李 紅，周 波

1)四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，成都610065;2)西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川南充637002

中國是一個(gè)自然災(zāi)害頻繁，災(zāi)情損失嚴(yán)重的國家.僅2010年，自然災(zāi)害就造成4.3億人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5 339.9億元人民幣，嚴(yán)重影響了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.目前評(píng)價(jià)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的常用方法有:集對(duì)分析法、主成分分析法、聚類分析法和投影尋蹤法等［1-15］.基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性 (隨機(jī)性、模糊性和未確知性等)，本研究嘗試采用模糊物元 (fuzzy matter element，F(xiàn)ME)模型［16］對(duì)中國大陸31個(gè)省、直轄市、自治區(qū) (未統(tǒng)計(jì)臺(tái)灣省和港、澳特別行政區(qū))自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià).

1 模糊物元模型

FME是物元分析原理與模糊集理論有機(jī)結(jié)合的研究方法，具體評(píng)價(jià)步驟為

1.1 構(gòu)建復(fù)合模糊物元Rmn

物元分析中所描述事物M及其特征C和量值x組成物元R=(M，C，x).若其中量值x具有模糊性，則稱其為模糊物元.若事物有n個(gè)特征C1，C2，C3，...，Cn及其對(duì)應(yīng)的模糊量值 x1，x2，x3，...，xn，則稱R為n維模糊物元.m個(gè)事物的n維模糊物元組合在一起，便構(gòu)成復(fù)合模糊物元Rmn.

1.2 構(gòu)建從優(yōu)隸屬度復(fù)合模糊物元

從優(yōu)隸屬度 uji(j=1，2，...，m;i=1，2，...，n)，對(duì)

1.3 建立差平方復(fù)合模糊物元R△

其中，Δji=(u0i－ uji)2，(j=1，2，...，m;i=1，2，...，n);u0i為中各評(píng)價(jià)指標(biāo)從優(yōu)隸屬度的最大值或最小值.

1.4 確定指標(biāo)權(quán)重wi

本研究采用熵權(quán)法［17］與專家打分法相結(jié)合的綜合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

其中，λi和βi分別代表熵權(quán)值和主觀權(quán)重值;α為經(jīng)驗(yàn)常數(shù).

1.5 構(gòu)建歐氏貼近度復(fù)合模糊物元RPH

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及數(shù)據(jù)來源

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

本研究以自然災(zāi)害危險(xiǎn)性為基礎(chǔ)，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性和區(qū)域設(shè)防，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.

自然災(zāi)害的危險(xiǎn)性 (A1).依據(jù) GB/T26376-2010［18］自然災(zāi)害類型，制定本研究自然災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo).由于海洋災(zāi)害具有極強(qiáng)的地域性，不具有全國范圍研究的意義;生物災(zāi)害缺乏系統(tǒng)的量化數(shù)據(jù)，故本研究?jī)H選取地質(zhì)災(zāi)害、地震災(zāi)害、氣象災(zāi)害以及森林或草原火災(zāi)4項(xiàng)，并以各自災(zāi)變等級(jí)作為自然災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo).

社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性(A2).通常人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、財(cái)富集中的地區(qū)，自然災(zāi)害造成的損失相對(duì)較大，故本研究選取人口密度、經(jīng)濟(jì)密度 (單位面積GDP和單位面積社會(huì)固定資產(chǎn)投資)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性評(píng)價(jià)指標(biāo).

區(qū)域設(shè)防(A3).區(qū)域設(shè)防關(guān)系區(qū)域抵御自然災(zāi)害的能力，設(shè)防等級(jí)越高，抵御自然災(zāi)害的能力越強(qiáng)，故本研究選取設(shè)防等級(jí)作為區(qū)域設(shè)防評(píng)價(jià)指標(biāo).

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

由于缺乏港澳臺(tái)地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)，本研究?jī)H以中國大陸31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)作為研究對(duì)象.自然災(zāi)害危險(xiǎn)性和區(qū)域設(shè)防相關(guān)數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［19-20］.社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性數(shù)據(jù)根據(jù)《中國統(tǒng)計(jì)年鑒 (2000－2009)》相關(guān)數(shù)據(jù)的均值和《中華人民共和國分省系列地圖冊(cè) (2007－2009)》相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得到.具體數(shù)據(jù)見表1.

表1 中國大陸31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)Table 1 Data of the risk of catastrophe disasters among 31 provinces，cities and autonomous regions in China mainland

3 評(píng)價(jià)過程及結(jié)果

運(yùn)用FME法對(duì)中國大陸31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以歐式貼近度判別自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí).具體分為:① 由自然災(zāi)害危險(xiǎn)性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性和區(qū)域設(shè)防3要素層分別構(gòu)建復(fù)合模糊物元進(jìn)行評(píng)價(jià);②由3要素層共同構(gòu)建復(fù)合模糊物元進(jìn)行評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)流程見圖1.

圖1 評(píng)價(jià)流程圖Fig.1 Flow chart of assessment

以下僅以第2層次3要素層共同 (指標(biāo)層)構(gòu)建的復(fù)合模糊物元為例，對(duì)計(jì)算過程加以說明.

3.1 構(gòu)建復(fù)合模糊物元Rmn

由中國大陸31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)(M1～M31)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)(C1～C8)，構(gòu)建復(fù)合模糊物元Rmn.

3.2 構(gòu)建從優(yōu)隸屬度復(fù)合模糊物元Rmn

對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)而言，自然災(zāi)害危險(xiǎn)性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性均屬越大越優(yōu)型指標(biāo)，區(qū)域設(shè)防屬越小越優(yōu)型指標(biāo).根據(jù)式 (2)和式 (3)得從優(yōu)隸屬度，由此構(gòu)建從優(yōu)隸屬度復(fù)合模糊物元Rmn

3.3 建立差平方復(fù)合模糊物元R△

本研究u0i取最大值1，根據(jù)Δji=(u0i－uji)2，由此構(gòu)建差平方復(fù)合模糊物元R△.

3.4 確定指標(biāo)權(quán)重wi

熵權(quán)法.根據(jù)熵權(quán)計(jì)算模型，得指標(biāo)熵Hi、熵權(quán) λi及 3 要素層熵權(quán) λi(At)，(t=1，2，3)，其中

專家打分法.為消除3要素層指標(biāo)數(shù)量上的差異，采用專家打分法確定指標(biāo)主觀權(quán)重，βi=0.11，0.10，0.10，0.06，0.14，0.14，0.15，0.20.

綜合賦權(quán)法.根據(jù)熵權(quán)法和專家打分法得到λi和βi，再根據(jù)式 (6)，令α=0.5，最終得評(píng)價(jià)指標(biāo)及3要素層權(quán)重，其中指標(biāo)權(quán)重

wi=0.15，0.14，0.12，0.11，0.10，0.11，0.11，0.16;

3.5 構(gòu)建歐氏貼近度復(fù)合模糊物元RPH(1～3)

同理，對(duì)第1層次3要素層分別構(gòu)建的復(fù)合模糊物元進(jìn)行評(píng)價(jià)，中國大陸31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)的歐氏貼近度復(fù)合模糊物元為

根據(jù)PHj取值范圍，將其劃分成5等分，分別對(duì)應(yīng)5個(gè)不同等級(jí).如RPH(1～3)中PHj值主要集中在0.25～0.40，等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)為:低等級(jí)(Ⅰ級(jí))PHj＜ 0.28;較低等級(jí)(Ⅱ 級(jí))0.28≤ PHj＜ 0.31;中等等級(jí)(Ⅲ 級(jí))0.31≤PHj＜ 0.34;較高等級(jí)(Ⅳ級(jí))0.34≤PHj＜ 0.37;高等級(jí)(Ⅴ級(jí))0.37≤PHj，對(duì)應(yīng)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí).同理，對(duì)RPH1、RPH2和RPH3中PHj值進(jìn)行等級(jí)劃分，并分別對(duì)應(yīng)自然災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性等級(jí)和區(qū)域設(shè)防等級(jí).具體等級(jí)評(píng)定結(jié)果見表2.

根據(jù)表2，可繪制中國大陸自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及3要素層等級(jí)空間分布圖，見圖2.

表2 中國大陸31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)等級(jí)評(píng)定結(jié)果Table 2 Assessment results of level of 31 provinces，cities and autonomous regions in China mainland

圖2 中國大陸自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及3要素層等級(jí)空間分布圖Fig.2 Natural disaster risk level and level spatial distribution with three element layers in China mainland

從圖2可知，①中國大陸自然災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)分布與氣象、地質(zhì)等因素及林區(qū)分布密切相關(guān)，見圖2(a).②社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性和區(qū)域設(shè)防等級(jí)分布與我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)，等級(jí)分布從東部沿海地區(qū)向西部?jī)?nèi)陸依次遞減，見圖2(b)和圖2(c).③自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布高度集中在東南沿海廣東、福建及西部四川、重慶、陜西和甘肅等地，見圖2(d).其中，廣東和福建氣象災(zāi)害頻繁，且福建是我國三大林區(qū)之一，自然災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)高，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集，社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性等級(jí)高;但因該區(qū)域設(shè)防等級(jí)相對(duì)較高，抵消了部分社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性，故自然災(zāi)害呈較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí).四川和陜西等省地震和地質(zhì)災(zāi)害頻繁，自然災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)較高，但該區(qū)域設(shè)防等級(jí)普遍較低，抵御自然災(zāi)害能力有限，故自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較高.

為驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，表3同時(shí)列出了采用FME法和綜合評(píng)價(jià)法的等級(jí)評(píng)定結(jié)果.鑒于文章主旨是自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，以下僅對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.其等級(jí)劃分參照歐氏貼近度復(fù)合模糊物元RPH(1～3)的標(biāo)準(zhǔn).

表3 對(duì)比FME法與綜合評(píng)價(jià)法對(duì)中國大陸自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定結(jié)果Table 3 Comparison the results of risk level assessment in natural disasters by FME and comprehensive evaluation methods

從表3可見，F(xiàn)ME法和綜合評(píng)價(jià)法的等級(jí)評(píng)定結(jié)果基本一致，表明FME法對(duì)于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)可行有效.

結(jié) 語

綜上研究可知，F(xiàn)ME法與綜合評(píng)價(jià)法相比，思路清晰，計(jì)算簡(jiǎn)潔 (僅4個(gè)步驟)，借助普通辦公軟件 (如Excel)即可輕松完成整個(gè)運(yùn)算過程，其最大優(yōu)點(diǎn)在于能清晰反映各要素層間的相互關(guān)系，展示數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)細(xì)致，評(píng)價(jià)結(jié)果生動(dòng)直觀.

/References:

［1］ WANG Wen-sheng，JIN Ju-liang，LI Yue-qing.Risk degree assessment of natural disaster based on set pair analysis method［J］.Journal of Sichuan University Engneering Science，2009，41(6):6-12.(in Chinese)王文圣，金菊良，李躍清.基于集對(duì)分析的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度綜合評(píng)價(jià)研究［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)工程科學(xué)版，2009，41(6):6-12.

［2］ YE Jin-yu，LIN Guang-fa，ZHANG Ming-feng.A review of natural disaster risk assessment［J］.Journal of Institute of Disaster Prevention，2010，12(3):20-25.(in Chinese)葉金玉，林廣發(fā)，張明鋒.自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12(3):20-25.

［3］ Pandey A，Dabral P P，Chowdary V M，et al.Landslide hazard zonation using remote sensing and GIS:a case study of dikrong river basin，Arunachal Pradesh，India［J］.Environmental Geology，2008，54:1517-1529.

［4］ ZHANG Ming-yuan，F(xiàn)ENG Shi-sen，YUAN Yong-bo，et al.Uncertainty-based research on integrated natural disaster risk on coastal cities［C］//Proceedings of 5th IEEE International Conference on Management of Innovation and Technology.State of New Jersey(USA):IEEE Computer Society，2010:1130-1135

［5］ ZHANG Ming-yuan，YUAN Yong-bo，ZHOU Jing.A new method of urban natural disaster risk analysis［J］.Journal of Dalian University of Technology，2010，50(5):706-711.(in Chinese)張明媛，袁永博，周 晶.城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析新方法［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，50(5):706-711.

［6］ YIN Zhan-e.Research of Urban Natural Disaster Risk Assessment and Case Study［D］.Shanghai:East China Normal University，2009.(in Chinese)尹占娥.城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與實(shí)證研究［D］.上海:華東師范大學(xué)，2009.

［7］ HU Bei-bei.Major Natural Disaster Risk Assessment of Tianjin Binhai New Area［D］.Shanghai:East China Normal University，2009.(in Chinese)胡蓓蓓.天津市濱海新區(qū)主要自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［D］.上海:華東師范大學(xué)，2009.

［8］ SUN Zheng.Quantitative Methodology and Application of Urban Natural Disaster Assessment［D］.Qingdao:Ocean University of China，2008.(in Chinese)孫 崢.城市自然災(zāi)害定量評(píng)估方法及應(yīng)用［D］.青島:中國海洋大學(xué)，2008.

［9］ XU Xue-gong，YAN Lei，XU Li-fen.Ecological risk assessment of natural disasters in china［J］.Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis，2011，47(5):901-908.(in Chinese)許學(xué)工，顏 磊，徐麗芬.中國自然災(zāi)害生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2011，47(5):901-908.

［10］ GE Quan-sheng，ZOU Ming，ZHENG Jing-yun.Natural Disaster Risk Comprehensive Assessment in China［M］.Beijing:Science Press，2008.(in Chinese)葛全勝，鄒銘，鄭景云.中國自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估初步研究［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.

［11］ WANG Jia-yuan，YE Yin-chuan.Competitiveness assessment of regional construction industry based on principal components analysis［J］.Journal of Shenzhen University Science and Engineering，2009，26(1):92-97.(in Chinese)王家遠(yuǎn)，葉銀川.主成分分析法評(píng)價(jià)地區(qū)建筑業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力［J］.深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版，2009，26(1):92-97.

［12］ ZHANG Qiao，WANG Ke.Assessment and regional planning of agricultural natural disaster risks in China［J］.Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning，2011，32(3):32-36.(in Chinese)張 峭，王 克.我國農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃［J］.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2011，32(3):32-36.

［13］ Stefan G，Mark F，Johannes L.Methodology for an integrated risk assessment of spatially relevant hazards［J］.Journal ofEnvironmentalPlanningand Management，2006，149(1):1-19.

［14］ Vaughan D C，Spouge J R.Risk estimation of collapse of the west Antarctic sheet［J］.Climate Change，2002，52:52-91.

［15］ SHI Pei-jun，DU Juan.Urban risk assessment research of major natural disasters in China［J］.Advances in Earth Science，2006，21(2):170-177.

［16］ ZHANG Bin，YONG Qi-dong，XIAO Fang-chun.Analysis of Fuzzy Matter Element［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，1997:1-50.(in Chinese)張 斌，雍岐東，肖芳淳.模糊物元分析［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1997:1-50.

［17］ QIU Wan-hua.Management of Decision-Making and Application of Entropy-Learning［M］.Beijing:Mechanical Industry Press，2002:193-199.(in Chinese)邱菀華.管理決策與應(yīng)用熵學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002:193-199.

［18］ GB/T26376-2010.Basic terms on natural disaster management［S］.(in Chinese)GB/T26376-2010.自然災(zāi)害管理基本術(shù)語［S］.

［19］ GAO Qing-hua.Risk of Natural Disasters in China and Regional Security Analysis［M］.Beijing:Meteorological Press，2005.(in Chinese)高慶華.中國自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與區(qū)域安全性分析［M］.北京:氣象出版社，2005.

［20］ Comprehensive natural disaster study group of State Development Planning Commission，Economic and Trade Commission.Major Natural Disasters in China and Social Atlas［M］.Guangzhou:Guangdong Science and Technology Press，2004.(in Chinese)國家計(jì)委國家經(jīng)貿(mào)委災(zāi)害綜合研究組.中國重大自然災(zāi)害與社會(huì)圖集［M］.廣州:廣東科技出版社，2004.