地震災害風險評估指標體系的建立與方法研究

周 旋 姚 琳 余 欣 閆 智 朱久旭

（合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

為了有效地預防和應對地震災害，需要建立一個科學合理的地震災害風險評價指標體系，以便對不同區域和不同情景下的地震災害風險進行客觀和全面的評估[1]。根據評估結果可以制定出適合各種場合和需求的減災措施，提高地區的抗震能力和恢復能力[2]。本文在分析國內外相關研究成果的基礎上，構建一個包含3個層次、19個指標的地震災害風險評價指標體系，運用AHP層次分析法、模糊綜合評價法等方法進行了權重確定和實證分析。

1 指標建立

為了建立精確、可靠的地震災害風險評價指標體系，本文采用定量與定性相結合的研究方法對相關數據進行分析。定量研究方法包括統計分析、概率論和數學建模，有助于識別研究區地震的潛在風險，評估研究區地震的發生概率和嚴重程度[3]。定性研究方法包括文獻綜述、專家咨詢、案例研究等，可以為研究區域的脆弱性和暴露提供見解。此外，可采用多標準決策方法整合地震災害風險評估指標體系，優先考慮潛在風險和緩解策略[4]。

潘耀忠等[5]提出一定區域內災害的發生是孕災環境、致災因子與承災體3個子系統相互作用的結果，即由孕災環境穩定性、致災因子危險性和承災體易損性共同決定。已完成的自然災害風險評估指標計劃主要有3個，即災害風險指標計劃（DRI）、多發區指標計劃（HOTSPOTS）和美洲計劃。3個評估計劃均認為災害風險由3個因素組成，災害暴露、暴露要素的脆弱性、災害的頻率和強度[6]。侯林鋒等[7]依據地震的危險性、脆弱性、暴露性3個原則提出了地震災害風險評價指標體系。根據以上理解，對自然災害風險進行定義：災害風險＝危險性×承災體的脆弱性×承災體的暴露性/抗震減災能力。

根據定義，認為最終決定地震災害風險的是地震致災因子的特性（地震的強度、頻率、分布規律）、承災體（人、建筑、生態系統）的暴露程度和脆弱性以及抗震減災能力[8]。3個方面相互作用，共同構成了地震災害風險的內在機制。地震致災因子是指研究區域發生地震事件的頻率、烈度和持續時間，決定了地震事件對研究區域造成的潛在威脅程度。暴露程度是指建筑環境、基礎設施和人口在地震事件中容易受到破壞或損失的程度，決定了研究區域對地震事件的敏感性和抵抗力。脆弱性是指研究區域的物理、社會和經濟特征，如人口密度、土地利用和經濟發展，決定了研究區域對地震事件的關注程度和承受能力?？拐饻p災能力是指受災地政府和群眾的應急反應能力，這些能力決定了研究區域對地震事件的恢復速度和效果。這些特征可能會影響地震事件的影響，從而影響地震災害風險的大小。

指標的選擇和確定應符合科學性、可操作性、可比性、代表性等原則，能夠反映地震災害風險評估的目的和要求，同時也要考慮數據的可獲取性和可靠性。本文構建的自然災害安全風險評估指標體系的內容涵蓋了三級指標：一級指標為地震災害風險目標層；二級為分別對應地震災害風險評估4個方面的內容，包括地震致災因子、承災體暴露性、承災體脆弱性和抗震減災能力；三級指標共19個，選取較為具體、比較具有代表性、比較容易量化的指標。

地震災害風險評估指標體系如圖1所示。

圖1 地震災害風險評估指標體系

2 評估計算

在對地震災害的評價中，存在很大的不確定性。地震災害的風險即災害系統本身的演變，從而造成了將來的損失。地震災害風險評估是一種以災害危害性、社會承災體、抗震減災能力以及不確定性研究為基礎，在指標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，主要體現在指標的選擇和確定以及具有科學性的決策。指標確定后，還需要對指標進行歸一化處理，以消除指標之間的量綱和數量級的差異，使其可以進行相互比較和綜合分析。在指標歸一化處理中，常用的方法有最大最小歸一法、離差標準化法、極差標準化法等。在指標歸一化處理后，還需要對指標進行權重分配，反映指標在評估中的相對重要性。權重分配的方法有主觀賦權法和客觀賦權法兩類。主觀賦權法是根據專家或決策者的經驗和判斷確定權重，如層次分析法（AHP）、德爾菲法（Delphi）等?？陀^賦權法是根據數據本身的特征和規律確定權重，如熵值法、主成分分析法（PCA）等。

在實地調研和統計資料的基礎上，運用最大最小歸一法以及以AHP法為基礎的模糊綜合評判的基本方法，對地震災害的風險展開評估和分析。

2.1 指標權重計算

運用AHP方法對兩個等級的指標進行了權值計算，即通過構建判斷矩陣并計算其特征值和特征向量，確定各個指標在各個層次中的相對重要性，并對每一個等級的評價矩陣進行一致性檢查[9-10]。

地震風險因素指標體系權重為：地震致災因子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0.171 13），承災體暴露性0.207 97（不符合抗震設防房屋比例0.22601、人口因災死亡率0.261 36、建筑折舊0.164 21、老幼人口比0.106 05、基礎設施因震損毀率0.242 37），抗震抗災能力0.143 52 （每千人醫生數0.286 94、應急場所數0.162 42、專業救援人員數0.278 75、人均可支配收入0.136 84、每千人病床數0.135 05）。

2.2 無量綱化處理

各指標體現的社會、經濟重要性和維度都不相同，所以不存在可比性，不能直接參與統計。因此，利用模糊數學中的隸屬度函數對原數據進行無量綱分析，即采用“升半梯形分布”函數對各指標實際值進行無量綱化處理[10]。

式中：μ(x)——指標的無量綱化值；x——指標實際數值；a1——對應所有指標的最大值；a2——對應所有指標的最小值。

采用無量綱化處理后，消除了不同數據的量綱影響，使各項指標具有可比性。

2.3 風險計算

根據前文對風險的定義，風險計算公式為：

通過該式可將地震災害風險度進行量化，使不同區域之間的地震災害風險可以進行比較與排序，分析其影響因素和存在問題，提出相應的防震減災建議和措施。

3 結語

在對地震災害風險評估的發展和研究現狀進行分析的基礎上，提出一種新的地震災害風險評估指標體系。該指標體系主要將地震災害的風險影響因素分為4個主要部分，即地震致災因子、承災體脆弱性、承災體暴露性和抗震減災能力，每個部分又細分為若干個子指標，形成一個層次清晰、內容全面、適用性強的評價框架。為了克服傳統評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法和AHP層次分析法，將定性和定量相結合，建立了一個可行的地震災害的風險評估方法。該方法可以有效地處理各種不確定因素，提高評估結果的可信度和科學性。選取的指標體系容易測量，方便獲取。在進行評估分析過程中，還可以發現抗震減災能力方面存在的不足。采用模糊理論的隸屬度函數法，將不同量綱的數據轉換成可比數據，采用AHP層次分析法、定性與定量分析相結合，對復雜的影響因素進行系統化分析。通過各個影響因素的重要性分析，為最終結果提供定量依據。該方法雖然將地震風險度量化，但在地震風險度評估過程中不確定性還較多，對統計數據的精確性有著較高要求。需要制定合理的地震災害等級劃分標準，以便對評估結果進行分類和解釋。