論風(fēng)險的情景分析

論風(fēng)險的情景分析

打開頭屏信息渠道，我們幾乎每天都可以看到關(guān)于自然災(zāi)害造成的巨大人身傷害和財產(chǎn)損失的報道。自然災(zāi)害已日益成為全世界最為關(guān)心的安全話題之一,預(yù)防和減輕自然災(zāi)害成為全世界社會安全的重要組成部分。20世紀(jì)80年代末90年代初,隨著聯(lián)合國倡導(dǎo)的“國際減輕自然災(zāi)害十年”活動的開展,一門以各類災(zāi)害為研究對象的綜合性學(xué)科-災(zāi)害學(xué)開始孕育而生,其中區(qū)域自然災(zāi)害是災(zāi)害學(xué)研究的重要內(nèi)容。經(jīng)過了十多年的探索,區(qū)域自然災(zāi)害研究工作已取得了可喜的進(jìn)展,特別是已全面構(gòu)架了區(qū)域自然災(zāi)害研究的理論體系,且研究內(nèi)容已覆蓋了災(zāi)害區(qū)劃原理、災(zāi)害損失評估方法、災(zāi)害預(yù)測預(yù)報技術(shù),災(zāi)害應(yīng)急管理和綜合減災(zāi)對策等多個方面。此外,隨著自然災(zāi)害研究的深入開展,一個新興的研究領(lǐng)域—自然災(zāi)害風(fēng)險研究逐漸受到人們的重視。一方面,區(qū)域自然災(zāi)害研究的最終目的是在于“知新”,鑒于目前甚至將來,人類對許多區(qū)域自然災(zāi)害不能準(zhǔn)確預(yù)測預(yù)報,故對區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析的理論與方法的研究越來越引起眾多研究者的關(guān)注。另一方面,區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的實踐亦提出了加強區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險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)域保險費率、開發(fā)利用土地資源、建設(shè)重大工程項目、區(qū)域環(huán)境評價等都必須綜合考慮區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險水平。由此可見,自然災(zāi)害風(fēng)險研究在區(qū)域自然災(zāi)害學(xué)中具有重要的地位,值得也迫切需要進(jìn)行深入的探索。然而,由于人們對“風(fēng)險”認(rèn)識的不科學(xué)與不系統(tǒng)導(dǎo)致近年來災(zāi)害風(fēng)險分析理論與技術(shù)的停滯不前,特別是始終沒能提出一套系統(tǒng)認(rèn)識區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險的理論體系與評估技術(shù),使區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險研究始終停留在舊思路和舊方法上,讓實際的災(zāi)害風(fēng)險評估工作更是“舉步為艱”。為此,本文擬從“風(fēng)險”定義入手剖析風(fēng)險與自然災(zāi)害風(fēng)險的本質(zhì)特征,進(jìn)而引出“情景驅(qū)動的區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析”方法,并重點闡述該方法的理論框架、數(shù)學(xué)表達(dá)與技術(shù)流程,旨在對區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析思路與方法的創(chuàng)新。同時,本文還以情景驅(qū)動的農(nóng)作物洪澇災(zāi)害風(fēng)險分析為示例對該方法的實現(xiàn)過程進(jìn)行詳述,對指導(dǎo)實際的災(zāi)害風(fēng)險評估工作具有重要的現(xiàn)實意義。1風(fēng)險和自然災(zāi)害1.1風(fēng)險的系統(tǒng)論表達(dá):“風(fēng)險”的情景定義“風(fēng)險”(risk)這個再通俗不過的日常用語卻一直困擾著大家。生活與工作中,大家都會習(xí)慣地將“風(fēng)險”掛在嘴邊,然卻對“風(fēng)險”的內(nèi)涵缺乏科學(xué)與全面的認(rèn)識。那究竟什么是“風(fēng)險”呢?不同領(lǐng)域、不同學(xué)者由于各自的學(xué)科背景和研究角度不同對“風(fēng)險”有著不同的理解與定義。按權(quán)威的韋伯字典的說法,風(fēng)險是“面臨著傷害或損失的可能性”;在保險業(yè)中,風(fēng)險是指“危害或損失”的可能性;自然災(zāi)害領(lǐng)域中,風(fēng)險被視為“人們在危險事件中的暴露”;消防領(lǐng)域中干脆將“起火概率”定義為火災(zāi)風(fēng)險。Wilson等1987年在影響頗大的刊物《Science》所發(fā)表的文章將風(fēng)險的本質(zhì)描述為不確定性,風(fēng)險定義為期望值。很遺憾,上述這些“風(fēng)險”的定義僅從一個或者多個側(cè)面對“風(fēng)險”進(jìn)行描述,缺乏一種從系統(tǒng)的角度出發(fā)來看待“風(fēng)險”。“風(fēng)險”定義應(yīng)該逐步擺脫特性的描述,而需要更多地從系統(tǒng)論的角度出發(fā)進(jìn)行刻畫。中文詞匯的精妙構(gòu)成體現(xiàn)了中國人對事物或現(xiàn)象的精辟抽象與概括。“風(fēng)險”是一個近代才出現(xiàn)的詞匯,古代用“危險”這個詞來代替?！帮L(fēng)險”一詞可由“風(fēng)”與“險”構(gòu)成,“風(fēng)”自然聯(lián)系到“大風(fēng)”,“險”自然聯(lián)系到“危險”,串在一起便是“大風(fēng)來就會有危險”,這就是“風(fēng)險”。當(dāng)然,這是近代人對“風(fēng)險”的最原始概括,如今我們則需對此進(jìn)行進(jìn)一步聯(lián)想與擴展。從“大風(fēng)”與“危險”兩詞,我們可以聯(lián)想到如下情景:半空中有一個鉤子懸掛著一塊大石頭,石頭下恰有一名工人在工作,如果大風(fēng)來,便可能吹落大石頭,石頭掉下會砸傷工人,這名工人就會有危險(如圖1)。自然地,我們還會聯(lián)想到與此相關(guān)的其他情景:如果鉤子受損失效,石頭也會落下,同樣會砸傷工人,工人同樣有危險。諸如這一幕幕聯(lián)想的情景就綜合構(gòu)成了石頭砸傷工人的“風(fēng)險”。當(dāng)然,這僅僅是從“風(fēng)險”的構(gòu)詞角度入手展開實例來對“風(fēng)險”進(jìn)行詮釋,相似的例子我們可以舉出很多。但是,從該例子中我們就對“風(fēng)險”有了深刻的認(rèn)識,原來“風(fēng)險”是未發(fā)生的,即是未來的;“風(fēng)險”是一幕幕場景,即是綜合情景;“風(fēng)險”是會傷人的,即是不利事件。據(jù)此,黃崇福對“風(fēng)險”進(jìn)行了情景定義?！岸x1:風(fēng)險是與某種不利事件有關(guān)的一種未來情景。”從定義1中,我們獲悉了風(fēng)險的3個本質(zhì)特性:其一是“風(fēng)險”是與不利事件有關(guān)的,所謂“不利”便是說事件將帶來人們所不能接受的破壞、損失或者傷亡;其二是“風(fēng)險”是未來的,即過去的不利事件僅能稱“災(zāi)難”而不是“風(fēng)險”,同時“未來”也點明了“風(fēng)險”的不確定性;其三是“風(fēng)險”是情景,即“風(fēng)險”是人們能夠感知或者聯(lián)想到的一幕幕不利事件的情景,且每一幕情景都展現(xiàn)了事件要素(如:風(fēng)、鉤子、石頭和工人)之間相互作用后產(chǎn)生不利后果的全過程,充分體現(xiàn)出“風(fēng)險”是一個復(fù)雜性系統(tǒng)?！帮L(fēng)險”的情景定義擺脫了以往風(fēng)險定義中僅對“風(fēng)險”特性的片面解釋,實現(xiàn)了從系統(tǒng)論角度來整體詮釋“風(fēng)險”。同時,“情景”還為我們研究風(fēng)險提供了新的思路和方法,值得我們深入探索。1.2“自然災(zāi)害風(fēng)險”定義在“風(fēng)險”定義的基礎(chǔ)上許多專家學(xué)者開始對“自然災(zāi)害風(fēng)險”進(jìn)行定義,如Maskrey定義為:風(fēng)險是某一自然災(zāi)害發(fā)生后所造成的總損失;Smith定義為:風(fēng)險是某一災(zāi)害發(fā)生的概率;Tobin和Montz定義為:風(fēng)險是某一災(zāi)害發(fā)生的概率和期望損失的乘積;Deyle等定義為:風(fēng)險是某一災(zāi)害發(fā)生的概率(或頻率)與災(zāi)害發(fā)生后果規(guī)模的結(jié)合;Hurst定義為:風(fēng)險是某一災(zāi)害概率與結(jié)果的描述;聯(lián)合國賑災(zāi)組織(UnitedNationsDisasterReliefCoordinator,UNDRC)公布的自然災(zāi)害風(fēng)險定義是:風(fēng)險是一定的區(qū)域和給定的時間段內(nèi),由于某一個自然災(zāi)害而引出的人們生命財產(chǎn)和經(jīng)濟活動的期望損失值。上述這些“自然災(zāi)害風(fēng)險”定義,反映了人們對“風(fēng)險”和“自然災(zāi)害風(fēng)險”認(rèn)識的不斷深化,然而也不難看出這些定義還是片面地強調(diào)了自然災(zāi)害災(zāi)害風(fēng)險的表達(dá)方式,并沒有解決“自然災(zāi)害風(fēng)險是什么?”的科學(xué)問題。依據(jù)“風(fēng)險”的情景定義,黃崇福對“自然災(zāi)害風(fēng)險”進(jìn)行了如下定義?！岸x2:自然災(zāi)害風(fēng)險是由自然變異為主因?qū)е碌奈磥聿焕录榫?。”該定義蘊含了“自然災(zāi)害風(fēng)險”的3層內(nèi)涵:一是“自然災(zāi)害風(fēng)險”是與自然變異為主因?qū)е碌牟焕录嚓P(guān),任何人為的不利事件夠不上“自然災(zāi)害風(fēng)險”,而且這里所指的“不利”可以理解為事件將會造成生命財產(chǎn)和社會經(jīng)濟損失;二是“自然災(zāi)害風(fēng)險”是“未來”的,具有不確定性,任何過去發(fā)生的自然變異導(dǎo)致的不利事件僅能稱為“災(zāi)害”,夠不上“風(fēng)險”;三是“自然災(zāi)害風(fēng)險”是未來可能發(fā)生的自然災(zāi)變帶來災(zāi)害過程的一幕幕情景,每一幕情景都將描述從“災(zāi)變發(fā)生”到“過程演進(jìn)”到“造成災(zāi)難”的全景過程。總之,“自然災(zāi)害風(fēng)險”的情景定義為我們開拓了一條認(rèn)識與分析自然災(zāi)害風(fēng)險的新思路。2半定性半定量方法目前,國內(nèi)外自然災(zāi)害風(fēng)險評估的方法多種多樣,從方法特性上可以分為定性方法、定量方法和半定性半定量方法,從方法的模型實現(xiàn)上又可分為極值法、概率法和模糊法。這里,文章作者從方法的驅(qū)動因素入手將自然災(zāi)害風(fēng)險的評估方法分成指標(biāo)驅(qū)動和純數(shù)據(jù)驅(qū)動的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法。2.1評價方法的靈活性和不穩(wěn)定性指標(biāo)驅(qū)動的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法是從致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力出發(fā),構(gòu)建研究區(qū)災(zāi)害風(fēng)險的指標(biāo)評價體系,利用數(shù)學(xué)模型計算指標(biāo)的權(quán)重后結(jié)合指標(biāo)值計算研究區(qū)的風(fēng)險等級。典型的分析方法包括層次分析法、模糊綜合評判法、主成分分析法、專家打分法、歷史比對法和德爾菲法等。指標(biāo)驅(qū)動的評估方法具有靈活性、也具有不穩(wěn)定性,靈活性在于它可根據(jù)研究區(qū)的實際情況進(jìn)行指標(biāo)體系調(diào)整,不穩(wěn)定性在于指標(biāo)的選擇和指標(biāo)權(quán)重的確定大都是定性的,不同的人可能構(gòu)建出不同的指標(biāo)體系。此外,該方法的評估結(jié)果不能獲得研究區(qū)的風(fēng)險度,只能大致反映出研究區(qū)的風(fēng)險等級,僅具備指示作用。2.2純數(shù)據(jù)驅(qū)動的評估方法純數(shù)據(jù)驅(qū)動的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法是以研究區(qū)的歷史災(zāi)度和災(zāi)損樣本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用數(shù)學(xué)模型對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析獲得災(zāi)害災(zāi)度與損失的統(tǒng)計規(guī)律,進(jìn)而實施自然災(zāi)害的風(fēng)險評估。典型的分析方法包括回歸模型、時序模型、聚類分析、概率密度函數(shù)參數(shù)估計法或非參數(shù)估計法等。隨著風(fēng)險定量方法的發(fā)展,純數(shù)據(jù)驅(qū)動的評估方法經(jīng)歷了極值評估法、概率評估法和模糊評估法3個階段。極值評估法是以研究區(qū)歷史上遭受的最大災(zāi)害程度(災(zāi)度或災(zāi)損)來充當(dāng)風(fēng)險的量度。該方法雖然簡單易用,但卻常高估或低估研究區(qū)的風(fēng)險;概率評估法是通過統(tǒng)計研究區(qū)災(zāi)害樣本的概率分布規(guī)律,利用超越概率獲得研究區(qū)的災(zāi)度或災(zāi)損,以此作為風(fēng)險的量度。該方法反映了災(zāi)害事件的隨機不確定性,評估結(jié)果比較可靠,但該方法在遇到數(shù)據(jù)樣本太少而無法準(zhǔn)確獲得樣本的概率分布時,評估結(jié)果將會出現(xiàn)較大的偏差;模糊評估法是以歷史資料數(shù)據(jù)為據(jù),對災(zāi)害風(fēng)險中的模糊不確定因素用模糊集理論表述,并采用模糊近似推理得到以模糊集或模糊關(guān)系表示的災(zāi)害風(fēng)險。該方法考慮了災(zāi)害風(fēng)險中的模糊不確定性,并可在不知道參數(shù)的確切分布的前提下利用模糊集來表達(dá)風(fēng)險,但該方法評估結(jié)果多是模糊關(guān)系或模糊集,無法直接進(jìn)行比較。2.3數(shù)據(jù)驅(qū)動的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法缺乏科學(xué)性在缺乏災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)的前提下,指標(biāo)驅(qū)動的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法是最常用、最易操作的評估方法。但該方法是一種典型的定性評估方法,沒有從“風(fēng)險”的本質(zhì)入手,嚴(yán)重忽略了“風(fēng)險”的未來不確定性,評估結(jié)果不但無法反映過去也無法反映未來。再者,該方法缺乏可靠的驗證手段,評估結(jié)果僅能作為災(zāi)害風(fēng)險等級的一個初步參考。純數(shù)據(jù)驅(qū)動的自然災(zāi)害風(fēng)險評估方法是一種典型的定量評估方法,方法非常依賴數(shù)據(jù),常常會遇到數(shù)據(jù)樣本太少(簡稱小樣本)或樣本信息不完備的情況(信息擴散方法不能解決極少樣本問題),或者干脆出現(xiàn)完全缺失樣本的情況(筆者認(rèn)為“并非有記錄的年代不發(fā)生災(zāi)害就認(rèn)為沒有風(fēng)險”,例如2008年初發(fā)生的南方冰雪災(zāi)害),讓該方法的使用存在巨大的障礙。此外,該方法的數(shù)據(jù)往往是研究區(qū)的災(zāi)度或災(zāi)損數(shù)據(jù),由于地方統(tǒng)計原因數(shù)據(jù)的空間尺度僅能限于縣級乃至市級,導(dǎo)致風(fēng)險評估的結(jié)果過于粗糙,空間精度無法提高,不能識別出真正的高風(fēng)險區(qū)。再者,該方法是對過去數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,沒有考慮到“風(fēng)險”是未來情景的根本,也沒有考慮到“風(fēng)險”是復(fù)雜性系統(tǒng)的實質(zhì),分析結(jié)果很難客觀反映風(fēng)險。與前一種方法一樣,該方法也缺乏可靠的驗證手段,評估結(jié)果常常遭人懷疑。為彌補上述兩種評估方法的缺陷,作者從風(fēng)險的情景定義出發(fā)引出情景驅(qū)動的區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析法。3根據(jù)景觀分析，對區(qū)域自然災(zāi)害的風(fēng)險分析3.1情景分析的引入“情景”(scenario)最早出現(xiàn)于1967年HermanKahn和Wiener合著的《2000年》一書中,他們認(rèn)為:未來是多樣的,幾種潛在的結(jié)果都有可能在未來實現(xiàn)。通向這種或那種未來結(jié)果的路徑也不是唯一的,對可能出現(xiàn)的未來以及實現(xiàn)這種未來的途徑的描述構(gòu)成了一個情景。因此,“情景”就是對未來情形以及事態(tài)由初始狀態(tài)向未來狀態(tài)發(fā)展的一系列事實的描述。“情景分析”(scenarioanalysis)是在推測的基礎(chǔ)上,對可能的未來一系列情景加以描述后,獲得一系列情景下未來狀態(tài)的預(yù)測集并形成一個總體的綜合評價(如圖2)。從圖2可以看出,情景分析是溝通過去、現(xiàn)在和將來的一種對未來可能事件進(jìn)行完備分析的技術(shù),它承認(rèn)未來的發(fā)展是多樣化的,有多種可能發(fā)展趨勢,其結(jié)果也將是多維的?！扒榫胺治觥弊鳛橐环N用于未來長中期研究的方法,其適用范圍包括:(1)未來發(fā)展具有很強的不確定性;(2)過去曾有“突發(fā)性”現(xiàn)象出現(xiàn),并造成很大的損失;(3)未來有可能出現(xiàn)新的機遇和挑戰(zhàn),但依據(jù)并不充分;(4)事物發(fā)展將或可能經(jīng)歷明顯的“跳躍”;(5)在未來發(fā)展中,有眾多因素的影響,其中包括人為因素(決策的選擇等)影響。反觀“風(fēng)險分析”,它是對未來不利事件的研究,作者認(rèn)為這些不利事件具備如下特性:(1)不利事件的未來發(fā)展具有很強的不確定性;(2)不利事件過去曾經(jīng)出現(xiàn)過“突發(fā)”的現(xiàn)象,同時造成過很大的破壞或損失;(3)不利事件的未來發(fā)展可能出現(xiàn)過去未曾出現(xiàn)過的新情形,但目前缺乏充分的依據(jù);(4)未來不利事件的發(fā)展受到眾多因素的影響(時間、空間和環(huán)境等),其中還包括人為因素的影響,例如人為地制定規(guī)避不利事件的管理機制等。不難看出,“風(fēng)險分析”的上述4個特性正好匹配“情景分析”的適用范圍,因此“情景分析”可用于“風(fēng)險分析”。3.2情景的描述和描述“風(fēng)險”是不利事件的未來情景,這類情景將是多元化的,這種多元化體現(xiàn)在不利事件未來的發(fā)生條件、發(fā)展過程以及造成的后果都會有所不同,每一種可能出現(xiàn)的未來事件過程就被稱為一幕情景。風(fēng)險的情景分析就是要對不利事件的未來可能出現(xiàn)的一幕幕情景進(jìn)行過程分析和結(jié)果評估,最后給出該不利事件的未來態(tài)勢。此外,“風(fēng),鉤子,石頭和工人”的實例說明了風(fēng)險的情景分析需要遵循系統(tǒng)論的分析思路,每一幕情景都將是不利事件組成要素之間相互作用的過程演練。風(fēng)險情景分析中的情景S主要由發(fā)生條件C、構(gòu)成要素O、發(fā)展過程P和不利結(jié)局D四要素構(gòu)成。發(fā)生條件C是指情景未來發(fā)生的條件,具體包括時間t、地點l、初始條件集F(f1,f2,…,fn)和發(fā)生概率p。情景之間的差異主要體現(xiàn)在未來事件發(fā)生的時空與初始條件集的不同,而這些不同也帶來了情景發(fā)生可能性p(即發(fā)生概率)的差異。構(gòu)成要素O是指情景中涉及到的對象集,具體可包括作用體oa、承受體op、環(huán)境對象oe和其它對象oc。作用體oa是指不利事件中會導(dǎo)致不利后果的對象,也叫致險體,例如實例中的石頭;承受體op是作用體oa直接或者間接作用的對象,它將遭受破壞、傷亡或損失,又稱承險體,例如實例中的工人;任何情景的發(fā)展都要處在一個環(huán)境空間內(nèi),空間內(nèi)的環(huán)境對象oe會對情景的發(fā)展起影響作用,例如實例中的風(fēng);其他對象oc是指參與情景的其他對象,例如實例中的鉤子。發(fā)展過程P是情景在發(fā)生條件C下構(gòu)成要素O之間相互作用的過程,例如實例中的“風(fēng)吹”到“鉤子松動”到“石落”到“砸傷工人”的全過程。情景的發(fā)展過程基本上符合一定的過程規(guī)律,僅是因為初始條件C和構(gòu)成要素O的差異而呈現(xiàn)出不同的過程特征。不利結(jié)局D是情景的最終狀態(tài),也是不利事件導(dǎo)致的不利后果,例如“工人受傷”或“工人死亡”。這種不利后果常用承受體的損失額和破壞傷亡數(shù)進(jìn)行衡量,具體可通過作用體oa產(chǎn)生的作用力v與承受體op自身抵抗力(即脆弱性)之間的關(guān)系f來確定。由于各情景的發(fā)生條件存在差異,導(dǎo)致情景發(fā)展后作用體oa產(chǎn)生的作用力v存在差異,最終帶來不利后果D的差異。根據(jù)上述描述,情景可形式化表達(dá)如下:根據(jù)風(fēng)險的情景定義1,風(fēng)險Risk可表達(dá)如下:式中:P(Si)表示情景Si的發(fā)生概率,等同于情景表達(dá)式(1)中的p;D(Si)表示情景Si的不利后果,等同于情景表達(dá)式(1)中的D;n表示不利事件未來可能出現(xiàn)的情景數(shù)。為了便于比較和應(yīng)用,風(fēng)險需要實現(xiàn)量度操作。目前,風(fēng)險擁有很多量度方法,如乘積法、加和法等。其中,最常見的是用期望值(年期望損失額)作為風(fēng)險的量度。因此,根據(jù)定義(2),風(fēng)險值可表達(dá)為所有未來可能出現(xiàn)情景造成后果的綜合期望值,即:在實踐工作中,風(fēng)險情景分析的具體實施步驟如下:(1)確認(rèn)風(fēng)險分析的不利事件主題,包括其涉及的時間、地點和發(fā)生條件等;(2)識別不利事件涉及的對象,包括作用體、承受體、環(huán)境對象和其他對象;(3)通過條件分析構(gòu)建不利事件未來可能出現(xiàn)的各種情景;(4)確定每種情景概率,這個概率是情景發(fā)生條件的概率乘積;(5)演練情景,即對每種情景發(fā)展過程進(jìn)行描述或仿真;(6)計算每種情景的最終不利結(jié)果,即損失值或破壞傷亡數(shù);(7)對所有情景不利結(jié)果進(jìn)行綜合評價,獲得期望結(jié)果作為風(fēng)險的量度。上述實施步驟具有3個核心內(nèi)容,一是情景概率的確定依賴于發(fā)生條件,發(fā)生條件越多情景概率的確定就越復(fù)雜。同時,各種發(fā)生條件的概率確定需要依賴大量實驗;二是情景發(fā)展的描述與仿真依賴于對不利事件發(fā)展機理的認(rèn)知,認(rèn)知越充備,情景的發(fā)展過程也符合實際;三是不利后果的計算依賴于對承受體脆弱性函數(shù)的確定,它同樣建立在大量承受體破壞性實驗的基礎(chǔ)上。3.3情景s可表達(dá)根據(jù)區(qū)域自然災(zāi)害系統(tǒng)論的觀點,區(qū)域自然災(zāi)害系統(tǒng)表達(dá)為由孕災(zāi)環(huán)境Y、致災(zāi)因子H、承災(zāi)體E和災(zāi)害損失L四要素共同構(gòu)成的一類系統(tǒng)。孕災(zāi)環(huán)境是孕育災(zāi)害的自然與人文環(huán)境,它是災(zāi)害發(fā)生的環(huán)境條件;致災(zāi)因子H是造成災(zāi)害的直接原因,又稱災(zāi)源;承災(zāi)體E是承受災(zāi)害的對象,承災(zāi)體的破壞現(xiàn)象是自然災(zāi)害的主要表現(xiàn)形式之一;災(zāi)害損失L是承災(zāi)體暴露于災(zāi)害中而導(dǎo)致的破壞損失,沒有破壞損失就構(gòu)不成災(zāi)害。為了連接四個要素構(gòu)成一個完整的自然災(zāi)害全過程,本文作者引入了災(zāi)害演進(jìn)P與場地致災(zāi)力V兩個要素。災(zāi)害演進(jìn)P是致災(zāi)因子H與孕災(zāi)環(huán)境相互作用過程,其結(jié)果將產(chǎn)生破壞性的場地致災(zāi)力V;場地致災(zāi)力V是指與承災(zāi)體E直接接觸并造成其破壞的災(zāi)害力,如暴雨后的地面積水等。根據(jù)上述六要素,一個完整的自然災(zāi)害過程如圖3所示。依據(jù)情景構(gòu)成要素分析,情景驅(qū)動的區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析將利用研究區(qū)上未來可能出現(xiàn)的致災(zāi)因子CH為“發(fā)生條件”生成情景S,該CH包括致災(zāi)因子發(fā)生的時t、空l、強i及持續(xù)時間e1。致災(zāi)因子發(fā)生條件的不同帶來了情景發(fā)生概率p的差異,這個概率可由致災(zāi)因子強度i-持時e1的聯(lián)合概率分布進(jìn)行確定。每一個情景的“構(gòu)成要素”O(jiān)均包括致災(zāi)因子H、孕災(zāi)環(huán)境Y和承災(zāi)體E。情景“發(fā)展過程”P將遵循圖3所示的災(zāi)害過程,該過程持續(xù)e2時間后產(chǎn)生破壞性的場地致災(zāi)力V。在致災(zāi)力V下,承災(zāi)體E產(chǎn)生破壞損失L構(gòu)成了情景的“不利結(jié)局”。破壞損失L可通過承災(zāi)體的脆弱性函數(shù)f來確定。由上可知,區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析的情景S可形式化表達(dá)如下:根據(jù)公式(3),區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險值可表達(dá)如下:為能實際操作情景驅(qū)動的區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析,具體的實施步驟描述如下(圖4):步驟1:情景主題確定-確定分析的災(zāi)種。根據(jù)待分析的災(zāi)種,識別它的致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、場地致災(zāi)力和承災(zāi)體,從機理上認(rèn)識災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展與致災(zāi)過程。步驟2:情景制作-致災(zāi)因子統(tǒng)計分析。由于致災(zāi)因子的條件設(shè)置是制作情景的前提,為此收集致災(zāi)因子長時間序列的歷史記錄,借助統(tǒng)計分析技術(shù)獲得致災(zāi)因子“時空分布”與“強度-持時”分布規(guī)律,獲得不同發(fā)生概率下致災(zāi)因子強度、持時和時空分布,并將其作為條件生成一幕幕情景序幕。致災(zāi)因子的樣本數(shù)據(jù)(特別是氣象因子數(shù)據(jù))通常是大樣本數(shù)據(jù),可以獲得較準(zhǔn)確的概率分布。步驟3:情景過程分析-災(zāi)害仿真建模與承災(zāi)體易損性建模。依托機理,建立災(zāi)害演進(jìn)過程的仿真模型,使其能夠在輸入致災(zāi)因子條件下模擬場地致災(zāi)力的分布;同時,對承災(zāi)體的物理暴露性和災(zāi)損脆弱性進(jìn)行建模,獲得以場地致災(zāi)力為條件的承災(zāi)體易損性函數(shù)。步驟4:情景回溯校正-過去災(zāi)害模擬校正。為了驗證情景過程模型的有效性和準(zhǔn)確性,收集歷史上某幾次受災(zāi)的致災(zāi)因子、災(zāi)度和災(zāi)損數(shù)據(jù),將致災(zāi)因子作為條件輸入仿真模型計算場地致災(zāi)力,同實際災(zāi)度數(shù)據(jù)比較驗證進(jìn)而校正過程模型的準(zhǔn)確性,將場地致災(zāi)力輸入承災(zāi)體易損性模型計算損失額,同實際災(zāi)損數(shù)據(jù)比較驗證進(jìn)而校正易損性模型的準(zhǔn)確性。步驟5:情景篩選-信用災(zāi)害情景選擇。情景數(shù)量的多少直接影響風(fēng)險評估的工作量,為此需要篩選出有限個具備代表性的情景(即信用災(zāi)害情景)進(jìn)行分析。信用災(zāi)害情景是指災(zāi)害情景發(fā)生概率處于一個合理的范圍且能造成足夠大損失的情景。該定義包含兩層含義,其一是如果情景發(fā)生概率高(即可能性非常大)但其造成的損失很小,容易被人接受,這樣的情景不是信用情景;其二是情景雖然能造成非常大的損失但出現(xiàn)的概率卻非常非常低,這樣的情景也不是信用情景。由于災(zāi)害情景的發(fā)生概率等同于致災(zāi)因子的發(fā)生概率,信用災(zāi)害情景可以通過限制致災(zāi)因子的重現(xiàn)期范圍來確定。通常,20a到200a重現(xiàn)期范圍是較合理的信用災(zāi)害情景發(fā)生概率的設(shè)置范圍,信用災(zāi)害情景的個數(shù)以5到8個為宜,其典型的重現(xiàn)期可取20,30,50,80,100,150,200a。步驟6:情景演練-災(zāi)害情景過程模擬。利用校正的仿真模型對篩選出的情景分別進(jìn)行災(zāi)害過程演練(即模擬),獲得災(zāi)害的場地致災(zāi)力及其分布,再結(jié)合承災(zāi)體易損性模型計算每種情景造成的災(zāi)害損失額及其空間分布。步驟7:情景綜合評估-災(zāi)害風(fēng)險綜合評估。根據(jù)情景發(fā)生的概率(即致災(zāi)因子的重現(xiàn)期)和情景造成的損失,綜合各種情景計算期望損失值,并將該損失值作為風(fēng)險大小的量度。另外,情景演練后獲得的損失可以精細(xì)到不同空間尺度的評價單元上(縣、市、甚至網(wǎng)格單元),讓風(fēng)險評估值能夠體現(xiàn)不同地區(qū)的差異。4技術(shù)流程與策略洪澇災(zāi)害是洪災(zāi)與澇災(zāi)的總稱,它是由于一次短期或連續(xù)的強降水過程(暴雨)致使江河洪水泛濫淹沒農(nóng)田和城鄉(xiāng),造成農(nóng)業(yè)或其他財產(chǎn)損失和人員傷亡的一種災(zāi)害。洪澇災(zāi)害是我國發(fā)生比較頻繁、危害比較嚴(yán)重的一種氣象災(zāi)害,據(jù)統(tǒng)計全國自然災(zāi)害所造成的損失中洪澇占了40%。近年來,農(nóng)業(yè)遭受洪澇泛濫造成的影響尤為突出,特別是南方地區(qū)的入夏暴雨洪澇幾乎每年都會帶水稻、玉米等農(nóng)作物的減產(chǎn)與絕收,給農(nóng)民帶來了巨大的經(jīng)濟損失。為了防御洪澇災(zāi)害、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和減少農(nóng)民損失,十分迫切需要對農(nóng)作物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行分析與評估。根據(jù)情景驅(qū)動的區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險分析原理,農(nóng)作物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估技術(shù)流程如圖5所示:(1)收集研究區(qū)上雨量站點長時間序列的降雨歷史樣本,利用多變量復(fù)合統(tǒng)計分布模型獲得該研究區(qū)雨量強度-持時概率分布。(2)根據(jù)信用情景的要求,選擇重現(xiàn)期為20a到200a生成情景,每個情景都帶有不同重現(xiàn)期(即發(fā)生概率)下的雨量強度與持時。(3)構(gòu)建洪澇災(zāi)害演進(jìn)的數(shù)值仿真模型,該模型是一個二維網(wǎng)格水文動力學(xué)模型。其中,水文模型主要模擬降雨后的