1、第32 卷 第1 期 2013 年01 月 地 理 科 学 进 展 PROGRESSINGEOGRAPHY Vol.32, No.1 Jan.,2013 收稿日期 ： 2012-08； 修订日期 ：2012-12. 基金项目 ： 国家自然科学基金项目(41201553 ， 41201580) 。 作者简介 ： 张卫星(1967-) ， 男 ， 博士研究生 ， 主要从事巨灾风险研究 。E-mail: 通讯作者 ： 周洪建(1980-) ， 男 ， 博士 ， 主要从事灾害评估与风险防范研究 。E-mail:zhouhj_ 130-138 页 1 引言 近 年 来 ， 全 球 受 严 重 灾 害 影
2、 响 的 国 家 和 地 区 频 繁 出 现 ， 导 致 大 量 人 员 伤 亡 和 严 重 经 济 损 失 。2008 年1 月10 日 至2 月2 日 ， 中 国 南 方 地 区 遭 遇 百 年 一 遇 的 低 温 雨 雪 冰 冻 灾 害 ， 此 次 灾 害 以 雨 雪 和 低 温 引 发 冰 冻 为 核 心 的 串 发 性 灾 害 链 为 主 ， 共 有17 种 次 生 灾 害 ， 25 条 灾 害 链 ， 链 条 较 长 ， 使 灾 情 层 层 放 大 ( 白 媛 等, 2011)。2008 年5 月12 日 ， 四 川 汶 川 发 生 里 氏8.0 级 大 地 震 ， 仅 地 震 诱
3、 发 的 山 地 灾 害 链 就 可 分 为4 个 等 级 ， 9 个 基 本 类 型 ， 涵 盖 了 崩 塌 、 滑 坡 、 泥 石 流 、 堰 塞 湖 、 洪 水 等 主 要 的 山 地 灾 害( 崔 云 等, 2012) 。2011 年3 月11 日 ， 东 北 日 本 海 发 生 里 氏9.0 级 地 震 ， 并 引 发 高 达38.9 m 的 海 啸 ， 造 成 大 量 人 员 死 亡/ 失 踪 和 房 屋 破 坏 ； 地 震 引 发 的 福 岛 核 泄 漏 事 故 ， 导 致 全 国 性 的 地 方 机 能 瘫 痪 和 经 济 活 动 一 度 停 止 ， 为 日 本 二 战 后 损
4、 失 最 惨 重 的 自 然 灾 害( 顾 朝 林, 2011) 。 频 发 的 灾 害 事 件 表 明 ， 每 发 生 一 种 重 大 灾 害 时 ， 总 会 诱 发 一 系 列 的 次 生 灾 害 ， 最 终 汇 集 成 强 大 的 破 坏 力 。 由 一 种 灾 害 引 起 另 一 种 灾 害 ， 从 而 形 成 连 锁 反 应 和 错 综 复 杂 的 灾 害 作 用 ， 其 破 坏 性 往 往 超 过 单 一 灾 种 的 破 坏 性 。 当 前 ， 社 会 各 界 也 日 益 认 识 到 ， 从 灾 害 链 的 角 度 进 行 灾 害 风 险 研 究 ， 更 加 有 效 地 进 行 灾
5、 前 准 备 和 灾 中 处 理 ， 减 少 由 灾 害 连 锁 反 应 带 来 的 损 失 变 得 尤 为 重 要 。 因 此 ， 灾 害 链 风 险 评 估 问 题 ， 已 成 为 亟 待 解 决 的 核 心 问 题 之 一 。 基 于 此 ， 本 文 在 综 述 当 前 国 内 外 灾 害 链 风 险 评 估 模 型 研 究 进 展 的 基 础 上 ， 结 合 区 域 灾 害 系 统 理 论 ， 初 步 提 出 灾 害 链 风 险 评 估 的 概 念 模 型 ， 并 以 “5 12 ” 汶 川 特 大 地 震 为 例 ， 简 要 说 明 灾 害 链 风 险 评 估 过 程 ， 旨 在 完
6、 善 区 域 灾 害 系 统 原 理 ， 为 进 一 步 推 动 灾 害 链 风 险 防 范提供依据 。 2 链式风险评估模型的研究进展 目 前 ， 灾 害 链 研 究 主 要 集 中 在 科 学 定 义( 郭 增 建 等,1987; 倪 晋 仁 等, 2004; 史 培 军, 2002; 肖 盛 燮, 2006) 、 灾 害 链 形 成 机 理 及 特 征( 李 明 等,2008; 倪 晋 仁 等, 2004; 肖 盛 燮, 2006) 、 损 失 评 估( 史 培 军, 2009) 、 灾 害 链 综 合 减 灾 对 策( 肖 盛 燮,2006) 等 方 面 ， 且 大 多 数 研 究 处
7、 于 定 性 分 析 和 描 述 阶 段 ， 仅 有 少 数 灾害链风险评估的概念模型 以汶川5 12 特大地震为例 张卫星 1 ， 周洪建 2 (1. 北京师范大学民政部/ 教育部减灾与应急管理研究院， 北京100875； 2. 民政部国家减灾中心 ， 北京100124) 摘 要 ： 大 量 事 实 表 明 ， 每 发 生 一 种 重 大 灾 害 总 会 诱 发 一 系 列 次 生 灾 害 ， 形 成 破 坏 力 远 超 单 一 灾 种 的 灾 害 链 现 象 。 要 有 效 防 范 灾 害 链 风 险 ， 理 清 其 形 成 过 程 、 构 建 其 评 估 模 型 是 前 提 。 在 梳
8、理 国 内 外 链 式 风 险 评 估 概 念 模 型 的 基 础 上 ， 结 合 “5 12 ” 汶 川 特 大 地 震 灾 害 链 案 例 ， 初 步 提 出 灾 害 链 风 险 评 估 的 概 念 模 型 。 孕 灾 环 境 敏 感 性 是 致 灾 因 子 链 发 的 重 要 影 响 因 素 ， 决 定 灾 害 链 风 险 的 链 发 概 率 ， 确 定 影 响 孕 灾 环 境 敏 感 性 的 因 素 及 定 量 关 系 是 评 估 关 键 ； 灾 害 链 中 承 灾 体 重 复 受 灾 导 致 脆 弱 性 增 大 ， 脆 弱 性 变 化 评 估 的 引 入 将 提 高 灾 害 链 风
9、险 评 估 结 果 的 精 度。本文旨在为完善区域灾害系统理论， 进一步推动灾害链风险防范提供依据 。 关 键 词： 灾害链 ； 风险评估； 概念模型； 汶川地震 doi:10.3724/SP.J.1033.2013.0013032 卷 1 期 张卫星 等： 灾害链风险评估的概念模型: 以汶川5 12 特大地震为例 研 究 通 过 建 立 数 学 、 物 理 或 力 学 模 型 来 研 究 灾 害 链 形 成 机 理( 范 海 军 等, 2006; 余 世 舟 等, 2010) 。 对 灾 害 链 风 险 评 估 的 研 究 刚 刚 起 步 ， 停 留 在 简 单 的GIS 叠 加 分 析 和
10、 专 家 打 分 法 的 研 究 水 平 ， 如 何 选 择 灾 害 链 的 风 险 表 征 指 标 及 评 估 由 灾 害 链 所 引 起 的 风 险 仍是一个难题(Shietal,2006) 。 灾 害 链 风 险 也 属 于 链 式 风 险 ， 而 链 式 风 险 已 在 许 多 领 域 有 较 深 入 研 究 ， 其 评 估 模 型 也 已 取 得 了 一 定 进 展 ， 其 中 供 应 链 风 险 、 事 故 链 风 险 评 估 模 型 较 为成熟 。 2.1 供应链风险评估 供 应 链 上 企 业 间 相 互 依 赖 ， 任 何 一 个 企 业 出 现 问 题 都 有 可 能 波
11、及 和 影 响 其 他 企 业 ， 从 而 影 响 整 个 供 应 链 的 正 常 运 作 ， 甚 至 导 致 供 应 链 的 破 裂 和 失 败 ， 这 种 供 应 链 自 身 的 脆 弱 性 所 决 定 的 风 险 ， 给 上 下 游 企 业 及 整 个 供 应 链 带 来 不 同 程 度 的 损 害(Juk- ka et al, 2004; 周 艳 菊 等, 2006)。 供 应 链 风 险 评 估 不 单 考 虑 供 应 链 中 每 个 企 业 的 风 险 ， 同 时 也 要 考 虑 企 业 间 的 风 险 ， 如 合 作 风 险( 江 孝 感 等,2007) ； 此 外 ， 外 部
12、环 境( 如 自 然 灾 害 等 产 生 的 风 险) 也 对 供 应 链 产 生 影 响 ， 这 也 是 供 应 链 风 险 度 量 因 素 之 一 。 因 此 ， 供 应 链 风 险 评 估 模 型 为 单 个 企 业 风 险 、 企 业 间 风 险 和外部环境风险的有机结合 。其评估模型如下 ： R=R s +R c +R e (1) 式 中 ： R 为 整 条 供 应 链 的 风 险 度 ， Rs 为 所 有 企 业 的 风 险 度 ； Rc 为 企 业 间 所 有 风 险 的 总 和 ； Re 为 供 应 链 外 部 所 有 风 险 的 总 和 。 各 部 分 的 风 险 度 评 估
13、 基 于 概 率与损失的乘积得到(江孝感等,2007) 。 2.2 事故链风险评估 事 故 链 风 险 一 般 由 事 故 链 发 生 概 率 和 产 生 的 后 果 描 述 ， 其 风 险 评 估 也 不 仅 考 虑 单 个 事 故 的 风 险 。 其 不 同 于 供 应 链 风 险 评 估 模 型 的 是 ， 将 每 个 事 故 的 概 率 乘 积 作 为 整 条 链 的 概 率 ， 事 故 的 后 果 函 数 加 权 求 和 之 后 得 到 整 条 链 的 后 果 ， 继 而 求 出 整 条 事 故链的风险度(王安斯等,2010)。 公式如下 ： R=( i=1 n P i )( i=1
14、 n S i W i ) (2) 式 中 ： R 为 整 条 事 故 链 的 概 率 ； Pi 为 事 故 链 中 间 环 节 ( 节点) 的概率 ； Si 为事故链中间环节( 节点)的后果 。 2.3 灾害链风险评估 当 前 ， 灾 害 链 风 险 评 估 的 概 念 模 型 大 致 分 为3 类： (1) 不考虑孕灾环境对灾害链风险的影响 曹 树 刚 等(2007) 提 出 灾 害 风 险 可 以 表 述 为 致 灾 因 子 发 生 的 概 率( 超 越 概 率) 与 承 灾 体 的 易 损 度( 即 给 定 区 域 由 于 潜 在 损 害 现 象 可 能 造 成 的 损 失 程 度) 的
15、 乘 积 。 假 设 一 条 灾 害 风 险 链 上 各 事 件 的 风 险 度 分 别 为R1 ， R2 ， ， Rn ， 则 从 连 锁 反 应 出 发 ， 整 条 风 险 链的风险度(R) 可以表示为(曹树刚等,2007)： R=1 -(1 -R 1 )(1 -R 2 ) (1 -R n ) (3) 公 式(3) 表 明 ， 灾 害 链 风 险 度 大 大 提 高 ， 灾 害 潜 在损失放大 。 (2) 考 虑 不 同 灾 害 事 件 间 关 系 对 灾 害 链 风 险 的 影响 刘 文 方 等(2006) 提 出 灾 害 链 是 由 于 内 在 联 系 ， 两 种 或 多 种 自 然
16、灾 害 在 时 间 上 相 继 出 现 的 现 象 ， 同 时给出了灾害链的数学表达式 ： S(n)=S G (n),A,E (4) 式 中 ： 灾 害 链S(n) 由n 个 相 互 关 联 的 灾 害 要 素 组 成 ， n2 ； SG(n) 为 灾 害 链 要 素 ， 也 是 一 个 灾 害 系 统 ； A 为 灾 害 要 素 之 间 的 关 联 关 系 ； E 为 灾 害 链 所 处 的 环 境 。 灾 害 链 内 部 在t 时 刻 灾 害 间 的 关 系 可 表 述 为： fS Gi (n,t),A i,j (t),S Gj (n,t)=0 (5) 式 中 ： SGi(n,t) 为 灾
17、 害 链 中t 时 刻 下 的 第i 个 灾 害 ； SGj(n,t) 为 灾 害 链 中t 时 刻 下 的 第j 个 灾 害 ； Ai,j(t) 为 在t 时 刻 灾 害 链 中 第i 个 灾 害 与 第j 个 灾 害 间 的 关 系 。 公 式(5) 表 示 在t 时 刻 ， 第i 、 j 灾 害 在 关 系Ai,j(t) 作 用 下 维持灾害间的转换平衡 。 (3) 综 合 考 虑 孕 灾 环 境 、 不 同 灾 害 事 件 间 关 系 对灾害链风险的影响 王 翔(2011) 从 系 统 工 程 角 度 出 发 ， 将 灾 害 链 中 各 灾 害 事 件 看 成 是 “ 节 点 ” ，
18、各 灾 害 事 件 间 的 联 系 看 成 是 “ 边 ” ， 灾 害 链 风 险 评 估 模 型 既 考 虑 “ 边 ” 又 考 虑 “ 节 点 ” ， 与 供 应 链 、 事 故 链 不 同 的 是 ， 边 上 考 虑 的 是 概 率 ， 节 点 考 虑 的 是 损 失 ； 同 时 ， 还 考 虑 各 灾 害 事 件 之 间 关 系 的 风 险 ， 即 一 个 灾 害 事 件 和 另 一 个 灾 害 事 件 之 间 的 引 起 关 系 对 其 他 事 件 之 间 引 起 关 系 的 影 响 程 度 。 引 入 “ 边 的 脆 弱 性 ” 来 衡 量 由 灾 害 链 构 成 的 网 络 中
19、的 这 一 拓 扑 性 质 ， 认 为 灾 害 链 风 险 评 估 是 基 于 由 一 个 灾 害 引 发 另 一 个 灾 害 的( 边 上 的) 概 率 、 灾 害 链 上 的 灾 害 事 件( 节 点 上) 所 造 成 的 损 失 和 边 上 的脆弱性进行的 。 其评估模型如下(王翔,2011) ： R= i=1 n P i(i+1) L i V i(i+1) (6) 式 中 ： R 为 灾 害 链 风 险 度 ； Pi(i+1) 为 第i 和 第i+1 个 灾 害 131地 理 科 学 进 展 32 卷 1 期 事 件 间 边 上 的 概 率 ； Li 为 节 点 上 的 损 失 ； V
20、i(i+1) 为 第i 和第i+1 个灾害事件间边上的脆弱性 。 2.4 小结 从 模 型 的 优 点 、 局 限 性 和 可 供 借 鉴 的 内 容3 个 方 面 对 上 述 链 式 风 险 模 型 进 行 梳 理( 表1)。 灾 害 链 作 为 由 某 一 种 致 灾 因 子 或 生 态 环 境 变 化 引 发 的 一 系 列 灾 害 现 象 ， 其 风 险 应 由 单 个 灾 害 事 件 的 风 险 和 灾 害 事 件 间 链 发 风 险 组 成 ， 其 中 后 者 由 孕 灾 环 境 的 敏感性和前一灾害事件的强度共同决定 。 3 灾害链风险评估的概念模型 参 考 上 述 链 式 风
21、险 度 量 的 概 念 模 型 ， 考 虑 到 承 灾 体 重 复 受 灾 引 起 的 脆 弱 性 变 化 ， 本 文 引 入 孕 灾 环 境 敏 感 性 、 承 灾 体 脆 弱 性 、 脆 弱 性 变 化 等 概 念 ， 基 于 风 险 评 估 的 经 典 模 型R=HV(R 为 风 险 度 ， H 为 致 灾 强 度 ， V 为 承 灾 体 的 脆 弱 性)， 构 建 灾 害 链 风 险 评 估 的 概 念 模 型( 图1) ， 其 要 素 包 括 ： 孕 灾 环 境 敏 感 性 分 析 、 单 灾 害 事 件 致 灾 强 度 分 析 、 单 灾 害 事 件 承 灾 体 脆 弱 性 及 脆
22、 弱 性 变 化 分 析 、 以 及 灾 害 链 中 链 单 元 风 险分析 。 3.1 灾害链发概率分析 灾 害 链 发 概 率 指 某 一 灾 害 引 发 另 一 个 灾 害 事 件 的 可 能 性 大 小 。 获 取 某 一 灾 害 事 件 的 概 率 常 用3 种 方 法 ： 利 用 数 据 资 料 计 算 理 论 或 者 先 验 概 率 、 利 用 文 献 资 料 观 测 过 去 某 个 事 件 的 发 生 概 率 、 基 于 人 表1 链式风险评估模型梳理 Tab.1Modelsofchainriskassessment 名称 供应链风险 事故链风险 灾 害 链 风 险 不考虑孕灾
23、环境因素 考虑孕灾环境因素 考 虑 孕 灾 环 境 、 不 同 灾害事件间的关系 优点 综合考虑单企业 、 企业 间和外部环境的风险 用 事 故 的 发 生 概 率 作 为 衡 量 单 个 事 故 后 果 在 整 个灾害链后果中的权重 概念表达式简单易懂 考 虑 孕 灾 环 境 、 不 同 灾 害事件间的关系 考 虑 孕 灾 环 境 脆 弱 性 和 不同灾害事件间的关系 局限性 企业间风险与外部环境风险间 不存在明显的相互关系 未考虑外部环境对事故链 的影响 未 考 虑 孕 灾 环 境 、 不 同 灾 害 事 件 间的关系 仅 考 虑 致 灾 因 子 的 链 性 和 灾 害 链 的 最 终 损
24、 失 ， 未 考 虑 承 灾 体 局 部 或 部 分 损 失 引 起 的 脆 弱 性 变 化对灾情的放大效应 单 个 灾 害 事 件 未 考 虑 致 灾 因 子 强 度 或 者 发 生 概 率 ， 只 考 虑 了 灾 害损失 可供借鉴 考虑单灾害事件风险 、 原发 灾害与此生灾害的关系以及 孕灾环境的作用 将 孕 灾 环 境 特 征 融 入 次 生 灾 害 风 险 评 估 ， 尤 其 是 发 生 概 率或损失程度的评估中 考 虑 孕 灾 环 境 在 次 生 灾 害 中 的作用 考 虑 致 灾 因 子 链 发 对 承 灾 体 脆弱性的影响 单 灾 害 风 险 评 估 模 型R=H V ， 既 要
25、 考 虑 致 灾 强 度 又 要 考 虑承灾体脆弱性 图1 灾害链风险评估的概念模型 Fig.1Conceptualmodelofdisasterchainriskassessment 13232 卷 1 期 张卫星 等： 灾害链风险评估的概念模型: 以汶川5 12 特大地震为例 们 对 灾 害 事 件 概 率 的 主 观 认 识 由 专 家 打 分 获 取 。 灾 害 链 发 概 率 分 析 与 单 一 灾 害 事 件 概 率 分 析 方 法 不 同 的 是 ， 灾 害 链 中 后 一 灾 害 事 件 的 发 生 是 前 一 灾 害 事 件 触 发 的 结 果 ， 其 发 生 的 可 能 性
26、 与 前 一 灾 害 事 件 强 度 与 孕 灾 环 境 敏 感 性 有 关 。 本 文 中 采 用 存 在 前 后 因 果 关 系 的2 个 灾 害 事 件 共 现 的 概 率 表 达 链 发 概 率 ， 用Jaccard 指 数 （ 王 翔,2011 ） 评 价 灾 害 事 件 因果共现率 ， 计算公式如下 ： P j(j+1) = p j(j+1) p j +p j+1 -p j(j+1) =f j (H j ,c,d,r,s,v) (7) 式 中 ： Pj(j+1) 为 灾 害 链 发 概 率 ； pj 、 p(j+1) 分 别 为 整 个 灾 害 链 中 第j 、 j+1 个 致 灾
27、 因 子 发 生 的 概 率 ； Hj 为 第j 个 致 灾 因 子 的 致 灾 强 度 ； c 、 d 、 r 、 s 、 v 分 别 代 表 孕 灾 环 境 中 的 气 象 气 候 、 地 形 地 貌 、 河 网 水 系 、 土 壤 和 植 被 等 因素 。 3.2 致灾强度分析 致 灾 强 度 和 概 率 始 终 分 不 开 ， 一 般 情 况 下 ， 致 灾 强 度 越 大 ， 出 现 的 概 率 越 低 ， 部 分 研 究 用 概 率 或 超 越 概 率 来 表 达 致 灾 强 度( 黄 崇 福,2005)。 以 地 震 为 例 ， 可 用 统 计 某 区 域 内 不 同 震 级 地
28、 震 出 现 的 概 率 来 表 达 其 强 度 ， 即 ： 设X 的 论 域 为 地 震 震 级 ， 记 为X= x1, x2, , xn ， 设 震 级 为xi 的 概 率 为pi ， i=1,2, ,n ， 则 概 率 分 布 为p=p1, p2, , pn 就 成 为 地 震 致 灾 因 子强度域 ， 则致灾因子强度的计算公式为 ： H=P(x)= k=x m p(k) (8) 式 中 ： H 为 致 灾 因 子 强 度 ； P(x) 为 震 级x 的 超 越 概 率； p(x) 为震级x 的概率 ； k=x,x+1,x+2,.,m 。 3.3 承灾体脆弱性分析 灾 害 链 中 承 灾
29、 体 脆 弱 性 分 析 较 为 复 杂 ， 针 对 特 定 区 域 内 某 一 类 型 承 灾 体 脆 弱 性 分 析 ， 可 分 为3 种 情 况 ： 承 灾 体 被 原 发 致 灾 因 子 彻 底 摧 毁 ， 脆 弱 性 消 失 ； 承 灾 体 遭 受 原 发 致 灾 因 子 打 击 后 ， 出 现 局 部 破 坏 或 变 异 ， 脆 弱 性 增 加 或 改 变 ； 脆 弱 性 增 加 或 改 变 的 承 灾 体 再 次 遭 受 致 灾 因 子 打 击 ， 被 彻 底 摧 毁 或 严 重 破 坏 与 变 异 。 已 有 研 究 给 出 了 承 灾 体 脆 弱 性 评 估 的 半 定 量
30、和 定 量 方 法( 史 培 军,2011) ， 前 者 通 过 查 询 致 灾 强 度( 概 率) 与 脆 弱 性 等 级 矩 阵 表 达 不 同 致 灾 强 度 下 的 脆 弱 性 大 小 ， 后 者 则 是 通 过 历 史 案 例 数 据 或 实 验 数 据 拟 合 得 到 脆 弱 性 曲 线 ， 输 入 致 灾 强 度 值 求 得 脆 弱 性 。 这 两 种 方 法 在 承 灾 体 首 次 遭 受 致 灾 因 子 打 击 时 适 用 ， 对 于 承 灾 体 重 复 遭 受 同 一 致 灾 因 子 或 新 致 灾 因 子 打 击 时 就 需 要 考 虑 承 灾 体 脆 弱 性 的 变 化
31、 。 需 要 特 别 说 明 的 是 ， 虽 然 脆 弱 性 的 定 量 表 达 式 都 是 致 灾 强 度 的 函 数 ， 但 脆 弱 性 从 本 质 上 讲 是 承 灾 体 的 属 性 ， 由 承 灾 体 的 某 些 特 征 要 素 决 定 ， 在 遭 受 致 灾 因 子 打 击 后 ， 承 灾 体 的 特 征 要 素 发 生了变化 ， 进而影响到脆弱性 。 其计算公式如下 ： V i =f(H i )=f(x,y,z) V i =f(H i )=f(x,y,z) i=1,2,3,.,n (9) 式 中 ： Vi 、 Vi 分 别 为 承 灾 体 脆 弱 性 和 变 化 后 的 承 灾 体
32、 脆 弱 性 ； Hi 为 第i 个 致 灾 因 子 的 强 度 ； x 、 y 、 z 和x 、 y 、 z 分 别 为承灾体受灾前 、 后决定脆弱性的因素 。 3.4 灾害链风险度量模型 基 于 上 述 对 灾 害 链 发 概 率 、 致 灾 强 度 和 承 灾 体 脆 弱 性 的 分 析 ， 结 合 灾 害 风 险 的 表 达 式 ： 风 险(R)= 致灾强 度(H) 脆弱性(V) ， 得到灾 害链风 险度量 的概 念 模 型( 公 式(10)。 需 要 说 明 的 是 ： 灾 害 链 风 险 度 量 模 型 以 灾 害 造 成 的 承 灾 体 损 失 率 为 基 本 结 果 ， Ri
33、介 于01 之 间 ； 在 目 前 模 型 的 基 础 上 ， 考 虑 区 域 承 灾 体 的 数 量 与 空 间 格 局 ， 可 以 得 到 评 估 区 域 内 承 灾 体的可能损失数量和空间分布 。 R i =P i1 H i1 V i1 + j=2 m P j(j+1) H ij V ij i=1,2,3,.,n; j=1,2,3,.,m (10) 式 中 ： Ri 为 承 灾 体i 的 灾 害 链 风 险 度 ； Pi1 、 Hi1 、 Vi1 分 别 为 链 源 致 灾 因 子 概 率 、 致 灾 强 度 和 承 灾 体i 对 链 源 致 灾 因 子 的 脆 弱 性 ； Hij 为
34、第j 个 致 灾 因 子 的 致 灾 强 度 ； Vij 为 承 灾 体i 对 第j 个 致 灾 因 子 的 脆 弱 性 ； Pj(j+1) 为 第j 个 致 灾 因 子 导 致 第j+1 个 因 子 发 生 的 概 率 ； i 为 承 灾 体 类 型 ； j 为 灾 害 链 中的致灾因子类型 。 4 汶川地震灾害链分析 2008 年5 月12 日14 时28 分 ， 四 川 汶 川 发 生 里 氏8.0 级 地 震 ， 截 至8 月7 日 ， 地 震 共 造 成69222 人 死 亡 ， 18176 人 失 踪 ， 374638 人 受 伤( 国 家 汶 川 地 震 灾 后 重 建 规 划
35、组,2008) 。 地 震 引 发 一 系 列 崩 塌 、 滑 坡 ， 阻 断 交 通 ， 形 成 堰 塞 湖 ， 对 周 边 人 民 群 众 生 命 财 产 和 生 态 环 境 形 成 新 的 威 胁 。 据 统 计 ， 截 至2008 年7 月20 日 ， 地 震 重 灾 区 新 增 地 质 灾 害 隐 患 点8627 处 ， 其 中 规 模 巨 大 的 崩 塌 、 滑 坡 堵 塞 河 流 形 成36 个 危 险 程 度 不 等 的 堰 塞 湖( 崔 云 等,2012) 。 众 多 研 究 证 明 汶 川 地 震 灾 害 链 现 象 典 型 ， 承 灾 体 重 复 受 灾 ， 133地 理
36、 科 学 进 展 32 卷 1 期 灾情 “ 放大 ” 效应显著(崔云等,2012; 赵祥等,2009) 。 4.1 灾害链发性分析 汶 川8.0 级 地 震 是 中 国 近 百 年 来 发 生 的 破 坏 性 最 大 的 地 震 灾 害( 黄 润 秋 等,2009) ， 地 震 致 灾 强 度 为 百 年 一 遇 ， 地 震 最 大 烈 度 达 到 度( 汶 川 地 震 灾 害 地 图 集 编 纂 委 员 会, 2008)， 强 大 的 能 量 与 当 地 孕 灾 环 境 的 敏 感 性( 如 ， 海 拔 高 程 、 地 形 坡 度 等) 导 致 地 质 灾 害 频 发( 崔 鹏 等, 20
37、11)。 同 时 ， 地 震 烈 度IX 度 及 以 上 ， 距 离 发 震 断 层 距 离(Ds) 为12km 、 海 拔(Al) 15002000m 、 地 形 坡 度(Sl) 在4050 的 区 域 内 ， 地 震与地质灾害的共现率为1 ， 其表达式为 ： P 地 震 - 崩塌 滑坡 =1=f(H,Ds,Sl,Al ) =f(f(11,12),f(Ds),f(Sl),f(Al) (11) 式 中 ： H 为 地 震 致 灾 强 度 ， 用 地 震 烈 度 出 现 的 概 率(f(11,12) 表 达 ； Ds 、 Al 和Sl 分 别 基 于 各 自 与 崩 塌 滑 坡 密 度 的 关
38、系 推 算 得 到 评 估 区 域 内 崩 塌 滑 坡 影 响 面 积 与 区 域 总 面 积 的 比 例 ， 作 为 参 数 ， 计 算 链 发 概率 。 4.2 致灾强度分析 汶 川 地 震 崩 塌 滑 坡 灾 害 链 中 ， 地 震 致 灾 强 度 为 百 年 一 遇 ， 以 超 越 概 率 表 达 ， 其 为0.01 或 者100 ( 年 遇 型) 。 崩 塌 滑 坡 致 灾 强 度 评 估 ， 本 文 参 考 史 培 军(2002) 提 出 的 “ 灾 害 多 度 ” 思 路 ， 通 过 评 估 区 域 内 崩 塌 滑 坡 毁 损 的 面 积 占 区 域 总 面 积 比 例 出 现
39、的 概 率来表达其强度 。 4.3 承灾体脆弱性分析 通 过 对 比 两 个 受 灾 县 的 损 失 水 平 ， 从 侧 面 反 映 灾 害 链 对 承 灾 体 脆 弱 性 的 影 响 。 汶 川 县 、 安 县 平 均 地 震 烈 度 相 同 ， 但 人 口 死 亡 失 踪 率 、 人 口 转 移 安 置 率 和 房 屋 倒 塌 率 等 前 者 远 高 于 后 者( 国 家 减 灾 委 员 会 、 科 技 部 抗 震 救 灾 专 家 组, 2008)( 表2) 。 究 其 原 因 ， 汶 川 县 大 多 数 人 口 、 建 筑 物 都 受 到 地 震 和 崩 塌 滑 坡 灾 害 的 双 重
40、影 响 ， 而 安 县 大 多 数 人 口 、 建 筑 物 仅 受 到 地 震 影 响 ， 只 少 部 分 人 口 、 建 筑 物 受 到 崩 塌 滑 坡 灾 害 的 影 响( 图2) 。 此 外 ， 对 比 两 县 人 均GDP 和 人 均 年 末 存 款 来 看 ， 汶 川 县 应 强 于 安 县 ， 在 一 定 程 度 上 反 映 了 前 者 的 防 灾 减 灾 能 力 和 房 屋 抗 灾 能 力 强 于 后 者 ， 而 灾 情 程 度 汶 川 远 超 安 县 ， 可 初 步 推 断 汶 川 县 重 复 受 灾 导 致 的 脆 弱 性 增 加 幅 度 远 高 于 安县 。 脆 弱 性 变
41、 化 分 析 可 以 通 过 监 测 影 响 脆 弱 性 的 核 心 指 标 的 变 化 近 似 得 到 。 例 如 ， 人 口 脆 弱 性 的 变 化 可 用 人 口 中 弱 势 群 体 和 因 地 震 导 致 的 新 增 脆 弱 人 群 的 变 化 来 近 似 反 映 ； 房 屋 脆 弱 性 的 变 化 可 用 土 木 结 构 和 其 他 结 构 房 屋 与 新 增 损 坏 的 房 屋 数 量 占 房屋总数量的比例来近似表达 。 4.4 灾害链与单灾种风险对比 从 致 灾 因 子 分 析 ， 灾 害 链 中 致 灾 因 子 数 量 多 于 单 灾 种 ， 且 原 生 致 灾 因 子 强 度
42、 通 常 较 大 。 汶 川 地 震 灾 害 链 案 例 中 ， 地 震 导 致 崩 塌 、 滑 坡 发 生 ， 与 单 纯 的 地 震 灾 害 相 比 ， 致 灾 因 子 数 量 为3 个 ， 增 加 了2 个 ； 原 发 地 震 强 度 极 大 ， 超 过 百 年 一 遇 ， 故 而 引 发 较 强 烈 的 次 生 地 质 灾 害 ， 也 致 使 次 生 灾 害 的 致 灾 强 度 较 大 。 从 脆 弱 性 分 析 ， 承 灾 体 因 多 次 受 灾 而 导 致 的 脆 弱 性 变 化 增 大 了 灾 害 链 风 险 ， 造 成 的 实 际 损 失 也 较 大 。 汶 川 地 震 灾 害
43、 链 案 例 中 ， 平 均 烈 度 基 本 相 同 的 汶 川 县 、 安 县 ， 前 者 人 口 密 度 远 小 于 后 者 、 人 均GDP 大 于 后 者 ， 若 仅 考 虑 地 震 灾 害 影 响 ， 汶 川 县 因 灾 人 口 死 亡 失 踪 率 不 会 大 于 安 县 ， 可 实 际 恰 恰 相 反 。 分 析 发 现 ， 汶 川 县 和 安 县 都 受 到 了 次 生 地 质 灾 害 的 影 响 ， 但 前 者 更 严 重 ， 以 致 出 现 了 前 者 人 口 死 亡 失 踪 率远大于后者的现象 。 从 灾 害 风 险 评 估 的 基 本 公 式 看 ， 与 单 灾 种 风
44、险 相 比 ， 无 论 是 致 灾 因 子 强 度( 包 含 致 灾 因 子 个 数) 还 是 承 灾 体 脆 弱 性 ， 灾 害 链 中 的 综 合 致 灾 强 度 和 脆 弱 性 均 要 高 出 单 灾 种 的 相 应 数 值 ， 出 现 灾 害 链 风险偏大的现象 。 表2 汶川县与安县致灾强度与灾情对比 Tab.2HazardsanddisasterinformationinWenchuanandAnCounty 县名 汶川县 安县 平均烈度 8.89 8.89 地质灾害危 险度 1.78 0.95 死 亡 失 踪 率/ ( 人/ 万 人) 2170 66 转 移 安 置 率/ ( 人
45、/ 万 人) 10223 9720 倒 塌 房 屋 率/ ( 间/ 万 人) 55291 15498 人均GDP/ ( 元/ 人) 22607 8180 人均年末存 款/( 元/ 人) 8082 5659 注： 平均烈度 、 地质灾害危险 度 、 死亡失踪率 、 转移安置率 、 倒塌房屋率等数据来源于 国家减灾委员会 、 科技部抗震救灾专家组 (2008) ； 人均GDP 和人均年末存款来源于2008 年四川省统计年鉴 。 13432 卷 1 期 张卫星 等： 灾害链风险评估的概念模型: 以汶川5 12 特大地震为例 图2 汶川地震极重灾区人口(a) 、 建设用地(b) 与地震烈度及次生地质灾
46、害高风险区分布 Fig.2Distributionofpopulation(a)andbuilt-up(b)inrelationtoearthquakeandgeo-hazardsintheextremelysevereareas ofWenchuanEarthquakedisaster 安县 汶川县 安县 汶川县 人口密度/ 人 km -2 a b 5 结论与讨论 灾 害 链 因 其 形 成 机 理 复 杂 、 预 报 难 度 大 、 防 范 要 求 高 、 造 成 损 失 重 等 特 点 而 引 起 国 内 外 学 者 的 高 度 关 注 ， 灾 害 链 的 定 义 、 类 型 、 形 成
47、 过 程 和 典 型 灾 害 链 案 例 等 方 面 的 研 究 不 断 出 现 。 然 而 ， 对 灾 害 链 风 险 形 成 过 程 、 灾 害 链 发 性 评 估 的 研 究 刚 刚 起 步 ， 尚 未 见 到 相 关 研 究 成 果 。 本 文 在 梳 理 链 式 风 险 形 成 过 程 及 概 念 评 估 模 型 研 究 进 展 的 基 础 上 ， 结 合 “5 12 ” 汶 川 特 大 地 震 灾 害 链 案 例 ， 初 步 提 出 了 灾 害 链 风险评估的概念模型 。 主要结论如下 ： (1) 孕 灾 环 境 的 敏 感 性 是 致 灾 因 子 链 发 的 重 要 影 响 因
48、素 ， 应 在 灾 害 链 风 险 评 估 概 念 模 型 中 对 其 进 行 充 分 表 达 。 汶 川 地 震 崩 塌 滑 坡 灾 害 链 分 析 表 明 ， 相 同 烈 度 区 内 地 形 坡 度 、 海 拔 、 岩 性( 陈 晓 利 等, 2011) 、 断 裂 距 等 是 导 致 崩 塌 滑 坡 发 生 的 主 要 因 素 ， 其 综 合 作 用 的 大 小 决 定 着 地 震 引 发 崩 塌 滑 坡 的 可 能 性 ， 即 灾 害 链 发 概 率 。 确 定 影 响 孕 灾 环 境 敏 感 性 大 小 的 因 素 及 定 量 关 系 是 实 施 灾 害 链 发 概 率 评 估 的关
49、键 。 (2) 承 灾 体 脆 弱 性 增 大 是 灾 害 链 致 使 灾 害 损 失 “ 放 大 ” 的 主 要 原 因 ， 开 展 脆 弱 性 变 化 评 估 是 灾 害 链 风 险 评 估 的 关 键 。 以 汶 川 地 震 极 重 灾 区 汶 川 县 、 安 县 为 例 ， 两 县 地 震 平 均 烈 度 相 同 、 经 济 条 件 前 者 优 135地 理 科 学 进 展 32 卷 1 期 于 后 者 ， 但 地 质 灾 害 危 险 程 度 前 者 高 于 后 者 ， 结 果 是 汶 川 县 人 员 和 房 屋 损 失 显 著 高 于 安 县 ， 这 在 一 定 程 度 上 说 明 了 重 复 受 灾 对 承 灾 体 脆 弱 性 变 化 的 影 响 。 分 析 脆 弱 性 的 影 响 因 素 及 其 相 互 关 系 并 监 测 其变化是脆弱性变化评估的关键 。 灾 害 链 风 险 评 估 概 念 模 型 的 构 建 需 要 从 区 域 灾 害 系 统 理 论 、 风 险 评 估 理 论 和 灾 害 链 案 例 分 析 出 发 ， 本 文 虽 然
