基于AHP和GIS的日照市雷電災(zāi)害特征及災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估

陳樂奇，劉向科，蔚立存，秦泗偉

(1.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250031；2.山東省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，濟(jì)南 250031；3.濟(jì)南市氣象局，濟(jì)南 250102；4.山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，日照 276800)

0 引言

日照市屬于低山丘陵區(qū)，地形呈西北(高)—東南(低)走向。境內(nèi)山脈呈“X”形分布，大部分位于五蓮縣和莒縣境內(nèi)。日照市背山面海，氣候特征明顯，是典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。特殊的地形地貌和明顯的氣候特征導(dǎo)致該地區(qū)遭受雷電災(zāi)害具有顯著的時(shí)空分布特點(diǎn)。

馬明[1]等分析了雷電災(zāi)害及相關(guān)因素的特征，指出重大雷災(zāi)傷亡事件直接與承災(zāi)體的脆弱性有關(guān)；張旭暉[2]等、張祎[3]等、陳雷文[4]等、丁旻[5]等、殷嫻[6]等、夏一楠[7]等、王鑫森[8]等分別對(duì)江蘇省、浙江省、東莞市、云南省、山東省的雷電災(zāi)害特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，開展了雷電災(zāi)害易損性及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析，建立了雷電災(zāi)害易損性評(píng)估模型。

文章利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了日照市雷電災(zāi)害的損害類型及行業(yè)分布；運(yùn)用層次分析法，構(gòu)建雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估層次模型[9]，計(jì)算合成權(quán)重，確定雷災(zāi)災(zāi)度等級(jí)；在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上對(duì)雷電災(zāi)害進(jìn)行災(zāi)度區(qū)劃分析，實(shí)現(xiàn)雷電災(zāi)害指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)化管理[10]。文中所有數(shù)據(jù)已應(yīng)用于日照嵐山“大會(huì)戰(zhàn)”氣象災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查，推動(dòng)了日照市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查工作的開展，為防雷減災(zāi)政策的制定提供科學(xué)參考，提升防災(zāi)減災(zāi)的能力建設(shè)。

1 日照市雷電災(zāi)害特征分析

1.1 雷電災(zāi)害的損害類型分布

GB/T 21714.2-2015《雷電防護(hù) 第2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理》中明確了雷擊的基本損害類型為人畜傷害、物理?yè)p害及電氣和電子系統(tǒng)故障3種。雷電災(zāi)害導(dǎo)致電氣和電子系統(tǒng)故障占比最高，達(dá)到95.9%；其中以五蓮縣的雷電災(zāi)害次數(shù)和損害類型最多；雷電造成的人畜傷害主要發(fā)生在莒縣和東港區(qū)；電氣和電子系統(tǒng)故障的具體分類中，辦公電子設(shè)備、家用電子電器和電力設(shè)備最易受損，占比分別為41.7%，31.5%和18.6%。

1.2 雷電災(zāi)害的行業(yè)分布

日照市的電力行業(yè)、通信行業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)和居戶遭受的雷電災(zāi)害次數(shù)較多，分布區(qū)域較廣。其中電力行業(yè)遭受雷電災(zāi)害主要分布于五蓮縣，縣城西側(cè)附近遭受雷電災(zāi)害次數(shù)達(dá)16～19次，屬于高值區(qū)；通信行業(yè)和生產(chǎn)企業(yè)遭受雷電災(zāi)害也是以五蓮縣為主，在莒縣和東港區(qū)有少量分布；居戶遭受雷電災(zāi)害以五蓮縣為主，在0.02°×0.02°的區(qū)域范圍內(nèi)，最高遭受過5次雷電災(zāi)害，東港區(qū)其次，莒縣和嵐山區(qū)有少量分布。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，五蓮縣在各行業(yè)及居戶中遭受雷電災(zāi)害次數(shù)最多，分布最廣，五蓮縣在防范雷擊災(zāi)害方面有較大壓力。

2 日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估

2.1 日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估及指標(biāo)確定

2.1.1 雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估的理論與方法

將災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估所包含的因素分層。其中雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估的目標(biāo)為最高層；生命損失指數(shù)、經(jīng)濟(jì)影響指數(shù)和其包含的要素作為實(shí)現(xiàn)區(qū)劃評(píng)估而采取的手段、措施和指標(biāo)等，列為中間層；通過AHP法最終得出的雷電災(zāi)害的災(zāi)度值，作為用于解決日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估的方案，列為最底層。

圖1為雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估的層次模型，共建立了4個(gè)判斷矩陣，分別是A-B二階矩陣、B1-C四階矩陣、B2-C二階矩陣和C6-D七階矩陣。在A-B二階矩陣中，規(guī)定B1生命損失指數(shù)比B2經(jīng)濟(jì)影響指數(shù)的權(quán)重略高，分別為0.55和0.45；為了消除量綱，在B2-C二階矩陣中C5直接經(jīng)濟(jì)損失(722.51萬元)和C6間接經(jīng)濟(jì)損失(723.7萬元)的數(shù)據(jù)指標(biāo)將采用歸一化處理。結(jié)合2004—2018年日照市雷電災(zāi)害實(shí)例，構(gòu)建雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估層次模型。

圖1 雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估層次模型

2.1.2 構(gòu)建判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

層次模型建立后，利用一致矩陣法，將上下層之間的所有因素兩兩比較；采用相對(duì)尺度，盡量減少性質(zhì)不同因素之間的比較，提高精準(zhǔn)度。

文章采用了美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授A.L.Saaty在20世紀(jì)70年代中期提出的1～9標(biāo)度法。該標(biāo)度法在層析分析法中用于量化過程，對(duì)建立矩陣后進(jìn)一步求矩陣標(biāo)準(zhǔn)化特征向量、最大特征值、一致性檢驗(yàn)指標(biāo)和一致性比例起到重要的作用。

生命損失指數(shù)層判斷矩陣B1-C及其一致性檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。其中一致性比率C.R.=0.0779(<0.1)，表明該判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。

表1 生命損失指數(shù)B1-C層矩陣標(biāo)準(zhǔn)化特征向量及其一致性檢驗(yàn)結(jié)果

直接經(jīng)濟(jì)損失層判斷矩陣C5-D及其一致性檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。其中一致性比率C.R.=0.0245(<0.1)，表明該判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。

表2 直接經(jīng)濟(jì)損失C5-D層矩陣標(biāo)準(zhǔn)化特征向量及其一致性檢驗(yàn)結(jié)果

2.1.3 層次總排序及各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

A-C層各因素指標(biāo)在總評(píng)估中的權(quán)重值如表3所示。直接經(jīng)濟(jì)損失C5-D層各因素指標(biāo)在總評(píng)估中的權(quán)重值如表4所示。權(quán)重突出了各因素指標(biāo)在總評(píng)估中的重要性。

表3 A-C層各因素指標(biāo)在總評(píng)估中的權(quán)重

表4 C5-D層各因素指標(biāo)在總評(píng)估中的權(quán)重

2.2 日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度的計(jì)算

通過對(duì)日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃評(píng)估層次模型的分析，確定了各指標(biāo)的權(quán)重，建立了雷電災(zāi)害災(zāi)度方程公式：

(1)

式中，G代表雷電災(zāi)害災(zāi)度；H亡為死亡人數(shù)；H重為重傷人數(shù)；H輕為輕傷人數(shù)；H精為精神損害人數(shù)；M火為火災(zāi)或爆炸；M建為建筑物受損；M通為通信設(shè)備受損；M電為電力設(shè)備受損；M石為石化設(shè)備受損；M辦為辦公電子設(shè)備受損；M家為家用電子電器受損；E間為間接經(jīng)濟(jì)損失(萬元)。

2.3 日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度的等級(jí)劃分

根據(jù)雷電災(zāi)害災(zāi)度公式(1)，對(duì)日照市2004—2018年記錄的204例雷電災(zāi)害資料進(jìn)行災(zāi)度值計(jì)算，確定每一次雷災(zāi)的G值。為充分反映雷電災(zāi)害災(zāi)情客觀存在的區(qū)域分布規(guī)律，體現(xiàn)對(duì)災(zāi)度等級(jí)的明確劃分，以及災(zāi)度與等級(jí)的密切融合，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，利用等差分級(jí)法，確定雷電災(zāi)害災(zāi)度等級(jí)(表5)。

表5 日照市雷災(zāi)災(zāi)度值等級(jí)劃分表

按照災(zāi)度等級(jí)，對(duì)災(zāi)度G值進(jìn)行分類處理，將日照市各區(qū)縣的雷電災(zāi)害災(zāi)度值分成5個(gè)等級(jí)。通過分析各區(qū)縣的雷電災(zāi)害災(zāi)度等級(jí)分布可知：五蓮縣雷電災(zāi)害災(zāi)度值從輕微災(zāi)害到特別嚴(yán)重災(zāi)害均有分布，占全部災(zāi)害的84.8%；重大災(zāi)害及特別嚴(yán)重災(zāi)害占比達(dá)4.4%。

利用GIS對(duì)日照市各災(zāi)度值進(jìn)行反距離權(quán)重法插值，采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法，形成日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃圖。從區(qū)劃圖中雷電災(zāi)害分布情況可知：日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度的高值區(qū)位于五蓮縣城的東北部和東南部，是馬耳山、五蓮山、九仙山等所在區(qū)域；莒縣大部、嵐山區(qū)西南部、五蓮縣城西北部和東港區(qū)中部區(qū)域位于雷電災(zāi)害災(zāi)度的低值區(qū)；山間平原和低山等下墊面的不同類型，影響了日照市區(qū)域范圍內(nèi)不同雷災(zāi)災(zāi)度值的分布。

3 結(jié)束語

文章利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了日照市4個(gè)區(qū)縣雷電災(zāi)害的損害類型及行業(yè)分布，以五蓮縣的雷災(zāi)次數(shù)和損害類型最典型。選取生命損失指數(shù)和經(jīng)濟(jì)影響指數(shù)等13個(gè)指數(shù)作為雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃指標(biāo)集，采用各種統(tǒng)計(jì)方法，將日照市雷電災(zāi)害災(zāi)度劃分為5個(gè)等級(jí)。

由于雷電災(zāi)害數(shù)據(jù)上報(bào)模式的局限性，目前的數(shù)據(jù)不能完全真實(shí)反映社會(huì)雷電災(zāi)害受損情況，存在一定的分析偏差。隨著社會(huì)對(duì)防雷減災(zāi)工作的重視，以及氣象部門不斷規(guī)范完善雷電災(zāi)害的調(diào)查收集工作，對(duì)區(qū)域的雷電災(zāi)害災(zāi)度區(qū)劃分析的結(jié)果將更加客觀合理。