公路水毀經(jīng)濟損失估算方法研究
——以重慶市永川區(qū)公路水毀為例*

周福川，李佳坤，蔣金榮，陳遠川,4

(1.重慶市渝西水利電力建筑勘測設計院，重慶 永川 402160；2.重慶文理學院 建筑工程學院，重慶 永川 402160；3.重慶市永川區(qū)交通委員會公路管理所，重慶 永川 402160；4.橋梁無損檢測與工程計算四川省高校重點實驗室，四川 自貢 643000)

公路水毀是造成交通斷道、車輛行人通行受阻等困境的重要原因。根據(jù)災害學系統(tǒng)論，任何災害事件的發(fā)生是致災因子、孕災環(huán)境和承災體三大子系統(tǒng)異向耦合的結(jié)果。為衡量災害后果的相對嚴重程度，有學者將災害損失貨幣化，試圖建立評判災害后果的統(tǒng)一尺度標準。災害損失除受三大子系統(tǒng)控制外，還與社會應急救援體制機制、災害風險管理能力等社會因素相關(guān)。公路水毀是眾多公路毀損形式中的一種典型頻遇災害現(xiàn)象，其毀損常導致較大的經(jīng)濟損失，包括災前投資建設費用和災后搶修、應急處置等一系列次生費用，以及造成的交通營運成本增加和通勤時間耗費等。

公路水毀災害損失與致災因子強度、孕災環(huán)境敏感性、承災體抗災能力、路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、設計施工質(zhì)量和養(yǎng)護水平等因素相關(guān)。損失評估是一種多因素非線性決策分析問題，直接經(jīng)濟損失相對容易獲取，但間接經(jīng)濟損失評估進展相對滯后，相關(guān)評估模型建立和參數(shù)優(yōu)選是關(guān)鍵。1970年代以來，國內(nèi)、外學者對各種災害導致的社會經(jīng)濟損失做了大量工作，獲得了許多有益成果和經(jīng)驗總結(jié)[1-4]。Wang建立了經(jīng)濟靜動態(tài)模型和改良的投入-產(chǎn)出模型，用于評估由臺風導致相關(guān)工業(yè)部門的直接和間接經(jīng)濟損失[5]。LI Ning全面分析了國內(nèi)和國際對當前災害經(jīng)濟損失的思考，災害管理部門對經(jīng)濟損失評估的重要性以及在評估自然災害導致的直接和間接經(jīng)濟損失中存在的問題[6]。E.E.Kok考慮了從洪水發(fā)生至經(jīng)濟完全恢復期間的總經(jīng)濟損失動態(tài)模型，提出了一個完善的適用于小規(guī)模和大規(guī)模洪水事件的直接和間接洪水風險模型[7]。

目前對于水毀直接經(jīng)濟損失已有較多研究，如刑冀通過對安全投入與直接經(jīng)濟損失的研究，得出兩者具有負相關(guān)指數(shù)關(guān)系，采用最小二乘法擬合出安全投入比例與直接經(jīng)濟損失的計算公式[8]；萬良君認為洪水承災體是關(guān)于致災因子和孕災環(huán)境的多元函數(shù)，將承災體劃分為工商企業(yè)、居民家庭財產(chǎn)和各類工程設施幾類進行研究，建立微觀承災體經(jīng)濟損失模型，得出經(jīng)濟損失評估方案[9]。傳統(tǒng)的直接經(jīng)濟損失計算依賴于實際災情統(tǒng)計，需要消耗較多的人、財、物資源，且時間成本很大，為解決這一突出問題，人工神經(jīng)網(wǎng)絡等現(xiàn)代方法得到廣泛運用，可基于歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料，推測現(xiàn)狀下的經(jīng)濟損失[10-13]。目前，對于間接經(jīng)濟損失的計算還沒有一種廣泛認同的方法，更多的是定性的給定調(diào)整系數(shù)，通過與直接經(jīng)濟損失進行匹配，得出相應的間接經(jīng)濟損失。如劉希林對泥石流災害造成的間接經(jīng)濟損失進行評估，提出了調(diào)查分析法和比例系數(shù)法兩種計算方法[14]。

除此，考慮時間因素，對經(jīng)濟損失率模型進行修正，根據(jù)經(jīng)濟損失評價結(jié)果劃分水毀災害等級，基于災后計算統(tǒng)計的各指標詳細計算方式得到了一些有益的探討[15-17]。

公路水毀是一種典型的道路損傷和破壞形式，其破壞力較大，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，造成的直接經(jīng)濟損失不可忽略，導致的間接經(jīng)濟損失呈增長的態(tài)勢，甚至危及沿線居民的生命財產(chǎn)安全和企業(yè)的正常運營，已嚴重違背安全生產(chǎn)、安全交通的方針，不利于經(jīng)濟社會可持續(xù)健康良好發(fā)展。目前，對各類型結(jié)構(gòu)物水毀成因和機理分析已有較多成果，對災害直接經(jīng)濟損失也有較多研究，但針對公路水毀經(jīng)濟損失快速評估的研究相對缺乏，尤其是公路水毀間接經(jīng)濟損失的實用性計算方法更是少有報道?；诖耍疚膶⒐芳捌涓綄俳?構(gòu))筑物作為承災對象，以水毀災害作為直接誘因，在重慶永川區(qū)公路水毀背景下對公路水毀特征進行分析，建立公路水毀經(jīng)濟損失計算模型，作為公路水毀經(jīng)濟損失估算方法，為永川區(qū)交通部門提出水毀災害預算方案給出參考依據(jù)。同時，可供其他地區(qū)參考使用。

1 研究區(qū)公路水毀概況

1.1 重慶市永川區(qū)公路建設

重慶市永川區(qū)屬于低山丘陵地貌，是成渝城市群沿線重要節(jié)點城市，是渝西川東地區(qū)綜合樞紐，區(qū)位優(yōu)勢明顯，交通建設迅猛發(fā)展。2018年重慶市提出“普通公路建設三年提升行動”，永川區(qū)將新建高速公路22 km，開工58 km，開展前期工作35 km，擬實施普通干線公路建設400 km，擬實施“四好農(nóng)村路”升級2 100 km。“十三五”全區(qū)規(guī)劃公路通車總里程達到3 500 km以上，公路密度達到每百平方公里220 km以上。永川區(qū)鄉(xiāng)村公路按四級公路標準設計，區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村公路設計標準斷面技術(shù)指標如表1所示。

1.2 永川區(qū)公路水毀災情

永川區(qū)降雨量年內(nèi)分布不均衡，容易出現(xiàn)集中降雨現(xiàn)象，造成大暴雨至特大暴雨，形成山洪、山體崩塌等地質(zhì)災害，沖毀路基路面、擋墻結(jié)構(gòu)、防護欄、交通標志標牌，淹沒路面，堵塞橋涵隧洞等。公路受災范圍逐步擴大，受災毀損程度不斷加深。永川區(qū)近年公路水毀災害部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。

1.3 永川區(qū)公路水毀經(jīng)費現(xiàn)狀

永川區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展較快，但交通行業(yè)水毀災害程度也不斷加深，用于搶險救災、管理養(yǎng)護的人力、機械使用成本上升，而專項資金補助較少，面對公路水毀災害，一般只能進行被動搶險，缺少必要經(jīng)費用于預控性整治養(yǎng)護?！吨醒牍匪畾屝薇Ｍㄑa助資金管理暫行辦法》中，其補助范圍主要針對國省干線公路及其附屬設施，對于省級以下公路不予補助。

重慶市所轄區(qū)縣多，絕大多數(shù)屬于山地地形，易發(fā)生危巖崩塌、山洪、泥石流災害。由于受災區(qū)縣多，每年水毀經(jīng)費分攤到各個區(qū)縣的救災補助較少，且縣道、鄉(xiāng)村公路線多面廣，是主要的公路水毀承災體，往往由于資金匱乏而不能得到及時、快速完全的修復，留下隱患。永川區(qū)交通部門用于公路水毀防治與整治的財政資金有限，同時缺乏公路水毀預算經(jīng)費編制的計算依據(jù)，近年水毀防治專項財政撥款相對較少，導致公路水毀應急搶險、防災減災體制機制建設相對滯后。

表1 永川區(qū)硬(油)化鄉(xiāng)村公路標準斷面技術(shù)指標

表2 永川區(qū)部分典型水毀災情統(tǒng)計

2 研究區(qū)公路水毀特征與受災類型損失劃分

2.1 公路水毀特征分析

公路水毀類型較多，如鄭志明分析了重慶地區(qū)干線公路(國道、省道)雨季水毀特征，將重慶地區(qū)公路水毀劃分為幾種典型形態(tài)，各形態(tài)所占比例為：路面開裂形式約占30%，路基沉降與塌方約占25%，路基整體滑移約占25%，公路附屬設施損壞約占15%，其他形式損失約占5%[18]。針對路基水毀的研究已有較多資料，如陳洪凱按照水毀路基成因，將其分為河流沖刷切割型、推擠錯位變動型、重力剪切破壞型和機械撞擊破壞型4種類型[19]。關(guān)于山區(qū)路面水毀發(fā)育機制的分析也有一些資料，如周福川以山區(qū)沿河公路混凝土路面為分析對象，基于斷裂力學、彈性力學聯(lián)合求解路面水毀斷裂破壞的發(fā)育機制，以數(shù)值模擬的方法考察懸空路面板應力分布形式[20]。也有針對公路小橋涵水毀的研究，如趙歡等提出了公路小橋涵水毀綜合穩(wěn)定性的評價方法，認為涵洞孔徑或凈空過小，設計過流能力遠小于實際來流，是形成壓力式過流或翻越路基坡面過流的原因[21]。

表3 山區(qū)丘陵地帶公路線型特征分析

山區(qū)丘陵地帶的公路不同于平原、濱海地區(qū)公路，從水毀災害的角度分析，其孕災環(huán)境屬于山區(qū)丘陵地形。為適應地形地貌特征，公路常常表現(xiàn)出一些獨特的線型特點，如表3所示。

山區(qū)丘陵地帶公路水毀具有一定的組合規(guī)律，有如下特征：①路塹地區(qū)的水毀類型表現(xiàn)為邊坡滑塌，路面積水深厚；②路堤水毀類型表現(xiàn)為穿堤涵洞淤塞，影響行洪斷面或者阻斷水流；③沿程彎道外側(cè)路肩以下若為陡坎、懸崖、水田、魚塘等危險區(qū)域，多設置安全防護欄，防止車輛通行速度過快，由于慣性作用而駛離路面；④公路兩側(cè)分布茂密樹木，受雷雨風暴作用，常倒伏于路面，成為交通障礙物。

2.2 公路水毀受災類型劃分及經(jīng)濟損失分類

根據(jù)區(qū)域公路水毀特征分析，可概化出路塹邊坡垮塌-積水淹沒型、路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型、彎道附屬設施沖失型、行道植株斷道型等四種主要受災類型，且不同類型導致的經(jīng)濟損失差異較大。四種主要類型導致的公路及其附屬設施的結(jié)構(gòu)性受損或破壞，是公路直接經(jīng)濟損失的主體部分。

公路基礎設施具有盈利性或公益性，甚至兼而有之。雖然公路水毀的承災體為公路及其附屬設施，但公路毀損同時伴隨著其他間接損失，比如造成通行車輛營運成本增加、旅客時間浪費等。這些損失均屬于公路水毀造成的間接經(jīng)濟損失?；诠匪畾ЫM合形態(tài)調(diào)研，給出合理的經(jīng)濟損失評估模型和計算方法，對于準確合理計算經(jīng)濟損失具有參考價值。

2.2.1 公路水毀直接經(jīng)濟損失劃分與計算方法

(1)路塹邊坡垮塌-積水淹沒型

路塹邊坡垮塌是路塹地段常見的水毀形式，主要受降雨歷時、降雨強度、匯流條件等因素影響，導致開挖后的邊坡在滲透壓力、靜水壓力、巖土體浸水軟化效應和主控結(jié)構(gòu)面強度等作用下，出現(xiàn)塌方、滑坡等災害。此種水毀形式表現(xiàn)為支擋結(jié)構(gòu)破壞和路面沖擊破壞(圖1)，其經(jīng)濟損失計算公式如式(1)所示。

圖1 永峰路馬頸子路段(路塹邊坡垮塌-積水淹沒型)

W1=W11+W12=l11×P11+l12×P12。

(1)

式中：W1為支擋結(jié)構(gòu)和路面的經(jīng)濟損失(元)；W11為支擋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟損失(元)；W12為水毀路面的經(jīng)濟損失(元)；l11為支擋結(jié)構(gòu)的長度(m)；P11為支擋結(jié)構(gòu)延米造價(元/m)；l12為水毀路面的長度(m)；P12為水毀路面延米造價(元/m)。

(2)路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型

路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞是指路堤一側(cè)遭遇洪水災害，通過洪水搬運大塊石、泥沙等物質(zhì)堵塞橫穿路堤的涵洞、管道等構(gòu)筑物，造成行洪斷面淤塞的現(xiàn)象。漫流是指穿堤構(gòu)筑物被淤塞，造成行洪斷面縮小形成雍水，進而漫過路堤流向下游，路堤類似溢流壩段，在動水壓力作用下容易發(fā)生沖斷水毀災害。該類型如圖2所示。

圖2 S206榮合路等公路水毀(路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型)

此種水毀形式表現(xiàn)為路堤毀損和涵(洞)管淤堵，后期需要安排清淤修復，此項費用按照淤塞程度、修復所需時間、人工或者機械清除條件等因素確定費用。其經(jīng)濟損失計算公式如式(2)所示。

W2=W21+W22=l21×P21+P22×n×d×V22。

(2)

式中：W2為路堤毀損和涵(洞)管淤堵的經(jīng)濟損失(元)；W21為路堤毀損的經(jīng)濟損失(元)；W22為穿堤構(gòu)筑物清淤排堵的經(jīng)濟損失(元)；l21為水毀路堤的長度，根據(jù)地區(qū)水毀情況調(diào)查，涵洞可取其寬度，管道可取3～5倍管徑范圍(m)；P21為水毀路堤延米造價(元/m)；P22為安排勞務清淤的人工單價，按照當?shù)厥袌鰞r格一般為60～100元/(人·天·m3)；n為安排人工數(shù)量(人)；d為清淤歷時(天)；V22為清淤方量(m3)。

(3)彎道附屬設施沖失型

彎道外側(cè)一般設置防護欄，保護行車駕駛安全。若公路建造于河道凹岸側(cè)，在彎道環(huán)流沖刷作用下，路基極易發(fā)生滑坡水毀災害，使得防護欄、凸面轉(zhuǎn)彎鏡、標識標牌等附屬設施沖失毀損，造成經(jīng)濟損失(圖3)。

圖3 三教鎮(zhèn)公路水毀搶險修復(彎道附屬設施沖失型)

該項經(jīng)濟損失根據(jù)沖失防護欄長度、凸鏡和標識標牌個數(shù)予以確認，如式(3)所示。

W3=W31+W32+W33=P31×l31+P32×n32+P33×n33。

(3)

式中：W3為彎道附屬設施的經(jīng)濟損失(元)；W31為防護欄的經(jīng)濟損失(元)；W32為凸鏡的經(jīng)濟損失(元)；W33為標識標牌的經(jīng)濟損失(元)；P31為防護欄的單價(元/m)；l31為防護欄長度(m)；P32為彎道凸鏡的單價(元/個)；n32為彎道凸鏡數(shù)量(個)；P33為標識標牌的單價(元/個)；n33為標識標牌數(shù)量(個)。

(4)行道植株斷道型

公路兩旁的行道樹難以抵御狂風暴雨拖曳作用，或連根拔起、或攔腰截斷，倒伏于公路上，阻斷交通，滯留車輛(圖4)。

圖4 茶山竹海景區(qū)人力清障(行道植株斷道型)

一般由公路交通養(yǎng)護科安排清障車和人力資源予以清除、恢復，此項經(jīng)濟損失可根據(jù)清障數(shù)量計算，如式(4)所示。

W4=W41+W42+W43=P41×t41×n41+P42×N42×n42+P43×n43。

(4)

式中：W4為行道植株斷道的經(jīng)濟損失(元)；W41為清障車運作的經(jīng)濟損失(元)；W42為勞務人員清障的經(jīng)濟損失(元)；W43為行道植株毀損的經(jīng)濟損失(元)；P41為清障車的單價(元/(臺班·輛))；t41為清障車工作臺班數(shù)(臺班)；n41為清障車輛數(shù)(輛)；P42為勞務人員的單價(元/(人·天))；N42為安排勞務人數(shù)(人)；n42為勞務人員工作天數(shù)(天)；P43為行道樹的單價(元/株)；n43為毀損樹木數(shù)量(株)。

2.2.2 公路水毀間接經(jīng)濟損失分析

路塹屬于低洼地形，在大暴雨至特大暴雨期間，兩側(cè)山體地表徑流向路塹快速匯流，排水溝設計斷面偏小或者受落石等雜物阻塞排水通道，同時路面硬(油)化后，形成相對不透水層，使得路塹排水量小于匯水量，進而在一定范圍出現(xiàn)深厚集水區(qū)域，該水毀形式一般短時間阻斷交通，對公路及附屬建構(gòu)筑物造成損失較小，僅在一段時間內(nèi)阻礙交通正常運行，形成一定程度的間接經(jīng)濟損失。路堤毀損后，造成公路功能性障礙，不能正常運行，造成間接經(jīng)濟損失。植株斷道，阻斷交通，滯留車輛，在一定時間內(nèi)造成間接經(jīng)濟損失。以上公路水毀形式將不同程度影響公路的運營，阻礙人、車通行，間接經(jīng)濟損失在本質(zhì)上受控于公路斷道時間。通過時間價值分析，可將時間價值貨幣化，進一步劃分為兩種時間價值損失C，包括增加的營運成本C1和旅客時間耗費損失C2，如式(5)所示。

C=C1+C2=(T×t)×(v×t)×c+(T×t)×E×t×W=T×t2×(v×c+E×W)。

(5)

式中：C為兩種時間價值損失(元)；C1為增加的營運成本(元)；C2為旅客時間耗費損失(元)；T為路段交通量(輛/h)；t為公路水毀斷道時間(h)；v為平均車速(km/h)；c為車輛營運成本(元/輛·km)；E為客車平均載運系數(shù)(人/輛)；W為旅客單位時間價值(元/人·h)。

3 公路水毀經(jīng)濟損失估算方法的案例分析

2015年8月16日夜間至8月17日凌晨，永川區(qū)平均降雨量超過100 mm，三教鎮(zhèn)降雨量達到200 mm，S417永銅路沿線10余處地段發(fā)生水毀塌方和山體滑坡，堵塞涵洞、水溝，沖毀護欄，全線交通受到嚴重影響，鄰近銅梁交界處k27+750～k28+150段因泥石流沖擊，導致交通中斷。災后組織人員應急搶險，組織30余名搶險人員和12臺搶險車輛投入搶險，歷時5 d完成公路水毀應急搶險任務。此次受災類型包含路塹邊坡垮塌-積水淹沒型、路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型、彎道附屬設施沖失型和行道植株斷道型，具備公路水毀災害的幾種典型形態(tài)。永銅路經(jīng)過渝西丘陵地貌區(qū)，地形平緩，路面、路基按照表1中瀝青混凝土路面的技術(shù)指標控制，支擋結(jié)構(gòu)多為漿砌條石擋墻，墻高一般1～6 m，平均高3 m，受災路段累計總長約3 km。按照本文計算模型估算公路水毀經(jīng)濟損失，結(jié)果見表4。

表4 公路水毀經(jīng)濟損失估算

通過表4數(shù)據(jù)分析可知：①構(gòu)成直接經(jīng)濟損失的公路水毀類型包括路塹邊坡垮塌-積水淹沒型、路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型、彎道附屬設施沖失型和行道植株斷道型，各類型占直接經(jīng)濟損失的比例分別為60%、31%、4%和4%，前兩種類型造成結(jié)構(gòu)毀損，占直接經(jīng)濟損失的90%以上；②按照計算模型得出的直接經(jīng)濟損失約為30.75萬元，表2中相應研究區(qū)路段災后直接經(jīng)濟損失統(tǒng)計值為30萬，兩數(shù)據(jù)相差較小，表明該計算模型具有一定的合理性；③公路水毀經(jīng)濟損失數(shù)據(jù)要求在短期內(nèi)統(tǒng)計匯總，并經(jīng)政府及交通管理部門向社會公開發(fā)布，按照本文介紹的估算方法，可在Google地圖、遙感分析和GIS軟件中查看受災路段[22-23]，快速統(tǒng)計本文列示的路塹邊坡垮塌-積水淹沒型和路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型指標，求出直接經(jīng)濟損失，然后乘以1.1～1.2的放大系數(shù)，即可得出4種水毀類型造成的直接經(jīng)濟損失，以滿足信息發(fā)布的時效性；④在總經(jīng)濟損失中，直接經(jīng)濟損失占8%，間接經(jīng)濟損失占92%，公路水毀造成的間接經(jīng)濟損失非?？捎^，約為直接經(jīng)濟損失的11.5倍，對國民經(jīng)濟造成的隱性損失不容忽視。

4 結(jié)論

受降雨時程分布、地域分配不均的影響，公路水毀具有分散性和隨機性；受降雨強度影響，公路水毀致災程度具有差異性，對交通部門產(chǎn)生的經(jīng)濟損失也不同。丘陵地貌區(qū)域的公路多沿溪分布，同時受到降雨和河水沖刷影響，因而公路水毀造成的受災類型具有一定相似規(guī)律，本文遴選位于川東渝西的永川區(qū)作為公路水毀損失估算研究區(qū)，得出如下結(jié)論：

(1)研究區(qū)具有丘陵地貌區(qū)域公路的代表性，概化得出的路塹邊坡垮塌-積水淹沒型、路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型、彎道附屬設施沖失型和行道植株斷道型等四種受災類型，在丘陵地區(qū)有典型性。

(2)基于四類水毀類型導致的公路結(jié)構(gòu)性損傷和破壞規(guī)律構(gòu)建了水毀直接經(jīng)濟損失計算方法；基于水毀的人、車時間價值分析，建立了水毀間接經(jīng)濟損失計算方法。

(3)提出了以路塹邊坡垮塌-積水淹沒型和路堤穿堤構(gòu)筑物淤塞-漫流型水毀類型為主，通過放大系數(shù)修正的水毀直接經(jīng)濟損失快速估算方法，利于災時快速預算搶險經(jīng)費和配置資源。

(4)推薦了基于快速估算和地圖遙感分析相結(jié)合的水毀災情信息快速發(fā)布方法，可保證時效性。

(5)研究表明，公路水毀的隱性間接經(jīng)濟損失往往大于直接經(jīng)濟損失，應高度重視相關(guān)研究。

為減少公路水毀對交通部門在無預算情況下的財務壓力，可進一步研究基于風險分析的經(jīng)濟措施予以解決，比如采用主動經(jīng)濟投入預控措施。在“政事分開、事企分開、管辦分離”的事業(yè)單位改革大背景下，聯(lián)合保險公司、公路養(yǎng)護公司研究公路水毀保險機制與養(yǎng)護維修方案，建立公路水毀重大災情應急搶險工作機制，響應國家應急管理部工作部署，利于國家通過合理的人、財、物投入，獲取最大的公路水毀搶險救災、防災減災效益，形成雙贏、多贏新局面。