曾正强1 陈华文1 张维然2 段正梁2 严学新1 龚士良1
（1.上海市地质调查研究院，上海200072；2.同济大学经济与管理学院，上海200072）
摘要：如何恰当评估地面沉降灾害的经济损失，不仅是上海市地面沉降研究工作面临的重要课题，也是防灾、减灾决策的需要。本文在分析上海市地面沉降的致灾机理与危害的基础上，应用地质学、水文学、灾害学、经济学、统计学等相关理论，初步建立了上海市地面沉降灾害经济损失评估体系，确立了评估原则和评估方法。在此基础上，首次对上海市地面沉降灾害所造成的经济损失、控制地面沉降的经济效益进行了全面评估，并对2001～2020年上海市地面沉降灾害风险损失进行了预测。
关键词：地面沉降；评估原则；评估方法；经济损失；风险损失；减灾效益
1 前言
上海是我国最早发现并开展地面沉降勘察研究工作的城市之一，早在20世纪20年代初，上海即已发现地面沉降现象，随之进一步发展，至1965年采取控制措施前，市中心城区已平均累计下沉了1.69m，年均沉降37.93mm，年最大沉降量110mm，沉降中心个别点最大累积沉降量已达2.63m。60年代中期采取控沉措施以后，年均沉降量锐减到6.19mm，控沉效果达到了84％，使地面沉降一直处于有控制的微量沉降时期。因此，无论在地面沉降的机理研究，还是在控沉措施及控沉效果方面，上海始终走在世界的前列，取得了举世瞩目的控沉减灾成就，为上海市的城市建设和可持续发展提供了有力保障。
有关机构在地面沉降研究的同时，对各种灾害现象也进行了广泛调查，积累了部分灾害损失资料。但由于受历史条件的限制，以前在地面沉降经济损失研究方面存在诸如损失分类不全、估算依据不足、评估原则、评估方法欠妥等问题，致使估算结果严重偏低。因此，如何恰当评估地面沉降灾害的经济损失，不仅是上海市地面沉降研究工作面临的重要课题，也是防灾、减灾决策的需要。因此，在新一轮国土资源大调查项目“长江三角洲地区上海市地下水资源合理开发与地质灾害调查评价（1999～2002）”实施工程中，将“上海市地面沉降灾害经济损失评估”作为项目子课题，2001年上海市科委又将该课题列入上海市科技发展基金资助项目。课题研究主要围绕着4个方面展开：(1)建立上海地面沉降灾害经济损失评估体系：即研究地面沉降致灾机理与危害、建立经济损失指标分类体系，界定评估空间、时间及时点，制定地面沉降经济损失评估原则和评估方法；(2)估算1921～2000年上海市地面沉降灾害所造成的经济损失；(3)评估控制地面沉降产生的经济效益；(4)预测2001～2020年上海市地面沉降灾害风险经济损失。
2 上海市地面沉降的致灾机理与危害
上海市绝大部分地区被厚达300余米的松散覆盖层所覆盖，地下水资源丰富。当大量抽取地下水时，土层中的有效压力加大，松散土层压缩变形就会导致地面高程逐渐降低，产生地面沉降现象。上海市地面沉降与地下水的开采量、开采的时间、地区、层次分布有密切关系，因此，开采地下水是上海地面沉降的主要致灾因子。进入20世纪90年代以来，工程建设已成为不容忽视的重要致灾因子，根据研究，这一时期工程施工产生的地面沉降量约占总沉降量的32％。
由于地面沉降作用的对象是整个城市系统，因此，从灾害学的角度分析，地面沉降的承灾体包括了城市的各个方面，如工业、能源、建筑业、交通、减灾工程设施及生产、生活服务设施以及人们所积累起来的各类财富等。上海以其占全国1‰的面积、1％的人口，却提供了全国5％左右的GDP和10％以上的财政收入，一旦遭到自然灾害的袭击，其经济损失将是极其巨大的。
地面沉降将直接导致安全高程的丧失，高程丧失一方面会带来许多直接危害，如损害道路、桥梁、港口码头、地下管线、深井等各类基础设施和建构筑物；另一方面，由于上海市滨江临海，市区平均吴淞高程仅有3～3.5m，易于遭受台风、暴雨、潮水等的侵袭，这样的地理条件对地面沉降极为敏感。同样的地面标高损失，对高海拔的内陆城市也许并不产生明显危害，但对上海而言，则有可能诱发一系列次生灾害，从而危害城市的安全。地面沉降诱发或加剧的潮灾、洪灾、地面积水灾害等，已成为上海市减灾防灾工作的心腹大患，虽然历年来政府已投入了巨额资金多次修筑和加高加固沿江防汛墙，同时对市区排水系统也进行了全面的改造建设，但至今仍未能从根本上消除上海市所面临的水患威胁，其中的重要原因就是地面高程降低后导致防汛、排涝设施标准的严重降低。
上海历史上严重的地面沉降现象，已逐渐发展成为上海市最主要的地质灾害，并对城市社会经济的可持续发展造成了不利影响，其成灾机理可用图1示意。
图1 地面沉降成灾机理示意图
3 上海市地面沉降灾害经济损失分类体系
根据地面沉降灾害是否直接造成受灾体的破坏损失，可以把地面沉降灾害经济损失划分为直接经济损失和间接经济损失两大类。上海市地面沉降经济损失的分类体系具体见图2。
图2 上海市地面沉降灾害经济损失评估分类体系图
4 上海市地面沉降灾害经济损失评估
4.1 上海市地面沉降灾害经济损失评估原则
4.1.1 动态性原则
地面沉降灾害对受灾体的破坏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灾害的发展变化而连续积累的一个漫长过程。因此，地面沉降灾害经济损失评估必须遵循动态性原则。
4.1.2 可计量性原则
本文所称地面沉降灾害经济损失是指可用货币量度的经济损失，但也有相当部分损失特别是间接损失目前很难以货币度量，如地面沉降造成的地下含水结构破坏损失、可持续发展能力降低的损失等，将不纳入经济损失估算的范围，即经济损失评估时遵循可计量性原则。
4.1.3 综合性原则
由于地面沉降灾害成灾范围较大，涉及的受灾体类型较多，成灾机理复杂，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，并在评估地面沉降灾害经济损失时，综合考虑不同的评估方法，以提高评估结果的准确性。
4.1.4 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。
4.1.5 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，如地面沉降使相对海平面（江河水位）上升诱发或加剧潮灾和涝灾，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。
4.2 上海市地面沉降灾害经济损失评估方法
4.2.1 终值法
由于货币时间价值的原因，不同年份受灾体的损失不可能是同值的，上海市地面沉降经济损失也不是简单的评估期内各年各项损失的静态代数之和。估算时，采用评估期内各年的有关贴现率将相应年份的各类经济损失复利到2000年年底，相加然后才能得出到2000年年底上海市地面沉降经济损失的总值。
4.2.2 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。本报告对不控沉时安全高程损失的估算采用了此办法。
4.2.3 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。对于上海市历年的涝灾损失，各种文献之中收集的有定量损失数据的并不多，但大多数年份的灾情描述基本上比较完全，并且在20世纪80～90年代有一些受灾理赔的数据。对有保险理赔数据的年份，可以根据保险理赔与灾害损失数据之间的比例关系对其他年份的损失数据进行估算。
4.2.4 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的重置成本作为其经济损失。如估算桥梁损失可采用该方法。
4.2.5 建造成本或工程费用法
即根据建筑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。如在估算港口码头、地下深井、地下管线、防汛墙以及排水工程设施时可采用该方法。
4.2.6 灾情对比法
主要用于对潮灾和涝灾损失的估算。在对潮灾和涝灾损失进行估算时，由于历史上有相当部分的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。
4.2.7 间接损失与直接损失比例法
由于潮灾和涝灾的间接损失项目多且缺乏历史统计资料，难以估算，因此本报告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，得到潮灾和涝灾损失中间接损失与直接损失的比例，如潮灾间接损失是直接损失的3.8倍，并以此通过潮灾或涝灾的直接经济损失来估算其间接经济损失。
4.2.8 权重分解法
主要用于对潮灾、涝灾以及防汛工程、排水工程设施损失的估算。由于地面沉降不是引起潮灾和涝灾的惟一要素，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。
4.3 上海市地面沉降灾害经济损失评估
上海市地面沉降灾害经济损失评估的空间范围为上海市全区，但以中心城区（地面沉降灾害区）为主。评估时点为2000年底，评估的时间范围为1921～2000年。
根据本文确定的评估原则和评估方法，对分类体系中的各项指标分别进行评估。评估结果表明，在1921～2000年共80年间，上海市地面沉降造成的经济损失约为2898.22亿元，平均每年约36.23亿元。如果按同期中心城区平均沉降1892mm来计算，相当于中心城区地面平均每下降1mm造成的经济损失为1.53亿元。上海市区地面沉降造成的经济损失以间接经济损失为主，其间接经济损失占地面沉降灾害经济损失的95％。
5 上海市控制地面沉降灾害的经济效益评估
5.1 上海市控制地面沉降灾害的措施及其效果分析
上海从20世纪60年代中期开始实施了大规模的控沉措施，控沉措施主要包括直接控制地面沉降的工程措施以及相关的政策措施、科研活动，具体包括地下水人工回灌、限制地下水开采、调整地下水开采层次、制订年度地下水采灌方案、地面沉降动态监测与研究等。
根据上海市地面沉降控制效果的灰色评价，采取控沉措施后，上海中心城区在1965～2000年共约减少了1147.35mm的地面沉降量，平均控沉效果为84％，见表1。
表1 上海市控制地面沉降灾害的效果
5.2 上海市控制地面沉降灾害的经济效益评估
5.2.1 不控沉条件下地面沉降灾害的损失估算
为了估算方便起见，在对不控沉条件下地面沉降经济损失进行估算时，作出了如下假定。
假定一：不控沉而增加的沉降量在加高加固防汛墙后，潮灾损失保持不变。
假定二：不控沉而增加的沉降量所造成的排水流量损失在增建排水设施后，涝灾损失保持不变。
假定三：不考虑科研投入，也没有地下水回灌投入。
在上述假定条件下，估算不控沉时上海市1921～2000年间因地面沉降灾害可能造成的总经济损失为3106.60亿元。
5.2.2 控制地面沉降经济效益的评估
从20世纪60年代中期开始直到2000年，上海市积极采取多种控制地面沉降措施，不仅控沉效果非常显著，而且取得了巨大的控沉经济效益，控制上海地面沉降的经济效益详见表2。
表2 上海市控制地面沉降灾害效益
6 上海市地面沉降灾害经济损失风险评估
地面沉降灾害经济损失的风险评估，是以未来某一时期地面沉降的预测和分析为基础，通过对各评估因子期望损失的估算，来评估该时段内地面沉降可能造成的总经济损失。本次风险评估的时间段为2001～2020年。
6.1 上海市地面沉降灾害经济损失风险评估假定
假定一：在2001～2020年内仍然采取原有控沉措施。
假定二：在2001～2020年内黄浦江河口不建挡潮闸、但市区防汛墙继续加高加固。
假定三：在2001～2020年内市区排水工程设施按市政规划进行建设。
假定四：在2001～2020年内有限沉降量对市政基础设施不造成较大破坏损失。
6.2 上海市地面沉降灾害经济损失风险评估模型
根据上海市地面沉降灾害经济损失分类体系，风险经济损失仍主要由安全高程损失、市政基础设施损失、建筑物及构筑物损失、地面沉降加重的潮灾、涝灾损失等8项构成。设上海市地面沉降灾害风险经济损失为EX，EXi为第i类风险经济损失，则上海市地面沉降灾害经济损失风险评估模型如下：
华东地区地质调查成果论文集:1999~2005
式中：EXi的计算公式可表示为：
华东地区地质调查成果论文集:1999~2005
式中：Xij（j＝1，2……，ni）：表示第i类经济损失的可能取值；
Pij（j＝1，2……，ni）：表示第i类经济损失取值xij之概率；
ni（i＝1，2……，8）：表示第i类经济损失可能取值个数；
则：
6.3 上海市地面沉降灾害风险经济损失估算结果
根据上述假定条件和评估模型，以2000年12月31日为估算时点，估算得到2001～2020年上海市地面沉降灾害风险经济损失总额约为351.54亿元。
7 结论
（1）本文在充分收集上海与地面沉降有关的灾害现象的基础上，对上海地面沉降的致灾机理与危害进行了分析与论述，初步建立了上海地面沉降灾害经济损失评估体系，确立了上海市地面沉降灾害经济损失评估的原则和评估方法。对于其他类似地区地面沉降经济损失评估，具有一定的参考价值。
（2）上海市地面沉降灾害经济损失非常巨大。在1921～2000年共80年间，上海市地面沉降造成的经济损失高达2898.22亿元，平均每年经济损失约36.23亿元，地面平均每下降1mm造成的经济损失为1.53亿元。上海市地面沉降灾害经济损失以间接经济损失为主，其间接经济损失占地面沉降灾害经济损失的95％。
（3）上海市取得了良好的控沉经济效益。上海市控制地面沉降取得的控沉经济效益高达208.38亿元，控沉效益费用比为12.4倍，年均控沉经济效益为5.79亿元。
（4）由于历史上严重的地面沉降，安全高程丧失后的不良影响依然存在，上海市未来仍然面临地面沉降损失风险，以2000年12月31日为估算时点，2001～2020年上海市地面沉降灾害风险经济损失约为351.54亿元。为降低损失风险，上海市应进一步加大地面沉降灾害控制与治理力度，增加减灾防灾投入，以取得更大的控沉减灾效益。
Economic Loss Assessment of Land Subsidence Hazard in Shanghai
Zeng Zhengqiang1, Chen Huawen1, Zhang Weiran2,Duan Zhengliang2, Yan Xuexin1, Gong Shiliang1
(1. Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072;2. School of Economics and Management, Tongji University, Shanghai 200092)
Abstract: How to properly assess economic loss of land subsidence is not only an important issue which shanghai city’ s land subsidence research faced with but also a need of preventing and reducing hazards. This paper was based on mechanics and damage of shanghai city’s land subsidence, and applied some coherent subjects such a s geology , hydrology, hazard theory, economics and statistics ,built assessment system and principle and methods of economic loss of shanghai city’s land subsidence hazard. Based on above these researches, this paper firstly comprehensively assessed economic loss which Shanghai city’s land subsidence hazard induced and economic benefits of controlling land subsidence, moreover, predicted risk loss of land subsidence hazard from 2001 to 2020 in Shanghai.
Key words: Land subsidence; Assessment principles; Assessment methods; Economic loss; Risk loss; Benefits of reducing hazards