基于AHP-PCA模型的安寧市森林火災社會脆弱性評價

龍騰騰 高仲亮 劉岳峰 黃銘栩 王秋華

(西南林業(yè)大學消防學院，云南省森林災害預警與控制重點實驗室，云南 昆明 650024)

災害學理論認為自然災害是自然界與社會經濟系統(tǒng)相互作用的產物，是致災因子、孕災環(huán)境和承災體脆弱性綜合作用結果，致災因子是災害形成的直接影響因素，脆弱性是災害形成的根本原因[1]。在災害強度一定的情況下，災情隨脆弱性的增強而擴大。目前，學者更多聚焦災害的自然脆弱性或物理脆弱性，極少關注災害的社會脆弱性。隨著人類對自然災害研究的不斷深入，社會脆弱性已成為自然災害研究的熱點領域[2]。

森林火災作為當今世界發(fā)生面廣、危害性大、時效性強、處置救助難的自然災害[3]，不僅毀壞森林資源、破壞自然環(huán)境，還造成巨大的生命和財產損失[4]。目前，森林火災風險研究已經開始考慮社會因素，但大多都只是進行定性或單一因子的定量分析，綜合考慮多種社會因子的定量分析還處于空白。關于森林火災的研究主要集中在以下方面。田曉瑞等[5]對1987—2010年中國森林火災風險進行分析，風險高的區(qū)域主要分布在東北大興安嶺和長白山地區(qū)、西南的云南大部分區(qū)域和南方零散分布的區(qū)域，發(fā)生森林火災可能性高的區(qū)域主要分布在東北和西南林區(qū)；蘇立娟等[6]通過對1950—2010年森林火災風險分析得知，云南省火災發(fā)生次數(shù)最多，火場面積在全國位居前列，屬于受災程度較重省份；楊光等[7]通過對2000—2012年全國森林火災人員傷亡特征分布情況得知，云南省傷亡人數(shù)最多，屬于傷亡重災省份；何雨岑等[8]對云南省林火時空動態(tài)和分布規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，滇中地區(qū)的昆明市火災發(fā)生次數(shù)多、受害森林面積大并且分布大面積的以云南松 (Pinusyunnanensis)、華山松 (P.armandi) 為代表的易燃植被；王秋華等[9]對滇中地區(qū)地盤松 (P.yunnanensisvar.pygmaea) 林凋落物燃燒特征進行了分析。對云南省滇中地區(qū)森林火災的影響因素研究已有所開展，但對于社會經濟與森林火災之間關系的研究尚未見報道。本研究基于社會經濟視角，選取云南省滇中地區(qū)森林火災頻發(fā)的重災區(qū)安寧市為研究對象，以2001—2011年森林火災歷史數(shù)據(jù)和社會經濟數(shù)據(jù)為基礎，分析安寧市森林火災與社會經濟間的關系，以期為森林火險預測預報工作提供新思路。

1 研究區(qū)概況

安寧市隸屬于昆明市，地處東經102°10′～102°37′、北緯24°31′～25°06′，南北長66.5 km，東西寬46.4 km，林業(yè)用地面積92 476.3 hm2，占全市面積130 175 hm2的71.04%，屬全國151個森林火險高危區(qū)之一。安寧市礦產資源豐富，是云南省冶金、化工基地，屬于非農經濟型的工業(yè)城市，人口密度大。

安寧市在歷史上屬于森林火災多發(fā)區(qū)，發(fā)生過不少重特大森林火災，2001—2011年共發(fā)生火災140次，其中2006年 “3·29” 發(fā)生重大森林火災，過火面積1 849 hm2，受害森林面積519 hm2。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)主要來源于 《安寧市社會經濟統(tǒng)計年鑒》、《昆明市統(tǒng)計年鑒》 和安寧市統(tǒng)計信息網(wǎng)。

2.2 指標選取

參考李艷梅構建的森林火險數(shù)據(jù)庫及其他領域自然災害社會脆弱性研究成果，從承災體的暴露性、敏感性和恢復能力入手，選取總人口數(shù)、出生率、人口增長率、林產品總值、農業(yè)人口比例、地方財政、當?shù)厝司鵊DP、GDP、林業(yè)產值、轄區(qū)面積、森林面積、農業(yè)住戶人均純收入、農業(yè)住戶人均總收入、老幼人口比例、城鄉(xiāng)人口比例、初中文化以上人口比例、地方財政收入、區(qū)域疏散脆弱性指數(shù)、消防隊伍數(shù)量等19項指標對安寧市森林火災的社會脆弱性進行評估。

1)暴露性指標。暴露性是指人口、社會經濟等承災體暴露于災害風險之下的程度[10]，區(qū)域人口越多、社會經濟越發(fā)達，人類活動越頻繁，越容易誘發(fā)火災。因此，本研究選取總人口數(shù)、出生率、人口增長率、林產品總值、農業(yè)人口比例、地方財政、當?shù)厝司鵊DP、GDP、林業(yè)產值、轄區(qū)面積、森林面積、農業(yè)住戶人均純收入、農業(yè)住戶人均總收入等作為暴露性指標。

2)敏感性指標。敏感性是指人口結構和社會文化等受到災害打擊時表現(xiàn)出來的敏感程度[10]，反映不同群體的防災意識、行為和效果的差異。安寧市森林主要集中在城鄉(xiāng)結合部，因此選取老幼人口比例、城鄉(xiāng)人口比例、初中文化以上人口比例作為敏感性指標。

3)恢復能力指標?；謴湍芰κ侵竻^(qū)域社會經濟發(fā)展水平對于災后重建所表現(xiàn)出來的恢復潛力[10]，與社會經濟的發(fā)展水平息息相關。參考李艷梅的森林火災數(shù)據(jù)庫，選取地方財政收入、區(qū)域疏散脆弱性指數(shù)、消防隊伍數(shù)量等作為恢復性指標。

2.3 PCA-AHP模型

主成分分析法 (PCA) 是在保證樣本數(shù)據(jù)信息損失最小的前提下，將多個指標問題轉換為較少的新的指標問題，并且這些新的指標既不相關，又能綜合反映原指標的一種分析方法。首先對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，然后運用SPSS軟件編程，對標準化處理的指標進行分析計算。

層次分析法 (AHP) 是將復雜問題分成各個組成因素，并將這些因素按支配關系建立層次結構模型。通過每一層次各因素的兩兩比較，對其相對重要性做出判斷，最后構建判斷矩陣計算得出各 (級) 指標的權重。

本研究采用層次分析法并結合主成分分析探討19項社會指標對安寧市森林火災的社會脆弱性的影響。

3 結果與分析

3.1 暴露性指標主成分降維

由于本研究中選取的暴露性指標較多，需要先對暴露性指標進行降維處理。提取3個主成分，反映了總信息量的88.258%，基本代表原始指標中絕大部分信息。計算過程中將絕對值小于0.60的系數(shù)剔除，得到各指標的成分矩陣、特征值和貢獻率見表1。

表1 暴露性指標主成分分析特征值和貢獻率Table 1 The eigenvalue and contribution rate of exposure index

如表1所示，第一主成分矩陣絕對值較大的為GDP、地方財政、當?shù)厝司鵊DP、農業(yè)住戶人均年總收入、農業(yè)住戶人均純收入，主要反映經濟指標；第二主成分矩陣絕對值較大的為總人口、人口增長率及出生率，主要反映人口指標；第三主成分矩陣絕對值較大的為森林面積，反映森林覆蓋指標。因此，采用SPSS中計算所得經濟指標、人口指標和森林覆蓋指標的分值來代表暴露性指標。

3.2 層次分析模型的構建

根據(jù)層次分析法理論，建立暴露性因子、敏感性因子和恢復性因子3個約束層，選擇人口密度、老幼人口比例、財政收入等9個指標作為具體評價指標，構建森林火災脆弱性評價體系模型，見表2。

表2 森林火災脆弱性評價體系模型Table 2 Vulnerability evaluation system model of forest fire

3.3 構建判斷矩陣

采用1～5的比例標度將判斷數(shù)量化，構建準則層對目標層、指標層對準則層的比較判斷矩陣共4個，見表3。

由表3可以看出，4個判斷矩陣的CR值均小于0.1，各判斷矩陣滿足一致性檢驗要求，可以利用層次分析法進行層次分析。

3.4 評價指標權重確定

通過計算準則層的權重值、指標層對約束層的加權值，最后得到指標層對于目標層的最終權重，見表4。

消防隊伍數(shù)量、區(qū)域疏散性指標、城鄉(xiāng)人口比例和初中文化以上比例短期內變化不大，且所占權重較小，因此選取人口指標、經濟指標、老幼人口比例、地方財政收入、森林覆蓋指標5個權重較大的因子作為脆弱度計算指標。

表3 判斷矩陣與一致性檢驗Table 3 Judgment matrix and consistency check

表4 脆弱性評價各層次權重Table 4 The weigh value of each layer for vulnerability assessment

3.5 安寧市森林火環(huán)境社會脆弱程度

選擇人口指標、經濟指標、老幼人口比例、地方財政所收入、森林覆蓋指標5個主要指標進行計算，得出2001—2011年安寧市森林火環(huán)境社會脆弱性指標，見表5。指標值越大表明當年的森林火環(huán)境脆弱度越高，火災發(fā)生可能性越大。依據(jù)脆弱性指標綜合得分，將其劃分為輕度脆弱 (< 0.30)、中度脆弱 (0.30～0.50)、強度脆弱 (≥ 0.50) 3個等級。

表5 2001—2011年安寧市森林火災脆弱性指標Table 5 The weigh value of each layer for vulnerability assessment in Anning from 2001 to 2011

3.6 脆弱性指標-火災次數(shù)關聯(lián)分析

計算所得到脆弱性指標與實際森林火災發(fā)生次數(shù)不統(tǒng)一，需將其進行歸一化處理。采用公式xi′=xi/(∑(x1+…+x11) 進行歸一化計算，結果見圖1。

圖1脆弱性指標-火災歸一化趨勢
Fig.1 Vulnerability indicator-fire normalization trend

從圖1中可以看出，2009年前脆弱性指標與火災次數(shù)趨勢一致，火災次數(shù)與脆弱性指標正相關；2009年后，脆弱性指標與火災次數(shù)呈負相關現(xiàn)象。究其原因在于，2009年云南省遭遇百年一遇旱災，安寧屬于特旱區(qū)[11]。對安寧市森林火環(huán)境災害系統(tǒng)而言，非常規(guī)突發(fā)事件的發(fā)生，導致承災體脆弱性達到閾值發(fā)生崩潰，系統(tǒng)脆弱性達到峰值。由于當?shù)卣叨戎匾?，加大森林防火投入的同時，加強森林防火工作組織領導，廣泛動員全社會力量參與森林防火工作。2009年森林火環(huán)境災害脆弱性指標達到峰值，而火災次數(shù)卻到達最低值。但系統(tǒng)脆弱性內因是由承災體自身結構功能決定的，人為因素的加入在2009年發(fā)揮一定的積極作用，卻無法改變其客觀屬性，導致2010年火災次數(shù)陡然增加。

4 結論與討論

1) 用主成分分析法 (PCA) 提取暴露性指標中人口指標、經濟指標、森林覆蓋指標3個主成分因子；用層次分析法 (AHP) 選取前5個權重較大因子作為計算指標，依次為人口指標0.325 4、經濟指標0.148 0、老幼人口比例0.131 6、地方財政收入0.100、森林覆蓋指標0.093 2。

2) 安寧市2001—2011年森林火環(huán)境社會脆弱程度在0.10～0.63波動，極值出現(xiàn)在2009年，11年間安寧市森林火環(huán)境系統(tǒng)脆弱性指數(shù)明顯上升，由輕度脆弱演化為強度脆弱。

本研究結果與安寧市實際火災發(fā)生次數(shù)趨勢相關性明顯，表明從社會脆弱性角度研究森林火環(huán)境災害，對防災減災工作具有一定前瞻性指導意義，同時可以為火險預測預報提供一定參考依據(jù)。在研究視角上進一步豐富了森林火險預測預報工作內容，由于數(shù)據(jù)獲取有一定的困難性，只選取了安寧市2001—2011年數(shù)據(jù)進行量化分析，今后可以增加樣本數(shù)據(jù)更全面展示趨勢的演化過程。同時，也可以選取更多樣的數(shù)學模型進行對比驗證，提高模型精度。

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