城市地面沉降灾害经济评估

张卫东

内容提要：

地面沉降灾害，已成为世界性的环境公害，越来越引起人们的关注，很多专家学者在这一领域开展科研工作，从技术角度对地面沉降发育状况、成灾机理及灾害评估进行研究较多，而从经济角度研究开展较晚，且尚不多见，本文试图针对城市地面沉降灾害对社会经济发展的影响进行分析和探讨，对城市地面沉降灾害进行经济损失评估和风险经济损失评估。

关键词：城市，地面沉降，经济评估

前言

广义的地面沉降（Land Subsidence）是指由自然因素或人为因素作用下形成的地面标高损失（Surface elevation Loss）。自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等，因此，自然因素形成的地面沉降应是地质历史时期普遍存在的现象。人为因素是指人类社会经济活动诱发的，包括开采地下流体资源（油、水、汽），开采地下固体矿产资源（金属矿、煤、盐岩等）。

本文研究的地面沉降是指由人为因素诱发的城市地面沉降，又称为地面下沉或地沉，是指城市表面某一局部范围内的总体下降运动。研究结果表明，造成城市地面沉降的主要原因是地下水的长期超量开采，第四纪以来的活动断裂和大范围的构造沉降加剧了这一灾害的发生和危害；浅部淤泥质软土的受应力压缩固结和大型工程的兴建造成地面受荷载增加也是地面沉降的又一原因。但由于地下水的超采而引起的地面沉降最为普遍。人为因素的地面沉降最早于1898年在日本新泻发现，随后普遍发生在二十世纪，地下水抽取的工程活动引起的地面沉降，最早发现的城市是意大利的威尼斯城，之后，日本、美国、东南亚等国家许多位于沿海或低平原上的城市，由于抽取地下水工程活动，均出现较严重地面沉降现象。美国的地面沉降最早在加州萨克拉门托－圣卓阿金流域发现，到1995年，美国50个州均有发生，年均地面沉降控制成本约4亿美元。我国地面沉降最早于1921年在上海市区发现。

我国城市地面沉降的现状不容乐观。据监测资料表明，我国地下水超采区共164片，总面积18万km²，年超采水量80多亿立方米，其中城市超采区有103片，占63％，已形成56个区域性地下水位降落漏斗。深层地下水超采区90％以上集中在城市。据不完全统计，至今我国已有96个大中城市和地区发生了不同程度的地面沉降，沉降面积达4.87万km²，年均直接经济损失1亿元以上，而其中约80％分布在沿海地区。从南方的海口市到东北的哈尔滨均出现了地面沉降，地面累计沉降量为460―2780mm，地面年沉降速度为10－56mm/a（表1）。据长期监测和研究表明，沿海地区地面沉降主要由不合理开采地下水所致，而地壳运动，地表动静荷载，工程建设、自然作用等其它因素造成的地面沉降只占总沉降量的5％－20％。目前，长江、黄河和珠江三角洲，松辽平原和环渤海地区及东南沿海平原的大多数城市，地面沉降正在大面积发生和发展之中。

表1 我国沿海部分城市地面沉降统计表

地区	唐山	天津	沧州	上海	苏州	常州	无锡	南通	宁波	嘉兴	福州	湛江
最大沉降量(mm）	803	2780	1680	2700	1100	1450	1140	300	460	750	679	413
沉降面积(km^2)	1100	4000	2600	850	200	150	100		150	600		690
年沉降速率(mm/a)	56	47		10.2	30	21	21		10	30

地面沉降灾害，尤其是大中城市地面沉降已成为一种世界性的环境公害，越来越被人们所重视。已成为国内外专家学者重要的研究领域，我国自上世纪六十年代开始至今，一直开展这一领域的科研工作，但对地面沉降发育现状、成灾机理及灾害评估研究，从技术角度研究较多，从经济角度研究的还缺乏系统性，本文试图重点研究城市地面沉降的经济评估。

一般地面沉降经济评估应包括经济损失评估，经济效益评估和风险经济损失评估三部分内容。城市地面沉降的经济评估也不例外。

一、城市地面沉降灾害对经济的影响及经济评估原则和方法

城市是社会经济发展的重点地区，在那里人口密集、交通发达，各类基础设施完善、企业集中、商业繁华。各种监测网站齐全的地区，又有许多城市临海、临江，又是交通枢纽，因此城市发生地面沉降必将对社会经济产生极大影响，虽然城市各有特点，但这些影响可归纳为两大类，一类为直接影响，另一类为间接影响。

直接影响是指地面沉积造成各类设施的破坏或造成安全、资源等方面的损失，它可归结为四方面。

一是市政基础设施损失。地面沉降造成市政基础设施损失主要体现在对道路（公路、铁路、地铁）、桥梁、地下管线和港口码头、监测标志等的破坏方面，因此地面沉降造成的损失是指其功能减值，或为恢复相应功能必须进行一定工程措施而需要的工程费用和管理费用。

二是建筑设施损失。地面沉降造成的建筑设施损失主要是指以房屋为主的建筑物和以地下深井为主的构筑物因地面沉降引起的破坏损失。包括重新修建、维修费用及损毁建筑物构筑物的价值。

三是安全高程损失。安全高程对人类及城市经济活动是必不可少的一种基础性资源，是有价值的。安全高程的破坏，不但直接影响城市经济生活，而且还会加剧潮灾、涝灾，影响城市社会经济活动。

四是地下水量减少。地面沉降发生，将压缩减少地下含水结构中储水空间，使地下水的补给通道变窄，不利于地下水的循环和补充，使地下水量减少，且不可逆变，造成无法挽回的破坏和损失。

间接经济损失是指因受灾体发生破坏而进一步造成或加重的能以货币形式计量的关联性损失，或是指由于地面沉降灾害所造成的某种后果而使得受灾体间接受到的损失。例如，因地面沉降而增加的防汛工程费用；因地面沉降而增加的排涝工程费用；因地面沉降而加剧的潮灾损失；因地面沉降而加剧的涝灾损失；运力下降损失；减灾防灾投入等。

由于每个城市特点不一，可能每个城市还有除上述以外的其它各种影响，都应在经济评估中注意。

经济评估要遵循一定的原则，这些原则主要有：

1．动态性原则。地面沉降灾害是一种渐变性地质灾害。这一特性决定了地面沉降对其受灾体的破坏损失也必然是一个缓慢的连续累积的动态过程。其造成的经济损失值是随着地面沉降的发展变化而连续积累的过程，其损失从微乎其微到损失较明显，一直到造成巨大损失是一个连续的漫长过程。因此，地面沉降灾害经济损失往往是指不同时段各受灾体的破坏损失之和，即经济损失评估必须遵循动态性原则。

2．可计量性原则。地面沉降灾害经济损失是指能用货币量度的地面沉降灾害对人类所造成的破坏损失程度。地面沉降灾害所造成的厂址损失大多可以货币化，但也有部分损失特别是间接经济损失目前很难货币化，如地面沉降造成的可持续发展能力的损失，以及那些目前尚未找到比较科学的方法测算的部分损失。

3．综合性原则。地面沉降灾害成灾范围广，涉及受灾体类型较多，因而在评估地面沉降灾害经济损失时应力求全面把握和综合考虑各种不同损失，综合运用不同的评估方法，提高评估结果的准确性。

4．稳健性原则。地面沉降灾害造成的破坏损失是持续和巨大的，甚至有些损失目前还不为人所知晓。特别是由于统计工作和认识方面的原因，许多受灾体在过去因地面沉降灾害所造成的破坏损失大多没有明确的记载。因此，应遵循稳健性原则，尽可能准确地评估地面沉降灾害经济损失。

5．可分性原则。地面沉降灾害通常通过其他载体造成受灾体的破坏损失，如通过相对海平面（江河水位）的上升加剧潮灾和涝灾经济损失。因此，必须根据地面沉降灾害的成灾机理，认真分析地面沉降与其他因素共同导致受灾体破坏损失中相互之间的作用关系，分解出地面沉降在受灾体经济损失中所占的权重大小。

目前，经济评估采用的方法主要有：

1．终值法。由于货币时间价值的原因，地面沉降灾害对任何一种受灾体所造成的年与年之间的破坏损失都不可能是同质的。一定时间内地面沉降灾害造成的经济损失也不是简单的期内各年各项损失的静态代数之和。估算时，应采用计算期内各年的有关贴现率将相应年份的各类经济损失之和贴现到评估基准点，相加，然后才能得出地面沉降灾害经济损失总值。

2．影子工程法。影子工程法是一种工程替代的方法，即为了估算某个不可能直接得到的结果的损失项目，假设采用某项实际效果相近但实际上并未进行的工程，以该工程建造成本替代待评估项目的经济损失的方法。

3．统计推断法。是在调查统计基础上，根据灾情数据之间的某种内在联系或趋势，对没有定量数据的年份的损失进行推断的方法。

4．重置成本法。在估计以往年份市政工程受灾体遭受地面沉降造成的损失时，可以用市政工程受灾体在估算时点重置成本作为其经济损失。如对桥梁损失估算。

5．建造成本或工程费用法。即根据建设工程或市政工程受灾体受灾损失程度或修复费用、防灾投入的建造成本来估算这一类受灾体因地面沉降造成的经济损失。如对港口码头、防汛以及排水工程设施损失的估算。

6．灾害损失比较法。在对潮灾和涝灾损失进行估算时，由于历史上有相当部分潮灾和涝灾在发生后只有灾情描述而无损失统计资料，因而只能采用灾情对比的方法，并通过修正系数的调整，根据已知灾情的经济损失推算相似灾情的经济损失。

7．间接损失与直接损失比例法。潮灾和涝灾间接损失大多缺乏历史统计，因此根据对典型年份潮灾和涝灾的分析推断，运用已有研究成果，得到潮灾和涝灾间接损失与直接损失的比例，并以此通过潮灾或涝灾直接经济损失估算其间接经济损失。

8．权重分解法。由于地面沉降不是引起潮灾和涝灾的唯一要素，因此在估算潮灾损失中地面沉降所引起的那部分损失时，必须把地面沉降所起作用的权重分解出来。

这些方法可在不同的评估内容中因地制宜地使用。

二、城市地面沉降经济损失评估

地面沉降经济损失评估，即对地面沉降灾害开始发生至评估期末已产生的经济损失进行评估。根据城市地面沉降对城市影响因素可分为直接损失评估与间接损失评估。

1、对直接损失四大因素的评估

对建筑物设施损失的经济评估，可使用终值法和建造成本或工程费用法，其终值法评估模型如下：

设地面沉降灾害造成区域第j类受灾体在第i年当年的经济损失为S_i,j，第i年的贴现率为R_i，则从t₁到t_n的时段内，以t_n为估算时点，该区域因地面沉降造成的总经济损失S为：

(1)

式中：S――估算时点地面沉降经济损失；

S_i,j――第j类受灾体在第i年当年的损失，i=t₁，…t_n；

R_i――第i年的贴现率，，i=t₁，…t_n；

m――受灾体的种类或者损失项目。

贴现率的确定，在地面沉降灾害经济损失评估工作中，已有研究在确定贴现率时，要么选用银行长期存款利率，要么采用基建投资利率。但是，根据工程经济学原理，在存在通货膨胀的条件下，无论是存款利率还是贷款利率都不能直实反映资金现时价格的机会成本。如果R表示资金现时价格贴现率，i和f分别表示资金变价格贴现率，通货膨胀率，则

R＝i+f+i·f （2）

对市政基础设施损失的经济评估，可使用工程费用法，即对市政基础设施根据受灾损失程度进行建造或修建发生的费用，或用重置成本法对受灾体在估算时点的重置成本作为经济损失。

对高程安全性损失的经济评估，可采用影子工程法，即可以假设采用人工填土夯实的方法使安全高程恢复到沉降前的状况，需要的土方及工作量，用该替代工程的成本作为安全高程降低后的损失。

地下水量减少，主要是含水层结构受到破坏，地下水量无法补充时，也可以采用影子工程法进行估算经济损失。

2、对间接损失的经济评估

可以采用统计推断法或比例法进行估算，其模型是：

S₂＝S₁╳a

S₂：间接损失，S₁：直接损失，a：间接比。

关键是确定a，a>>1，a可以用不同年限时间发生的地面沉降事件造成的间接损失同直接损失的比例，加权求得，即使用间接损失与直接损失比例法。

对间接损失的经济评估也可采用灾情对比法。

总的经济损失即为直接损失与间接损失之和，即S=S₁＋S₂。一般情况下，S₂>S₁，即间接损失远大于直接损失。

总之，对地面沉降经济损失评估，可以根据评估的不同内容，采用不同的方法，或综合选用几种方法。

三、地面沉降灾害经济效益评估与风险经济损失评估

地面沉降经济效益评估，即对地面沉降实施控沉所采取的工程措施、科技措施、政策措施等所产生的经济效益进行评估。

经济效益指标包括控沉经济效益，净控沉经济效益，控沉效益率，净控沉效益率，年均控沉效益，单位沉降量的控沉效益等指标。

经济效益评估，首先应计算出不受控时可能产生的经济损失值，然后才能计算受控后的经济效益。控沉经济效益等于未控沉条件下地面沉降损失与同期内控沉条件下地面沉降损失之差。即：

：控沉经济效益，：未控沉经济损失，：控沉经济损失。

净控沉经济效益等于控沉经济效益与控沉投入之差。即：

：净控沉经济效益，：控沉投入。

控沉效益率等于控沉经济效益与控沉投入之比。即：

净控沉效益率等于净控沉经济效益与控沉投入之比。即：

年均控沉效益等于自采取控沉措施后每年减少经济损失。

单位沉降量的控沉效益等于为减少1mm沉降量所获得的控沉效益。

地面沉降灾害风险经济损失评估，是指待评估区某一时期以地面沉降灾害的预测和分析为基础，可能造成的经济损失。根据我国社会经济发展规划，可以进行五年、十年的地面沉降灾害风险经济损失评估，以便采取相应的控沉措施，将控沉费用纳入国民经济和社会发展规划内进行实施，保证社会经济实现可持续发展。可以使用期望值法进行计算。

式中:

——第ｉ类受灾体或损失项目的经济损失之期望值;

——第ｉ类受灾体或损失项目在地面沉降情形为ｊ时的损失

值(评估时点);

(ｊ=1,2……,ｍ)——地面沉降情形为ｊ时的概率;

ｎ——受灾体数量或损失项目数;

ｍ——未来地面沉降的各种可能情形。

四、结论

本文所探讨的有关城市地面沉降灾害经济损失评估，经济效益评估和风险评估，是在吸收有关城市地面沉降研究的成果，综合分析基础上提出的原则、方法及指标体系，旨在对我国城市化建设中，对不同城市、地区地面沉降灾害经济损失评估中能予借鉴，推动地面沉降灾害的经济研究工作。

参考文献：

1．地面沉降灾害经济损失评估理论体系研究 段正梁、张维然

2．地面沉降及其经济损失评估 朱琰等

3．上海市地面沉降灾害经济损失评估 曾正强、陈华文等