中國(guó)在國(guó)際緊急災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)中的洪水災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析

中國(guó)在國(guó)際緊急災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)中的洪水災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析

洪水災(zāi)害是世界上最常見(jiàn)的災(zāi)害之一。關(guān)于災(zāi)難的時(shí)空范圍、時(shí)空強(qiáng)度和人類(lèi)生存和發(fā)展的威脅，洪水災(zāi)害是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。洪水災(zāi)害的基本特征和規(guī)律的研究不僅是災(zāi)害研究的重要組成部分，也是相關(guān)政府部門(mén)制定宏觀決策的重要組成部分。根據(jù)國(guó)際緊急災(zāi)難數(shù)據(jù)庫(kù)（pm-dat）的數(shù)據(jù)，根據(jù)“死亡人數(shù)”和“經(jīng)濟(jì)損失”指標(biāo)對(duì)世界上各種自然災(zāi)害的影響進(jìn)行分類(lèi)。洪水災(zāi)害首次出現(xiàn)，中國(guó)是洪水災(zāi)害最常見(jiàn)的國(guó)家之一。從1988年到2007年，共發(fā)生了140次洪水。中國(guó)地域遼闊,自然災(zāi)害頻發(fā),無(wú)論是災(zāi)源、災(zāi)害強(qiáng)度、損害大小均呈現(xiàn)明顯到地域差異.雖然許多地方水災(zāi)頻發(fā),歷史文獻(xiàn)記載較多,但所給記錄難以定量或作為樣本使用;傳統(tǒng)的概率統(tǒng)計(jì)方法需要足夠多的樣本數(shù)據(jù)才能得到較好的實(shí)際效果.這就要求用其他技術(shù)方法對(duì)小樣本進(jìn)行客觀分析,利用信息擴(kuò)散分配法可以把每一個(gè)樣本點(diǎn)變成模糊集,并把其攜帶的信息分配樣本中的每一個(gè)點(diǎn)的一種優(yōu)化處理樣本資料方法,為優(yōu)化處理洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供了一個(gè)重要途徑.本文利用全球EM-DAT(OFDA/CRED)國(guó)際災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)中的重大洪水災(zāi)害相關(guān)資料,統(tǒng)計(jì)了中國(guó)1988~2007年的洪水災(zāi)害次數(shù)、死亡人口、經(jīng)濟(jì)損失指標(biāo),并采用基于信息擴(kuò)散的模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析.用一維線性信息分配模型計(jì)算三個(gè)指標(biāo)的概率分布,以期為中國(guó)洪水災(zāi)害管理提供依據(jù),對(duì)合理減災(zāi)決策具有重要意義.1單值觀測(cè)樣本x信息擴(kuò)散是一種對(duì)樣本進(jìn)行集值化的模糊數(shù)學(xué)處理方法,它可以將單值樣本變成集值樣本.最簡(jiǎn)單的模型是一維線性信息分配模型.設(shè)Xi為洪水災(zāi)害指標(biāo)的樣本,在此使用洪水災(zāi)害次數(shù)、死亡人口、經(jīng)濟(jì)損失三個(gè)指標(biāo).如果過(guò)去m年內(nèi)每個(gè)洪水災(zāi)害指標(biāo)的實(shí)際記錄為x1,x2,x3,…,xm稱(chēng)X={x1,x2,x3,…,xm},X為記錄樣本集合,xi為樣本到實(shí)際觀測(cè)值.設(shè)研究樣本指標(biāo)論域?yàn)?U={u1,u2,u3,…,un}(1)一個(gè)單值觀測(cè)樣本x根據(jù)公式(2)可以將其所攜帶的信息擴(kuò)散給U中的所有點(diǎn);f(uj)={1-|uj-xi|hx?|uj-xi|≤hx0?其他(2)f(uj)={1?|uj?xi|hx?|uj?xi|≤hx0?其他(2)其中hx為擴(kuò)散系數(shù),可根據(jù)樣本集合中的樣本最大值b、最小值a和樣本個(gè)數(shù)n確定.令:Ci=n∑i=1∑i=1nf(uj)(3)則對(duì)應(yīng)模糊子集的隸屬函數(shù)是μxi(uj)=f(uj)Ci(4)μxi(uj)=f(uj)Ci(4)稱(chēng)μxi(uj)為樣本點(diǎn)xi的歸一化信息分布.令q(uj)=m∑i=1∑i=1mμxi(uj)(5)其物理意義是:由{x1,x2,x3,…xn},經(jīng)信息擴(kuò)散推斷出,如果災(zāi)害觀測(cè)值只能取{u1,u2,u3,…,um}中的一個(gè),那么,在將xi均看作是樣本代表時(shí),觀測(cè)值為uj的樣本點(diǎn)個(gè)數(shù)為q(uj).再令:Q=m∑j=1q(uj)(6)Q事實(shí)上就是各uj點(diǎn)上樣本點(diǎn)數(shù)的總和,可知:p(uj)=q(uj)Q(7)式中p(uj)就是樣本點(diǎn)落在uj處的概率的估計(jì)值.超越uj的概率值是:p(uj)=n∑k=1p(uj)(8)式中p(uj)就是所要求的某一種災(zāi)害超越概率風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)值.2洪水災(zāi)害發(fā)生的概率根據(jù)國(guó)際災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)在1988~2007年發(fā)生的洪水災(zāi)害次數(shù)(X1)、人口死亡數(shù)(X2)、洪水災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失(X3),三個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示.分別取一維空間上的集合、[0,4300]、[0,2200]作為洪水災(zāi)害次數(shù)(X1)、人口死亡數(shù)(X2)、洪水災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失(X3)的論域,并將論域進(jìn)行離散,離散論域?yàn)?U1={2,4,…,22}控制點(diǎn)數(shù)11個(gè);U2={402,787,1172,…,4250}控制點(diǎn)數(shù)11個(gè);U3={21,236,451,…,2172}控制點(diǎn)數(shù)11個(gè).按上述公式(2)~(8),可以分別求出每一水平下洪水災(zāi)害次數(shù)、人口死亡數(shù)、洪水災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失三個(gè)指標(biāo)的概率(表2、表3、表4).表2、3、4表明,我國(guó)每年發(fā)生1-7次的洪災(zāi)概率較大(>0.5250),平均每1~2年發(fā)生一次;而發(fā)生13次以上洪水災(zāi)害則相對(duì)罕見(jiàn)(<0.0750),平均每13~14年一遇.同時(shí)洪水也給我國(guó)造成了巨大的人員傷亡:洪災(zāi)每年至少引發(fā)402人死亡;引發(fā)死亡人數(shù)402~1172概率較大(>0.5710);大于1941人數(shù)的死亡概率較小(<0.1986).洪水災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失每年為451億元的概率為(>0.4546),平均2~3年就會(huì)造成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失;每年造成的經(jīng)濟(jì)損失為1311億元的概率為(<0.0959),平均10~11年發(fā)生,經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)水平隨著災(zāi)害損失增大,風(fēng)險(xiǎn)概率值減少.3洪水災(zāi)害分析本文利用基于信息擴(kuò)散理論的風(fēng)險(xiǎn)分析方法,用有限的信息對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量化分析,定量地評(píng)價(jià)了中國(guó)水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),對(duì)防災(zāi)減災(zāi)具有一定的指導(dǎo)意義.由于歷史資料時(shí)間序列短的自然災(zāi)害,因此所選的離散區(qū)間和所求概率都存在一定問(wèn)題;隨著資料不斷豐富,需要對(duì)離散區(qū)間及擴(kuò)散系數(shù)做修正,以保證估計(jì)概率更接近于實(shí)際發(fā)生值.通過(guò)信息擴(kuò)散理論方法進(jìn)行洪水災(zāi)害分析,可以看出,洪