自然災(zāi)害風(fēng)險評估綜述

李大衛(wèi)LI Da-wei；石樹中SHI Shu-zhong；楊福平Y(jié)ANG Fu-ping；周新民ZHOU Xin-min

（①浙江省地震災(zāi)害防御中心，杭州 310013；②浙江省工程地震研究所，杭州 310013）

（①Earthquake Disaster Prevention Center of Zhejiang Province，Hangzhou 310013，China；②Earthquake Engineering Research Institute of Zhejiang Province，Hangzhou 310013，China）

0 引言

人類自誕生以來，一直飽受自然災(zāi)害的侵襲，尤其是近些年來，隨著經(jīng)濟社會的蓬勃發(fā)展，地震、海嘯、臺風(fēng)、干旱等自然災(zāi)害對人類社會造成損失也愈發(fā)巨大。

在此背景下，為應(yīng)對自然災(zāi)害的嚴重威脅，防災(zāi)減災(zāi)的理念、手段不斷更新和豐富，自然災(zāi)害風(fēng)險管理應(yīng)運而生，并在理論和實踐上取得了一定進展[1]。伴隨著20 世紀災(zāi)害研究和保險業(yè)迅猛發(fā)展，國外自然災(zāi)害風(fēng)險評估研究逐漸起步，早期研究主要針對工程項目，突出災(zāi)害發(fā)生的可能性研究；到20 世紀后半葉，隨著研究的深入，越來越多地與社會經(jīng)濟條件分析緊密結(jié)合，災(zāi)害風(fēng)險評價也由定性的評價逐漸轉(zhuǎn)入定量或半定量的評價。而國內(nèi)該項研究起步較晚，在20 世紀90 年代參與“國際減災(zāi)十年”活動以來，自然災(zāi)害風(fēng)險評估才得到了應(yīng)有的重視，在地震、地礦、氣象、農(nóng)林、水利等領(lǐng)域展開，并開始不斷涌現(xiàn)出研究成果。

近年來國內(nèi)外的災(zāi)害管理與減災(zāi)實踐表明：人類在無法控制自然災(zāi)害發(fā)生甚至還不能完全準確地對自然災(zāi)害進行預(yù)報和預(yù)警的條件下，運用對自然災(zāi)害風(fēng)險的評估，了解不同尺度下的自然災(zāi)害風(fēng)險分布，辨識高風(fēng)險區(qū)，不但可以為各級政府更為有效地指導(dǎo)防災(zāi)與備災(zāi)工作，進而減少災(zāi)害損失提供科學(xué)的依據(jù)；而且還可以更為有效地對自然災(zāi)害的發(fā)生進行早期預(yù)警，進而更為明確地指導(dǎo)各級政府的抗災(zāi)和救災(zāi)工作；同時對于各級政府編制、完善與實施自然災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，增強對自然災(zāi)害的應(yīng)急管理能力，提高對自然災(zāi)害應(yīng)急救助管理的科學(xué)性等，也具有極為重要的意義。

1 自然災(zāi)害風(fēng)險的定義

“風(fēng)險”一詞起源于保險業(yè)，包含有多種含義，最常用的含義有兩種：一種是指某個客體遭受某種傷害、損失、毀滅或不利影響的可能性，二是指某種可能發(fā)生的危害[2]。因此，自然災(zāi)害風(fēng)險也包括兩種含義：一是不同程度自然災(zāi)害發(fā)生的可能性，二是自然災(zāi)害給人類社會可能帶來的危害。

近些年有學(xué)者對自然災(zāi)害風(fēng)險概念進行了新的討論。黃崇福[3]對目前國際上較有影響的災(zāi)害風(fēng)險定義歸為三類：①概率類定義[4]。②期望損失類定義[5]。③概念公式類定義[6]。并指出此三類風(fēng)險定義均不能或無法表達風(fēng)險的內(nèi)涵，又進而提出了以情景為基礎(chǔ)的自然災(zāi)害風(fēng)險的定義，即自然災(zāi)害風(fēng)險是一種未來不利事件的情景，而該情景是由自然事件或力量為主因所導(dǎo)致的。倪長健[1]認為該定義仍有未能充分揭示自然災(zāi)害風(fēng)險和自然災(zāi)害系統(tǒng)之間的關(guān)系、未能充分表征自然災(zāi)害風(fēng)險的基本內(nèi)涵、不便于為定量風(fēng)險評估提供明確依據(jù)等不足之處，并提出了自然災(zāi)害風(fēng)險的新定義：自然災(zāi)害風(fēng)險是由自然災(zāi)害系統(tǒng)自身演化而導(dǎo)致未來損失的不確定性。

總體上講，災(zāi)害風(fēng)險評估是一項在災(zāi)害危險性、災(zāi)害危害性、災(zāi)害預(yù)測、社會承載體脆弱性、減災(zāi)能力分析及相關(guān)的不確定研究的基礎(chǔ)上進行的多因子分析工作。自然災(zāi)害風(fēng)險評估常常存在在實例分析時存在界定不清、集成模式濫用等諸多問題，而其理論基礎(chǔ)至今仍比較薄弱是導(dǎo)致以上現(xiàn)象的主因[7]。要想找到科學(xué)有效的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法，就必須對自然災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其作用機制有清晰的認識和把握。

2 自然災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)要素和風(fēng)險形成機理

自然災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)主要由承災(zāi)體、孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子等要素組成。承災(zāi)體系自然災(zāi)害系統(tǒng)的社會經(jīng)濟主體要素，是指人類及其活動所組成的社會經(jīng)濟系統(tǒng)。承災(zāi)體受致災(zāi)因子的破壞后會產(chǎn)生一定的損失，災(zāi)情即是其損失值的大小，而之所以會有損失，根本原因是承災(zāi)體有其核心屬性——價值性。通常脆弱性是指承災(zāi)體對致災(zāi)因子的打擊的反應(yīng)和承受能力，但學(xué)術(shù)界目前對于脆弱性的認識并不統(tǒng)一。孕災(zāi)環(huán)境主要包括自然環(huán)境與人文環(huán)境，位于地球表層，是由大氣圈、水圈、巖石圈等自然要素所構(gòu)成的系統(tǒng)。孕災(zāi)環(huán)境時時刻刻都在進行著物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，當轉(zhuǎn)化達到一定條件時會對人類社會環(huán)境造成一定影響，稱之為災(zāi)變，這種災(zāi)變即為致災(zāi)因子，基于致災(zāi)因子的相關(guān)研究稱之為風(fēng)險的危險性分析，故危險性其實是表達了致災(zāi)因子的強度、頻率等因素，比較有代表性的是地震安全性評價，在對孕災(zāi)環(huán)境和歷史災(zāi)情的分析研究后以超越概率的形式給出地表加速度來表達某一地區(qū)或某一場地的致災(zāi)因子危險性。相比于孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體之間的復(fù)雜關(guān)系，影響致災(zāi)因子的危險性大小的來源相對單一，完全由孕災(zāi)環(huán)境決定。

因此，由孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、致災(zāi)因子等要素組成的自然災(zāi)害系統(tǒng)，是一個相互作用的有機整體，揭示的是人類社會與自然的相互關(guān)系，承災(zāi)體可以影響孕災(zāi)環(huán)境，孕災(zāi)環(huán)境通過致災(zāi)因子影響承災(zāi)體，三者不僅存在因果關(guān)聯(lián)，在時間、空間上也相互關(guān)聯(lián)，密不可分。

而關(guān)于自然災(zāi)害風(fēng)險機理的表達，20 世紀90 年代以來，1989 年Maskrcy 提出自然災(zāi)害風(fēng)險是危險性與易損性之代數(shù)和[8]；1991 年聯(lián)合國提出自然災(zāi)害風(fēng)險是危險性與易損性之乘積，此觀點的認同度較高，并有廣泛的運用；Okada 等認為自然災(zāi)害風(fēng)險是由危險性、暴露性和脆弱性這三個因素相互作用形成的[9]；張繼權(quán)等則認為：自然災(zāi)害風(fēng)險度=危險性×暴露性×脆弱性×防災(zāi)減災(zāi)能力，該觀點亦被引入近年的多種災(zāi)害風(fēng)險評估[10]。史培軍等則給出了更具地理色彩的另一種“三因素”表達，認為自然災(zāi)害是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體三者綜合作用的結(jié)果，并將災(zāi)害風(fēng)險評估劃分為狹義與廣義兩種，前者主要針對致災(zāi)因子，而后者則是針對“三因素”的綜合評估[11]；在“三因素”基礎(chǔ)上，陳香等添加了防災(zāi)能力因素，并據(jù)此構(gòu)建了臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險評估指數(shù)模型以評估福建省臺風(fēng)災(zāi)害系統(tǒng)之風(fēng)險[12]。此外，還有一些研究認為，并不需要對風(fēng)險評估的內(nèi)涵做明確界定和劃分，而直接研究自然災(zāi)害的影響因子，并以此來構(gòu)建綜合風(fēng)險評估的機理表達式[13，14]。

自然災(zāi)害的發(fā)生實質(zhì)是地球系統(tǒng)自然環(huán)境變化作用于人類社會的結(jié)果，其中自然因素和人類社會都起著重要的影響，兩者相互影響和制約。因此，自然災(zāi)害具有自然和社會的雙重屬性[15]，其危害程度取決于自然因素的變異程度和人類社會承受或適應(yīng)自然環(huán)境變化能力大小兩方面。因此，自然災(zāi)害系統(tǒng)以孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體為主體，以承災(zāi)體價值性損失和致災(zāi)因子破壞之間復(fù)雜的作用和響應(yīng)關(guān)系為作用機制，是一個涉及多種反饋關(guān)系的復(fù)雜系統(tǒng)，而災(zāi)情則為該作用機制下的演化結(jié)果，系統(tǒng)內(nèi)因素的演化和作用實質(zhì)反映的是人地關(guān)系[16]。

通俗的說，自然災(zāi)害風(fēng)險的形成機制，其實是一個人類社會與自然環(huán)境相互作用的機制，即：人類社會（承災(zāi)體）影響孕災(zāi)環(huán)境，而孕災(zāi)環(huán)境通過致災(zāi)因子影響承災(zāi)體的相互過程。致災(zāi)因子的危險性是由孕災(zāi)環(huán)境的穩(wěn)定性所決定的，而致災(zāi)因子對承災(zāi)體的影響程度由承災(zāi)體自身的脆弱性決定。因此，承災(zāi)體的脆弱性和致災(zāi)因子的危險性成為自然災(zāi)害風(fēng)險評估中最為核心的因素，從某種程度上說，對于脆弱性、危險性的認識，決定了對于災(zāi)害風(fēng)險形成機制的認識。

3 數(shù)學(xué)方法在災(zāi)害風(fēng)險評估中的應(yīng)用

國內(nèi)外學(xué)者對風(fēng)險評估中使用的數(shù)學(xué)方法做過系統(tǒng)的總結(jié)。張繼權(quán)[10]等曾對國內(nèi)外氣象災(zāi)害風(fēng)險評價的數(shù)學(xué)方法做了較系統(tǒng)的總結(jié)，葛全勝等[17]亦對自然災(zāi)害致險程度、承災(zāi)體脆弱性及自然災(zāi)害風(fēng)險損失度等方面的評估方法做過評述。

盡管這些方法因針對的災(zāi)種不同而不盡相同（如用于地震災(zāi)害的超越強度評估法、構(gòu)造成因評估法等，用于洪災(zāi)的水文水力學(xué)模型法、古洪水調(diào)查法等），但總體而言，數(shù)學(xué)方法應(yīng)用及風(fēng)險定量化表達已成趨勢：

①概率統(tǒng)計：以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮自然災(zāi)害的隨機性，估計災(zāi)害發(fā)生的概率，應(yīng)用多種統(tǒng)計方法（極大似然估計、經(jīng)驗貝葉斯估計、直方圖估計等）擬合概率分布函數(shù)。由于小樣本分析結(jié)果穩(wěn)定不好，為避免與實際相差過大，故要求歷史樣本容量較大，常應(yīng)用于臺風(fēng)、暴雨、洪災(zāi)、泥石流、地震等災(zāi)害的風(fēng)險評估。

②模糊數(shù)學(xué)：以社會經(jīng)濟統(tǒng)計、歷史災(zāi)情、自然地理等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，從模糊關(guān)系原理出發(fā)，構(gòu)造等級模糊子集（隸屬度），將一些邊界不清而不易定量的因素定量化并進行綜合評價，利用模糊變換原理綜合各指標，能較好地分析模糊不確定性問題。該方法在多指標綜合評價實踐中應(yīng)用較為廣泛，但在確定評定因子及隸屬函數(shù)形式等方面具一定的主觀性，現(xiàn)主要應(yīng)用于綜合氣象災(zāi)害、洪災(zāi)、泥石流、地震、綜合地質(zhì)災(zāi)害等等風(fēng)險評估。

③基于信息擴散理論：以歷史災(zāi)情、自然地理、社會經(jīng)濟統(tǒng)計等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，是一種基于樣本信息優(yōu)化利用并對樣本集值化的模糊數(shù)學(xué)方法，遵循信息守恒原則，將單個樣本信息擴散至整個樣本空間。該方法簡單易行，分析結(jié)果意義清楚，雖然近年來受到較多學(xué)者推崇和研究，但對擴散函數(shù)的形式及適用條件、擴散系數(shù)的確定等尚待進一步探討。該方法已有運用于低溫冷害、臺風(fēng)、暴雨、洪災(zāi)、旱災(zāi)、地震、火災(zāi)等災(zāi)害的風(fēng)險評估。

④層次分析：該方法來源于決策學(xué)，是一種將定性分析與定量分析結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，以歷史災(zāi)情、社會經(jīng)濟統(tǒng)計、自然條件等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。它利用相關(guān)領(lǐng)域多為專家的經(jīng)驗，通過對諸因子的兩兩比較、判斷、賦值而得到一個判斷矩陣，計算得到各因子的權(quán)值并進行一致性檢驗，為評估模型的確定提供依據(jù)。該方法系統(tǒng)性強、思路清晰且所需定量數(shù)據(jù)較少，對問題本質(zhì)分析得較透徹，操作性強。該方法已經(jīng)應(yīng)用于綜合地質(zhì)災(zāi)害、洪災(zāi)、滑坡、草原火災(zāi)等災(zāi)害的風(fēng)險評估中。

⑤灰色系統(tǒng)：以歷史災(zāi)情、自然地理等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用灰色聚類法劃分災(zāi)害風(fēng)險等級。算法思路清晰，過程簡便快捷而易于程序化，但爭議較大，故在國外研究中運用較少，在國內(nèi)綜合地質(zhì)災(zāi)害、風(fēng)暴潮、洪災(zāi)等災(zāi)害的風(fēng)險評估中有所應(yīng)用。

⑥人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：以歷史災(zāi)情、自然地理、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。選定典型評估單元（訓(xùn)練樣本），將經(jīng)過處理后的風(fēng)險影響因子的數(shù)值作為輸入，通過訓(xùn)練獲得權(quán)值和閥值作為標桿；然后將其余單元的數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行仿真，進而獲得各個單元的風(fēng)險度。其特點和優(yōu)勢是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動，可較好地避免評估過程中主觀性引起的誤差，但因收斂速度對學(xué)習(xí)速率的影響會導(dǎo)致訓(xùn)練結(jié)果存在差異，且其“黑匣子”般的訓(xùn)練過程難以清楚解釋系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)的作用關(guān)系。該方法目前已經(jīng)應(yīng)用于洪災(zāi)、泥石流、雪災(zāi)、地震、綜合地質(zhì)災(zāi)害等災(zāi)害的風(fēng)險評估工作中。

⑦加權(quán)綜合評價：同樣以社會經(jīng)濟統(tǒng)計、歷史災(zāi)情、自然環(huán)境等數(shù)據(jù)，對影響自然災(zāi)害風(fēng)險的因子進行分析，從而確定它們權(quán)重，以加權(quán)的、量化指標的指標進行綜合評估。該方法簡單易行，在技術(shù)、決策或方案進行綜合評價和優(yōu)選工作中有廣泛運用，但需指標賦權(quán)的主觀性仍是難以回避的問題。該方法目前應(yīng)用于臺風(fēng)、暴雨、洪災(zāi)、綜合地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)災(zāi)害、草原火災(zāi)等自然災(zāi)害風(fēng)險評估工作中。（以上幾種方法的綜合比較參考葉金玉等總結(jié)[18]）

各種數(shù)學(xué)工具的引入不僅為自然災(zāi)害評估方法注入了新的活力，同時也讓人看到各具特色的數(shù)學(xué)方法是對應(yīng)著不同的自然災(zāi)害種類，這也是一種提示：針對不同的自然災(zāi)害可以且應(yīng)當有不盡相同的評估方法和研究途徑，但這并不影響自然災(zāi)害風(fēng)險評估走向定量化的步伐。

4 多災(zāi)種綜合風(fēng)險評估

簡單的說，自然災(zāi)害具有群發(fā)鏈發(fā)的特點，單一一種自然災(zāi)害往往伴隨或者引發(fā)其他伴生（或次生）的災(zāi)害，對災(zāi)害鏈的研究，馬宗晉等組成的研究小組曾給予高度的關(guān)注[18，19]，史培軍將其定義為某一種致災(zāi)因子或正態(tài)環(huán)境變化引起的一系列災(zāi)害現(xiàn)象，并將其劃分為群發(fā)災(zāi)害鏈與并發(fā)災(zāi)害鏈兩種[20]，而群發(fā)的災(zāi)害或災(zāi)害鏈所引發(fā)的災(zāi)情必然是幾種不同災(zāi)害與承災(zāi)體脆弱性共同作用所產(chǎn)生的結(jié)果，同時，還需認識到，不同自然災(zāi)害之間相互也會產(chǎn)生一定的影響，因此，對于這樣的情況做單一災(zāi)種自然災(zāi)害風(fēng)險評估顯然是不合適的，自然災(zāi)害綜合風(fēng)險的評估就顯得更有現(xiàn)實意義。

綜合自然災(zāi)害評估是風(fēng)險和災(zāi)害領(lǐng)域的研究熱點和難點，直到21 世紀，學(xué)術(shù)界的研究方向才逐漸轉(zhuǎn)向多災(zāi)種的風(fēng)險評估。高慶華等[21]認為，自然災(zāi)害綜合風(fēng)險評估是在各單類災(zāi)害風(fēng)險評估基礎(chǔ)上進行的，它的內(nèi)容與單類災(zāi)害風(fēng)險分析基本一致，所以采用的調(diào)查、統(tǒng)計、評估方法與單類災(zāi)害風(fēng)險評估中用的方法基本相同，與單類災(zāi)害風(fēng)險評估的根本區(qū)別是把動力來源不同、特征各異的多種自然災(zāi)害放到一個系統(tǒng)中進行綜合而系統(tǒng)的評價，以此來反映綜合風(fēng)險程度；Joseph 和Donald[22]基于田間損失分布，提出以年總損失的超越概率來表示綜合風(fēng)險；而薛曄等卻認為，在復(fù)雜的災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)中各個風(fēng)險并非簡單相加，對目前基本是單一災(zāi)種的簡單相加的研究成果提出質(zhì)疑，認為其缺乏可靠性[23]，并以模糊近似推理理論為基礎(chǔ)，建立了多災(zāi)種風(fēng)險評估層次模型，對云南麗江地區(qū)的地震-洪水災(zāi)害風(fēng)險進行了綜合評估。

國內(nèi)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險評估研究成果不多，且模型也相對較簡單，更好的評估方法也還有待探索，有待更多數(shù)學(xué)方法的引入。此外，在建立評估模型的同時，也要考慮到自然災(zāi)害風(fēng)險的時空特性，即時間和空間上的分辨率，趙思健[24]認為，同任何事物一樣，風(fēng)險也存在著時空差異，不同的災(zāi)種在不同時間、空間尺度上評估的方法和內(nèi)容應(yīng)有所區(qū)別，這個問題直接影響到該評估的時間有效性和適用范圍。因此，由于在某一確定的評估方法下各單一災(zāi)種在同一時間空間尺度上的時間有效性并不一定一致，如何考慮這種不一致對評估結(jié)果所造成的影響是多災(zāi)種綜合風(fēng)險評估中亟待解決的難題之一。盡管有諸多問題困擾著多災(zāi)種自然災(zāi)害風(fēng)險評估的發(fā)展，但相比單一災(zāi)種的風(fēng)險評估，多災(zāi)種風(fēng)險評估更符合實際生活中災(zāi)害群發(fā)的特點，其發(fā)展是防災(zāi)減災(zāi)工作的現(xiàn)實需要，決定了多災(zāi)種風(fēng)險評估是風(fēng)險學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。

5 小結(jié)、展望

作為災(zāi)害科學(xué)的一個分支，史培軍認為，自然災(zāi)害風(fēng)險評估科劃分為廣義與狹義兩種理解，廣義的災(zāi)害風(fēng)險評估，是對災(zāi)害系統(tǒng)進行風(fēng)險評估，在對孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體分別進行風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上，而進行的風(fēng)險評估；狹義的風(fēng)險評估則主要是針對致災(zāi)因子進行風(fēng)險評估，通常是對致災(zāi)因子及可能造成的災(zāi)情之超越概率的估算[25]。顯然，根據(jù)上文自然災(zāi)害具有自然屬性和社會屬性的理解，狹義上的自然災(zāi)害風(fēng)險評估難以準確評估和表達自然災(zāi)害的內(nèi)涵和意義。

總的來說，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，自然災(zāi)害風(fēng)險評估從無到有，并逐漸發(fā)展至今有了可喜的進展，但在評估模型、自然災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)的作用機制和一些重要概念的認識等方面仍未達成完全共識，對于災(zāi)害系統(tǒng)中各要素的相互作用機制還有不同的理解，但是從綜合角度認識災(zāi)情、認識風(fēng)險形成機制的根源已經(jīng)成為共識。同時還應(yīng)看到，對于不同的自然災(zāi)害種類，其評估方法、數(shù)學(xué)工具也應(yīng)有所不同，但其定量化的發(fā)展目標卻是一致的；另一方面，盡管在一些方法上、理論上仍有一定的困擾，但更加貼近現(xiàn)實情況的自然災(zāi)害風(fēng)險綜合評估也是一個十分明顯的趨勢。

伴隨著越來越多的其他學(xué)科諸如數(shù)學(xué)、決策學(xué)方法的引進以及遙感、GIS 等技術(shù)的應(yīng)用和自身理論的不斷完善，相信其發(fā)展道路會越走越寬。自然災(zāi)害風(fēng)險評估研究作為自然災(zāi)害風(fēng)險管理的重要一環(huán)，它的發(fā)展和完善必將推動整個防災(zāi)減災(zāi)事業(yè)穩(wěn)步前進，進而指導(dǎo)城市建設(shè)、經(jīng)濟區(qū)塊的合理布局，為社會經(jīng)濟的安全、穩(wěn)定發(fā)展保駕護航。

[1]倪長健等.再論自然災(zāi)害風(fēng)險的定義[M].災(zāi)害學(xué)，2012，21（3）：1-5.

[2]劉燕華等.風(fēng)險管理——新世紀的挑戰(zhàn)[M].北京：氣象出版