海島地震災害社會脆弱性綜合評價研究

賈 婧,王春曉,王凌霄,竇圣宇,王維欣

(中國海洋大學 工程學院,山東 青島 266100)

引 言

原國家海洋局《全國海島保護工作“十三五”規劃》中提出,在“十三五”期間要充分發揮我國海島在全球海洋治理中的重要作用,建立符合生態文明要求的海島治理體系,提高海島對地區社會經濟發展的貢獻率,助推新時代海上絲綢之路和智慧海洋建設。

關于海島環境與經濟脆弱性,郭曉峰等[1]基于生態敏感度、生態彈性度和生態壓力度,構建了指標體系,對海島生態脆弱性進行了評價;劉大海等[2]基于脆弱性視角提出了海島開發與保護的多維決策方法;秦偉山等[3]從多個層面構建了海島經濟體脆弱性綜合評價體系,對2016年中國12個海島縣經濟體脆弱性指數值進行了測定。關于地震災害脆弱性,佘廉等[4]從自然、經濟和社會三個維度構建了影響城市地震災害脆弱性的解釋結構模型;王朋等[5]利用組合賦權法以及貢獻度模型對西安地區地震災害引發的經濟脆弱性進行了評價;Frigerio等[6]討論了將社會脆弱性納入到地震風險分析中的方法,確定了社會易受地震災害危害的空間變異性。關于海島地震災害,鄭秋紅等[7]利用GIS(Geographic Information System)空間分析技術,結合熵權法與層次分析法建立了海島地震災害風險綜合評價模型;Martins等[8]基于GIS和多準則分析技術評估葡萄牙亞速爾群島地震風險的社會脆弱性,說明了將社會脆弱性指標納入地震風險緩解政策和應急管理計劃中的重要性。

目前,國內外對地震災害脆弱性的研究主要歸納于風險研究中,且大多針對城市展開;對海島的脆弱性研究主要集中于生態環境以及開發利用方面,鮮有對海島地震災害社會脆弱性的考量。此外,海島地理環境特殊,生態環境脆弱,對大陸依賴性較強,加重了地震對海島獨特承災體的風險。本文以海島為研究對象,以其地震災害社會脆弱性為評價內容,從暴露度、敏感性和應對恢復能力三個方面建立由20項指標構成的社會脆弱性評價體系,以定海區、普陀區、岱山縣、嵊泗縣四個海島縣區為例,運用熵權法和改進的TOPSIS模型對其進行綜合評價,對促進海島開發利用與防震減災的協調具有重要意義。

1 海島地震災害與脆弱性

根據《2017年海島統計調查公報》,我國海島數量為1.1萬余個,分布于沿海12個省份49個副省級或地級市的168個縣中,海島總面積約占我國陸地面積的0.8%[9]。我國海島地處環太平洋地震帶和歐亞地震帶的交匯區域,受到太平洋板塊、印度洋和菲律賓海板塊的同時擠壓而使得地震斷裂帶發育活躍。

我國海島因所處海域地理位置的差異,其地震活動性各不相同。遼寧省沿海地區處于開原-金州地震帶附近,受鄰區地震的影響,地震災害發生的頻率比較高,海城、營口發生過7.3級地震;山東省沿海地區地處中國北部沿海地震帶的中段,具有發生5.0級以上中強地震的構造背景,在此區域發生過8.5級郯城大地震;上海市與江蘇省沿海地區均屬于6度地震烈度區;浙江省及鄰近地區地震活動性相對較強,但震級偏小;福建省沿海地區的強烈地震發生頻率不高,但其海域是地震活動較為活躍的地區,其靠近泉州-汕頭地震帶,發生過泉州海域8級特大地震;廣東省沿海地區主要受北東向構造和揭陽-汕頭港斷裂為代表的發震構造影響。我國海島及所在海域地處地殼不穩定區域,地震災害特征明顯。

目前在我國地震災害的研究中,風險、危險性、易損性、脆弱性等是研究的重點與熱點[10]。地震災害風險分析主要包括地震發生的危險性分析、承災體易損性評價、災情損失評估以及相應的減災策略;危險性指地震災害發生的概率,反映的是其自然屬性;易損性和脆弱性的概念較難區分,都表示為承災體受到某種程度損壞的概率或可能性,易損性更側重于承災個體如建筑物,脆弱性大多針對系統,且易損性側重于承災體物理結構方面的特性,脆弱性考慮的因素相對綜合。

脆弱性源于英文單詞Vulnerability,生態領域將脆弱性定義為系統能夠經受干擾的能力。在地學領域,Timmerman[11]于1981年首次提出了脆弱性的概念,指出脆弱性是系統或子系統承受和恢復風險事件的能力,在地震災害中主要強調承災體易于受到侵害的性質以及自身抵御災害的屬性。脆弱性是一個綜合性的概念,涉及很多研究領域,具有多維性、廣泛性,許多機構和學者們從不同角度將其更為具體地分解,以此為根據建立起多角度的脆弱性分析框架,如表1所示。本文將海島地震災害社會脆弱性定義為在一定社會經濟條件下,海島承災體在地震作用下可能遭受的損害程度以及海島從地震損失中恢復能力大小的量化評估。

表1 脆弱性的概念表述

綜合地震災害脆弱性的研究成果和海島承災體的特征,海島作為一個相對獨立的區域,地質條件特殊且生態環境較為脆弱,經濟發展對外依賴性強,而且海島在技術、人才、市場等方面受限于島外地區,當地震發生時更易受到損害。

2 海島地震災害社會脆弱性評價指標體系

國內外已有團隊開發出脆弱性定量評價指標體系,如SEI(Stockholm Environment Institute)和克拉克大學基于受災度、敏感性和恢復力建立了一個綜合性的脆弱性分析框架[19];美國哥倫比亞大學環境研究所與美洲洲際銀行合作開發了通用脆弱性指數(Pervasive Vulnerability Index, PVI)[20];美國南卡羅尼納大學Cutter研究團隊提出了社會脆弱性指數(Social Vulnerability Index, SoVI)[21]。

張振興等[22]提出地質災害承災體脆弱性可通過研究區域的生命類、物質類、生態環境類和社會經濟類等一系列相關的評價指標來定量表達;Duzgun等[23]指出城市地震災害在城市結構、社會經濟和城市服務可及性方面具有不同的脆弱性模式。通過文獻調研和海島地震災害特征分析,遵循科學性、可獲得性和定量性的原則,本文從暴露度、敏感性和應對恢復能力三個方面入手構建海島地震災害社會脆弱性評價體系。暴露度是指海島受地震危害表現的接觸程度,一般暴露于地震災害下的人口和財產的比例越大,其危害程度越大,暴露度指標主要涵蓋人口數量、地區生產總值、基礎設施水平等方面;敏感性是指海島承受地震災害后受到損失的難易程度,其指標主要包括易受影響的人群、產業結構比例、海域面積等;應對恢復能力是指海島受到地震災害后自我調整能力,主要通過財政收入、醫療衛生機構、島陸疏散能力等來反映,海島地震災害社會脆弱性綜合評價指標體系詳見表2。

表2 海島地震災害社會脆弱性評價指標體系

3 評價方法

3.1 運用熵權法進行賦權

熵是對不確定性的一種度量,通常來說,若某個指標的信息熵越小,表明指標值的變異程度越大,提供的信息量越多,在綜合評價中所能起到的作用也越大,其權重也就越大。熵權法是一種客觀的指標權重賦值方法,其計算結果與實際指標數據本身的大小有著密切的聯系,克服了權重結果受主觀因素影響大的弊端,更能反映眾多評價指標的重要程度。閻莉等[24]、李暢等[25]、楊靜雯等[26]利用熵權法確定指標權重,分別建立了干旱脆弱性模型、洪災社會脆弱性評價模型、城市地震災害脆弱性評估。本文中海島地震災害社會脆弱性評價指標數據經處理后為定量數值,可通過熵權法直接計算得到客觀的指標權重。熵權法賦權的計算已相當成熟,故不作過多贅述。

3.2 改進的TOPSIS模型

Hwang和Yoon于1981年首次提出TOPSIS法[27],這是多目標決策分析中一種常用的有效方法,又稱為優劣解距離法。其基本原理是通過檢測各評價對象與正、負理想解的距離來進行比較和排序,若評價對象最靠近最優解同時又最遠離最劣解,則為滿意解。

TOPSIS模型適用于多個對象、多個指標進行評價比較的分析方法,能充分反映各評價對象之間的差距,薛瑩瑩[28]、張永領等[29]已將TOPSIS模型應用于城市地震災害社會脆弱性評估及區劃等研究中。以上研究表明,該模型能夠很好地從整體上對評價區域的脆弱性進行評級分區。TOPSIS法是以貼近度為依據對評價對象進行排序的方法,具體步驟如下:

(1)數據處理。對指標進行標準化處理:

(1)

(2)確定決策矩陣。將rij和各評價指標權重wj相乘得到規范化決策矩陣Zij：

Zij=wj·rij

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(5)確定各海島地震災害社會脆弱性評價值與理想解之間的相對距離,即貼近度Ci：

(7)

Ci介于0和1之間,Ci越大,表示越接近正理想解,該海島的地震災害社會脆弱性越高。

4 實例分析

4.1 區域概況

舟山群島位于長江口南側、杭州灣外緣的東海海域,區位圖如圖1所示,境域東西長182 km,南北寬169 km,總面積2.22萬km2,其中海域面積2.08萬km2,是中國第一大群島,1987年1月,建立舟山市,轄定海、普陀兩區和岱山、嵊泗兩縣,基本信息見表3。舟山群島位于定海-溫州地震帶,在濱海斷裂帶的北端,地質構造復雜,是地震活動、地球物理場和構造應力場的強烈變化地帶,該段在晚更新世仍有活動表現,歷史上在斷層附近曾發生鎮海地震,初步判定北段可能是晚更新世活動斷層[31]。舟山群島及其鄰近海域深部以東西向構造為主,淺表部以北東向構造為主,這是孕震的地質構造背景[32]。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015),舟山群島的抗震設防烈度提升為7度。

圖1 海島縣的地理位置示意圖

表3 海島縣區基本信息

4.2 數據來源

海島地震災害的社會脆弱性隨著社會經濟發展的變化而變化,為了能客觀地反映目前舟山群島地震災害的社會脆弱性特征,以2018年定海區、普陀區、岱山縣、嵊泗縣國民經濟和社會發展統計公報為基礎,以百度地圖和GIS空間建模數據分析為輔助,收集人口、經濟、基礎設施、醫療、綠地面積、港口情況等方面的數據,定量化海島地震災害社會脆弱性的各項指標。

4.3 數據分析

根據搜集和分析得到的數據,依照熵權法計算步驟對各項指標賦予權重,得到權重wj=(0.041 1,0.045 9,0.052 8,0.038 3,0.051 8,0.044 1,0.036 4,0.086 6,0.045 4,0.042 2,0.081 6,0.042 5,0.077 5,0.035 4,0.044 6,0.033 9,0.059 1,0.043 3,0.039 7,0.057 8)。

由式(1)和式(2)確定規范化決策矩陣Zij。

根據式(3)和式(4)確定正、負理想解,詳見表4。依照式(5)-式(7)確定20個評價指標數據距正、負理想解的KL距離和四個評價區域的貼近度,計算結果詳見表5。

表4 評價指標的正、負理想解

表5 各評價指標的正、負理想解距離及貼近度

4.4 評價結果與分析

通過計算得出舟山群島地震災害社會脆弱性由高到低的排序為:岱山縣>普陀區>嵊泗縣>定海區,各縣區地震災害社會脆弱性以及暴露度、敏感性、應對恢復能力的對比分析如圖2所示。

圖2 地震災害社會脆弱性以及暴露度、敏感性、應對恢復能力對比分析

岱山縣人口聚集度較高,60歲以上人口占32.55%,老齡化嚴重;廣闊的海域面積易引發海嘯等次生災害,使得海島對地震災害的敏感性較高;同時島內醫療衛生機構不足,海運運載能力較差,因此岱山縣具有較高的社會脆弱性。

普陀區城鎮建設用地和在校學生人數較多,人員密集區域在地震災害中更易受到影響。普陀區依靠普陀山等旅游風景線,具有發達的旅游業,其第三產業占比高達59%,因此其社會經濟受地震災害的敏感性較高。醫療衛生機構和社區服務水平充分支持,使普陀區防災救災事業發展水平較高,能夠有效降低地震災害脆弱性。

嵊泗縣地方財政收入較低,且年人均可支配收入與其他研究區域相比最低,同時醫療衛生保障體系不夠完善;但是嵊泗縣人口較少,僅有約7.5萬人,地區生產總值較低,說明其暴露度較低。

定海區擁有舟山跨海大橋,島陸間聯系密切,年港口吞吐量達1.55億噸,經濟運行平穩發展,居民生活水平高,且具備完善的基礎設施和醫療保障體系,使其應對地震災害以及震后恢復的能力較高,故而其社會脆弱性較低。

岱山縣應注重發展科教文衛事業,促進基礎設施建設,完善醫療衛生保障體系;普陀區旅游業發達,人口密集,應適當準備地震應急物資,合理建設避難場所,提高島內人均疏散面積;嵊泗縣應促進經濟發展,注重發展質量。

5 結論

海島地震災害社會脆弱性是在一定人口、經濟和社會背景下海島易于受到地震影響的性質以及自身抵抗的屬性,本文對海島地震災害社會脆弱性進行評估,為海島針對性地制定防震減災策略提供了重要的科學依據。

(1)綜合考慮海島發展現狀和數據的特征,從暴露度、敏感性和應對恢復能力三個方面建立海島地震災害社會脆弱性綜合評價指標體系。

(2)以舟山群島的四個海島縣區為研究對象,基于統計年鑒及整理所獲的數據,采用熵權法對各項指標進行賦權,從權重的大小可以看出,海島生態環境、海島人口分布及經濟發展質量、與大陸聯系程度是影響海島地震災害社會脆弱性的主要因素。

(3)用改進的TOPSIS模型對舟山群島的四個海島縣區的地震災害社會脆弱性進行了評價,結果表明岱山縣地震災害社會脆弱性最高,最低的是定海區,為降低海島地震災害社會脆弱性,需進一步促進與大陸的溝通,提高海島自身經濟發展水平,完善社會保障體系。

研究中還存在一些不足,有待進一步探討。例如,本研究建立的評價指標體系由定量指標構成,主要通過統計公報和GIS數據分析得到具體數值,在后續研究中還需進一步細化,可以考慮定性與定量方法相結合。此外,本研究選取舟山群島作為研究對象,缺乏其他區域海島的驗證,在進一步研究中應擴大樣本范圍。