洪澇災害承災體易損性的時空變異*——以南京市為例

葛鵬，岳賢平

(1．南京信息工程大學氣象災害省部共建教育部重點實驗室，江蘇南京210044;2．南京信息工程大學經(jīng)濟管理學院，江蘇南京210044)

0 引言

在洪水災害系統(tǒng)中，災情是致災因子、孕災環(huán)境的危險性與承災體的易損性共同作用的結(jié)果［1］。洪水風險管理的觀點認為，承災體易損性分析在洪災風險分析系統(tǒng)中起著系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的作用［2］。承災體是致災因子作用的對象，是人類及其活動所在的社會與各種資源的集合［3］;脆弱性指一定社會政治、經(jīng)濟、文化背景下，某孕災環(huán)境區(qū)域內(nèi)特定承災體對某種自然災害表現(xiàn)出的易于受到傷害和損失的性質(zhì)［4］。因此，洪澇災害承災體易損性是指在特定的時空范圍內(nèi)，因洪澇災害而導致的該區(qū)域內(nèi)潛在的一切可能損失。

承災體易損性研究以國際減災十年為契機，獲得重大進展。國際上，Blaikie等著書立說，關(guān)注了社會對災害的防御、恢復能力，強調(diào)社會結(jié)構(gòu)的易損性［5］。Susan L Cutter等基于社會經(jīng)濟和人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，開發(fā)了自然災害社會易損性指數(shù)(SoVI)，得到廣泛應用［6］。Whittle等認為易損性與業(yè)已存在的社會特征有關(guān)，他更強調(diào)特殊人群的易損性［7］。國內(nèi)學者吸收借鑒了外國研究成果，在理論［3-4，8］和實踐［9-12］兩個方面的研究都取得較大進展。總體來說，國內(nèi)學者對易損性的研究主要集中在對致災因子和孕災環(huán)境危險性的分析，對承災體的易損性缺乏深入研究，并且所做的探討也多是相對靜態(tài)的分析評估。

隨著時間的發(fā)展，某區(qū)域內(nèi)的人口、經(jīng)濟、社會以及環(huán)境等狀況也會發(fā)生變化，則該區(qū)域作為洪澇災害承災體，其易損性也會隨之改變。也就是說，區(qū)域洪澇災害承災體易損性有時空變異的情形存在。本文針對上述狀況，運用模糊綜合評價模型，并結(jié)合層次分析法，對南京市進行了洪澇災害承災體易損性時空變異的研究。

1 洪澇災害承災體易損性指標體系

洪澇災害對承災體的影響是多方面的，因此可將影響承災體易損性的因素歸納為人口狀況、經(jīng)濟財產(chǎn)狀況、環(huán)境資源狀況以及社會承災能力等四個方面，簡要分析如下。

(1)人口狀況。洪澇災害對人類社會的損害首先是造成人員傷亡。區(qū)域人口結(jié)構(gòu)、分布等情況決定了該區(qū)域洪澇災害發(fā)生時的人口易損性。具體包括人口密度(人/km2)、文盲率(%)以及老幼人口比重(%)。人口密度越大、文盲率越高、老幼人口比重越大的區(qū)域人口易損性越大。

(2)經(jīng)濟財產(chǎn)狀況。經(jīng)濟財產(chǎn)是洪澇災害直接破壞的對象。區(qū)域洪澇災害經(jīng)濟財產(chǎn)易損性影響因素主要有:區(qū)域地均GDP(元/km2)、重要企業(yè)數(shù)(個)以及交通設施密度(%)等。地均GDP越大、重要企業(yè)數(shù)越多、交通設施密度越大的區(qū)域經(jīng)濟財產(chǎn)易損性也越大。

(3)資源環(huán)境狀況。洪澇災害對資源環(huán)境的破壞是深層次的長遠的影響。區(qū)域資源環(huán)境易損性可通過以下指標衡量:耕地面積比(%)、植被覆蓋率(%)以及自然景觀所占面積比(%)。耕地面積比重越大、植被覆蓋率越低、自然景觀所占面積比重越大，該區(qū)域的資源環(huán)境易損性就越大。

(4)社會承災能力。社會承災能力是指人類在洪澇災害發(fā)生前后所采取的減輕其損害的措施，社會承載能力越強，遭受洪澇災害可能的損失就越低。社會承災能力可以體現(xiàn)在以下幾個指標上:每千人醫(yī)院床位數(shù)(個)、水利設施密度(%)以及社會保險投保率(%)。

以上各分層指標構(gòu)成指標體系如表1所示。

表1 洪澇災害承災體易損性指標體系

2 洪澇災害承災體易損性模糊綜合評價原理

基于以上分析，本文擬采用二級模糊綜合評價法，即先對二級指標進行一級綜合評價，再對一級指標進行二級綜合評價。具體步驟如下。

2.1 確定因子集并分類

將因子集U={u1，u2，…，un}按某種屬性分為s類，即Ui={ui1，ui2，…，uini}，i=1，2，…，s。滿足n1+n2+…+ns=n且U1∪U2∪…∪US=U。

本文將洪澇災害承災體易損性影響因子分為以下4類:人口狀況U1={u11，u12，u13}，經(jīng)濟財產(chǎn)狀況U2={u21，u22，u23}，資源環(huán)境狀況U3={u31，u32，u33}，社會承災能力U4={u41，u42，u43}。

2.2 給出評價集

將洪澇災害承災體易損性評價標準劃分為5個等級，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，分別表示承災體易損性等級為高、較高、中、較低和低，故評價集為V={v1，v2，v3，v4，v5}，其中v1、v2、v3、v4、v5分別與上述5個等級相對應。

2.3 建立單因素評價矩陣

首先要根據(jù)隸屬函數(shù)來確定各因子的隸屬度。本文選用降(升)半梯形分布建立各因子的隸屬函數(shù)，數(shù)學模型如下:

其中uij(i=1，2，…，12;j=1，2，3，4，5)表示第i個因子對應于洪澇災害承災體易損性為j級的評價標準;ui為第i個因子評價特征值，即ui的值，Rj(ui)表示ui特征值對j級評價標準的隸屬度，取值范圍為［0，1］。

根據(jù)上式可得各類因子集所對應的單因素評判矩陣為:

2.4 建立權(quán)重集

多層次模糊綜合評價需要建立各層級因子的權(quán)重集。對于二級模糊綜合評價，需建立因子權(quán)重集Ai=(ai1，ai2，…，aini)，i=1，2，…，s;aij表示第i類中的第j個因子的權(quán)重;還需建立因子類權(quán)重集A=(a1，a2，…，as)，ai表示第i類因子Ui的權(quán)重。

本文使用層次分析法來確定各指標間的相對重要性次序，從而確定其權(quán)重。分為4個步驟:①建立因子遞階層次結(jié)構(gòu)。參考2．1，將因子集U={u1，u2，…，un}按某種屬性分為s類，形成兩級層次結(jié)構(gòu)，并且每一級都有ni個評價指標。②構(gòu)造兩兩判斷矩陣。判斷矩陣反映了各因子的相對重要性，一般采用T L Satty 1～9及其倒數(shù)標度法即可得到判斷矩陣P。③計算判斷矩陣P的最大特征根λmax及特征向量W，并做歸一化處理，該結(jié)果就是各評價因子的重要性排序，也即是權(quán)重的分配。④在確定權(quán)重之前要進行判斷矩陣P的一致性檢驗。分別計算一致性指標CI=(λmax-n)/(n-1)和平均隨機一致性指標RI;當隨機一致性比率CR=CI/RI＜0．10時，認為層次分析排序的結(jié)果有滿意的一致性，即權(quán)重分配是合理的，否則要調(diào)整判斷矩陣，重新分配權(quán)重。

2.5 多層次模糊綜合評判

首先是進行一級綜合評判，即對每一類的各因子進行綜合評價。如2．3所述，各類因子集所對應的單因素評判矩陣分別為Ri，則第i類因子的模糊綜合評價為:

二級模糊綜合評價中的單因子判斷矩陣，應為一級模糊綜合評價判斷矩陣:

于是，二級綜合評判為:

3 南京市洪澇災害承災體易損性時空變異分析

南京市位于江蘇省西南部，地處長江中下游平原東部蘇皖兩省交界處，下轄11區(qū)2縣。長江自西向東橫貫全境，市內(nèi)河湖眾多，江南有秦淮河，江北有滁河。全市總面積6 600 km2，其中水面占總面積的11．4%，平原、洼地占24．08%，是洪澇災害易發(fā)區(qū)、多發(fā)區(qū)。2000-2010年，南京城建變化巨大，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展成果顯著。相應地，洪澇災害承災體易損性也出現(xiàn)了變化和差異?，F(xiàn)以該地區(qū)為例，以各縣區(qū)為評價單元，進行洪澇災害承災體易損性時空變異的模糊綜合評價。

將南京市劃分為城區(qū)(D1)、棲霞區(qū)(D2)、雨花臺區(qū)(D3)、江寧區(qū)(D4)、浦口區(qū)(D5)、六合區(qū)(D6)、溧水縣(D7)和高淳縣(D8)8個評價單元(D)，逐一進行評價。

以城區(qū)為例，評價其2000年洪澇災害人口易損性。相關(guān)指標數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 南京各縣區(qū)洪澇災害易損性指標數(shù)據(jù)

依據(jù)表3數(shù)據(jù)及隸屬函數(shù)，可得2000年南京城區(qū)洪澇災害人口易損性單因素評價矩陣:

表3 各評價因子等級劃分標準

以人口狀況U1為例，利用層次分析法確定各因子的權(quán)重。

對u11，u12，u13這三個評價因子，運用Satty 1～9標度兩兩比較得到判斷矩陣為:

求出P1的最大特征根所對應的特征向量，該特征向量即u11，u12，u13的權(quán)重。求解過程略去，得P1的特征向量W1=(0．63，0．11，0．26)即在人口狀況U1指標中，人口密度u11的權(quán)重為0．63，文盲率u12的權(quán)重為0．11，老幼人口所占比例u13的權(quán)重為0．26。

根據(jù)所求特征向量和已知判斷矩陣求得其最大特征根為λmax=3．038 6，查表得RI=0．58。一致性檢驗得:CI=0．019 3則CR=CI/RI=0．019 3/0．58=0．033 3＜0．10。

由此可以認為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權(quán)重的分配是合理的。

同理可得:

將U1，U2，U3，U4作為評價因子，可得:

根據(jù)以上結(jié)果進行一級綜合評判，可得南京市城區(qū)2000年洪澇災害人口易損性的子系統(tǒng)評價結(jié)果:

同理可得:

然后進行二級綜合評判，得:

同理，對其余7個評價單元2000年洪澇災害承災體易損性做二級模糊綜合評判。所得結(jié)果如下:

用2010年各因子指標數(shù)據(jù)做同樣的評判，結(jié)果如下:

根據(jù)最大化隸屬原則，將以上評價結(jié)果對照評價標準劃分等級，結(jié)果列于表4。

表4 各縣區(qū)等級劃分結(jié)果

4 結(jié)論

通過以上評價結(jié)果和等級劃分對比可以得出以下結(jié)論。

(1)2000年，南京市洪澇災害承災體易損性水平為Ⅰ級的只有城區(qū);浦口區(qū)、六合區(qū)、溧水縣、高淳縣的程度均為Ⅴ級。2010年，洪澇災害承災體易損性水平為Ⅰ級的縣區(qū)增加了棲霞區(qū)和雨花臺區(qū)，但其易損性水平仍低于城區(qū)水平;浦口區(qū)和六合區(qū)的等級從Ⅴ級升為Ⅳ級，易損性水平有所上升。其余各區(qū)縣洪澇災害承災體易損性水平雖然在等級上沒有發(fā)生變化，但是都有上升的趨勢。

(2)南京市10年的經(jīng)濟發(fā)展使全市洪澇災害承災體易損性水平普遍上升，但各縣區(qū)易損性水平上升的驅(qū)動因素各不相同。人口易損性高、社會承災能力低是城區(qū)洪澇災害承災體易損性水平居高不下的主要原因，同時也是棲霞區(qū)和雨花臺區(qū)易損性水平升級的原因。相反，溧水縣和高淳縣因其人口易損性低、經(jīng)濟密度低但水利設施密度高、植被覆蓋率高等原因，一直保持著低易損性水平。

(3)鑒于以上評判結(jié)論，南京市各縣區(qū)防治洪澇災害的重點也應該因地制宜。對于人口和經(jīng)濟密度較大的縣區(qū)(如城區(qū))，其防洪減災措施重點應放在人民生命和財產(chǎn)的保護方面;對于重要企業(yè)分布較多的區(qū)域(如棲霞區(qū))，可以在該區(qū)域的社會承災和災后恢復生產(chǎn)能力的加強上下功夫;而對于農(nóng)業(yè)比重較大的縣區(qū)(如高淳縣)，要加強該區(qū)域的農(nóng)田水利設施建設，增強對洪澇災害的減緩和適應能力。

［1］萬慶．洪水災害系統(tǒng)分析與評估［M］．北京:科學出版社，1999．

［2］高吉喜，中村武洋，潘英姿，等．洪水災害易損性評價—洞庭湖地區(qū)案例研究［M］．北京:中國環(huán)境科學出版社，2004．

［3］史培軍．再論災害研究的理論與實踐［J］．自然災害學報，1996，5(4):6-14．

［4］商彥蕊．自然災害綜合研究的新進展——脆弱性研究［J］．地域研究與開發(fā)，2006，19(2):73-77．

［5］P Blaikie，T Cannon，B Wisner．At Risk:Natural Hazards，People’s Vulnerability and Disasters［M］．London:Routledge，1994．

［6］Susan L Cutter，Jerry T Mitchell，Michael S Scott．Revealing the Vulnerability of People and Places:A Case Study of Georgetown County，South Carolina［J］．Annals of the Association of American Geographers，2000，90(4):713-737．

［7］Whittle R．Medd W．Deeming H．et al．After the Rain—learning the lessons from flood recovery in Hull［R］．Lancaster University，Lancaster UK．2010．

［8］郭躍．自然災害的社會易損性及其影響因素研究［J］．災害學，2010，25(1):84-88．

［9］陳磊，徐偉，周忻，等．自然災害社會脆弱性評估研究—以上海市為例［J］．災害學，2012，27(1):98-110．

［10］張海玉，程先富，馬武．洪澇災害經(jīng)濟易損性模糊評價—以安徽沿長江地區(qū)為例［J］．災害學，2010，25(1):30-34．

［11］王根芳．農(nóng)業(yè)洪災易損性的多層次模糊綜合評估模型［J］．統(tǒng)計與決策，2010(8):67-69．

［12］田玉剛，覃東華，杜淵會．洞庭湖地區(qū)洪水災害風險評估［J］．災害學，2011，26(3):56-60．

［13］南京市統(tǒng)計局．南京統(tǒng)計年鑒2001［M］．北京:中國統(tǒng)計出版社，2001．

［14］南京市統(tǒng)計局．南京統(tǒng)計年鑒2011［M］．南京:鳳凰出版社，2011．