區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與可能性風(fēng)險(xiǎn)

區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與可能性風(fēng)險(xiǎn)

1區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析研究的進(jìn)展20世紀(jì)80年代末到90年代初，隨著聯(lián)合國(guó)提出的“國(guó)際減少自然災(zāi)害十年”活動(dòng)的發(fā)展，以各種災(zāi)害為研究對(duì)象的新綜合科學(xué)災(zāi)難開始發(fā)展。區(qū)域自然災(zāi)害是災(zāi)害學(xué)研究的重要內(nèi)容,近年國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者在這一領(lǐng)域做了大量的理論探索和案例分析工作。舉其要者如下:馬宗晉等在90年代初即指出災(zāi)害學(xué)研究必須依據(jù)綜合思維方式,采用系統(tǒng)科學(xué)方法,將各種災(zāi)害視作一個(gè)整體來(lái)分析,將人類的減災(zāi)活動(dòng)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程來(lái)展開。他們依據(jù)上述思路,對(duì)中國(guó)歷史上各類重大自然災(zāi)害進(jìn)行了綜合調(diào)查和系統(tǒng)研究。在其陸續(xù)發(fā)表的專著及其它一系列文獻(xiàn)中,就災(zāi)害研究亟待開展的內(nèi)容進(jìn)行了較為全面的先導(dǎo)性的論述。Blaikie等從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體綜合作用的角度,系統(tǒng)的總結(jié)了資源開發(fā)與自然災(zāi)害的關(guān)系,指出災(zāi)害是脆弱性承災(zāi)體與致災(zāi)因子綜合作用的結(jié)果。史培軍等在綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,提出區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)論的理論觀點(diǎn),認(rèn)為災(zāi)情(災(zāi)害損失)是由孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體之間相互作用形成的,其輕重取決于孕災(zāi)環(huán)境的穩(wěn)定性、致災(zāi)因子的風(fēng)險(xiǎn)性及承災(zāi)體的脆弱性,是由上述相互作用的三個(gè)因素共同決定的?？偟目?以往的區(qū)域?yàn)?zāi)害理論研究的重心集中在通過(guò)區(qū)域?yàn)?zāi)害案例的分析,提出區(qū)域?yàn)?zāi)害研究的基本概念和構(gòu)架區(qū)域?yàn)?zāi)害研究的基本理論體系,研究?jī)?nèi)容主要涵蓋災(zāi)害損失指標(biāo)體系、災(zāi)害損失評(píng)估方法、災(zāi)害區(qū)劃原則與原理、災(zāi)害綜合區(qū)劃方法、災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法、綜合減災(zāi)對(duì)策等方面。近年,區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析方面的研究日益受到重視。這是區(qū)域自然災(zāi)害理論研究不斷深入的必然。區(qū)域?yàn)?zāi)害研究的主要目的在于“知新”,鑒于目前甚至將來(lái),人類對(duì)許多區(qū)域自然災(zāi)害不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),故關(guān)于區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的理論與方法的研究越來(lái)越引起眾多研究者的更大關(guān)注是十分自然的。另一方面,區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的實(shí)踐亦提出了加強(qiáng)區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的理論與方法研究的迫切需求,如制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、確定區(qū)域保險(xiǎn)費(fèi)率、開發(fā)利用土地資源、建設(shè)重大工程項(xiàng)目、區(qū)域環(huán)境評(píng)價(jià)等都必須綜合考慮區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平。再者,上文論及的區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)論的有關(guān)概念和方法的提出和建立也為區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的研究提供了必要的條件。本文概要評(píng)述區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析研究的進(jìn)展:首先,討論風(fēng)險(xiǎn)及區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的含義,介紹區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的主要內(nèi)容;其次,評(píng)述自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)估算數(shù)學(xué)模型的演進(jìn),并著重介紹可能性風(fēng)險(xiǎn)模型;最后,指出區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析有待深入研究的主要問(wèn)題。2對(duì)區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分析包括2.1自然災(zāi)害可能性風(fēng)險(xiǎn)概念風(fēng)險(xiǎn)(risk)的字面意義是指生命傷亡與財(cái)產(chǎn)損失出現(xiàn)的可能性。風(fēng)險(xiǎn)的含義最早受到保險(xiǎn)界的廣泛討論。保險(xiǎn)界慣用的思考方式所主要關(guān)注的,不在于風(fēng)險(xiǎn)是什么,而在于風(fēng)險(xiǎn)的特性是什么,認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)的基本特性體現(xiàn)于兩個(gè)方面——保險(xiǎn)金預(yù)付和理賠費(fèi)支出,保險(xiǎn)界視風(fēng)險(xiǎn)為二者之差的函數(shù)。近年興起的災(zāi)害學(xué)研究中所用的風(fēng)險(xiǎn)概念與上述保險(xiǎn)界所用的有所不同。蔣維等曾論述到,“風(fēng)險(xiǎn)是指可使未來(lái)的管理遭受損失的不確定因素,風(fēng)險(xiǎn)是指發(fā)生不幸事件的概率,風(fēng)險(xiǎn)就是一個(gè)事件產(chǎn)生我們所不希望的后果的可能性”。他們將風(fēng)險(xiǎn)的普遍的定義化表達(dá)式寫成:風(fēng)險(xiǎn)(后果/時(shí)間)=頻率(事件數(shù)/單位時(shí)間)×危害度(后果/每次事件)(1.1)顯而易見(jiàn),風(fēng)險(xiǎn)是針對(duì)不確定事件而言的。在許多情形下,災(zāi)害是不確定事件。這就提出了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的問(wèn)題。在災(zāi)害研究中,一般地,如果用L表示自然災(zāi)害損失指標(biāo),通常將年內(nèi)關(guān)于L的超越概率分布定義為災(zāi)害概率風(fēng)險(xiǎn)。記為:L={l1,l2,??ln}(1.2)L={l1,l2,??ln}(1.2)設(shè)損失超越li的概率為pi,i=1,2,…,n,則概率分布:Ρ={p1,p2,??pn}(1.3)P={p1,p2,??pn}(1.3)被稱為災(zāi)害概率風(fēng)險(xiǎn)。如果簡(jiǎn)單的記為:L={l}(1.4)ΡΤ={p(l)|l∈L}(1.5)L={l}(1.4)PT={p(l)|l∈L}(1.5)則稱PT為T年內(nèi)關(guān)于L的災(zāi)害概率風(fēng)險(xiǎn)函數(shù),而稱p(l)為災(zāi)害概率風(fēng)險(xiǎn)。黃崇福等在討論城市災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型時(shí)注意到,一方面由于我們對(duì)許多自然災(zāi)害的孕育、生成的機(jī)制,現(xiàn)今甚至將來(lái)都不可能徹底明了,另一方面由于對(duì)許多類承災(zāi)體損失的預(yù)測(cè)性描述往往也不準(zhǔn)確,導(dǎo)致求得的概率風(fēng)險(xiǎn)PT未必可靠,不可避免的存在模糊不確定性,即對(duì)于確定的l,p可能的取值范圍是[0,1]區(qū)間。為此,他們將上述概率風(fēng)險(xiǎn)概念加以擴(kuò)展,提出了如下自然災(zāi)害可能性風(fēng)險(xiǎn)概念。用π(l,x)表示p(l)取x的可能,x∈(0,1),定義可能性風(fēng)險(xiǎn)概念如下:仍設(shè)災(zāi)害損失指標(biāo)論域?yàn)長(zhǎng)={l},T年內(nèi)災(zāi)害損失超越l的概率是可能性分布π(l,x),x∈[0,1]且存在x0,使π(l,x0)=1,稱:RΤ={π(l,x)|l∈L,x∈(0,1)}(1.6)RT={π(l,x)|l∈L,x∈(0,1)}(1.6)為T年內(nèi)的災(zāi)害可能性分布函數(shù),稱π(l,x)為可能性風(fēng)險(xiǎn)或模糊風(fēng)險(xiǎn)。概率風(fēng)險(xiǎn)可視為可能性風(fēng)險(xiǎn)的特例。簡(jiǎn)記π(l,x)為π(x),假定概率風(fēng)險(xiǎn)p為已知,要將其轉(zhuǎn)化為可能性風(fēng)險(xiǎn),只需令:π(x)={1,x=p0,x≠px∈(1.7)π(x)={1,x=p0,x≠px∈(1.7)即可。1.2區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的基本概念Petak等系統(tǒng)論述了風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容,將其概括為相互聯(lián)系的三個(gè)環(huán)節(jié):風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí),風(fēng)險(xiǎn)估算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)?！帮L(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)著重于描述可能的問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)的負(fù)作用或影響;而風(fēng)險(xiǎn)估算則著眼于定量的描述處于風(fēng)險(xiǎn)中的人口分布,闡明事件的成因、發(fā)生的概率、相應(yīng)于不同強(qiáng)度的后果,并將這些強(qiáng)度/事件的概率統(tǒng)計(jì)作為風(fēng)險(xiǎn)的定量結(jié)果。從概念上講,風(fēng)險(xiǎn)是以下兩個(gè)因素的函數(shù):①一事件或一系列不同強(qiáng)度的事件發(fā)生的概率;②事件的后果。因此,這一階段的任務(wù)是估算:①某一時(shí)間段內(nèi),特定強(qiáng)度事件發(fā)生的概率;②受事件影響的區(qū)域和人口;③該區(qū)域和人口的承受能力;④一定時(shí)間段內(nèi),可能發(fā)生的一系列不同強(qiáng)度的事件給風(fēng)險(xiǎn)區(qū)人口造成的后果。風(fēng)險(xiǎn)估算的結(jié)果是對(duì)處在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)中的人口以概率的形式給出估算結(jié)論,例如以年期望值,更常見(jiàn)的是以最大似然值表示。這一階段的研究所回答的中心問(wèn)題是:怎樣才算安全?風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要是為決策者提出建議,據(jù)此可以權(quán)衡風(fēng)險(xiǎn)的大小。從概念上講,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中所作的分析至少要為回答中心問(wèn)題提供初步可靠的基礎(chǔ),并為制定政策提供清晰的思路”。至于區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的學(xué)科地位,Petak認(rèn)為它屬于政策科學(xué)的組成部分,所謂政策科學(xué)是指能有效地為政策的制定提供基礎(chǔ)知識(shí)的科學(xué),包括風(fēng)險(xiǎn)分析、問(wèn)題分析、技術(shù)分析、和政策分析四部分。可以看出,風(fēng)險(xiǎn)分析構(gòu)成政策科學(xué)最基礎(chǔ)的部分,同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)分析亦處于自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)相互滲透交叉的領(lǐng)域。近年,國(guó)內(nèi)學(xué)者亦有區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析內(nèi)容方面的論述。羅奇峰認(rèn)為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析“是對(duì)一定時(shí)期內(nèi)某種災(zāi)害在某一地區(qū)可能發(fā)生的概率和這一災(zāi)害發(fā)生時(shí)它對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成的危害作出評(píng)價(jià)”,并強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)是動(dòng)態(tài)變化的。唐少卿等認(rèn)為“自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,是對(duì)某一區(qū)域一種或多種尚未發(fā)生、但可能發(fā)生的自然災(zāi)害,一旦發(fā)生,將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人員造成危害的評(píng)估”。依據(jù)區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)論的觀點(diǎn),某一區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是該區(qū)域的自然災(zāi)害致災(zāi)因子強(qiáng)度、頻度和承災(zāi)體的脆弱性共同決定的?；谶@一認(rèn)識(shí)并總結(jié)上文所引的論述,可將區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的主要內(nèi)容概括為:①區(qū)域自然災(zāi)害致災(zāi)因子特征(各類自然災(zāi)害的致災(zāi)因子的強(qiáng)度和頻度)的綜合分析;②區(qū)域相對(duì)于各類自然災(zāi)害的脆弱性綜合分析;③單災(zāi)種區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模型和綜合自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模型的建立;④災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值的估算及估算結(jié)果的評(píng)價(jià)。3區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型3.1基于概率風(fēng)險(xiǎn)模型的方法伴隨著風(fēng)險(xiǎn)分析研究的逐漸深入,人們先后提出三類風(fēng)險(xiǎn)估算模型,它們是極值風(fēng)險(xiǎn)模型、概率風(fēng)險(xiǎn)模型和可能性風(fēng)險(xiǎn)模型。最初,人們對(duì)某一區(qū)域的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的估計(jì),往往采用極值估計(jì),即以歷史上遭受的最大災(zāi)害程度為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)用結(jié)果表明,這樣的估計(jì)往往與實(shí)際情形存在很大差異,原因在于沒(méi)有顧及到災(zāi)害發(fā)生的隨機(jī)不確定性。為著彌補(bǔ)上述缺陷,人們嘗試使用災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)估算的概率風(fēng)險(xiǎn)模型。這類模型將災(zāi)害的發(fā)生視為隨機(jī)過(guò)程,以理論上比較成熟的概率統(tǒng)計(jì)為數(shù)學(xué)工具,應(yīng)用起來(lái)也較為方便。如Petak曾系統(tǒng)地研究了美國(guó)江河洪水、地震、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、海嘯、龍卷風(fēng)、滑坡、強(qiáng)風(fēng)、膨脹土等九種自然災(zāi)害的特征;依據(jù)美國(guó)境內(nèi)各類自然災(zāi)害歷史資料的統(tǒng)計(jì)分析,得到以概率形式表示的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。黃崇福等分析指出,由于概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型沒(méi)有考慮災(zāi)害描述(包括致災(zāi)因子特征的描述和承災(zāi)體脆弱性的描述)的模糊不確定性,在用于實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)估算時(shí),可行性和可靠性仍存在問(wèn)題。“例如,當(dāng)分析者主要只能依靠一些定性資料或宏觀描述時(shí),風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常常無(wú)法進(jìn)行;又如,一旦碰到小樣本問(wèn)題,建立在大數(shù)定理之上的古典統(tǒng)計(jì)方法給出的結(jié)果就很不可靠”。他們認(rèn)為,災(zāi)害在時(shí)間和強(qiáng)度上都有很大的不確定性,這種不確定性,既有偶然的成分,又有不分明的成分,分別對(duì)應(yīng)于災(zāi)害的隨機(jī)性和模糊性。由此他們?cè)谝霝?zāi)害可能性風(fēng)險(xiǎn)概念(上文已述及)的基礎(chǔ)上,進(jìn)而依據(jù)模糊信息優(yōu)化處理技術(shù),提出城市災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的可能性風(fēng)險(xiǎn)模型。3.2子z致災(zāi)因子計(jì)算及結(jié)果如果將分析的對(duì)象由城市擴(kuò)展為區(qū)域,可能性風(fēng)險(xiǎn)模型即可用于區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)估算。整個(gè)過(guò)程可分為三個(gè)步驟完成:第一步,求取致災(zāi)因子風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)z是某一致災(zāi)因子,其量值用y來(lái)表示,Y是y的論域,用πz(y,x)表示T年內(nèi)z的量值超越y(tǒng)的概率是x的可能性分布,稱:rz={πz(y,x)|y∈Y,x∈}(3.1)rz={πz(y,x)|y∈Y,x∈}(3.1)為致災(zāi)因子z的風(fēng)險(xiǎn)。rz的求取,可通過(guò)災(zāi)害孕育、生成機(jī)制的物理分析,或通過(guò)災(zāi)害歷史資料的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)求取。第二步,求取相對(duì)于單一致災(zāi)因子,區(qū)域?yàn)?zāi)害的可能性風(fēng)險(xiǎn)。取區(qū)域?yàn)?zāi)害損失指標(biāo)論域?yàn)長(zhǎng),如式(1.2)所示,以符號(hào)A代表區(qū)域,以符號(hào)Rz表示相對(duì)于致災(zāi)因子z的區(qū)域?yàn)?zāi)害可能性風(fēng)險(xiǎn),以符號(hào)possA(l,y)表示量值為y的致災(zāi)因子z作用于區(qū)域A時(shí)產(chǎn)生災(zāi)害程度為l的可能性。如果y0作用于區(qū)域A災(zāi)害為l0,則致災(zāi)因子超越y(tǒng)0必產(chǎn)生超越l0的災(zāi)害。所以,當(dāng)致災(zāi)因子量值超越y(tǒng)0的概率為x時(shí),區(qū)域?yàn)?zāi)害超越l0的概率也應(yīng)為x。記πA(l,x)為區(qū)域在T年內(nèi)災(zāi)害超越l的概率是x的可能性,則它可由πz(y,x)和possA(l,y)合成得到:RΖ={r1(x,y)|x∈,y∈Y}(3.2)r1=(x,y)=πz(y,x)RA={r2(y,l)|y∈Y,l∈L}(3.3)r2(y,l)=possA(l,y)RZ={r1(x,y)|x∈,y∈Y}(3.2)r1=(x,y)=πz(y,x)RA={r2(y,l)|y∈Y,l∈L}(3.3)r2(y,l)=possA(l,y)Rz表征了y與x的模糊關(guān)系,RA則是l與y的模糊關(guān)系。l與x間的模糊關(guān)系R可由Rz與RA的合成得到:其中“?！睘椤癿ax-min”型模糊關(guān)系合成運(yùn)算,即:r(x,l)=sup{min[r1(x,y),r2(y,l)]}(3.5)y∈Yr(x,l)=sup{min[r1(x,y),r2(y,l)]}(3.5)y∈Y令:πA(l,x)=r(x,l),l∈L,x∈(3.6)即為所求。第三步,求多種致災(zāi)因子作用下,區(qū)域?yàn)?zāi)害的綜合可能性風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)區(qū)域在T年內(nèi)面臨N種自然災(zāi)害,即面臨N種致災(zāi)因子,致災(zāi)因子集用Z表示:Ζ={zi|i=1,2,?,Ν}(3.7)災(zāi)害指標(biāo)論域如前所述,當(dāng)N=2時(shí),設(shè)π1、π2分別為第一種和第二種致災(zāi)因子導(dǎo)致的區(qū)域?yàn)?zāi)害可能性風(fēng)險(xiǎn),而且π1、π2皆可表示為模糊數(shù),則區(qū)域?yàn)?zāi)害綜合可能性風(fēng)險(xiǎn)為:f(π1,π2)=π1+π2-π1π2(3.8)由模糊數(shù)的運(yùn)算法則,其運(yùn)算式為:f(π1,π2)(x)=sups+t-st=xmin[π1(s),π2(t)],x∈(3.9)其中s+t-st中涉及的是普通加、減、乘運(yùn)算。同理,對(duì)任意的N,可推知區(qū)域?yàn)?zāi)害綜合可能性風(fēng)險(xiǎn)為:f(π1,π2,?,πΝ)(x)=sup1-(1-a)(1-b)?(1-c)=xmin[π1(a),π2(b),?,πΝ(c)],x∈(3.10)4加強(qiáng)研究,減少自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析不確定性僅就數(shù)學(xué)方法而言,可能性風(fēng)險(xiǎn)模型乃迄今為止最為先進(jìn)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型性,因?yàn)檫@類模型既考慮了災(zāi)害發(fā)生的概率不確定性,也考慮了災(zāi)害描述的模糊不確定性。但數(shù)學(xué)上的精確未必一定能增強(qiáng)實(shí)用的效能。為了提高災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論的可靠性,必須盡可能地減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析中的不確定性,顯然僅僅依靠數(shù)學(xué)方法的改進(jìn)和完善難以達(dá)到目的。我們認(rèn)為,應(yīng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究:(1)完善災(zāi)害