CN104217257A - 一种灾害链综合风险计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灾害链综合风险计算方法，按照以下步骤进行：步骤1：设定致灾因子-承灾体因子二维关系，根据地理情况选定致灾因子和承灾体因子；步骤2：计算各致灾因子对各承灾体因子的灾害风险P(Xi，Zi)：计算公式P(Xi，Zi)＝H(Xi，Zi)×E(Xi，Zi)×V(Xi，Zi)；步骤3：计算各类承灾体的灾害链风险P(Xi)；步骤4：计算致灾因子的风险P(Zi)；步骤5：计算综合风险值P，可采用以下两种公式任一计算：本发明的有益效果是能够更加准确地评估灾害链综合风险，评估过程及评估结果有利于防灾减灾的决策。

Description

一种灾害链综合风险计算方法

技术领域

本发明属于自然灾害风险评估与公共安全领域，涉及一种灾害链综合风险计算方法。

背景技术

灾害链：一种灾害引发其他致灾因子，从而导致其他类型的灾害的现象，如台风风暴潮导致土地盐碱化。综合风险：相对于单一灾种的灾害风险而言，因多种灾害并发或继发所导致的综合灾害风险。多维概率矩阵：多个相关变量之间的关联性的概率描述矩阵。台风灾害：本说明书从灾害链的角度，特指由台风引发的各类灾害的统称。

某一种自然灾害发生的时候，随着致灾因子在地理空间上的扩散和移动，或者是引起其他的致灾因子，灾害往往表现为一种扩散、演化的模式，从而引起其他类型的灾害。这种现象一般称为灾害链。针对灾害链的综合风险评估是目前国际上评估自然灾害风险的基本趋势，也是我国在防灾减灾“十二五”规划中提出的新理念。但是，因为台风、地震等自然灾害系统的复杂性，纵观国内外相关文献，目前尚未有成熟的灾害链综合风险评估技术方法，理论模型上也仍然处于探索阶段。目前的评估方法要么在机理上缺乏风险含义，过于简单综合；要么数学上过于复杂，实际难以实施和推广。

以台风为例，目前已有不少文献在理论上讨论台风灾害链综合风险评估的模型与方法，但还存在以下问题：第一，在评估目标上，未见针对台风灾害链效应的综合风险评估。已有的评估多是从台风灾害致灾因子、孕灾环境、承灾体等方面构建指标体系进行台风灾害损失或风险评估，或是仅针对台风暴潮、暴雨、大风等的致灾因子危险性进行评估，其中以台风暴潮风险评估较为多见。第二，在评估的方法上，已有的研究主要从定性的角度对区域性的灾害及其连锁反应进行理论层面的探讨，如描述出灾害链的结构和组成特征。新出现的关于灾害链的风险定量评估案例，主要采用对多个致灾因子的风险进行直接叠加来实现，这与灾害链的实质概念不相符。也有学者提出了灾害链节点和边的概念来构建评估模型，但也仅限于理论概念模型而未真正推广应用。至于如何采用定量方法来表述灾害链各致灾因子之间的关联性，仍显得相当薄弱。目前的一个研究热点是应用Copula函数来度量类似风险，但是过程非常复杂，尚未落实到评估指标体系和技术方法上。第三，在评估基本单元及尺度的选择上，大尺度评估难以满足实际需要。现有的台风灾害风险评估主要以县级以上行政单元或网格为基本单元的大尺度评估。以县级以上行政单元为基本单元的做法，其评估结果多因过于宏观而难以提出针对性较强的防御措施。合理的解决思路是将基本单元缩小至乡(镇)、村或社区尺度，国外基于社区尺度的风险评估已有不少报道，国内近几年也开始涉及以区或社区为单位的中小尺度自然灾害风险定量评估，但不多见。以网格为基本单元的做法精度高，且便于采集涉及自然环境的数据，但须认真考虑网格单元与行政单元的数据匹配问题。因此，评估基本单元的选择应将这两种做法有机结合，以兼顾评估精度和灾害风险行政管理两方面的要求。针对台风灾害来说，以流域为单元的评估显然有利于这种结合。

灾害链综合风险评估是一个非常复杂的问题。一是灾害链系统本身的复杂性：自然灾害系统包括许多已知或未知的致灾因子及其对应的各类承灾体和孕灾环境，彼此之间又相互影响、相互作用，形成复杂的灾害链。各种灾害往往并非单独发生，而是并发或群发，这种复杂性导致灾害链模式的表达非常困难。二是灾害链风险的不确定性。在全球气候变化和快速城市化的大背景下，灾害链系统中的致灾因子、孕灾环境和承灾体属性都会发生动态变化，因此，灾害发生的时间、强度和影响范围具有很大的不确定性。再加上灾害链系统本身的复杂性和人类认识水平的局限性，导致灾害链风险具有很大的不确定性，难以定量评估。三是自然灾害往往涉及比较大的空间区域，在人类活动频繁，人口和资产密集的地区，实时的承灾体数据收集非常困难，严重约束了风险评估技术的推广应用。综合上述问题，展望台风灾害风险评估研究的发展，改进灾害管理方式、提高信息化水平是降低脆弱性及减少灾害损失的重要途径；提高评估软件平台与数学方法的集成度，充分借助于地理信息系统、对地观测等技术手段开展灾害链综合风险评估，应是未来发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灾害链综合风险计算方法，解决了现有的灾害链评估方法过于复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：设定致灾因子-承灾体因子二维关系，根据地理情况选定致灾因子和承灾体因子；

步骤2：计算各致灾因子对各承灾体因子的灾害风险P(Xi，Zi)：计算公式P(Xi，Zi)＝H(Xi，Zi)×E(Xi，Zi)×V(Xi，Zi)；

步骤3：计算各类承灾体的灾害链风险P(Xi)；

步骤4：计算致灾因子的风险P(Zi)；

步骤5：计算综合风险值P，可采用以下两种公式任一计算：

$p=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}P\left(\mathrm{Zi}\right),P=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(\mathrm{Xi}\right).$

本发明的有益效果是能够更加准确地评估灾害链综合风险，评估过程及评估结果有利于防灾减灾的决策。

附图说明

图1是厦门市同安区茂林溪流域图；

图2是台风灾害风险“三因素”的三维结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的技术方案与实施步骤：

设定致灾因子-承灾体因子二维关系，根据地理情况选定致灾因子和承灾体因子；根据灾害情况制作“致灾因子-承灾体因子二维关系表。其基本结构为：致灾因子(如大风、暴雨、风暴潮等及可能导致的次生灾害)、孕承灾体因子(如人口聚落、建筑物、农田、道路、滩涂、桥梁等)。

给出致灾因子-承灾体因子敏感性二维关系；制作致灾因子-承灾体因子敏感性二维关系表(表1)。其中Zi表示灾害链中所涉及到的各种致灾因子，Xi表示评估区域内包含的各承灾体因子，具体实施过程中Zi取值根据实地调查，从致灾因子集合Z中选择。致灾因子集合Z＝{台风、大风、暴雨、雷电、风雹、低温冷冻、雪、飑线、干旱、高温、内涝、洪水、火山、地震、滑坡、泥石流、崩塌、地陷、风暴潮、海啸、垮坝、火灾、生物灾害}。Xi取值从承灾体集合X中选择，承灾体集合X＝{人口、房屋、水库、农田、农作物、果园、林木、草场、工厂、公路、铁路、商店、桥梁、工地}。集合中各个元素依据我国民政部2013年颁布的《自然灾害情况统计制度》。

P(Xi，Zi)表示在评估区域所界定的孕灾环境下，某类承灾体Xi在致灾因子Zi的作用下所存在的灾害风险，也就是单一灾种对单一承灾体的灾害风险；P(Xi)表示Xi这个类别的承灾体所受到的灾害链综合风险；P(Zi)表示致灾因子Zi对所有承灾体的灾害风险，也就是目前常规的单一灾害风险评估结果。Z1，Z2，Z3，……，Zi表示了某一个灾害链模式所包含的灾种序列。

表1

利用公式(1)，分别计算各单个致灾因子对单类别承灾体因子的灾害风险P，并填写到表1中对应的表格单元。

P(Xi，Zi)＝H(Xi，Zi)×E(Xi，Zi)×V(Xi，Zi)-----

公式(1)

$H(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})=\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{k}h{(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})}_k$ -----公式(2)

$E(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})=\underset{l=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{l}e{(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})}_l$ -----公式(3)

$V(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})=\underset{q=1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{q}v{(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})}_q$ -----公式(4)

式中，H(Xi，Zi)为致灾因子Zi对承灾体Xi的危险性，通过综合影响致灾因子的多个因素来表达，可利用公式(2)计算获得。其中，r是致灾因子Zi的危险性影响因素个数，w_k是第k个影响因素的权重。h(Xi,Zi)_k是致灾因子Zi的第k个影响因素的危险性，可用强度、频率等来表示。E(Xi，Zi)为致灾因子Zi和承灾体Xi的孕灾环境稳定性，其中，s是孕灾环境稳定性的影响因素个数，w_l是第l个影响因素的权重，e(Xi,Zi)_l是第l个影响因素的稳定性；

例如，可用坡度的大小、高程的高低等来表达。V(Xi，Zi)为承灾体Xi相对于致灾因子Zi的脆弱性(含承灾体的价值及其暴露性)，其中，t是承灾体Xi的脆弱性影响因素个数，w_q是第q个影响因素的权重，v(Xi,Zi)_q是承灾体Xi的第q个影响因素的脆弱性，可用损失的多少或损失率等来表达。

最后一列各类承灾体的灾害链风险P(Xi)的计算公式为：

$P\left(\mathrm{Xi}\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}p(i-1,i)P(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})$ -----公式(5)

式中，m是灾害链中致灾因子类型的总数，p_(i-1,i)是第i-1个致灾因子导致第i个致灾因子发生的概率，可从贡献率的角度来界定，利用Jaccard指数计算获得。

$p(i-1,i)=\frac{C(i-1,i)}{C(i-1)+\mathrm{Ci}-C(i-1,i)}$ -----公式(6)

式中，C(i-1,i)是一定时段内第i-1个致灾因子与第i个致灾因子共现的频次，C(i-1)是第i-1个致灾因子出现的频次Ci是第i个致灾因子出现的频次。

最后一行各致灾因子的风险P(Zi)计算公式为：

$P\left(\mathrm{Zi}\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i}P(\mathrm{Xi},\mathrm{Zi})$ -----公式(7)

式中，w_i是各类型承灾体的归一化影响权重系数，可根据各类承灾体的损失占总损失的比重或根据专家打分和层次分析法获得。n是承灾体类型总数。

计算综合风险值，可根据公式(8)或(9)进行计算。这两种计算方法的结果相等，但是表征了灾害风险不同维度的意义。

$P=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}P\left(\mathrm{Zi}\right)$ -----公式(8)

$P=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(\mathrm{Xi}\right)$ -----公式(9)。

实施案例：下面以台风灾害链的综合风险评估为例，说明本专利的实施过程。

1.首先建立台风灾害链模式，如“台风—大风—风暴潮—内涝—盐碱化”、“台风—暴雨—山洪—地质灾害”等。下面以“台风—暴雨—山洪—滑坡—泥石流”灾害链综合风险评估为例。

2.设定具体的风险评估区域，对于台风—暴雨灾害链，一般以流域为评估单元比较合适。本案例选择福建省厦门市同安区茂林溪流域的五峰村所在出山口对应的小流域，流域面积约60平方千米(如图1所示)。

3.建立地理要素数据库。从致灾因子、孕灾环境和承灾体三方面收集相关资料，构建空间基础数据库。致灾因子包括暴雨空间分布及暴雨强度、历史暴雨所产生的山洪灾害情况统计等；孕灾环境包括溪流、地质、地形、地貌、土地利用、土壤、植被、道路交通、防灾设施等要素；承灾体包括自然村落区位(或居民房屋位置)、人口分布、人口教育水平、人口年龄分布、工矿企业、生命线系统、各产业分布区等数据。这些数据的来源途径包括卫星遥感影像、统计年鉴、灾害调查等。

4.单项灾害种类风险评估。对于单项灾害的风险评估方法目前已较成熟，从方法特性上可以分为定性方法、定量方法和半定量方法，从方法的模型实现上可分为极值法、概率法和模糊法等。已有诸多学者做了较为系统的归类与总结，但由于各自的出发点和分类的依据不同而大相径庭。但总体上，基于指标体系的方法因其简单易行而得到广泛应用，但其评估过程缺乏灵活性；而基于情景分析的风险评估方法因可以实现风险的动态评估而成为当前风险评估的研究热点。因此，采用基于情景分析的风险评估方法来实现单项灾害的风险值计算。这方面文献较多，不予赘述。

5.灾害链综合风险概率矩阵构建。如图2所示，图中各因子的位置不具量值大小含义，其中任何一个交叉点都代表着三个系列中的某三个特定因子的相互作用的情景。如X—Z平面反映了不同致灾因子与不同承灾体因子间的各种组合关系，而其中A位置的坐标代表水库(x2)这个承灾体因子在滑坡(z2)这个致灾因子作用下的风险关系；若进一步考虑Y轴方向，则可引出Y坐标系列(y1，y2，y3，…)，表示上述风险将因孕灾环境因子的不同(高程、坡度、土壤)而有所差异。

6.表2是针对图2中X—Z平面的表格，其中列代表致灾因子系列，行代表承灾体因子系列，行列交叉的位置给出某致灾因子-某承灾体因子的风险表达，最后一列给出诸承灾体因子在该灾害链模式下的综合风险表达，最后一行给出诸致灾因子的综合风险表达，最后一格是该灾害链模式下的综合风险表达。

表2.台风暴雨灾害链的致灾因子-承灾体二维关系表

7.给定某次台风暴雨的预报情况，利用在本流域中收集到的基础数据，应用基于指标体系的单一灾种风险评估方法，计算表2中致灾因子-承灾体风险值。计算结果如表3所示。最终得到该次台风暴雨的风险评估损失为2550万元。

表3.台风暴雨灾害链的致灾因子-承灾体风险计算结果表(单位：万元)

8.上述计算过程需借助地理信息系统软件平台来具体实现，为了提高自动化水平，可以把风险计算的数学方法的集成到具体的应用软件中。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种灾害链综合风险计算方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：设定致灾因子-承灾体因子二维关系，根据地理情况选定致灾因子和承灾体因子；

步骤2：计算各致灾因子对各承灾体因子的灾害风险P(Xi，Zi)：计算公式P(Xi，Zi)＝H(Xi，Zi)×E(Xi，Zi)×V(Xi，Zi)；

步骤3：计算各类承灾体的灾害链风险P(Xi)；

步骤4：计算致灾因子的风险P(Zi)；

步骤5：计算综合风险值P，可采用以下两种公式任一计算：

$p=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}P\left(\mathrm{Zi}\right),P=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P\left(\mathrm{Xi}\right).$