夏陳紅，王 威，馬東輝

(1.北京工業(yè)大學 建筑與城市規(guī)劃學院，北京 100124；2.北京工業(yè)大學 抗震減災研究所，北京 100124)

近年來，各類災害事件頻繁發(fā)生，導致城市安全與防災問題日益突出，亟需提出更有效的應對對策。城市綜合防災規(guī)劃作為應對地震、洪澇、火災、地質、極端天氣等各種自然災害風險防御的重要手段，同時考慮了人民防空、地下空間安全、重大危險源防范及公共安全的要求，是保障城市安全與可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1-5]。

如何評估城市災害的危險程度及可能產生的后果，一直是災害風險評估和城市綜合防災規(guī)劃領域亟待解決的難點問題。目前，學者們已提出了物元分析法(MEM)[6]、地理信息疊加法(GIS)[7]、模糊數隨機模擬法(FSS)[8]等諸多評價方法，極大豐富了災害風險的研究水平。但由于災害系統的模糊性、隨機性和不可知性等不確定性特征，導致單一評價方法往往不能全面反映災害風險結果，如物元分析法結構簡單易于實現編程，但計算結果精確度低；地理信息疊加法能夠更加直觀地表達出風險區(qū)劃結果，但受限于遙感數據分辨率及地理信息處理技術；模糊數隨機模擬法雖可應用于復雜性系統可靠性模型的建立，但實際操作時對計算設備的容量和速度要求很高?？偠灾?，不同方法自身的主客觀性、適用性、穩(wěn)定性等因素是導致災害風險評價結果不一致的主要原因。

基于此，筆者從組合化的視角，提出基于循環(huán)修正模式的組合評價模型并進行城市綜合災害風險評估，以期能充分融合各單一方法的優(yōu)點，得出更加逼近于實際的綜合災害風險評估結果，不斷完善城市綜合災害風險評價的理論與實踐。

1 城市綜合災害風險評價指標體系

以聯合國計劃署(UNDP)[9]、聯合國救災組織(UNDRO)[10]、美國聯邦應急管理署(FEMA)[11]等國際權威機構和黃崇福等[12-13]等代表性研究的高頻指標為基礎，結合中國統計資料現狀和復雜災害系統的可觀測原則，以城市綜合災害風險為目標層，以災害危險性、經濟易損性和社會易損性為準則層,構建了綜合災害風險評價指標體系，如圖1所示。

圖1 城市綜合災害風險評價指標體系示意圖

2 基于循環(huán)修正的組合評價模型構建

2.1 循環(huán)修正的組合評價思路與實現步驟

組合評價思路為：①選用模糊數隨機模擬法(FSS)、加權求和法(WSM)、集對分析法(SPA)3種典型方法進行基礎評價；②以Spearman等級相關系數法檢驗3種單一評價結果的一致性；③利用平均值法、Board法、Copeland法、模糊Board法4種不同的綜合排序方法進行組合評價[14-16]；④對組合后的結果進行一致性檢驗；⑤反復迭代直至標準差為0。循環(huán)修正組合評價的實現步驟如圖2所示。

圖2 循環(huán)修正組合評價步驟

2.2 循環(huán)修正的組合評價模型

2.2.1 事前一致性檢驗的Spearman法

運用Spearman等級相關系數對不同單一方法評價的城市綜合災害風險結果的差異性進行檢驗，以保證下一步循環(huán)組合評價的合理性。通過Spearman等級相關系數來檢驗不同評價結果之間是否存在分歧。

H0:t1,t2兩種方法不相關；

H1:t1,t2兩種方法正相關。

Spearman等級相關系數ρ的表達式為：

(1)

其中，dh為兩種不同評價方法排序的等級差。

給出顯著水平U，可以查出臨界值cU，當ρ>cU時，拒絕H0，即t1,t2兩種方法具有正相關。若這幾種綜合評價法均為正相關時，則稱其具有一致性；若不具有一致性，則應當重新選擇城市綜合災害風險評價方法。

2.2.2 組合評價模型

(1)組合評價均值法。平均值法是將每種單一評價法的城市綜合災害風險水平排名次序轉換成分數的一種方法。

Rij=n-rij+1

(2)

式中：Rij表示第i個城市在j種方法下的分數，i=1,2,…，n；j=1,2,…，m；rij表示第i個地區(qū)在第j種方法下的排序。

按照組合評價值的大小重新進行排序，若兩城市的組合評價值相等，則計算不同得分的標準差，如式(3)所示。

(3)

(2)Board法。Board法是一種多數優(yōu)勝于少數的方法。若評價認為城市i優(yōu)于城市k的個數大于城市k優(yōu)于城市i的個數，則記為ξiSξk。定義Board矩陣B={bik}n×n，如式(4)所示。城市i的得分如式(5)所示。若兩城市得分bi與bk相等，則標準差小的優(yōu)先。

(4)

(5)

(3)Copeland法。Copeland法是在Board法的基礎上為進一步區(qū)分“優(yōu)”和“劣”的一種方法。若評價認為城市i優(yōu)于城市k，則記為ξiSξk；若評價認為城市i劣于城市k，則記為ξkSξi;若評價認為城市i等于城市k，則記為0。定義Copeland矩陣C={cik}n×n，如式(6)所示，城市i的得分如式(7)所示。

(6)

(7)

其中，cik為Copeland得分結果，若兩城市得分相等，則標準差小的優(yōu)先。

(4)模糊Board法。模糊Board法是在組合時不僅考慮到排序的差異，還考慮到得分差異的一種排名方法。具體步驟如下：

首先，計算隸屬度，如式(8)所示。

(8)

式中：rij為第i個城市在第j種評價方法下的得分；μij為第i個城市在第j種評價方法下處于“優(yōu)”的隸屬度。

Wti=pti/∑pti

(9)

再次，將排序轉化為得分，如式(10)所示。

(10)

其中，Qti為城市i排在t位的得分。

最后，計算模糊Board數得分Bi，如式(11)所示,并按照得分Bi的大小重新進行排序。

Bi=∑WtiQti

(11)

2.2.3 事后一致性檢驗

運用Spearman等級相關系數對不同組合評價結果進行密切度評價，直至相關系數全部為1，則評價結果達到一致。

3 實證研究

3.1 單一評價方法結果分析

依據國家三部委、自然災害綜合研究組編寫的中國各項自然災害危險度區(qū)劃數據，以及國家統計年鑒數據關于經濟、社會易損性方面的數據，運用FSS、WSM、SPA 3種單一方法對我國31個省市自治區(qū)的綜合災害風險進行評價，得分及排序結果如表1所示?？梢姴煌瑔我荒Ｐ偷脑u價結果存在差異，如河北在3種不同評價模型下的排序分別為第4名、第6名、第3名，所以有必要對不同評價結果進行統一。

表1 單一方法下各省市自治區(qū)綜合災害風險得分及排序

首先，計算Spearman等級相關系數，得到不同單一評價方法之間的相關系數。

給定顯著水平U=0.05,cU=0.464,ρ>cU，則拒絕H0，即3種評價方法之間正相關，具有高度一致性。

3.2 循環(huán)修正的優(yōu)化組合評價結果分析

由單一評價方法結果可知，3種單一方法的相關性都很高，可進行組合評價。第一次循環(huán)修正后的結果如表2所示，可見存在差異，繼續(xù)迭代直至第4次循環(huán)修正，平均值法、Board法、Copeland法和模糊Board法的得分及排序達到完全一致，此時Spearman等級相關系數全部為1且標準差收斂于0，模型達到穩(wěn)定，組合結果通過了事后一致性檢驗。

由表2可知，31個省市自治區(qū)的綜合排名由高到低分別為：山東、江蘇、廣東、河北、天津、北京、浙江、河南、福建、湖南、安徽、遼寧、上海、四川、海南、廣西、陜西、江西、湖北、重慶、云南、山西、黑龍江、吉林、甘肅、貴州、新疆、西藏、內蒙古、寧夏、青海。結果表明，東部沿海地區(qū)的綜合災害風險等級較高，內陸地區(qū)處于中等水平，西部地區(qū)處于低水平，這從一定程度上說明沿海發(fā)達地區(qū)的災害敏感度高，需重點提高城市規(guī)劃建設設防標準及相應的應急管理機制，中部地區(qū)可適當增強自身的災害監(jiān)測力度。

表2 循環(huán)修正模式下各省市自治區(qū)的綜合災害風險得分及排序

3.3 災害影響要素分析

為深入揭示不同指標因子對綜合災害風險的影響程度，繪制相關關系分析圖，如圖3～圖6所示。

圖3 災害危險性影響因子分析圖

圖4 經濟易損性影響因子分析圖

圖5 社會易損性影響因子分析圖

圖6 組合綜合災害風險與各影響要素的關系圖

由圖3可知，災害危險性較高的是山東、江蘇、廣東、河北、天津、福建、海南7大沿海地區(qū)，其中山東受洪水和地震災害的影響較大，廣東受洪水、臺風和地質災害的影響較大，江蘇、天津和河北則受洪水和地震災害的影響較大。災害危險性較低的是黑龍江、吉林、重慶、貴州、新疆、內蒙古、寧夏、青海。

由圖4可知，經濟易損性較高的是山東、江蘇、廣東3大沿海地區(qū)，災害發(fā)生時，山東和江蘇的平均國內生產總值比平均固定資產投資受波動的程度更大，廣東則相反，其平均固定資產投資比平均國內生產總值更易遭受災害的影響。經濟易損性指標較低的是海南、甘肅、貴州、內蒙古、西藏、寧夏、青海等地區(qū)，其中海南、內蒙古兩地的經濟易損性受平均國內生產總值的影響較大，其他5個地區(qū)則受平均固定資產投資的影響較大。總體而言，經濟易損性與平均國內生產總值、平均固定資產投資呈正相關。

由圖5可知，社會易損性指數較高的是天津、北京、上海，這3個地區(qū)人口總數和面積都不大，但由于地區(qū)人口的高度密集化，導致社會易損性很高。社會易損性指數較低的是甘肅、新疆、西藏、內蒙古、寧夏、青海等地區(qū)，其城市化水平較低、人口基數小，面積與社會易損性之間呈負相關關系。

由圖6可知，各地區(qū)的綜合災害風險與災害危險性、社會易損性、經濟易損性間基本呈負相關關系，而且災害危險性、社會易損性對綜合災害風險度的影響程度更大，經濟易損性對其影響程度較小。社會易損性隨綜合災害風險排名變化的波動范圍較大，處于0.002～1.000之間，而經濟易損性的波動范圍較小，處于0.49～0.89之間，說明災害發(fā)生會對社會產生較直接的影響，但是對經濟的影響作用則較弱。因此在進行各地區(qū)城市建設時，應當從自身用地功能上來解決綜合災害風險問題，以科學化手段預測災害，不斷增強城市自身災害防御機制，健全城市防災減災法律政策。

4 結論

基于循環(huán)修正模式組合評價模型能夠充分融合各單一評價方法的優(yōu)點，消除各單一評價方法評價結果不一致性的問題，組合后的風險排名具有極高的科學性和可信性。

(1)通過事前事后的Spearman等級相關系數檢驗，循環(huán)修正的組合評價模型極大程度地增強了評價結果的準確性，相較于傳統綜合評價模型能夠有效減少評價過程中的系統性偏差和隨機性誤差，使研究結論更貼近實際。

(2)綜合災害風險高值區(qū)主要集中于東部沿海地區(qū)，綜合災害風險較高的區(qū)域主要集中于中南部一帶，綜合災害風險低值區(qū)主要集中于西部地區(qū)，整體上呈東部向中西部遞減的趨勢。

(3)筆者主要是對綜合風險評估結果不一致問題進行科學性及創(chuàng)新性研究，由于數據資料的難以獲得性，歷史災情并不能完全代表實時災況，所以最終組合結果僅供參考。