馬保成

(西安科技大學，陜西 西安 710054)

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自然災害風險定義及其表征方法*

馬保成

(西安科技大學，陜西 西安 710054)

自然災害風險及風險管理是災害學科的重要研究領域，但是自然災害風險的定義及其表征方法仍未得到統(tǒng)一認識。歸納分析了現(xiàn)有的幾種自然災害風險的定義，給出自然災害風險定義的要點，即風險概率、潛在損失大小和評價時間基準，據(jù)此提出了自然災害風險三維表達式；分析了風險概率、損失的構成要素及其計算方法；總結得出自然災害風險的三種表征方法，即風險圖法、風險曲線法和公式法。研究對自然災害風險定量評價具有理論意義。

自然災害；風險；風險定義；風險表征

隨著科技進步和經濟發(fā)展，人類創(chuàng)造的物質財富總量不斷增長，世界文明也發(fā)展到新的高度。但是，災害與人類的發(fā)展史從未分離過，特別是自然環(huán)境遭受嚴重破壞之后，自然災害對人類社會產生的不利影響也顯著增強。在全球氣候變化的大環(huán)境下，每年受災害影響的人數(shù)以億計，災害問題已經成為全球性的問題之一。通過風險管理來降低災害風險，已成為減災科技界的共識和當務之急[1-4]。

風險最早見于19世紀末的西方經濟學研究中。到20世紀50年代，風險和風險管理作為一門學問，在經濟學、社會學和管理科學等領域得到發(fā)展。20世紀90年代以來，災害風險及其管理在防災減災領域得到前所未有的關注，至今仍是世界范圍內的研究熱點[1-10]。其中，國際減災十年(IDNDR)活動產生了深遠的影響。21世紀以來開展的自然災害風險評估國際計劃就有災害風險指標計劃(DRI)、多發(fā)區(qū)指標計劃(Hotspots)和美洲計劃(American Programme)等[11]。

對于風險管理的內容，較為公認的觀點是包括風險識別、風險評估(估計)、風險評價、風險決策與應對以及風險監(jiān)視與控制等主要環(huán)節(jié)。其中，風險識別主要明確可能存在的災害類型及其主控因素，并定性判定災害風險大?。伙L險評估一般包括致災因子危險性評估、承災體易損性評估以及潛在損失評估，定量計算得出風險值的大??；風險評價則是給出風險等級，判斷其可接受水平；風險決策與應對則需要不同決策主體考慮經濟、技術等多種因素，給出具體的決策方案和應對計劃，并實施風險減輕、風險回避等處置措施；風險監(jiān)控則針對風險計劃實施過程中的殘余風險或二次風險，對風險進行生命周期的跟蹤，必要時啟動新的風險分析與處置程序。由此可見，災害風險評估是防災減災工作的基礎，可接受風險標準的確定關系到風險決策的實施。因此，要加強自然災害風險管理能力，就必須回答好災害風險評估和可接受風險標準這兩個關鍵問題。

要確定風險的可接受水平，前提是定量回答風險評估的相關問題。近年來，國內外有關災害風險評估[1-15]和可接受風險標準[16-18]的研究越來越多。然而，目前的風險評估仍以定性或半定量為主，而定量方法較少。因此，現(xiàn)有的風險評估方法的實用性是有限的，尚不能為風險決策提供切實可靠的依據(jù)。

其中的一個原因是，災害風險的定義仍未統(tǒng)一，基于不同定義也就出現(xiàn)了不同的風險表征方法。由于不同研究者使用了不同的風險評估表達式，也給可接受風險標準的制定帶來了困難。因此，進一步探討自然災害風險的定義，分析其表征方法，是十分必要的。

1 自然災害風險定義

“風險”的英文是Risk。關于風險的定義，國內外已有很多種，至今學術界仍未統(tǒng)一?？傮w上看，有狹義、廣義之分，狹義的定義主要考慮事件發(fā)生概率，而廣義定義還包括風險事件導致的后果[16]。由于研究側重點的差異，研究對象的不同，學者們根據(jù)研究需要使用了有區(qū)別的風險定義。表1中羅列了一些定義方法，僅供參考。

表1 災害風險定義

本文不是要給出權威的、最終的、完備的風險定義，而是基于原有的研究提煉出定義的要點。由表1可見，不同風險定義反映的側重點是有差異的，有的是“加和”論，有的是“乘積”論，還有“單值”論、“情景”論等，均在相關研究中起到積極作用。

風險本質上是多維的[15]。因此，災害風險較為全面的定義是，在特定評價時段和空間范圍內，未來災害造成的潛在損失大小及其發(fā)生的可能性，即損失的概率分布。這一定義包含了災害造成的潛在損失大小及其可能性(不確定性)兩層含義。根據(jù)這一定義，災害風險大小與致災因子的強度和活動頻率、承災體的價值及其防災減災能力(即易損性)有關。此外，風險具有動態(tài)性，不同的評價時間、評價周期，風險大小將會發(fā)生變化。強調這一點，是為了定期進行災害風險評價，動態(tài)監(jiān)視風險的發(fā)展變化情況[11]。

因此，在特定孕災環(huán)境背景下，自然災害風險并不是單一的值，而實際上包含了三個要素：風險度R、潛在損失大小L、評價時間T。因此，要全面刻畫某孕災環(huán)境內特定時空條件下的災害風險大小，需要具備上述3個數(shù)值，這樣就構成了一個三維表達式，即風險數(shù)組r[3]。

r[3]={R,L,T}，

(1)

式中：r[3]為自然災害風險；R為自然災害風險度；L為自然災害風險損失或潛在損失；T為自然災害風險評價時間。

這一定義及其三維表達式(1)盡可能保留了較全面的風險數(shù)值，為風險決策提供了必要的基礎信息，與以往的只給出單一的風險值的做法不同。例如，某洪水災害事件情形下可能造成的城市經濟損失數(shù)額巨大，超出了一定階段內社會的承受能力，但是，其發(fā)生的可能性為千年一遇，或者該預測評價是在城市發(fā)展初期、經濟實力較低的時期做出的。顯然，缺少3個必要數(shù)值的任何一個，都難以做出有效的風險決策。

再舉一例，在滑坡發(fā)展階段初期評價得出的風險數(shù)值，與即將失穩(wěn)階段的風險數(shù)值，是不同的。

因此，不同評價時間得到的風險值，就構成了一個“空間”，或者集合，當風險信息足夠多時，則構成了“總體”。這樣才能更好地描述風險的動態(tài)變化過程，掌握風險總體特征，有助于把握有利時機，做出合理可行的決策方案。也就避免了靜態(tài)的風險評價的不足。

2 自然災害風險表征方法

劉希林[22]認為，風險評價是預評估潛在災害的重要手段，涉及致災體的自然屬性和承災體的社會經濟屬性。聯(lián)合國人道主義事務部(DepartmentofHumanitarianAffairs)1992年給出的風險定義及其數(shù)學表達式(Risk=Hazard×Vulnerability)已經得到國內外的廣泛認同。但是，由于語言表達和研究水平及研究對象等的差異，風險的數(shù)學表達式的理解和認識卻并不統(tǒng)一。

2.1 風險度及其表征方法

風險度，或稱為風險概率，實際上是風險源(即致災體、致災因子)與承災體(即受體，風險承受者)相互作用后不利事件發(fā)生的可能性。也可以理解為承災體在風險源影響下的失效概率，或者破壞概率。因此，風險概率需要明確2個重要內容：①風險源的發(fā)生概率；②承災體的暴露性和脆弱性。

2.1.1 風險源的發(fā)生概率及其表征

危險(Hazard)是在給定時間和區(qū)域內一個可能造成潛在損失的現(xiàn)象發(fā)生的可能性(聯(lián)合國人道主義事務部，1992年)。就自然災害而言，危險是自然災害這種自然現(xiàn)象發(fā)生的可能性，特別是針對其致災因子而言的。

度量風險源的發(fā)生概率是風險評價的難點之一。對于孕災環(huán)境、致災因子等災害系統(tǒng)組成要素進行識別、分析的研究已有很多，多是定性或者半定量的，目前的研究熱點正集中于其定量化。

衡量致災因子危險性(H)需要考慮強度(規(guī)模，Scale)和概率(Probability)2個要素。例如，在地震多發(fā)區(qū)，震級大于3級到小于4.5級的有感地震可能頻繁發(fā)生，即發(fā)生概率很大，但通常不會造成嚴重的人員傷亡和財產損失；而在很少發(fā)生地震的地區(qū)，有感地震的發(fā)生頻率很低，但是，由于抗震設防標準較低、人們防震減災意識較弱，卻有可能遭受一定程度的損失。因此，單純給出某類災害致因的發(fā)生概率，是不夠的，必須給定其發(fā)生的強度。至于其可能帶來的損失，則要考慮具體的風險影響區(qū)域和不同受災體的特點。

在工程建設中，往往根據(jù)現(xiàn)有的技術和經濟能力，設定某一“設計工況”或“設計標準”，認為在該工況下，工程結構物應保持足夠的穩(wěn)定性和安全性，相應的損失及后果也在允許的、可以控制的范圍內；超出該工況，則認為工程結構物不能完全承受相應的破壞荷載，即使損失嚴重，也不存在事故責任問題。這就是給定了某一災害風險源的發(fā)生頻率或致災因子強度，作為工程設計的參考基準。

為了簡化討論，多數(shù)研究和工程實際所指的概率，均是對工程設計或工程設防的強度而言。至于超出或低于該強度的風險致因的概率，一個辦法是通過乘以安全系數(shù)或者折減系數(shù)的方法，進行近似換算、逼近；另一種解決方法是，利用足夠的數(shù)據(jù)求解不同強度所對應的風險致災因子的發(fā)生概率，獲得強度-概率的完整序列，從中選取某一強度，作為研究對象的風險基準。

即使對于設計工況而言，要確定致災因子發(fā)生概率也并非易事。這需要考慮災害類型及其致災機理，必要時要對各種災害類型分別進行研究。

隨著研究手段的多樣化，較為可靠的做法是可以根據(jù)對歷史資料的充分調查分析，通過情景模擬、災情反演、數(shù)值試驗等，獲得致災因子發(fā)生的不同強度和相對應的概率值，繪制出滿足減災實際所需要的風險源強度(S)-概率(P)曲線圖(表)，或強度-概率擬合方程。這樣，就可以針對不同發(fā)生概率下的特定強度的風險源進行定性、定量分析，而不會產生混淆。例如，某多雨的城鎮(zhèn)，未來雨季遭遇小雨的概率接近于1，但是，由于其強度太低，不會對城鎮(zhèn)造成值得關注的損失。再舉一例，城市暴雨引起內澇積水的深度達到25 cm時，極易引起交通堵塞、建筑物內資產浸水等災害，則該強度所對應的暴雨的發(fā)生概率，是個重要的待定參數(shù)。

2.1.2 承災體的易損性及其表征

易損性(Vulnerability)是在自然災害影響地區(qū)的一切事物由于潛在的災害而導致的潛在的最大損失程度[22]。易損性實際上包括暴露性和脆弱性2個要素。

在一定強度(即與之對應的發(fā)生頻率)的風險致因作用下，承災體的暴露性和脆弱性直接影響風險后果(即損失)的大小。

暴露性(Exposure)表征不同類型的承災體是否處于風險致災因子的作用范圍內，如果承災體在風險源的作用半徑之內，則可能遭受不同程度的損害，反之，如果承災體在風險源的影響范圍之外，則其是安全的；脆弱性(或敏感性，Susceptibility)則反映承災體抵御致災因子作用的能力，工程及非工程防護措施越好，承災體就能夠抵抗較強的風險源而剩余較高的安全性。因此，暴露性和脆弱性的大小將決定承災體價值的損失程度。

暴露性的定量表達是暴露度e，即某種承災體各組成部分在多大程度上處于致災因子影響范圍內。脆弱性的定量表達則為脆弱度或損失率η，即該承災體在某一強度的致災因子作用下所暴露的部分遭受了多大程度的破壞而導致?lián)p失。暴露度、損失率均為相對值，取值范圍在[0～1]閉區(qū)間內，表征某承災體的易損程度。

綜上所述，某一承災體的易損度V=暴露度e×損失率η。其中，暴露度需要根據(jù)不同的災害情形進行逐一調查統(tǒng)計，可以用暴露于致災因子下的承災體面積或體積或長度等占其總量的比值來表示。而損失率則要結合具體的暴露情形，根據(jù)經驗或實驗得出承災體的潛在損失部分占其總體的比值，可以分別考慮結構上的損失程度或功能上的損失程度。

因此，易損性的定量表征難點在于損失率的求解。通常需要建立某承災體在完全暴露于不同強度的致災因子作用下的風險源強度-承災體損失特性圖(表)，也稱為脆弱性方程，或災損方程，或災損曲線。當歷史災害資料充足時，可以利用其進行災情反演，用來近似估計未來的災害損失情況。當缺乏災情資料時，可以進行工程類比，或借助專家經驗，還可以進行室內、室外實驗或數(shù)值模擬獲得可靠的數(shù)據(jù)。

2.1.3 災害風險度及其表征

前文建立了風險源危險性、承災體易損性之間的邏輯關系，即特定強度的風險源對應單一的發(fā)生概率，以及單一的損失率，便于在此基礎上求解自然災害風險度(或風險概率)。劉希林[22]提出了“風險度=危險度×易損度”的評價概念模式：

R=H×V。

(2)

式中：R為自然災害風險度；H為自然災害危險度；V為承災體易損度。

根據(jù)這一表達式得出的災害風險度，由于考慮了致災因子的發(fā)生概率以及承災體的抗災能力，實質上為承災體在某一強度致災因子作用下發(fā)生破壞的概率，即破壞概率。

對于自然災害危險度H，由于考慮的是致災因子的某一特定強度，可以從強度S-概率P曲線圖(表)中查出所對應的致災因子發(fā)生概率P。因此，式(2)可以改寫為：

R=P×e×η。

(3)

式中：R為自然災害風險概率(破壞概率)；P為自然災害致災因子發(fā)生概率；e為某承災體在該致災因子作用下的暴露度；η為相應的承災體損失率。

根據(jù)式(3)就可以求出某承災體在特定強度致災因子作用下發(fā)生破壞或產生損失的概率大小，即定量的回答了損失發(fā)生的可能性問題。

2.2 風險后果或損失值及其表征

在某一特定區(qū)域和時段內，存在一個某種自然災害風險影響下的潛在損失值。當該損失值超過當前人類社會和國民經濟可以承受的限度時，自然災害風險便不被接受，需要采取特定的風險管理措施，降低風險損失，直至該損失值低于某一風險水平、人們可以接受為止。

對于風險損失的度量，習慣上以傷亡人數(shù)或貨幣價值損失為單位。其中，傷亡人數(shù)涉及道德、法律等問題，精確計算和分級難度很大；經濟損失有直接經濟損失和間接經濟損失之分，通常有相對值和絕對值兩種表示方法。例如，文獻[25]中按照人員傷亡、經濟損失的大小，將地質災害分為特大型、大型、中型和小型等4個等級，把“因災死亡3人以上10人以下或者直接經濟損失100萬元以上500萬元以下”記為“中型”。間接經濟損失一般難以估算，目前以直接經濟損失計算為主。直接經濟損失的絕對值可以明確損失的貨幣價值總量，相對值則是絕對值與該區(qū)域當年的國民生產總值的比值，反映自然災害風險造成的損失的嚴重程度。

自然災害風險直接經濟損失的絕對值可以用下式計算：

L=e×η×Value。

(4)

式中：L為某一強度的致災因子作用下的自然災害潛在經濟損失；e為某承災體在該致災因子作用下的暴露度；η為該承災體相應的損失率；Value為該承災體的災前資產總價值，用貨幣表示。

根據(jù)式(4)，可以統(tǒng)計不同致災因子強度、暴露度、損失率情形下的各個承災體直接經濟損失值，累加求和就得到了某自然災害情景下的總體潛在損失值。

根據(jù)數(shù)學定義，可以通過下式求得某風險源造成的承災體期望損失值：

L′=Σ(Pi×Li)=Σ(Ri×Valuei)。

(5)

式中：L′為不同強度(情景)的致災因子作用下的自然災害期望損失值；i為災害事件情景個數(shù)；其余符號意義同上。

2.3 自然災害風險表征方法

目前的國內外自然災害風險評價研究主要是針對單一災種、單一情景、基于某一評價時間段而進行的，其局限性是顯然的。由于多災種之間的耦合效應難以定量求解，因此，往往將多個災種視為相互獨立的因素，通過簡單加和求出其綜合的致災效應。隨著研究手段、資料的擴展，多情景、多時段的災害研究成為可能。綜合自然災害風險管理涵蓋了多災種、多情景、多時段問題，表征難度大，這是災害學科研究的發(fā)展趨勢。

就單一災種而言，以T時段為評價基準，考慮多個災害發(fā)生情景，就可以獲得多個災害評價參數(shù)(表2)。變換評價時間基準，仍可以得到多情景下的各評價參數(shù)值。這些評價參數(shù)(系列)是進行災害分析的基礎，使得不同情景、不同時間之間進行災害比較成為可能。

表2 某類自然災害評價參數(shù)表(評價時間基準為T)

表2所示為進行自然災害風險定量表征的基礎，也是式(1)的數(shù)值表達，限于資料而多是離散的。需要舉例說明的是致因概率與破壞概率的區(qū)別。例如，公路上邊坡的某個1m3危巖體(即公路巖質崩塌災害的致因)在未來5年內發(fā)生概率為0.8，但是，由于坡腳新增的落石平臺足夠寬，其對公路路基的破壞概率卻為0。

由上表可以得出3種常用的風險表征方法：

(1)風險圖法。即將不同的災害評價參數(shù)反映到圖紙上，可以觀察不同情景、不同時段下的風險空間分布圖形?？梢岳玫墓ぞ哂蠫IS等。適用于線狀(例如公路、鐵路工程)、面狀(例如城鎮(zhèn)等區(qū)域)評價對象的風險空間展示，特點是直觀、易懂，便于決策使用。

(2)風險曲線法。即根據(jù)需要，建立致災強度S、致因發(fā)生概率P、潛在損失值L、期望損失值L′等因素之間的曲線，通過各種曲線可以方便查取需要的數(shù)值，或判斷其變化趨勢、作用規(guī)律等。適用于單點災害評價對象，特點是直觀，便于比較。

(3)公式法。與風險曲線法對應，不同曲線擬合后可以得到相應的擬合方程，經過修正而建立的經驗公式，正是災害風險的定量表達。特點是便于工程應用、相關標準制定。

這里沒列入風險矩陣法，是因為該方法屬于定性方法，適用于災害資料不足且難以準確定量分析時，僅將風險概率與潛在損失分別進行大小分級，利用矩陣組合成新的風險等級，便于應用。

3 結論

(1)在總結分析現(xiàn)有的自然災害風險定義的基礎上，給出自然災害風險定義要點，即包括評價時間基準、自然災害潛在損失大小以及該損失發(fā)生的可能性3個要素。強調時間基準，是為了實現(xiàn)動態(tài)風險評價。提出了后兩者的概念表達式。

(2)完整的風險值應同時包括破壞概率或致因概率、潛在損失或期望損失2部分，并注明評價時間。不建議采用概率與潛在損失相乘的關系式，因為這個乘積值是個期望損失，實際上意義不大，不利于全面認識風險；例如，對于發(fā)生概率極小、而損失極其嚴重的情形，采用期望損失值判斷風險大小將很容易得出錯誤的結論。

(3)基于充分的評價參數(shù)系列，提出了自然災害風險的3種表征方法，即風險圖法、風險曲線法和公式法。研究為自然災害風險定量評價提供一點思路。

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Definition and Expression Methods for Natural Disaster Risk

Ma Baocheng

(Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China)

Naturaldisasterriskandriskmanagementisanimportantfieldofdisasterresearchsubjects,buttheunderstandingofthedefinitionandexpressionfornaturaldisasterriskhasnotbeenunanimous.Afteranalyzingofseveralexistingdefinitionsofnaturaldisasterrisk,themainpointsofthedefinitionfornaturaldisasterrisk,suchastheriskprobability,thevalueofpotentiallossesandtheevaluationtime,areputforward,thusthethree-dimensionalexpressionofnaturaldisasterriskisproposed.Then,theelementsandthecalculationmethodforriskprobabilityandthelossareanalyzedrespectively.Finally,threekindsofexpressionmethodsfornaturaldisasterrisk,namelytheriskdiagrammethod,riskcurvemethodandtheformulamethod,aresummarized.Thisresearchhassometheoreticalimplicationsforquantitativeevaluationofnaturaldisasterrisk.

naturaldisaster;risk;riskdefinition;riskexpression

2015-02-02

2015-03-09

陜西省教育廳科研計劃項目資助(14JK1484)

馬保成(1982-),男,陜西榆林人,博士,講師,主要從事防災減災方面的研究工作. E-mail:mbc_2002@163.com

X43

A

1000-811X(2015)03-0016-05

10.3969/j.issn.1000-811X.2015.03.003

馬保成. 自然災害風險定義及其表征方法[J].災害學, 2015,30(3):016-020. [Ma Baocheng. Definition and Expression Methods for Natural Disaster Risk[J].Journal of Catastrophology, 2015,30(3)：016-020.]