基于層次分析—模糊綜合評價法對城市內(nèi)澇風(fēng)險評估研究

申海燕 陳妍哲 張盈

摘? 要：該文通過城市內(nèi)澇巨災(zāi)理論和場景進行風(fēng)險識別，建立了多層次的洪澇災(zāi)害風(fēng)險指標(biāo)體系。并且引入模糊數(shù)學(xué)的概念，結(jié)合層次分析法與模糊綜合評價法各自的優(yōu)點，利用AHP法建立權(quán)重集，通過MATLAB軟件編程計算出相應(yīng)的模糊一致判斷矩陣、隸屬度矩陣、二級指標(biāo)評判集、一級指標(biāo)評判集及目標(biāo)指標(biāo)綜合評判集。采用層次分析-模糊綜合評價法建立完整的洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估體系，估計出風(fēng)險概率和風(fēng)險損失結(jié)果，劃分風(fēng)險等級并依此給出對應(yīng)的風(fēng)險措施。最后將此體系應(yīng)用于湖南長沙，對該城市進行內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險評估。

關(guān)鍵詞：模糊集? 層次分析法? 模糊綜合評價法? AHP法

中圖分類號：U442 ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（b）-0192-02

城市內(nèi)澇是是一種嚴(yán)重威脅人類生存與發(fā)展的自然災(zāi)害。對于此類情況，建立相應(yīng)的城市內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險評估體系以及有效的風(fēng)險評估方法預(yù)防潛在的洪澇災(zāi)害風(fēng)險是十分必要的。在已有的研究中，由于層次分析法由于能夠?qū)⒍ㄐ院投肯嘟Y(jié)合的特點而被廣泛應(yīng)用于各種內(nèi)澇風(fēng)險評價體系中。而模糊綜合評測方法利用模糊數(shù)學(xué)的理論和方法，把客觀現(xiàn)實中的模糊事物定量化，以此作為依據(jù)進行符合實際、具有客觀性和準(zhǔn)確性的評價，從而為實際問題提供有效的解決方法。因此在該文中引入模糊數(shù)學(xué)的概念來解決層次分析法的缺陷?；谀：碚摰娘L(fēng)險評估方法可以通過考慮各個風(fēng)險因素指標(biāo)對系統(tǒng)的影響程度來處理傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法無法考慮到的不確定性。針對城市內(nèi)澇風(fēng)險的研究，采用層次分析-模糊綜合評價法建立完整城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險評估體系，對洪澇災(zāi)害風(fēng)險進行綜合評估，為解決該類問題提供理論依據(jù)，最后將該方法應(yīng)用于湖南省長沙市。

1? 城市內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險識別

風(fēng)險評估包括風(fēng)險識別、風(fēng)險估計、風(fēng)險評價和控制，風(fēng)險識別是風(fēng)險評估的基礎(chǔ)階段。在城市內(nèi)澇巨災(zāi)問題中風(fēng)險識別的核心是確定風(fēng)險源。城市內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險源是指能夠給洪澇災(zāi)害帶來積極或消極左右作用的關(guān)鍵因素。結(jié)合文獻[1]和[2]，認(rèn)為其風(fēng)險源主要包括環(huán)境因素、社會經(jīng)濟因素、人員因素、管理因素4個方面，從而建立相應(yīng)的城市內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險評估體系，其中包括環(huán)境因素（氣候氣象、地形地貌、河流人文）、社會經(jīng)濟因素（經(jīng)濟活動、政治活動、社會發(fā)展）、人員因素（遇難自救、人員密度、防洪意識）、管理因素（不合理開發(fā)利用、防洪教育、組織能力、定期檢修）。

2? 城市內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險估計

我們主要用層次分析法和模糊綜合評價法[3]分析。其主要步驟包括：建立層次模型、建立評語集、建立各評估指標(biāo)權(quán)重集、建立隸屬度矩陣和多層次綜合評判。

（1）建立層次模型。在多層次結(jié)構(gòu)模型中，我們把目標(biāo)指標(biāo)U分為4個一級指標(biāo)，得到一個相應(yīng)的指標(biāo)集U=（U1，U2，U3，U4），對于每一個一級指標(biāo)我們又分別將其分為多個二級指標(biāo)UI，得到相應(yīng)的二級指標(biāo)集。這樣便把內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險指標(biāo)分為二級，得到一個三層次的洪澇風(fēng)險評估指標(biāo)體系。

（2）建立評語集。評語集是評判者對評判對象做出總的評判結(jié)果組成的集合Vk，k=（1，2，…，n），其中Vk代表不同的風(fēng)險概率或風(fēng)險損失等級。在洪澇災(zāi)害的風(fēng)險評估中，V通常被劃分為5個不同的等級即極低、低、一般、高、極高。

（3）建立權(quán)重集[4]。權(quán)重集是表明各個層次風(fēng)險指標(biāo)在各個層次指標(biāo)因素集中的重要程度的集合，主要包括3個步驟。

③計算權(quán)重集。在計算權(quán)重集時，我們采用對模糊一致判斷矩陣行列歸一的方法。即：將模糊一致判斷矩陣按列歸一得到矩陣E;將矩陣E中元素eij按行求和得到由各行元素之和組成的矩陣F;再將矩陣F中的向量按列歸一即得到權(quán)重集W。

（4）建立隸屬度矩陣[4]。設(shè)指標(biāo)集中第i個元素ui對評語集中第j個元素vj的隸屬程度為rij，則將指標(biāo)集中每個元素對評語集中的各個元素一一進行隸屬就形成了隸屬度矩陣R=（rij）。為了減少誤差提高準(zhǔn)確度，該文我們采用專家調(diào)查法來得到隸屬度。

（5）多層次綜合評判[3]。

風(fēng)險評價是在風(fēng)險識別和風(fēng)險估計的基礎(chǔ)上，綜合風(fēng)險估計結(jié)果Dp和風(fēng)險損失估計結(jié)果D1并結(jié)合風(fēng)險評價模型，對風(fēng)險進行綜合評價，確定系統(tǒng)風(fēng)險的整體水平與嚴(yán)重等級，并給出相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。城市內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險評價模型采用二維評價模型。

4? 案例分析

長沙隸屬湖南省，是湖南省省會，位于湖南省東部偏北， 湘江下游和長瀏盆地西緣。周邊環(huán)境以及地形較為復(fù)雜，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，降水充沛，雨熱同期，且人口密度大，易帶來洪澇災(zāi)害隱患，因此對湖南長沙進行洪澇巨災(zāi)風(fēng)險評估是十分必要的。

（1）建立權(quán)重集。該文采用行和歸一法由模糊一致判斷矩陣B計算權(quán)重集，再通過MATLAB編程，由公式（1）～（4）得到下式4個二級指標(biāo)權(quán)重集（W1，W2，W3，W4）和一個一級指標(biāo)權(quán)重集W：

W1=（0.3843，0.2878，0.3280），W2=（0.1813，0.6374，0.1813），W3=（0.2993，0.381，0.397），W4=（0.1698，0.2846，0.441，0.1015），W=（0.5942，0.0201，0.092，0.2896）

（2）建立隸屬度矩陣。由問卷調(diào)查結(jié)果，構(gòu)建環(huán)境因素集U1的風(fēng)險概率隸屬度矩陣R1，社會經(jīng)濟集U2的風(fēng)險概率隸屬度矩陣R2，人員因素集U3的風(fēng)險概率隸屬度矩陣R3及管理因素集U4的風(fēng)險概率隸屬度矩陣R4。同理，U1，U2，U3，U4的風(fēng)險損失隸屬度矩陣為r1，r2，r3，r4。

（3）多層次綜合評判。由二級指標(biāo)權(quán)重集Wi和風(fēng)險概率隸屬度矩陣Ri及Zadeh算法，根據(jù)MATLAB 軟件編程計算B=（0.0817，0.1663，0.2704，0.3006，0.1757）同樣的，可以計算出風(fēng)險損失一級指標(biāo)評判集b=（0.0243，0.0745，0.3122，0.379，0.2143）。

（4）目標(biāo)指標(biāo)綜合評判。由式（5）算出風(fēng)險概率估計結(jié)果為D=0.5609;風(fēng)險損失估計結(jié)果為d=0.6390。

（5）風(fēng)險評價和控制。已經(jīng)計算出風(fēng)險概率估計結(jié)果為D=0.5609;風(fēng)險損失估計結(jié)果為d=0.6390。又由評價矩陣可知，長沙的洪澇災(zāi)害風(fēng)險屬于三級風(fēng)險，雖然在三級風(fēng)險中水平較低，但此類風(fēng)險屬于不期望的高風(fēng)險水平，必須采取風(fēng)險應(yīng)對措施和監(jiān)控措施降低風(fēng)險水平。

5? 結(jié)語

由于常常被政府和群眾忽視，正確認(rèn)識和識別洪澇災(zāi)害風(fēng)險非常重要。內(nèi)澇巨災(zāi)風(fēng)險評估可以使得洪澇災(zāi)害風(fēng)險在發(fā)生時具有預(yù)見性，它有助于更好地理解洪澇災(zāi)害風(fēng)險，防范災(zāi)難事故的發(fā)生，減少由此帶來的損失。

參考文獻

[1] 黃崇福.自然災(zāi)害風(fēng)險分析的基本原理[J].自然災(zāi)害學(xué)報，1999，8（2）：21-29.

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[3] 孫博，肖汝誠.基于層次分析——模糊綜合評價法的橋梁火災(zāi)風(fēng)險評估體系[D].同濟大學(xué)土木工程學(xué)院，2000.

[4] 金志森.基于層次分析法對城市內(nèi)澇風(fēng)險評估與區(qū)劃方法研究——以泉州東海組團為例[D].同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2000.