李大衛(wèi)LI Da-wei；石樹中SHI Shu-zhong；楊福平Y(jié)ANG Fu-ping；周新民ZHOU Xin-min

（①浙江省地震災害防御中心，杭州 310013；②浙江省工程地震研究所，杭州 310013）

（①Earthquake Disaster Prevention Center of Zhejiang Province，Hangzhou 310013，China；②Earthquake Engineering Research Institute of Zhejiang Province，Hangzhou 310013，China）

0 引言

人類自誕生以來，一直飽受自然災害的侵襲，尤其是近些年來，隨著經(jīng)濟社會的蓬勃發(fā)展，地震、海嘯、臺風、干旱等自然災害對人類社會造成損失也愈發(fā)巨大。

在此背景下，為應對自然災害的嚴重威脅，防災減災的理念、手段不斷更新和豐富，自然災害風險管理應運而生，并在理論和實踐上取得了一定進展[1]。伴隨著20 世紀災害研究和保險業(yè)迅猛發(fā)展，國外自然災害風險評估研究逐漸起步，早期研究主要針對工程項目，突出災害發(fā)生的可能性研究；到20 世紀后半葉，隨著研究的深入，越來越多地與社會經(jīng)濟條件分析緊密結(jié)合，災害風險評價也由定性的評價逐漸轉(zhuǎn)入定量或半定量的評價。而國內(nèi)該項研究起步較晚，在20 世紀90 年代參與“國際減災十年”活動以來，自然災害風險評估才得到了應有的重視，在地震、地礦、氣象、農(nóng)林、水利等領(lǐng)域展開，并開始不斷涌現(xiàn)出研究成果。

近年來國內(nèi)外的災害管理與減災實踐表明：人類在無法控制自然災害發(fā)生甚至還不能完全準確地對自然災害進行預報和預警的條件下，運用對自然災害風險的評估，了解不同尺度下的自然災害風險分布，辨識高風險區(qū)，不但可以為各級政府更為有效地指導防災與備災工作，進而減少災害損失提供科學的依據(jù)；而且還可以更為有效地對自然災害的發(fā)生進行早期預警，進而更為明確地指導各級政府的抗災和救災工作；同時對于各級政府編制、完善與實施自然災害應急預案，增強對自然災害的應急管理能力，提高對自然災害應急救助管理的科學性等，也具有極為重要的意義。

1 自然災害風險的定義

“風險”一詞起源于保險業(yè)，包含有多種含義，最常用的含義有兩種：一種是指某個客體遭受某種傷害、損失、毀滅或不利影響的可能性，二是指某種可能發(fā)生的危害[2]。因此，自然災害風險也包括兩種含義：一是不同程度自然災害發(fā)生的可能性，二是自然災害給人類社會可能帶來的危害。

近些年有學者對自然災害風險概念進行了新的討論。黃崇福[3]對目前國際上較有影響的災害風險定義歸為三類：①概率類定義[4]。②期望損失類定義[5]。③概念公式類定義[6]。并指出此三類風險定義均不能或無法表達風險的內(nèi)涵，又進而提出了以情景為基礎(chǔ)的自然災害風險的定義，即自然災害風險是一種未來不利事件的情景，而該情景是由自然事件或力量為主因所導致的。倪長健[1]認為該定義仍有未能充分揭示自然災害風險和自然災害系統(tǒng)之間的關(guān)系、未能充分表征自然災害風險的基本內(nèi)涵、不便于為定量風險評估提供明確依據(jù)等不足之處，并提出了自然災害風險的新定義：自然災害風險是由自然災害系統(tǒng)自身演化而導致未來損失的不確定性。

總體上講，災害風險評估是一項在災害危險性、災害危害性、災害預測、社會承載體脆弱性、減災能力分析及相關(guān)的不確定研究的基礎(chǔ)上進行的多因子分析工作。自然災害風險評估常常存在在實例分析時存在界定不清、集成模式濫用等諸多問題，而其理論基礎(chǔ)至今仍比較薄弱是導致以上現(xiàn)象的主因[7]。要想找到科學有效的自然災害風險評估方法，就必須對自然災害風險系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其作用機制有清晰的認識和把握。

2 自然災害風險系統(tǒng)要素和風險形成機理

自然災害風險系統(tǒng)主要由承災體、孕災環(huán)境、致災因子等要素組成。承災體系自然災害系統(tǒng)的社會經(jīng)濟主體要素，是指人類及其活動所組成的社會經(jīng)濟系統(tǒng)。承災體受致災因子的破壞后會產(chǎn)生一定的損失，災情即是其損失值的大小，而之所以會有損失，根本原因是承災體有其核心屬性——價值性。通常脆弱性是指承災體對致災因子的打擊的反應和承受能力，但學術(shù)界目前對于脆弱性的認識并不統(tǒng)一。孕災環(huán)境主要包括自然環(huán)境與人文環(huán)境，位于地球表層，是由大氣圈、水圈、巖石圈等自然要素所構(gòu)成的系統(tǒng)。孕災環(huán)境時時刻刻都在進行著物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化，當轉(zhuǎn)化達到一定條件時會對人類社會環(huán)境造成一定影響，稱之為災變，這種災變即為致災因子，基于致災因子的相關(guān)研究稱之為風險的危險性分析，故危險性其實是表達了致災因子的強度、頻率等因素，比較有代表性的是地震安全性評價，在對孕災環(huán)境和歷史災情的分析研究后以超越概率的形式給出地表加速度來表達某一地區(qū)或某一場地的致災因子危險性。相比于孕災環(huán)境和承災體之間的復雜關(guān)系，影響致災因子的危險性大小的來源相對單一，完全由孕災環(huán)境決定。

因此，由孕災環(huán)境、承災體、致災因子等要素組成的自然災害系統(tǒng)，是一個相互作用的有機整體，揭示的是人類社會與自然的相互關(guān)系，承災體可以影響孕災環(huán)境，孕災環(huán)境通過致災因子影響承災體，三者不僅存在因果關(guān)聯(lián)，在時間、空間上也相互關(guān)聯(lián)，密不可分。

而關(guān)于自然災害風險機理的表達，20 世紀90 年代以來，1989 年Maskrcy 提出自然災害風險是危險性與易損性之代數(shù)和[8]；1991 年聯(lián)合國提出自然災害風險是危險性與易損性之乘積，此觀點的認同度較高，并有廣泛的運用；Okada 等認為自然災害風險是由危險性、暴露性和脆弱性這三個因素相互作用形成的[9]；張繼權(quán)等則認為：自然災害風險度=危險性×暴露性×脆弱性×防災減災能力，該觀點亦被引入近年的多種災害風險評估[10]。史培軍等則給出了更具地理色彩的另一種“三因素”表達，認為自然災害是致災因子、孕災環(huán)境和承災體三者綜合作用的結(jié)果，并將災害風險評估劃分為狹義與廣義兩種，前者主要針對致災因子，而后者則是針對“三因素”的綜合評估[11]；在“三因素”基礎(chǔ)上，陳香等添加了防災能力因素，并據(jù)此構(gòu)建了臺風災害風險評估指數(shù)模型以評估福建省臺風災害系統(tǒng)之風險[12]。此外，還有一些研究認為，并不需要對風險評估的內(nèi)涵做明確界定和劃分，而直接研究自然災害的影響因子，并以此來構(gòu)建綜合風險評估的機理表達式[13，14]。

自然災害的發(fā)生實質(zhì)是地球系統(tǒng)自然環(huán)境變化作用于人類社會的結(jié)果，其中自然因素和人類社會都起著重要的影響，兩者相互影響和制約。因此，自然災害具有自然和社會的雙重屬性[15]，其危害程度取決于自然因素的變異程度和人類社會承受或適應自然環(huán)境變化能力大小兩方面。因此，自然災害系統(tǒng)以孕災環(huán)境和承災體為主體，以承災體價值性損失和致災因子破壞之間復雜的作用和響應關(guān)系為作用機制，是一個涉及多種反饋關(guān)系的復雜系統(tǒng)，而災情則為該作用機制下的演化結(jié)果，系統(tǒng)內(nèi)因素的演化和作用實質(zhì)反映的是人地關(guān)系[16]。

通俗的說，自然災害風險的形成機制，其實是一個人類社會與自然環(huán)境相互作用的機制，即：人類社會（承災體）影響孕災環(huán)境，而孕災環(huán)境通過致災因子影響承災體的相互過程。致災因子的危險性是由孕災環(huán)境的穩(wěn)定性所決定的，而致災因子對承災體的影響程度由承災體自身的脆弱性決定。因此，承災體的脆弱性和致災因子的危險性成為自然災害風險評估中最為核心的因素，從某種程度上說，對于脆弱性、危險性的認識，決定了對于災害風險形成機制的認識。

3 數(shù)學方法在災害風險評估中的應用

國內(nèi)外學者對風險評估中使用的數(shù)學方法做過系統(tǒng)的總結(jié)。張繼權(quán)[10]等曾對國內(nèi)外氣象災害風險評價的數(shù)學方法做了較系統(tǒng)的總結(jié)，葛全勝等[17]亦對自然災害致險程度、承災體脆弱性及自然災害風險損失度等方面的評估方法做過評述。

盡管這些方法因針對的災種不同而不盡相同（如用于地震災害的超越強度評估法、構(gòu)造成因評估法等，用于洪災的水文水力學模型法、古洪水調(diào)查法等），但總體而言，數(shù)學方法應用及風險定量化表達已成趨勢：

①概率統(tǒng)計：以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮自然災害的隨機性，估計災害發(fā)生的概率，應用多種統(tǒng)計方法（極大似然估計、經(jīng)驗貝葉斯估計、直方圖估計等）擬合概率分布函數(shù)。由于小樣本分析結(jié)果穩(wěn)定不好，為避免與實際相差過大，故要求歷史樣本容量較大，常應用于臺風、暴雨、洪災、泥石流、地震等災害的風險評估。

②模糊數(shù)學：以社會經(jīng)濟統(tǒng)計、歷史災情、自然地理等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，從模糊關(guān)系原理出發(fā)，構(gòu)造等級模糊子集（隸屬度），將一些邊界不清而不易定量的因素定量化并進行綜合評價，利用模糊變換原理綜合各指標，能較好地分析模糊不確定性問題。該方法在多指標綜合評價實踐中應用較為廣泛，但在確定評定因子及隸屬函數(shù)形式等方面具一定的主觀性，現(xiàn)主要應用于綜合氣象災害、洪災、泥石流、地震、綜合地質(zhì)災害等等風險評估。

③基于信息擴散理論：以歷史災情、自然地理、社會經(jīng)濟統(tǒng)計等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，是一種基于樣本信息優(yōu)化利用并對樣本集值化的模糊數(shù)學方法，遵循信息守恒原則，將單個樣本信息擴散至整個樣本空間。該方法簡單易行，分析結(jié)果意義清楚，雖然近年來受到較多學者推崇和研究，但對擴散函數(shù)的形式及適用條件、擴散系數(shù)的確定等尚待進一步探討。該方法已有運用于低溫冷害、臺風、暴雨、洪災、旱災、地震、火災等災害的風險評估。

④層次分析：該方法來源于決策學，是一種將定性分析與定量分析結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，以歷史災情、社會經(jīng)濟統(tǒng)計、自然條件等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。它利用相關(guān)領(lǐng)域多為專家的經(jīng)驗，通過對諸因子的兩兩比較、判斷、賦值而得到一個判斷矩陣，計算得到各因子的權(quán)值并進行一致性檢驗，為評估模型的確定提供依據(jù)。該方法系統(tǒng)性強、思路清晰且所需定量數(shù)據(jù)較少，對問題本質(zhì)分析得較透徹，操作性強。該方法已經(jīng)應用于綜合地質(zhì)災害、洪災、滑坡、草原火災等災害的風險評估中。

⑤灰色系統(tǒng)：以歷史災情、自然地理等數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，應用灰色聚類法劃分災害風險等級。算法思路清晰，過程簡便快捷而易于程序化，但爭議較大，故在國外研究中運用較少，在國內(nèi)綜合地質(zhì)災害、風暴潮、洪災等災害的風險評估中有所應用。

⑥人工神經(jīng)網(wǎng)絡：以歷史災情、自然地理、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源。選定典型評估單元（訓練樣本），將經(jīng)過處理后的風險影響因子的數(shù)值作為輸入，通過訓練獲得權(quán)值和閥值作為標桿；然后將其余單元的數(shù)據(jù)輸入訓練后的神經(jīng)網(wǎng)絡進行仿真，進而獲得各個單元的風險度。其特點和優(yōu)勢是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動，可較好地避免評估過程中主觀性引起的誤差，但因收斂速度對學習速率的影響會導致訓練結(jié)果存在差異，且其“黑匣子”般的訓練過程難以清楚解釋系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)的作用關(guān)系。該方法目前已經(jīng)應用于洪災、泥石流、雪災、地震、綜合地質(zhì)災害等災害的風險評估工作中。

⑦加權(quán)綜合評價：同樣以社會經(jīng)濟統(tǒng)計、歷史災情、自然環(huán)境等數(shù)據(jù)，對影響自然災害風險的因子進行分析，從而確定它們權(quán)重，以加權(quán)的、量化指標的指標進行綜合評估。該方法簡單易行，在技術(shù)、決策或方案進行綜合評價和優(yōu)選工作中有廣泛運用，但需指標賦權(quán)的主觀性仍是難以回避的問題。該方法目前應用于臺風、暴雨、洪災、綜合地質(zhì)災害、生態(tài)災害、草原火災等自然災害風險評估工作中。（以上幾種方法的綜合比較參考葉金玉等總結(jié)[18]）

各種數(shù)學工具的引入不僅為自然災害評估方法注入了新的活力，同時也讓人看到各具特色的數(shù)學方法是對應著不同的自然災害種類，這也是一種提示：針對不同的自然災害可以且應當有不盡相同的評估方法和研究途徑，但這并不影響自然災害風險評估走向定量化的步伐。

4 多災種綜合風險評估

簡單的說，自然災害具有群發(fā)鏈發(fā)的特點，單一一種自然災害往往伴隨或者引發(fā)其他伴生（或次生）的災害，對災害鏈的研究，馬宗晉等組成的研究小組曾給予高度的關(guān)注[18，19]，史培軍將其定義為某一種致災因子或正態(tài)環(huán)境變化引起的一系列災害現(xiàn)象，并將其劃分為群發(fā)災害鏈與并發(fā)災害鏈兩種[20]，而群發(fā)的災害或災害鏈所引發(fā)的災情必然是幾種不同災害與承災體脆弱性共同作用所產(chǎn)生的結(jié)果，同時，還需認識到，不同自然災害之間相互也會產(chǎn)生一定的影響，因此，對于這樣的情況做單一災種自然災害風險評估顯然是不合適的，自然災害綜合風險的評估就顯得更有現(xiàn)實意義。

綜合自然災害評估是風險和災害領(lǐng)域的研究熱點和難點，直到21 世紀，學術(shù)界的研究方向才逐漸轉(zhuǎn)向多災種的風險評估。高慶華等[21]認為，自然災害綜合風險評估是在各單類災害風險評估基礎(chǔ)上進行的，它的內(nèi)容與單類災害風險分析基本一致，所以采用的調(diào)查、統(tǒng)計、評估方法與單類災害風險評估中用的方法基本相同，與單類災害風險評估的根本區(qū)別是把動力來源不同、特征各異的多種自然災害放到一個系統(tǒng)中進行綜合而系統(tǒng)的評價，以此來反映綜合風險程度；Joseph 和Donald[22]基于田間損失分布，提出以年總損失的超越概率來表示綜合風險；而薛曄等卻認為，在復雜的災害風險系統(tǒng)中各個風險并非簡單相加，對目前基本是單一災種的簡單相加的研究成果提出質(zhì)疑，認為其缺乏可靠性[23]，并以模糊近似推理理論為基礎(chǔ)，建立了多災種風險評估層次模型，對云南麗江地區(qū)的地震-洪水災害風險進行了綜合評估。

國內(nèi)自然災害綜合風險評估研究成果不多，且模型也相對較簡單，更好的評估方法也還有待探索，有待更多數(shù)學方法的引入。此外，在建立評估模型的同時，也要考慮到自然災害風險的時空特性，即時間和空間上的分辨率，趙思健[24]認為，同任何事物一樣，風險也存在著時空差異，不同的災種在不同時間、空間尺度上評估的方法和內(nèi)容應有所區(qū)別，這個問題直接影響到該評估的時間有效性和適用范圍。因此，由于在某一確定的評估方法下各單一災種在同一時間空間尺度上的時間有效性并不一定一致，如何考慮這種不一致對評估結(jié)果所造成的影響是多災種綜合風險評估中亟待解決的難題之一。盡管有諸多問題困擾著多災種自然災害風險評估的發(fā)展，但相比單一災種的風險評估，多災種風險評估更符合實際生活中災害群發(fā)的特點，其發(fā)展是防災減災工作的現(xiàn)實需要，決定了多災種風險評估是風險學科發(fā)展的必然趨勢。

5 小結(jié)、展望

作為災害科學的一個分支，史培軍認為，自然災害風險評估科劃分為廣義與狹義兩種理解，廣義的災害風險評估，是對災害系統(tǒng)進行風險評估，在對孕災環(huán)境、致災因子、承災體分別進行風險評估的基礎(chǔ)上，而進行的風險評估；狹義的風險評估則主要是針對致災因子進行風險評估，通常是對致災因子及可能造成的災情之超越概率的估算[25]。顯然，根據(jù)上文自然災害具有自然屬性和社會屬性的理解，狹義上的自然災害風險評估難以準確評估和表達自然災害的內(nèi)涵和意義。

總的來說，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，自然災害風險評估從無到有，并逐漸發(fā)展至今有了可喜的進展，但在評估模型、自然災害風險系統(tǒng)的作用機制和一些重要概念的認識等方面仍未達成完全共識，對于災害系統(tǒng)中各要素的相互作用機制還有不同的理解，但是從綜合角度認識災情、認識風險形成機制的根源已經(jīng)成為共識。同時還應看到，對于不同的自然災害種類，其評估方法、數(shù)學工具也應有所不同，但其定量化的發(fā)展目標卻是一致的；另一方面，盡管在一些方法上、理論上仍有一定的困擾，但更加貼近現(xiàn)實情況的自然災害風險綜合評估也是一個十分明顯的趨勢。

伴隨著越來越多的其他學科諸如數(shù)學、決策學方法的引進以及遙感、GIS 等技術(shù)的應用和自身理論的不斷完善，相信其發(fā)展道路會越走越寬。自然災害風險評估研究作為自然災害風險管理的重要一環(huán)，它的發(fā)展和完善必將推動整個防災減災事業(yè)穩(wěn)步前進，進而指導城市建設(shè)、經(jīng)濟區(qū)塊的合理布局，為社會經(jīng)濟的安全、穩(wěn)定發(fā)展保駕護航。

[1]倪長健等.再論自然災害風險的定義[M].災害學，2012，21（3）：1-5.

[2]劉燕華等.風險管理——新世紀的挑戰(zhàn)[M].北京：氣象出版