza教授的观点是相同的。其立论依据是基于易损度是潜在最大损失的度量,即假定在灾害危险度处于最大(为1或100%)时可能发生的损失量。就泥石流来说,灾害发生后可能造成的实际损失(即财产和人口的实际损失)肯定与泥石流灾害特征(流速、流量、流深、泥石流类型以及承灾体所处的位置等)有关,但这种期望损失值是通过泥石流风险来度量的。因此在本研究中,易损度应该表达为财产与人口的“和函数”形式。一方面,社会经济条件可以反映潜在最大损失的大小,即易损度的高低,因为社会经济发达的地区,城镇和人口密集,产业活动频繁,承灾体数量多、密度大、价值高,遭受灾害时人员伤亡和经济损失就大;另一方面,社会经济条件较好的地区,随着人们受教育程度的增加,防灾意识增强,个人和政府为减少灾害损失而采取的防灾投入增加,因此该地区整体承灾能力相对较强,相对损失值有所降低,但绝对损失值并不会因此而降低,易损度仍然随着财产和人口的增加而增大,只不过增长的幅度由于承灾能力的增强而部分抵消,增长速度逐渐减缓而己。因此,财产和人口与易损度的关系不是简单的线性关系,而是基于上述分析的一种非线性关系,这种非线性关系可分为三个阶段:第一阶段经济欠发达阶段:易损度随着财产和人口的增加而快速增大。这一阶段的泥石流潜在最大损失中,人员损失的比重很大,财产损失占国内生产总值的比重也很大。第二阶段经济起飞和经济中等发达阶段:易损度随着财产和人口的增加仍然增大,但增长速度已开始减缓。这一阶段的泥石流潜在最大损失中,人员损失的比重有所减小,但财产损失占国内生产总值的比重仍在继续增加。第三阶段经济发达阶段:易损度虽然随着财产和人口的增加继续增大,但增长速度已明显减缓。这一阶段的泥石流潜在最大损失中,人员损失的比重和财产损失占国内生产总值的比重均大幅度减少。据统计分析,指数为0.5的幂函数最适合于拟合易损度与财产和人口之间的关系,由此我们得出易损度的一般表达式为:V=[(FV1+FV2)/2]0.5(1)式中:V为易损度(0~1或0%~100%);FV1为财产指标V1的转换函数赋值(0~1);FV2为人口指标V2的转换函数赋值(0~1)。根据泥石流易损度定义的内涵,是指一定地区和给定时段内,由于泥石流灾害而可能导致的该区域内所存在的一切人、财、物的潜在最大损失,即财产和人口潜在损失的总和。由此可以推论,易损度模型的基本形式应该是“和函数”,即V∝f(V1+V2)的形式。但财产指标V1(万元或亿元)和人口指标V2(人/km2)具有不同的计量单位,两者不能直接相加。因此必须寻找一种方法对财产指标和人口指标进行无量纲化处理,并且使两者的取值域相同,才能达到相加的目的。根据我国西南地区人口、建筑物、基础设施、经济活动和社会结构的统计资料和我们在西南地区的工作经验,本研究采用“转换函数赋值”的方法分别对V1和V2予以赋值,人为给定V1和V2达到或超过某一上限值时赋值为1;V1和V2取值为零时赋值为0,其余值呈连续性渐变于0~1之间,由此得到的FV1和FV2无计量单位,且均大于等于0而小于等于1,故而满足“和函数”的要求。为保证易损度与危险度和风险度的取值范围一致,必须使易损度的取值范围介于0~1之间。因此采用简单的算术处理,取FV1和FV2之和的二分之一,使其数值仍位于的闭区间内,然后与易损度V建立起指数为0.5的幂函数关系,由此得到式(1)的易损度表达式。因此,易损度在数学上表达为财产指标赋值与人口指标赋值之和的二分之一的平方根。易损度用0~1或0%~100%来度量。对于财产指标来说,财产的估算虽然比较繁复,但逻辑上是行得通的,实际上也并非不可操作,因为自然灾害保险时就经常进行这类财产价值的估算。当然对环境价值(自然资源价值)的估算要困难些,但总可以找到一些经验的、粗略的方法来解决这一问题。对于人口指标来说,虽然有人的价值这一说法,但要将人的价值货币化,仍存在着较大的争议。一个简单的办法是参照航空、铁路和水运部门对旅客发生交通意外事件致人伤亡的保险赔付金额来将人的价值货币化。目前国内航空业因空难事故而致人死亡的最高赔偿金额为7万元人民币(不含个人附加保险),国际航空业根据《华沙条约》因空难事故致人死亡的最高赔偿金额为7.5万美元。但无论赔偿金多少,都不是人的价值的真正体现,因为人的生命是无价的。我们也不宜将人分成不同的等级,从而标定他们具有不同的价值,因为人的生命是等价的。基于此,我们提出用间接方法,即用“转换函数赋值”的方法来解决易损度中的人的价值以及“人、财、物”如何相加的问题。3泥石流易损度的三性一化影响易损度的因素众多,主要是承灾体名目繁多,如建筑资产、室内财产、土地价值、工农业总产值、生命线工程、交通设施和人口等。罗元华等先后列出了75种和103种承灾体名目。实际上,如果细分下去,承灾体名目永无穷尽。一个区域内所存在的一切人和物千千万万,数不胜数。面对如此现象,惟有采取分类办法加以凝炼,找出承灾体中有代表性并对易损度影响最大的主要因子,才是解决这一问题的正确途径。评价指标的选择要考虑科学性、合理性、可操作性和易于定量化。在这“三性一化”的原则下,我们首先将易损度分成如下四类,然后才能在每一类型中找出最有代表性并符合“三性一化”原则的泥石流易损度评价指标。物质易损度为有形资产,主要指建筑物和基础设施。建筑物主要包括住宅公寓、宾馆饭店、商厦办公楼、实验室、体育馆、车站、码头、医院、营房、厂房和仓库等。Deyle等和Solway认为,基础设施主要包括交通设施(公路、铁路、航道和桥梁)和生命线工程(供水、排水和供气管道,输电和通信线路)。经济易损度包括无形资产和个人物产,主要指经济收入(人均收入和总收入)、个人财产(耐用消费品拥有量总值和生产性固定资产原值、城乡居民储蓄存款余额)和国内生产总值(人均国民生产总值、工农业总产值)。环境易损度主要指自然资源,包括水、气和土地资源。森林资源已包括在经济易损度中的农业总产值中,故而在环境易损度中不予重复考虑。对泥石流灾害来说,土地资源是环境易损度中的主要承灾体,可作为代表环境易损度的主要指标。土地资源又包括居民点、工矿和交通用地,耕地、园地和林地,牧草地和水域,未利用土地、荒地和难用地。社会易损度主要指人口及其结构(人口密度、人口自然增长率、人口年龄、教育程度和财富状况)。此外,种族和性别在某些易损度文献中亦曾被提到。从世界范围看,亚、非、拉丁美洲有色人种地区的确自然灾害损失较大,特别是人员伤亡所占比重较高,但这主要是由于经济欠发达、人们受教育程度较低、人口增长率较高所致,这些因素已在社会易损度中加以考虑。我们认为,人的血缘和种族不是决定易损度大小的直接原因。从人的个体来看,性别对易损度确有一些影响。如妇女由于生理和心理上的原因,在遭受自然灾害时比男子更容易受到伤害。即便如此,从人的群体来看,性别对易损度的影响很小。我国人口统计资料表明,1992年我国男女性别比为104.27∶100,差异很小。发达国家中男女比例更为接近。因此本研究中没有将性别作为影响易损度的评价因子。4单沟泥石流易损度评价的计算对单沟泥石流易损度评价而言,可有广义和狭义之分。广义的单沟泥石流易损度评价范围包括沟谷全流域并含堆积扇部分;狭义的单沟泥石流易损度评价范围主要指泥石流出沟口以后可能堆积泛滥的危险范围。在单沟泥石流易损度评价中,全部采用现场调查承灾体的类型、数量和分布并估算承灾体的价值是件极其艰巨的工作,费时、费力且获取资料的成本很高,难以达到易损度快速评价的目的。因此,尽可能利用现有的统计资料并采用某些简化的假定来评价易损度是可以接受的。现将单沟泥石流易损度评价因子分述如下。单沟泥石流易损度评价中的物质易损度指标:I=I1+I2+I3(2)式中:I为物质易损度指标(万元);I1为建筑资产(万元);I2为交通设施资产(万元);I3为生命线工程资产(万元)。建筑资产可由两种方法估算。方法一:建筑总面积×平均造价。建筑物面积可从县统计部门或乡、村统计资料中获取;平均造价可按300~2000元/m2计算(根据当地情况取经验值)。方法二:每户平均拥有的建筑资产×总户数。每户平均拥有的建筑资产可按3~20万元/户计算(根据当地情况取经验值)。相当于每户平均拥有建筑面积100m2(包括公共设施建筑面积),造价为300~2000元/m2。第二种方法在澳大利亚悉尼市洪水灾害保险计算房屋损失值时曾广泛使用。总户数可从地方统计资料中获取。如果泥石流危害交通和管线,可按评价范围内的实际长度估算它们的工程投资,工程造价可咨询有关的铁路和交通部门,标准铁路平均造价一般为1500万元/km。如果泥石流危害航道,可按恢复通航所需要的费用计算,具体操作时可咨询有关航运部门或从当地实地调查获取。单沟泥石流易损度评价中的经济易损度指标:E=(E1+E2+E3)×N(3)式中:E为经济易损度指标(万元);E1为人均年收入(万元/年);E2为人均储蓄存款余额(万元/人);E3为人均拥有的固定资产(万元/人);N为总人口数。经济易损度评价指标的资料均可从统计年鉴中直接获取或经过简单换算后获取。人均年收入和人均储蓄存款余额有城镇人口和农村人口之分。人均拥有的固定资产在城镇指耐用消费品拥有量总值,据此可按市场价格换算成价值;在农村指生产性固定资产,包括役畜产品畜、大中型铁木农具、农林牧渔业机械、工业机械、运输机械、生产用房和其他。单沟泥石流易损度评价中的环境易损度指标:l单=Σi=14Bi×Ai×100=Σi=14Bi×Ai×100(4)式中:L单为环境易损度指标中的土地资源价值(万元):Bi为各类土地资源基价(元/m2)(表1);Ai为各类土地资源的面积(km2)。i为土地类型,i=1,2,3,4。土地利用类型资料可从当地国土部门或实地调查获取。单沟泥石流易损度评价中的财产指标:V1=I+E+L单(5)式中:V1为财产指标(万元);I为物质易损度指标(万元);E为经济易损度指标(万元);L单为土地资源易损度指标(万元)。单沟泥石流易损度评价中的人口指标:V2=(a+b+r)D/3(6)式中:V2为人口指标(人/km2);a为65岁(含)以上老人和15岁以下少年儿童的比例;b为只接受过初等教育(小学)及以下人口的比例;r为人口自然增长率(‰);D为人口密度(人/km2)。人口指标可从人口统计年鉴或人口普查资料中获取。人口密度即单位面积的人口数量。可能最大的生命损失,首先与人口数量和人口密度有关,泥石流易发区内人口密度越大,人口数量越多,遭受泥石流灾害时,人员伤亡的可能性就越大,也即易损度就越大;同时也与人口质量有关,65岁及以上老人和15岁以下少年儿童所占比例越高,该人群的灾害反应能力和抗灾自救能力相对来说就越差,人员伤亡的可能性就越大,也即易损度就越大;Ngo还进一步将65岁以上老人根据年龄段分为三种类型:65~74岁为年轻老人,75~84岁为上了年纪的老人,85岁以上为最老的老人。因此,在65岁以上的老人中还应有所区别,不能一概而论。但为了简便起见,本研究没有进一步作这样的细分,因为总的来说老年人相对于年轻人,由于体力和精力方面的原因,行动较缓慢,在室内的时间较多,逃脱灾害的几率相对小一些,一旦受伤后恢复起来也稍慢,因此比年轻人更容易受到泥石流灾害的伤害,他们在面对灾害时需要得到更多的保护和救助。文盲、半文盲和只接受过初等教育及以下的人越多,他们的防灾意识、抗灾自救能力和心理素质状况相对要差,人群的易损度相应地也就大一些。人口自然增长率反映了一个地区人口增长的快慢。往往自然灾害越多越重的地区就越贫穷,越贫穷的地区人口增长得就越快。因此反过来看,人口自然增长率越高,人群的易损度也就越大。Lavigne等在火山灾害风险评价中的易损度评价时也采用了人口自然增长率这一指标。由易损度定义推理可知,易损度表达为财产和人口的潜在最大损失的总和。如前所述,人的价值很难直接货币化。Einstein试图将人的生命损失(以货币为单位)表达为:1/2人的估计寿命×可能损失的人数×人均国内生产总值。其中1/2表示大多数人工作时间占其生命的一半左右。此方法的具体运作应该是用“(人的平均寿命-人的现在年龄)×人均国内生产总值”计算出每一个人的价值,然后再将该地区每一个人的价值相加得出该地区总的人的价值。但Woo提出质疑,首先他认为,根据统计得出的过去的人的平均寿命不能代替现在和将来的人的寿命;其次他认为,即便用历史资料能够得出一个地区人的平均寿命,但就每个人的实际寿命来说,也可以差别很大。因此,这种方法在实际操作时不仅工作量很大、而且准确度也较低。尽管有一