地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的建立與方法研究

周 旋 姚 琳 余 欣 閆 智 朱久旭

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

為了有效地預(yù)防和應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害，需要建立一個(gè)科學(xué)合理的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以便對(duì)不同區(qū)域和不同情景下的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行客觀和全面的評(píng)估[1]。根據(jù)評(píng)估結(jié)果可以制定出適合各種場合和需求的減災(zāi)措施，提高地區(qū)的抗震能力和恢復(fù)能力[2]。本文在分析國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)包含3個(gè)層次、19個(gè)指標(biāo)的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用AHP層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等方法進(jìn)行了權(quán)重確定和實(shí)證分析。

1 指標(biāo)建立

為了建立精確、可靠的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，本文采用定量與定性相結(jié)合的研究方法對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。定量研究方法包括統(tǒng)計(jì)分析、概率論和數(shù)學(xué)建模，有助于識(shí)別研究區(qū)地震的潛在風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估研究區(qū)地震的發(fā)生概率和嚴(yán)重程度[3]。定性研究方法包括文獻(xiàn)綜述、專家咨詢、案例研究等，可以為研究區(qū)域的脆弱性和暴露提供見解。此外，可采用多標(biāo)準(zhǔn)決策方法整合地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，優(yōu)先考慮潛在風(fēng)險(xiǎn)和緩解策略[4]。

潘耀忠等[5]提出一定區(qū)域內(nèi)災(zāi)害的發(fā)生是孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子與承災(zāi)體3個(gè)子系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，即由孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和承災(zāi)體易損性共同決定。已完成的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)計(jì)劃主要有3個(gè)，即災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)劃（DRI）、多發(fā)區(qū)指標(biāo)計(jì)劃（HOTSPOTS）和美洲計(jì)劃。3個(gè)評(píng)估計(jì)劃均認(rèn)為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)由3個(gè)因素組成，災(zāi)害暴露、暴露要素的脆弱性、災(zāi)害的頻率和強(qiáng)度[6]。侯林鋒等[7]依據(jù)地震的危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性3個(gè)原則提出了地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)以上理解，對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定義：災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)＝危險(xiǎn)性×承災(zāi)體的脆弱性×承災(zāi)體的暴露性/抗震減災(zāi)能力。

根據(jù)定義，認(rèn)為最終決定地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的是地震致災(zāi)因子的特性（地震的強(qiáng)度、頻率、分布規(guī)律）、承災(zāi)體（人、建筑、生態(tài)系統(tǒng)）的暴露程度和脆弱性以及抗震減災(zāi)能力[8]。3個(gè)方面相互作用，共同構(gòu)成了地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)在機(jī)制。地震致災(zāi)因子是指研究區(qū)域發(fā)生地震事件的頻率、烈度和持續(xù)時(shí)間，決定了地震事件對(duì)研究區(qū)域造成的潛在威脅程度。暴露程度是指建筑環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施和人口在地震事件中容易受到破壞或損失的程度，決定了研究區(qū)域?qū)Φ卣鹗录拿舾行院偷挚沽?。脆弱性是指研究區(qū)域的物理、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)特征，如人口密度、土地利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，決定了研究區(qū)域?qū)Φ卣鹗录年P(guān)注程度和承受能力?？拐饻p災(zāi)能力是指受災(zāi)地政府和群眾的應(yīng)急反應(yīng)能力，這些能力決定了研究區(qū)域?qū)Φ卣鹗录幕謴?fù)速度和效果。這些特征可能會(huì)影響地震事件的影響，從而影響地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的大小。

指標(biāo)的選擇和確定應(yīng)符合科學(xué)性、可操作性、可比性、代表性等原則，能夠反映地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的和要求，同時(shí)也要考慮數(shù)據(jù)的可獲取性和可靠性。本文構(gòu)建的自然災(zāi)害安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的內(nèi)容涵蓋了三級(jí)指標(biāo)：一級(jí)指標(biāo)為地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)層；二級(jí)為分別對(duì)應(yīng)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估4個(gè)方面的內(nèi)容，包括地震致災(zāi)因子、承災(zāi)體暴露性、承災(zāi)體脆弱性和抗震減災(zāi)能力；三級(jí)指標(biāo)共19個(gè)，選取較為具體、比較具有代表性、比較容易量化的指標(biāo)。

地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

2 評(píng)估計(jì)算

在對(duì)地震災(zāi)害的評(píng)價(jià)中，存在很大的不確定性。地震災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)即災(zāi)害系統(tǒng)本身的演變，從而造成了將來的損失。地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一種以災(zāi)害危害性、社會(huì)承災(zāi)體、抗震減災(zāi)能力以及不確定性研究為基礎(chǔ)，在指標(biāo)體系中展開的一種多因素的綜合分析工作。

在多因素分析工作的過程中，主要體現(xiàn)在指標(biāo)的選擇和確定以及具有科學(xué)性的決策。指標(biāo)確定后，還需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，以消除指標(biāo)之間的量綱和數(shù)量級(jí)的差異，使其可以進(jìn)行相互比較和綜合分析。在指標(biāo)歸一化處理中，常用的方法有最大最小歸一法、離差標(biāo)準(zhǔn)化法、極差標(biāo)準(zhǔn)化法等。在指標(biāo)歸一化處理后，還需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配，反映指標(biāo)在評(píng)估中的相對(duì)重要性。權(quán)重分配的方法有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩類。主觀賦權(quán)法是根據(jù)專家或決策者的經(jīng)驗(yàn)和判斷確定權(quán)重，如層次分析法（AHP）、德爾菲法（Delphi）等?？陀^賦權(quán)法是根據(jù)數(shù)據(jù)本身的特征和規(guī)律確定權(quán)重，如熵值法、主成分分析法（PCA）等。

在實(shí)地調(diào)研和統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最大最小歸一法以及以AHP法為基礎(chǔ)的模糊綜合評(píng)判的基本方法，對(duì)地震災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)展開評(píng)估和分析。

2.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

運(yùn)用AHP方法對(duì)兩個(gè)等級(jí)的指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)值計(jì)算，即通過構(gòu)建判斷矩陣并計(jì)算其特征值和特征向量，確定各個(gè)指標(biāo)在各個(gè)層次中的相對(duì)重要性，并對(duì)每一個(gè)等級(jí)的評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行一致性檢查[9-10]。

地震風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)體系權(quán)重為：地震致災(zāi)因子0.416 88（地震頻率0.124 34、地震烈度0.254 93、地震峰值速度0.233 62、地震峰值加速度0.257 23、斷層長度0.129 88），承災(zāi)體脆弱性0.231 63（人口密度0.378 38、建筑密度0.252 38、道路密度0.198 11、固定資產(chǎn)0.171 13），承災(zāi)體暴露性0.207 97（不符合抗震設(shè)防房屋比例0.22601、人口因?yàn)?zāi)死亡率0.261 36、建筑折舊0.164 21、老幼人口比0.106 05、基礎(chǔ)設(shè)施因震損毀率0.242 37），抗震抗災(zāi)能力0.143 52 （每千人醫(yī)生數(shù)0.286 94、應(yīng)急場所數(shù)0.162 42、專業(yè)救援人員數(shù)0.278 75、人均可支配收入0.136 84、每千人病床數(shù)0.135 05）。

2.2 無量綱化處理

各指標(biāo)體現(xiàn)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)重要性和維度都不相同，所以不存在可比性，不能直接參與統(tǒng)計(jì)。因此，利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度函數(shù)對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱分析，即采用“升半梯形分布”函數(shù)對(duì)各指標(biāo)實(shí)際值進(jìn)行無量綱化處理[10]。

式中：μ(x)——指標(biāo)的無量綱化值；x——指標(biāo)實(shí)際數(shù)值；a1——對(duì)應(yīng)所有指標(biāo)的最大值；a2——對(duì)應(yīng)所有指標(biāo)的最小值。

采用無量綱化處理后，消除了不同數(shù)據(jù)的量綱影響，使各項(xiàng)指標(biāo)具有可比性。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)前文對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的定義，風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式為：

通過該式可將地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行量化，使不同區(qū)域之間的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)可以進(jìn)行比較與排序，分析其影響因素和存在問題，提出相應(yīng)的防震減災(zāi)建議和措施。

3 結(jié)語

在對(duì)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的發(fā)展和研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種新的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系主要將地震災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)影響因素分為4個(gè)主要部分，即地震致災(zāi)因子、承災(zāi)體脆弱性、承災(zāi)體暴露性和抗震減災(zāi)能力，每個(gè)部分又細(xì)分為若干個(gè)子指標(biāo)，形成一個(gè)層次清晰、內(nèi)容全面、適用性強(qiáng)的評(píng)價(jià)框架。為了克服傳統(tǒng)評(píng)估方法中存在的主觀性和模糊性，采用了模糊理論的半升梯形隸屬度函數(shù)法和AHP層次分析法，將定性和定量相結(jié)合，建立了一個(gè)可行的地震災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法可以有效地處理各種不確定因素，提高評(píng)估結(jié)果的可信度和科學(xué)性。選取的指標(biāo)體系容易測(cè)量，方便獲取。在進(jìn)行評(píng)估分析過程中，還可以發(fā)現(xiàn)抗震減災(zāi)能力方面存在的不足。采用模糊理論的隸屬度函數(shù)法，將不同量綱的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可比數(shù)據(jù)，采用AHP層次分析法、定性與定量分析相結(jié)合，對(duì)復(fù)雜的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)化分析。通過各個(gè)影響因素的重要性分析，為最終結(jié)果提供定量依據(jù)。該方法雖然將地震風(fēng)險(xiǎn)度量化，但在地震風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)估過程中不確定性還較多，對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的精確性有著較高要求。需要制定合理的地震災(zāi)害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，以便對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分類和解釋。