沿海城市多災種耦合危險性評估的初步研究
——以福建泉州為例*

盧穎，侯云玥，郭良杰，趙云勝，陳連進

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)工程學院，湖北武漢，430074;2.泉州市城鄉(xiāng)規(guī)劃局，福建泉州，362000)

沿海城市多災種耦合危險性評估的初步研究
——以福建泉州為例*

盧穎1，侯云玥1，郭良杰1，趙云勝1，陳連進2

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)工程學院，湖北武漢，430074;2.泉州市城鄉(xiāng)規(guī)劃局，福建泉州，362000)

如何處理區(qū)域內(nèi)多災種之間的相互作用關(guān)系是當前多災種綜合風險評估研究的熱點和難點之一。在梳理沿海城市多災種之間相互作用關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出一種基于觸發(fā)關(guān)系的多災種耦合危險性評估方法。首先選取多指標建立單災種分級方案，計算單災種初始危險性指數(shù);然后構(gòu)建基于觸發(fā)關(guān)系的多災種耦合規(guī)則，結(jié)合GIS技術(shù)進行空間耦合，計算耦合后的危險性指數(shù);最后對耦合后的多災種危險性的綜合進行了探討。以福建省泉州市為例進行了案例研究，結(jié)果表明:該方法在多災種耦合危險性評估中具有可行性，為后續(xù)多脆弱性和多災種綜合風險的研究提供支持，為決策者進行科學風險管理提供依據(jù)。

多災種;觸發(fā)關(guān)系;危險性評估;沿海城市;GIS;福建泉州

受全球氣候變暖、海平面上升、人類工程活動等自然因素或人為因素的影響，沿海城市受多種災害的威脅越來越嚴重［1］。單災種風險評估已無法滿足城市綜合風險管理的要求，開展多災種綜合風險評估意義重大［2］。當區(qū)域內(nèi)受到多種災害共同作用時，由于災害之間存在發(fā)生時間、影響范圍、影響效果等耦合而呈現(xiàn)復雜關(guān)系，忽視這些關(guān)系可能會導致一些災害耦合的危險性沒有被捕捉到，而使得綜合風險評估的結(jié)果不準確［3-4］。因此，如何處理災害之間的復雜關(guān)系進行多災種綜合評估受到越來越多研究者的關(guān)注。

然而，由于災害系統(tǒng)的復雜性、非線性等特點，使得這項研究工作非常困難，目前國內(nèi)外還沒有哪一種多災種評估方法能夠系統(tǒng)或較為有效地考慮區(qū)域各災種之間的相互作用關(guān)系并在實際評估工作中予以實施［3-4］。大多數(shù)區(qū)域多災種評估方法仍然是忽略災害之間的相互作用關(guān)系而將單災種評估結(jié)果進行直接疊加或者賦權(quán)疊加［5-8］，或者是針對某一類具體的關(guān)系或案例進行探討，如地震觸發(fā)滑坡［9］，或者編制故障樹進行具體災害鏈分析［10］。只有少數(shù)文獻［8，11-12］嘗試運用GIS技術(shù)將區(qū)域內(nèi)存在相互作用的災害事件通過耦合模型進行關(guān)聯(lián)，但仍處于開拓和嘗試階段。

本文以福建省泉州市為例，梳理了沿海城市多災種之間的相互作用關(guān)系，嘗試在局地尺度單災種危險分級的基礎(chǔ)上，建立一種基于觸發(fā)關(guān)系的多災種耦合模型，并結(jié)合GIS技術(shù)，實現(xiàn)相關(guān)危險值的計算和可視化。

1 多災種及其相互作用關(guān)系

關(guān)于“多災種”(multi-hazard)的定義，目前國際上還沒有形成完全統(tǒng)一的認識。在理論上通常是指一個特定地區(qū)和特定時段內(nèi)，多種致災因子并存或并發(fā)的情況;在已有文獻中，也常用來表示與單災種相對的概念(more than one hazard)［3-4］。通常區(qū)域內(nèi)多災種風險由致災因子的危險性H和承災體的脆弱性V(暴露度也被歸納為脆弱性因素)所確定［3-4，12］，因此對多災種危險性進行評估是實現(xiàn)多災種綜合風險評估的基礎(chǔ)。

關(guān)于多災種之間的相互作用關(guān)系，亦沒有統(tǒng)一術(shù)語，較常見的表述有觸發(fā)關(guān)系［2，10，12］、耦合關(guān)

系［8，10］、級聯(lián)效應［13］、災害鏈［14］、多米諾效應［12］等。Westen［12］等認為環(huán)境因素(如地形、地貌、地質(zhì))或人為因素(如工程建設(shè)、地下水開采)雖然對某一災害現(xiàn)象的發(fā)生有貢獻作用，但是它們并不直接觸發(fā)次生災害，屬于貢獻因素;只有地球物理起源(地震、火山噴發(fā))或氣象起源的災害現(xiàn)象被認為是初始的觸發(fā)事件。本文參考其研究，從觸發(fā)關(guān)系的角度來梳理沿海城市多災種之間的相互作用關(guān)系，如圖1所示。

圖1 沿海城市多災種及其相互作用關(guān)系

由圖1可知，在同一區(qū)域，災害之間關(guān)系復雜。這些關(guān)系可以大致歸為三類［12］:

(1)觸發(fā)關(guān)系(不包括災害鏈)。某一種或多種災害可以被另一種災害觸發(fā);觸發(fā)與被觸發(fā)的災害在時間上幾乎同時發(fā)生，在空間上耦合。如地震觸發(fā)滑坡［9］，降雨觸發(fā)滑坡等［13］。

(2)緩變型耦合關(guān)系(不包括觸發(fā)關(guān)系)。某一種災害的發(fā)生改變了另外一種災害的孕災環(huán)境，進而改變了其發(fā)生的概率;在時間上災害的發(fā)生存在一定的時間間隔，在空間上耦合。典型的案例是森林火災改變了泥石流的孕災環(huán)境［15］。

(3)災害鏈(多米諾效應也屬于此類)。這是一種更為復雜的關(guān)系，也更切合實際。一個災害鏈可以包含多層觸發(fā)關(guān)系或緩變型耦合關(guān)系?？紤]觸發(fā)關(guān)系或緩變型耦合關(guān)系的評估是目前多災種評估領(lǐng)域研究的難點，基于災害鏈的評估依然處于理論研究階段，也沒有較成熟的實施案例。一個可能的解決方案是從(1)、(2)類關(guān)系入手，逐步實現(xiàn)災害鏈的風險評估。

2 基于觸發(fā)關(guān)系的多災種耦合危險性評估

2.1 單災種危險性分級

單災種危險性分級是進行多災種綜合評估的基礎(chǔ)。而現(xiàn)有的多災種評估往往對每一災種選取一個指標進行分級，且大多處于區(qū)域水平，以行政單位為評價單元，評估結(jié)果適用于區(qū)域宏觀策略的制定而無法為城市內(nèi)部的風險防范提供更為具體的指導。因此，如果局地尺度的指標可以被選取，則可以跳出行政單元的限制而將同類危險區(qū)識別為同一危險級別，評估結(jié)果會更為精細。當然，如果基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更為詳盡，則可以進行詳?shù)爻叨鹊脑u估，精確計算各致災因子的危險性和詳細的易損性，獲得絕對風險值。

對沿海城市的多災種危險性評估，在局地尺度進行。按照指標權(quán)重法，建立半定量的危險性分級框架，將研究區(qū)內(nèi)各單災種的潛在危險性分為五個等級，步驟如下。

(1)根據(jù)不同的災害屬性及數(shù)據(jù)的可提供性，選取區(qū)域尺度和/或局地尺度的多種指標表征研究區(qū)內(nèi)單災種的潛在危險性。假設(shè)共有m種災害，第i種災害有n個因素被選取來表征其危險性，災害i的第j個因素被記為Fij。

(2)制定各指標危險性分級標準，指標Fij的危險性大小用指數(shù)Qij表示，其中非常低(0≤Qij＜1)，低(1≤Qij＜2)，中(2≤Qij＜3)、高(3≤Qij＜4)，非常高(4≤Qij≤5)。

(3)確定各指標權(quán)重。指標Fij的權(quán)重記為ωij。

(4)對每一個評價單元，災害i初始的潛在危險性指數(shù)用Hi表示，其計算如式(1)所示:

(5)將潛在的危險性指數(shù)轉(zhuǎn)換為危險性等級，轉(zhuǎn)換規(guī)則如表1所示。

表1 潛在的危險性指數(shù)與危險等級的對應關(guān)系

2.2 基于觸發(fā)關(guān)系的多災種耦合模型

2.2.1 設(shè)定耦合規(guī)則

在單災種評估的基礎(chǔ)上進行觸發(fā)關(guān)系的分析。若某一事件為被觸發(fā)事件，則表明其初始的危險指數(shù)Hi不能完全反映其危險性，它需要根據(jù)觸發(fā)關(guān)系進行相應調(diào)整。在此引入變量ΔHi來表征初始危險性指數(shù)的改變量。

建立觸發(fā)關(guān)系的耦合規(guī)則如表2所示，設(shè)定在觸發(fā)事件初始危險性等級為中、高、非常高的區(qū)域，對應的被觸發(fā)事件的初始危險性指數(shù)增量分別為0.3，0.6，1;在觸發(fā)事件危險性為低和非常低的區(qū)域，認為其不足以觸發(fā)次生災害。對于不被觸發(fā)的事件，也記其ΔHi=0。

進行耦合分析后得到新的危險指數(shù)Hi'，其計算如式(2)所示。Hi'與危險性等級的對應關(guān)系與初始危險性指數(shù)相同(表1)，唯一不同的是Hi'可能大于5，此時認為其危險性仍屬于非常高，記為Hi'=5。

表2 觸發(fā)關(guān)系的多災種耦合規(guī)則

2.2.2 耦合模型的限制及拓展

耦合模型的建立及實現(xiàn)是多災種相互作用研究的難點。由于時間信息和相關(guān)案例信息的缺失，建立耦合規(guī)則并結(jié)合GIS技術(shù)進行模型實現(xiàn)是當前首選的處理方式。國內(nèi)外有兩份相關(guān)研究采用了類似的方法:蓋程程［8］等建立假定的耦合規(guī)則對北京市多災種進行了綜合風險評估，但是耦合規(guī)則的建立沒有考慮次生災害的強度。Westen［12］提出一種耦合規(guī)則來處理巴薩羅那地區(qū)重力成因災害之間的關(guān)系，但是仍處于嘗試階段，且未考慮其他類型的災害。

通過觸發(fā)過程的分析，可以捕捉災害之間可能被忽略的危險性，但由于未考慮觸發(fā)事件發(fā)生的時間概率，在建立耦合規(guī)則時還要防止這種危險性被過分放大。蓋程程［8］等對被觸發(fā)事件的危險性進行不斷累加，可以得出很高的危險性等級，因而其沒有使用這些累加的危險性等級進行綜合風險評估; Westen［12］也發(fā)現(xiàn)，通過其設(shè)定的耦合規(guī)則進行模擬，很多未被期待發(fā)生反應的區(qū)域危險性都提高了。針對這一問題，目前還沒有較好的解決方法，只能根據(jù)已有案例或?qū)＜医?jīng)驗進行修正。

本文采用一些方法來降低這種被過分放大的危險，如選取區(qū)域指標和局地指標來表征單災種危險性、對Qij的取值可考慮各指標的連續(xù)性或離散性、針對不同危險等級設(shè)定不同的耦合增量等，在實踐過程中，還可以考慮針對不同的觸發(fā)過程及相關(guān)觸發(fā)案例對ΔHi進行修正。

2.3 多災種危險性/風險的綜合

基于觸發(fā)關(guān)系的多災種綜合也是一個需要探討的問題，哪些災害需要優(yōu)先考慮或者每種災害都同樣需要重視，這依賴于不同的評估目的及不同的災害屬性。

一方面，為了確定研究區(qū)內(nèi)多災種可能產(chǎn)生的最大危險性，可以采取“取最大值原則”，即對每一評價單元內(nèi)需要比較的災種，其潛在的綜合危險性H={Max/Hi'};最終的綜合風險則可以從單災種風險結(jié)果的綜合［4］入手，如式(3)所示。

另一方面，從風險要素綜合［4］的角度，綜合危險性: H=∑Hi'Wi，此處Wi為各單災種對綜合危險性的貢獻權(quán)重;最終的綜合風險則可用式(4)表示。

表3 研究區(qū)內(nèi)單災種分級方案

3 案例研究

3.1 研究區(qū)概況

福建省泉州市是中國東南沿海重要的商貿(mào)港口城市，地處東南沿海斷裂帶中段，屬亞熱帶海洋性季風氣候，各種地質(zhì)災害、氣象災害、海岸帶災害發(fā)育齊全。本文以泉州市規(guī)劃的中心城區(qū)為研究區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研、相關(guān)文獻、專家意見等，選取對其城市發(fā)展威脅較大的6種災害進行危險性評估，包括地震、地面沉降、滑坡、崩塌、暴雨、海水入侵。

3.2 單災種危險性分級

根據(jù)本文2.1節(jié)中單災種分級方法，對這6種災害選取指標，制定分級方案如表3所示。結(jié)合GIS技術(shù)，按照式(1)完成各災種初始危險性的計算，生成潛在的單災種危險性圖。以滑坡為例進行圖件展示，如圖2(a)所示。

3.3 多災種耦合分析

參考本文圖1，對研究區(qū)內(nèi)存在觸發(fā)關(guān)系的事件進行統(tǒng)計:地球物理起源的觸發(fā)事件為地震，可能觸發(fā)地面沉降、滑坡或崩塌;氣象起源的觸發(fā)事件為暴雨，可能觸發(fā)滑坡或崩塌。

結(jié)合GIS技術(shù)，按照表2中的耦合規(guī)則，對被觸發(fā)事件的危險指數(shù)(Hi)進行更新，依據(jù)式(2)得到新的危險指數(shù)(H'i)，并生成新的潛在危險性圖。以滑坡為例進行圖件展示，如圖2(b)所示。

3.4 多災種綜合危險性

根據(jù)決策者、利益相關(guān)者及專家意見，采用AHP法對各災種賦權(quán)重，按照前述H=∑Hi'Wi計算綜合危險性指數(shù)H并對其進行重分類，生成研究區(qū)多災種綜合危險性分布圖，如圖3所示。

由圖3可知，研究區(qū)6種災害綜合危險性非常高的區(qū)域覆蓋面積極少，主要分布在河市鎮(zhèn)南部，經(jīng)調(diào)查，該地區(qū)存在一個大型不穩(wěn)定滑坡及崩塌隱患點，且在耦合分析時由暴雨和地震引發(fā)觸發(fā)增量，因而綜合危險性非常高;相對高危險區(qū)則主要分布在湄洲灣沿岸泉港區(qū)等地及泉州灣晉江入?？谔帲罢咧饕獊碓从跐撛诘谋┯昙昂Ｋ肭譃暮?，后者則來源于潛在的地震威脅及其觸發(fā)的地面沉降災害;相對中危險區(qū)則在凈峰鎮(zhèn)、張坂鎮(zhèn)南都及鯉城區(qū)等處均有分布;大部分區(qū)域處于相對低危險區(qū)。

由于承災體對不同災種呈現(xiàn)不同的脆弱性，本文的下一步工作擬在耦合分析的基礎(chǔ)上進行多脆弱性研究，進而按照式(3)求得綜合風險值，為泉州市綜合風險管理提供依據(jù)。

圖2 多災種耦合分析中間成果舉例

圖3 研究區(qū)多災種綜合危險性分布圖

4 結(jié)論

(1)選取多指標對單災種潛在的危險性進行分級，指標的選取需兼顧數(shù)據(jù)的可提供性和代表性，隨著單災種研究的深入，借助于計算機的二維或三維模型模擬結(jié)果也可以作為指標為危險性分級提供依據(jù)。

(2)在單災種分級的基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于觸發(fā)關(guān)系的耦合模型，該模型針對觸發(fā)事件的危險性等級設(shè)定不同的次生災害危險性指數(shù)增量，且便于結(jié)合GIS技術(shù)進行應用，進而實現(xiàn)多災種耦合綜合危險/風險的可視化，具有極大的可拓性和應用潛力，可為相關(guān)研究提供參考。

(3)災害之間的關(guān)系錯綜復雜，國內(nèi)外學者對這一問題的研究都還處于開拓和嘗試階段。本文對觸發(fā)關(guān)系進行了嘗試性研究，模型的建立側(cè)重于多災種之間的空間關(guān)聯(lián)性，得到的等級值仍然是相對危險值。對于更復雜的關(guān)系(如災害鏈)，及絕對風險評估，還有待進一步研究。

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Prelim inary Study on Integrated Assessment for M ulti-hazard of Coastal City:Case Study of Quanzhou，F(xiàn)ujian Province

Lu Ying1，Hou Yunyue1，Guo Liangjie1，Zhao Yunsheng1and Chen Lianjin2
(1．Engineering Faculty，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China; 2．Quanzhou Urban and Rural Planning Bureau，Quanzhou 362000，China)

In recent years，more andmore attention has been paid onmulti-hazard assessment.However，the analysis of intricate relations amongmultiple hazards is still in the early stages of development.On the basis of identification of relations among multiple hazards in the environment of coastal city，an integrated assessment approach formulti-hazard is developed.First，an indicator-based approach is used to calculate the initial hazard index of each hazard.Second，a GIS-based triggering-triggered model is established tomodify the initial index.Third，two ways are discussed to generate integrated multi-hazard map according to the updated hazard index.Themethod is then applied to Qauanzhou City.The application shows that themethod is feasible in the assessmentof integrated multi-hazard，which can be used as a supporting tool for the on-going research ofmulti-hazard risk assessment.Besides，the obtained results，the integrated hazardmap alongwith a series of single hazard maps，can provide scientific evidence for the local risk management.

multiple hazards;triggering impact;hazard assessment;coastal city;GIS;Quanzhou City of Fujian Province

X43

A

1000-811X(2015)01-0211-06

10.3969/j.issn.1000-811X.2015.01.039

盧穎，侯云玥，郭良杰，等.沿海城市多災種耦合危險性評估的初步研究——以福建泉州為例［J］.災害學，2015，30(1): 211-216.［Lu Ying，Hou Yunyue，Guo Liangjie，etal.Preliminary Study on Integrated Assessment for Multi-hazard of Coastal City: Case Study of Quanzhou，F(xiàn)ujian Province［J］.Journal of Catastrophology，2015，30(1):211-216.］

2014-08-04

2014-09-23

國土資源部公益性行業(yè)科研專項基金(201211039-4)

盧穎(1986-)，女，湖北鐘祥人，博士研究生，主要從事城市公共安全研究.E-mail:luyingloveac@163.com

趙云勝(1956-)，男，湖南邵陽人，博士，教授、博士生導師，從事城市公共安全、工業(yè)災害風險評估與控制等方向的研究.E-mail:yshzhao@cug.edu.cn