地震灾害风险评估指标体系的建立与方法研究

周 旋 姚 琳 余 欣 闫 智 朱久旭

（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

为了有效地预防和应对地震灾害，需要建立一个科学合理的地震灾害风险评价指标体系，以便对不同区域和不同情景下的地震灾害风险进行客观和全面的评估[1]。根据评估结果可以制定出适合各种场合和需求的减灾措施，提高地区的抗震能力和恢复能力[2]。本文在分析国内外相关研究成果的基础上，构建一个包含3个层次、19个指标的地震灾害风险评价指标体系，运用AHP层次分析法、模糊综合评价法等方法进行了权重确定和实证分析。

1 指标建立

为了建立精确、可靠的地震灾害风险评价指标体系，本文采用定量与定性相结合的研究方法对相关数据进行分析。定量研究方法包括统计分析、概率论和数学建模，有助于识别研究区地震的潜在风险，评估研究区地震的发生概率和严重程度[3]。定性研究方法包括文献综述、专家咨询、案例研究等，可以为研究区域的脆弱性和暴露提供见解。此外，可采用多标准决策方法整合地震灾害风险评估指标体系，优先考虑潜在风险和缓解策略[4]。

潘耀忠等[5]提出一定区域内灾害的发生是孕灾环境、致灾因子与承灾体3个子系统相互作用的结果，即由孕灾环境稳定性、致灾因子危险性和承灾体易损性共同决定。已完成的自然灾害风险评估指标计划主要有3个，即灾害风险指标计划（DRI）、多发区指标计划（HOTSPOTS）和美洲计划。3个评估计划均认为灾害风险由3个因素组成，灾害暴露、暴露要素的脆弱性、灾害的频率和强度[6]。侯林锋等[7]依据地震的危险性、脆弱性、暴露性3个原则提出了地震灾害风险评价指标体系。根据以上理解，对自然灾害风险进行定义：灾害风险＝危险性×承灾体的脆弱性×承灾体的暴露性/抗震减灾能力。

根据定义，认为最终决定地震灾害风险的是地震致灾因子的特性（地震的强度、频率、分布规律）、承灾体（人、建筑、生态系统）的暴露程度和脆弱性以及抗震减灾能力[8]。3个方面相互作用，共同构成了地震灾害风险的内在机制。地震致灾因子是指研究区域发生地震事件的频率、烈度和持续时间，决定了地震事件对研究区域造成的潜在威胁程度。暴露程度是指建筑环境、基础设施和人口在地震事件中容易受到破坏或损失的程度，决定了研究区域对地震事件的敏感性和抵抗力。脆弱性是指研究区域的物理、社会和经济特征，如人口密度、土地利用和经济发展，决定了研究区域对地震事件的关注程度和承受能力。抗震减灾能力是指受灾地政府和群众的应急反应能力，这些能力决定了研究区域对地震事件的恢复速度和效果。这些特征可能会影响地震事件的影响，从而影响地震灾害风险的大小。

指标的选择和确定应符合科学性、可操作性、可比性、代表性等原则，能够反映地震灾害风险评估的目的和要求，同时也要考虑数据的可获取性和可靠性。本文构建的自然灾害安全风险评估指标体系的内容涵盖了三级指标：一级指标为地震灾害风险目标层；二级为分别对应地震灾害风险评估4个方面的内容，包括地震致灾因子、承灾体暴露性、承灾体脆弱性和抗震减灾能力；三级指标共19个，选取较为具体、比较具有代表性、比较容易量化的指标。

地震灾害风险评估指标体系如图1所示。

图1 地震灾害风险评估指标体系

2 评估计算

在对地震灾害的评价中，存在很大的不确定性。地震灾害的风险即灾害系统本身的演变，从而造成了将来的损失。地震灾害风险评估是一种以灾害危害性、社会承灾体、抗震减灾能力以及不确定性研究为基础，在指标体系中展开的一种多因素的综合分析工作。

在多因素分析工作的过程中，主要体现在指标的选择和确定以及具有科学性的决策。指标确定后，还需要对指标进行归一化处理，以消除指标之间的量纲和数量级的差异，使其可以进行相互比较和综合分析。在指标归一化处理中，常用的方法有最大最小归一法、离差标准化法、极差标准化法等。在指标归一化处理后，还需要对指标进行权重分配，反映指标在评估中的相对重要性。权重分配的方法有主观赋权法和客观赋权法两类。主观赋权法是根据专家或决策者的经验和判断确定权重，如层次分析法（AHP）、德尔菲法（Delphi）等。客观赋权法是根据数据本身的特征和规律确定权重，如熵值法、主成分分析法（PCA）等。

在实地调研和统计资料的基础上，运用最大最小归一法以及以AHP法为基础的模糊综合评判的基本方法，对地震灾害的风险展开评估和分析。

2.1 指标权重计算

运用AHP方法对两个等级的指标进行了权值计算，即通过构建判断矩阵并计算其特征值和特征向量，确定各个指标在各个层次中的相对重要性，并对每一个等级的评价矩阵进行一致性检查[9-10]。

地震风险因素指标体系权重为：地震致灾因子0.416 88（地震频率0.124 34、地震烈度0.254 93、地震峰值速度0.233 62、地震峰值加速度0.257 23、断层长度0.129 88），承灾体脆弱性0.231 63（人口密度0.378 38、建筑密度0.252 38、道路密度0.198 11、固定资产0.171 13），承灾体暴露性0.207 97（不符合抗震设防房屋比例0.22601、人口因灾死亡率0.261 36、建筑折旧0.164 21、老幼人口比0.106 05、基础设施因震损毁率0.242 37），抗震抗灾能力0.143 52 （每千人医生数0.286 94、应急场所数0.162 42、专业救援人员数0.278 75、人均可支配收入0.136 84、每千人病床数0.135 05）。

2.2 无量纲化处理

各指标体现的社会、经济重要性和维度都不相同，所以不存在可比性，不能直接参与统计。因此，利用模糊数学中的隶属度函数对原数据进行无量纲分析，即采用“升半梯形分布”函数对各指标实际值进行无量纲化处理[10]。

式中：μ(x)——指标的无量纲化值；x——指标实际数值；a1——对应所有指标的最大值；a2——对应所有指标的最小值。

采用无量纲化处理后，消除了不同数据的量纲影响，使各项指标具有可比性。

2.3 风险计算

根据前文对风险的定义，风险计算公式为：

通过该式可将地震灾害风险度进行量化，使不同区域之间的地震灾害风险可以进行比较与排序，分析其影响因素和存在问题，提出相应的防震减灾建议和措施。

3 结语

在对地震灾害风险评估的发展和研究现状进行分析的基础上，提出一种新的地震灾害风险评估指标体系。该指标体系主要将地震灾害的风险影响因素分为4个主要部分，即地震致灾因子、承灾体脆弱性、承灾体暴露性和抗震减灾能力，每个部分又细分为若干个子指标，形成一个层次清晰、内容全面、适用性强的评价框架。为了克服传统评估方法中存在的主观性和模糊性，采用了模糊理论的半升梯形隶属度函数法和AHP层次分析法，将定性和定量相结合，建立了一个可行的地震灾害的风险评估方法。该方法可以有效地处理各种不确定因素，提高评估结果的可信度和科学性。选取的指标体系容易测量，方便获取。在进行评估分析过程中，还可以发现抗震减灾能力方面存在的不足。采用模糊理论的隶属度函数法，将不同量纲的数据转换成可比数据，采用AHP层次分析法、定性与定量分析相结合，对复杂的影响因素进行系统化分析。通过各个影响因素的重要性分析，为最终结果提供定量依据。该方法虽然将地震风险度量化，但在地震风险度评估过程中不确定性还较多，对统计数据的精确性有着较高要求。需要制定合理的地震灾害等级划分标准，以便对评估结果进行分类和解释。