郭桂禎,趙 飛,王丹丹

(民政部國家減災(zāi)中心，北京 100124)

基于脆弱性曲線的臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈房屋倒損評估方法研究*

郭桂禎,趙 飛,王丹丹

(民政部國家減災(zāi)中心，北京 100124)

通過對臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈機(jī)理研究，以綜合致災(zāi)強(qiáng)度為參數(shù)，根據(jù)歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)擬合東南沿海五省臺風(fēng)災(zāi)害房屋倒損脆弱性曲線模型。以2014年“威馬遜”臺風(fēng)為例，進(jìn)行了模型驗證，該模型能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)評估臺風(fēng)災(zāi)害房屋倒損數(shù)量，除風(fēng)暴潮因素干擾外，誤差控制在30%以內(nèi)，能較好的反應(yīng)臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈的致災(zāi)機(jī)理。

臺風(fēng)-洪澇；災(zāi)害鏈；房屋；倒損評估；易損曲線；致災(zāi)強(qiáng)度

我國地處西北太平洋西側(cè)，是世界上少數(shù)幾個受臺風(fēng)影響嚴(yán)重的國家之一，全國除新疆、西藏等內(nèi)陸省、自治區(qū)外的沿海各省以及東中部地區(qū)均可受到臺風(fēng)活動的直接或間接影響。臺風(fēng)大風(fēng)、臺風(fēng)暴雨和臺風(fēng)風(fēng)暴潮濕臺風(fēng)災(zāi)害的三大致災(zāi)因子，其中尤以臺風(fēng)暴雨引發(fā)的災(zāi)害最為嚴(yán)重。臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈?zhǔn)峭{我國東南沿海及中西部部分內(nèi)陸地區(qū)的重要災(zāi)害(鏈)類型[1]。

國家減災(zāi)委、民政部以及地方各級民政部門針對重大災(zāi)害會啟動應(yīng)急響應(yīng)，為了使應(yīng)急管理關(guān)口的有效前移，近年針對臺風(fēng)和暴雨可能導(dǎo)致的災(zāi)害還會提前啟動預(yù)警響應(yīng)。但到目前為止，一方面針對臺風(fēng)災(zāi)害啟動的預(yù)警響應(yīng)基本上均是依靠氣象部門的預(yù)報臺風(fēng)登陸和導(dǎo)致的大風(fēng)暴雨等致災(zāi)因子情況，距離臺風(fēng)可能導(dǎo)致的損失還有一定的距離。且因為缺乏及時迅速的臺風(fēng)損失預(yù)評估結(jié)果，基本上針對可能要登陸我國的臺風(fēng)均啟動了預(yù)警響應(yīng)，缺乏不同災(zāi)害等級的針對性。另一方面，當(dāng)前針對重大自然災(zāi)害啟動應(yīng)急響的依據(jù)主要是地方上報的災(zāi)害損失情況，而地方上報的災(zāi)情存在不同程度的虛報，這樣就造成了救助資金撥付的不公平。隨著自然災(zāi)害救助應(yīng)急工作的不斷發(fā)展，對災(zāi)害評估的需求也越來越高，針對重大臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈開展快速評估是救災(zāi)工作不斷發(fā)展的必然結(jié)果。

以往的研究更多的專注于臺風(fēng)、洪澇災(zāi)害單災(zāi)種的危險性評估，對災(zāi)害鏈的危險性、損失快速評估等的定量分析研究明顯不足[2-4]。臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈的損失快速評估技術(shù)主要包括三個關(guān)鍵技術(shù)：①是承災(zāi)體脆弱性曲線研究；②是綜合致災(zāi)強(qiáng)度模型構(gòu)建；③是損失估算模型。臺風(fēng)災(zāi)害和洪澇災(zāi)害對以上三個關(guān)鍵技術(shù)都有各自的方法和成果，如何把洪澇災(zāi)害和臺風(fēng)災(zāi)害鏈接起來構(gòu)建臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈承災(zāi)體脆弱性曲線、臺風(fēng)—洪澇綜合致災(zāi)強(qiáng)度模型、臺風(fēng)—洪澇損失估算模型是臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈損失快速評估技術(shù)研究的關(guān)健。

1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)主要包括我國2000-2013年東南五省(浙江、福建、廣東、廣西、海南)臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈分縣歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)、臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈過程降雨數(shù)據(jù)、河網(wǎng)密度空間分布數(shù)據(jù)、地形指數(shù)數(shù)據(jù)和分結(jié)構(gòu)房屋存量數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)及其來源見表1。

2 模型方法

2.1 綜合致災(zāi)強(qiáng)度研究

國內(nèi)外有很多關(guān)于臺風(fēng)、洪澇綜合致災(zāi)強(qiáng)度的研究，但是多是只局限于單災(zāi)種，很少涉及到臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈的綜合致災(zāi)強(qiáng)度研究。本文分析了歷次臺風(fēng)過程，收集整理了2000-2013年受臺風(fēng)影響較多的東南沿海五省(浙江、福建、廣東、廣西、海南)的臺風(fēng)過程災(zāi)情損失數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)、風(fēng)場數(shù)據(jù)、地形指數(shù)、河網(wǎng)指數(shù)等數(shù)據(jù)，并利用GIS技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的空間化處理[5-7]。在厘定臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈概念的基礎(chǔ)上[8-9]，采用數(shù)理推算、GIS空間分析、多元加權(quán)綜合分析和層次分析等方法確定臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈的綜合致災(zāi)強(qiáng)度。初步確定了臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈綜合致災(zāi)強(qiáng)度為：

綜合致災(zāi)強(qiáng)度=0.6×累計降雨量+0.2×河網(wǎng)指數(shù)+0.1×地形指數(shù)+0.1×最強(qiáng)陣風(fēng)風(fēng)速。

(1)

2.2 臺風(fēng)—洪澇災(zāi)害鏈承災(zāi)體脆弱性曲線研究

本研究采用致災(zāi)強(qiáng)度—災(zāi)害損失反演法[10-13]，根據(jù)歷史災(zāi)害損失數(shù)據(jù)和致災(zāi)因子強(qiáng)度反推出承災(zāi)體的脆弱性曲線，采用一元回歸方法，擬合房屋脆弱性特征，構(gòu)建了東南沿海五省綜合致災(zāi)強(qiáng)度—房屋倒損率脆弱性曲線。

在擬合承災(zāi)體脆弱性曲線過程中，主要采用了加權(quán)最小方差擬合方法(Weighted Least Squares)，就是根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本身各自的準(zhǔn)確度(或者稱為可靠性)的不同，在擬合的時候給每個數(shù)據(jù)不同的加權(quán)數(shù)值。這種方法的擬合結(jié)果比單純最小方差擬合更加精確。對于階多項式的擬合，擬合系數(shù)需要通過求解線性方程組，其中線性方程組的系數(shù)矩陣和需要求解的擬合系數(shù)矩陣分別為：

(2)

使用加權(quán)最小方差(WLS)方法求解得到的擬合系數(shù)為：

(3)

其對應(yīng)的加權(quán)最小方差為一下表達(dá)式的最小值

JW=[Aθ-y]TW[Aθ-Y]。

(4)

根據(jù)公式擬合東南沿海五省綜合致災(zāi)強(qiáng)度—房屋倒損率脆弱性曲線如圖1所示。

3 驗證

3.1 案例背景

2014年第9號臺風(fēng)“威馬遜”于7月12日在西北太平洋上生成(圖2～圖4)，15日18：20登陸菲律賓中部沿海，隨后穿過菲律賓中部進(jìn)入南海，18日05：00在我國南海北部加強(qiáng)為超強(qiáng)臺風(fēng)，15：30前后登陸海南文昌市翁田鎮(zhèn)，登陸時中心附近最大風(fēng)速60(17級，超強(qiáng)臺風(fēng)級)；19：30前后以同等強(qiáng)度再次在廣東徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)沿海登陸；19日07:10前后在廣西防城港光坡鎮(zhèn)沿海第三次登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力為15級(48，強(qiáng)臺風(fēng)級)；20日4時在云南境內(nèi)減弱為熱帶低壓[14]。此次臺風(fēng)共造成廣東、廣西、海南、云南四省(自治區(qū))154個縣(市、區(qū))1 189.9萬人受災(zāi)，因災(zāi)死亡73人，失蹤15人，70.2萬人緊急轉(zhuǎn)移安置，32.7萬人需緊急生活救助；房屋倒塌4.2萬間，54.3萬間不同程度損壞；農(nóng)作物受災(zāi)面積1 939.1 khm2，其中絕收201.1 khm2；直接經(jīng)濟(jì)損失446.5億元。

3.2 計算結(jié)果

把威馬遜臺風(fēng)雨場和風(fēng)場數(shù)據(jù)輸入模型，計算結(jié)果如表2所示。

表2 臺風(fēng)“威馬遜”暴雨洪澇災(zāi)害倒損房屋數(shù)量評估結(jié)果

分析表2、表3可知，廣東和廣西兩省倒塌和嚴(yán)重?fù)p壞房屋上報值和快速評估值誤差較小，均控制在30%以內(nèi)，海南省倒塌和嚴(yán)重?fù)p壞房屋上報值和快速評估值相差比較大，導(dǎo)致三省合計總數(shù)相差較大。初步分析，造成海南省房屋倒損上報結(jié)果與評估結(jié)果相差較大的原因是威馬遜臺風(fēng)登陸海南時帶來的風(fēng)暴潮導(dǎo)致大量房屋受損，剔除此因素本文所研究的臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈快速評估模型對房屋受損數(shù)量評估結(jié)果較為合理。

圖1 東南沿海五省綜合致災(zāi)強(qiáng)度—房屋倒損率脆弱性曲線

圖2 臺風(fēng)“威馬遜”路徑圖(來源：國家氣象中心)

圖3 臺風(fēng)“威馬遜”過程雨量實況圖(來源：國家氣象中心)

圖4 臺風(fēng)“威馬遜”最大瞬時風(fēng)實況圖(來源：國家氣象中心)

4 結(jié)論

本文所研究的臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈快速評估模型能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)評估臺風(fēng)災(zāi)害房屋倒損數(shù)量，排除風(fēng)暴潮因素干擾，誤差控制在30%以內(nèi)，能夠作為政府應(yīng)對臺風(fēng)災(zāi)害的決策依據(jù)。但是由于本模型未考慮到風(fēng)暴潮因素，導(dǎo)致海南省房屋倒塌和嚴(yán)重?fù)p壞數(shù)量評估值出現(xiàn)較大誤差。在下一步研究中，將把臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈對風(fēng)暴潮的引發(fā)機(jī)制及致災(zāi)機(jī)理作為重點研究對象，增加本模型評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表3 各相關(guān)省上報超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”災(zāi)情統(tǒng)計

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Abstract:The article gives a deep research to the mechanism of Typhoon-flood disaster chain and produces a house damage asessment model of five southeast coastal provinces using Comprehensive disaster magnitude as parameter based on historical disaster loss data. The model can predict house damage quantity in typhoon disaster accurately by verification. The erro can be controlled within 30% discard the storm surge factor which can explain the mechanism of Typhoon-flood disaster chain.

Key words:typhoon-flood; disaster chain; house; damage assessment; vulnerability curve; disaster magnitude

A Method Research of House Damage in Typhoon-Flood Disaster Chian Based on Vulnerability Curve

GUO Guizhen, ZHAO Fei and WANG Dandan

(NationalDisasterReductionCernterofChina,Beijing100084,China)

郭桂禎,趙飛,王丹丹. 基于脆弱性曲線的臺風(fēng)-洪澇災(zāi)害鏈房屋倒損評估方法研究[J]. 災(zāi)害學(xué)，2017，32(4)：94-97. [GUO Guizhen , ZHAO Fei and WANG Dandan. A Method Research of House Damage in Typhoon-Flood Disaster Chian Based on Vulnerability Curve[J].Journal of Catastrophology，2017，32(4)：94-97.

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.04.016.]

X43；P458.1

A

1000-811X(2017)04-0094-04

2017-03-15

2017-05-28

國家科技支撐項目(2013BAK05B02)

郭桂禎(1984-)，男，山東聊城人，助理研究員，博士，主要從事自然災(zāi)害災(zāi)害損失評估研究.E-mail: guoguizhen2008@126.com

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.04.016