中国洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合协调性研究*

李尧远，王国桥，殷启洋

(西北大学 应急管理学院，陕西 西安 710127)

洪涝灾害是我国最为严重的自然灾害之一，其直接经济损失占各类自然灾害总损失的60%左右[1]。当前洪涝灾害风险管理措施分为两大类：结构式减灾措施与非结构式减灾措施[2]。随着社会经济发展和气候环境变化，我国灾害防治体系的“效能黑洞”反映出洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施间缺乏耦合协调的问题，如何使两者形成相互促进的良性耦合关系，对提升我国洪涝灾害防治体系效能具有重要意义[3]。近年来，国内外诸多学者对洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合关系进行研究，如ZBIGNIEW W[4]、ISHI WATARI[5]等人均认为过度依赖单一的减灾方式都难以获得满意的减灾结果，为了最大程度地减轻损坏，需要适当地结合使用结构性和非结构性措施。周魁一[6]基于灾害的双重属性，认为减轻灾害损失不应单纯从控制自然态洪水着手，还应从调整和规范社会发展以适应自然规律方面去努力，通过工程与非工程措施相结合的方式，以最小的投入，换取最大的减灾效益。周利敏[7]基于复合型灾害频繁发生的现状，认为结构式与非结构式减灾措施都不可或缺，完全依赖结构式减灾措施必将失效，而非结构式减灾措施只有通过结构式减灾措施才能达到降低灾害损失的目的。

目前国内外针对洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合关系的研究成果，多集中于对二者耦合关系的定性分析，相关定量研究尚比较薄弱，亟待深入研究，尚未有人通过定量研究方法对我国洪涝灾害减灾措施耦合协调状况进行评估。本文在上述成果的基础上，采用基于物理学中耦合相关理论的耦合协调度评价方法[8]，构建洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施的耦合协调评价指标体系和二者间耦合协调度评价模型，基于面板数据对中国洪涝灾害结构式减灾措施与非结构式减灾措施的耦合协调建设状况进行分析，最后给出促进二者耦合协调发展的相关政策建议。

1 评价指标体系与评价模型的构建

1.1 评价指标体系

1.1.1 指标选取依据

在洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合关系研究上，当前尚未有相关文献构建系统的耦合评价指标体系，但诸多学者对洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施防灾减灾能力评价指标进行了相关研究[9-11]，可为本文构建洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合评价指标体系提供借鉴。在以以往洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施防灾减灾能力评价指标的频度统计为依据，同时兼顾考虑数据的可获取性、时效性与代表性，本文从目标层—系统层—准则层—指标层构建评价指标体系(表1)。

表1 洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合指标体系

1.1.2 指标数据来源

本文数据来源于《中国统计年鉴》《中国水利统计年鉴》《中国国土资源统计年鉴》《中国城乡统计年鉴》《国内蓄滞洪区建设与管理规划》《中国气象统计年鉴》《中国保险年鉴》《国内水文统计年报汇总表》《中国环境统计年鉴》，对于时间序列中部分缺失数据根据增长率进行推演。

1.2 耦合协调度模型

根据量化计算方法，耦合协调度模型的构建将从数据标准化、指标权重的确定、计算综合建设指数等六个步骤依次进行。

步骤一：数据标准化处理。由于各指标数值在单位和量纲存在差异，为消除指标量纲与单位不同所造成的影响，首先需要对指标数值进行数据标准化处理。采用min-max法，公式如下：

(1)

式中：μij为第i个序参量中第j个指标的数据标准化值，xij为第i个序参量的第j项指标值，αij为耦合系统序参量的最大值，βij为耦合系统序参量的最小值。μij可以表示变量xij对系统功效贡献的大小，0≤μij≤1，μij越趋近0，表明xij对系统贡献越少，当μij趋近1时，表明xij对系统贡献越大。

步骤二：指标权重的确定。本文采用熵值法确定指标权重。熵值法是一种客观赋权方法，其利用信息熵的原理避免了主观因素带来的偏差，使得指标赋权更具客观性和可信度。同时，熵值法采用归一方法对数据进行无量纲化处理，具有缩放无关性、鲁棒性及总量恒定性好的特点。在进行熵值法赋权时，先通过式(1)对经过标准化处理的数据进行平移，以避免取对数后无意义：

X=(μij+1)m×n=(xij)m×n。

(2)

再通过式(2)将指标数据转换为评价值，即，计算第j项指标下，第i项子指标占指标的比重：

(3)

通过式(3)计算第j项指标的熵值：

(4)

通过式(4)求出第j项差异系数：

(5)

最终通过式(5)求得各指标权重：

(6)

步骤三：计算综合建设指数。依据系统论的层次性原理，洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合系统是由洪涝灾害结构式减灾措施与非结构式减灾措施两个子系统组成，各子系统又是由各序参量组成，各个序参量对两个子系统的功效贡献通过集成方法来实现。参照现有文献的方法[14]，本文采用“线性加权求和法”进行集成。

(7)

(8)

式中：μij表示结构式与非结构式减灾措施两个子系统的各项指标，λij为各指标权重，μ1、μ2分别表示各项指标对两个子系统的总贡献值，反映结构式与非结构式减灾措施两类子系统综合建设水平，也称为综合建设指数。

步骤四：建立耦合度与耦合协调度函数。本文借鉴了容量耦合系数模型来测算洪涝灾害结构式减灾措施与非结构式减灾措施两系统间的耦合度，C表示耦合度，0≤C≤1，当C趋近于0时，表明系统序参量之间相关程度低，C=0时，各序参量之间无关，当C趋近于1时，表明系统及其内部要素之间相关程度高，C=1时，各序参量具有完全一致性。耦合度函数公式如下：

C=2{(μ1·μ2)/[(μ1+μ2)2]}1/2。

(9)

耦合度大小仅能反映结构式减灾措施与非结构式减灾措施两个子系统相互作用的强弱，并不能反映系统间的耦合协调程度，并且系统序参量μ1、μ2数值相近或较低时，耦合度容易出现高耦合状态的假象。因此为弥补耦合度模型的不足，需要在耦合度测量的基础上，通过测量两者间的耦合协调度来关注系统间协调发展的交合程度，使分析更进一步，以探究系统之间是在高水平上相互促进还是低水平上相互制约，这对确定系统间真实的耦合状态具有很大帮助。耦合协调度公式如下：

(10)

T=αμ1+βμ2。

(11)

式中：T为综合协调度指数，该指数用来衡量系统间的整体协同效应，α和β为待定系数，代表结构式减灾措施与非结构式减灾措施的重要性，α+β=1。一般认为，洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施处于同等重要的地位，二者重要性一致，故取值α=β=0.5。

步骤五：对应耦合度及耦合协调度等级。在耦合度标准划分上，依据物理学里耦合阶段的划分[15]，本文将结构式与非结构式减灾措施的耦合状况以0.3、0.7为界，划分为3个等级(表2)。在耦合协调度标准划分上，为了能综合反映各年国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合协调度的发展水平，本文在参考前人研究的基础上[16-17]，根据均匀分布函数拟定耦合协调度的划分标准(表3)。

表2 洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合度评价标准

表3 洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合协调度评价标准

2 实证结果及分析

根据式(1)—式(10)得出洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施两类子系统的综合建设指数μ1、μ2及耦合度C、耦合协调度(D)(表4)。

表4 洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合度及耦合协调度

为了更直观地观察2008—2018年国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施建设水平、耦合度、耦合协调度的动态演变态势，结合表4绘制图1、图2。

图1 中国洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施综合建设指数演变

图2 中国洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合度及耦合协调度演变

2.1 减灾措施综合建设指数评价

从图1可以发现2008—2018年国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施综合建设指数演进态势呈现出以下特点。

洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施综合建设指数呈波动上升趋势。国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施综合建设指数在2008—2018年总体成上涨态势，10 a间结构式减灾措施综合建设指数增幅为240%，非结构式减灾措施综合建设指数增幅为400%，但是在部分年份又呈现略有波动的特征。其中，从结构式减灾措施综合建设指数的数值来看，2009—2011年出现最大降幅，两年降幅为35%，此后从2011—2018年结构式减灾措施综合建设指数以每年平均17%的增幅稳步提升；从非结构式减灾措施综合建设指数的数值来看，2009年出现最大降幅，降幅为14%。

洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施两个子系统的综合建设指数差值(μ1-μ2)变化呈波动扩大态势。从图1柱状图可以看出，虽然2008—2018年间μ1、μ2均呈现上涨态势，但洪涝灾害结构式减灾措施系统的综合建设指数μ1始终大于非结构式减灾措施的综合建设指数μ2，这说明中国洪涝灾害非结构式减灾措施的建设长期滞后于结构式减灾措施。另一方面，2008—2018年国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施综合建设指数差值经历了2008—2009年的快速上升、2009—2011年的快速下降，2011—2015年的上下波动、2015—2018年快速上升四个阶段，2018年综合建设指数差值相比2008年增幅为100%，未来呈现继续扩大的态势。上述两个子系统的综合建设指数差值变化特点反映出，随着洪涝灾害防治投入的力度的不断加大，在两者综合建设水平快速提高的同时，非结构式减灾措施的建设长期滞后于结构式减灾措施，二者间差值进一步扩大，建设不同步现象愈发严重。

2.2 减灾措施耦合度及耦合协调度分析

从图2可以发现2008—2018年国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合度与耦合协调度演进态势呈现出以下特点：

国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施的耦合协调度评价值稳步增长。洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合协调度发展大致可以分为三个阶段：2008—2014年的失调衰退阶段；2015—2017年的勉强协调发展阶段；2017—2018年为初级协调发展阶段。二者的耦合协调度已从2008年的0.320提升至2018年的0.650，实现了从失调衰退向初级协调发展的转变，耦合协调状况得到逐步改善，这表明两者建设整体呈现向好趋势，洪涝灾害防灾减灾措施投入获得良好成效。

国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施间呈现“高耦合度、低耦合协调度”的异常状态。从表4和图2可知，2008—2018年国内洪涝灾害结构式减灾措施系统与非结构式减灾措施系统的耦合度整体呈现稳定状态，C值均在0.80以上处于高度耦合阶段，而耦合协调度最大值仅为0.65处于勉强协调阶段，长期存在“高耦合度、低耦合协调度”的现象。耦合度反映的是系统间相互作用程度的大小，耦合协调度则反映系统间相互作用中良性耦合程度的大小，洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合度长期处于高度耦合阶段，反映出两者间相互作用程度强，也从侧面反映出国家一直高度重视洪涝灾害的预防与治理工作，不断加大结构式与非结构式减灾措施的投入力度，二者在建设质量、数量上日趋完善，但另一方面，处于勉强协调阶段的耦合协调度反映出系统间耦合协调程度较低，耦合度与耦合协调度的反差表明当前结构式与非结构式减灾措施看似面面俱到，但系统间的相互作用多是低水平的相互制约，良性耦合程度较低，未实现系统间高水平的相互促进。

3 对策与建议

基于国内洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施的耦合协调发展状况，对于如何促进两者耦合提出如下建议。

(1)进一步贯彻结构式与非结构式减灾措施耦合理念。思想意识指导行为，行为决定结果，在应急管理决策者、日常管理者、专家、技术人员、救援人员等各类应急管理人员培训的过程中，通过学习国内外相关成功案例的方式，贯彻落实“结构式与非结构式减灾措施耦合”的理念，使其意识到两类措施耦合的重要性。

(2)进一步完善和细化与洪涝灾害防治相关的法律法规。一是结合我国洪涝灾害防治实践经验与具体国情，借鉴国外相关立法经验，完善现有法律法规，解决当前法律法规对洪涝灾害减灾措施耦合建设管理规定过于笼统、原则性规定过多、法律与实际操作衔接不足的问题，可加入结构式与非结构式减灾措施耦合的专项条款，为结构式与非结构式减灾耦合提供法律保障。二是填补洪涝灾害非结构式减灾措施的立法空白，我国洪涝灾害非结构式减灾措施在实践中积累了丰富的经验，但并未通过立法进行确认与规定，这导致非结构式减灾措施效果的发挥取决于管理者的个人经验与综合素质，存在很大的不确定性。因此，非结构式减灾措施法律法规的制定应以具体国情与实践经验为基础，借鉴美国、新西兰等国家非结构式减灾措施立法的经验，对非结构式减灾措施的实施的全过程予以明确的规定。

(3)加强洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合的跨学科技术理论研究。理论指导实践，配套的技术理论研究是减灾措施耦合系统有序运作的关键行动规范。洪涝灾害结构式与非结构式减灾措施耦合技术理论研究从学科基础上看，涉及到工学、社会学、管理学、法学、经济学等众多学科；从研究方法上看，既涉及到社会科学领域的方法，也包括自然科学领域的方法。因此，在减灾措施技术理论研究上应加强跨学科研究跳出学科界限，以获得交叉性成果，为减灾措施耦合实践提供学理支撑。一方面，在人才培养全过程贯穿跨学科理念，创新课程设计，在课程设计中积极汇聚各学科的学科优势与传统积淀，坚持理论与实际相结合，深度融合自然科学、社会科学以及工程技术多学科的知识与理念，全面致力于具有跨学科专业素养的复合型、应用型防灾减灾人才的培养，另一方面，建立跨学科研究基地。在各高校与研究所中建立以“问题”为核心的研究基地，构造多学科和跨学科的研究平台。

(4)打破灾害治理决策机制的“部门主义牢笼”，建立更加开放与互动的决策机制。水利管理部门、应急管理部门、工程设计部门等要充分合作，决策过程中还要引入结构式减灾与非结构式减灾领域的专家力量，让彼此在同一领域里深度对话，保证决策的系统性和科学性，避免两类减灾措施各行其是的局面。