基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估研究进展

燕 群，蒙 吉 军＊，康 玉 芳

（1.北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871;2.中国石油吐哈油田分公司，新疆 鄯善 838202）

基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估研究进展

燕 群1，蒙 吉 军1＊，康 玉 芳2

（1.北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871;2.中国石油吐哈油田分公司，新疆 鄯善 838202）

城市自然灾害风险分析与评估关系到城市灾害预警、预案、灾害风险管理、城市防灾规划等诸多方面，是城市安全和人类安身的基础。该文从城市防灾规划的需要出发，首先，定义了基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估的内涵，针对城市防灾规划的特点和自然灾害风险分析的评价目标，构建基于防灾规划的城市自然灾害评估模型与评估流程。其次，将风险分析过程分为致灾因子分析、暴露性分析、脆弱性分析3部分，并介绍了常用的评估方法。最后提出：服务于防灾规划的城市自然灾害风险研究，应搭建时空桥梁，强化自然灾害风险评估成果在城市防灾规划中的应用;着重将多灾种风险评估服务于综合规划，单灾种风险评估服务于专项规划;通过完善评估模型，合理运用GIS、RS等技术深化自然灾害风险分析评估在城市防灾规划中的应用。

城市防灾规划;自然灾害风险;分析与评估

近年来，随着各种自然灾害的频发，城市安全受到了极大冲击。如2010年西南五省遭遇60年来最严重的特大干旱，青海省玉树发生的7.1级地震，以及甘肃省舟曲县发生的特大泥石流……城市自然灾害风险成为国内外研究的焦点［1，2］。目前，国内外对灾害风险的理解大致分为两种观点：一是将风险看成是灾害可能引起损失的大小;二是将风险看成是灾害引起某一程度损失的概率大小［3，4］。联合国将自然灾害风险定义为：在一定区域和给定时段内，由于特定的自然灾害而引起的人民生命财产和经济活动的期望损失值［5］。自联合国1987年将1990－2000年确定为“国际减灾十年”以来，国内外对城市防灾规划进行了大量研究，大致可分为宏观、中观、微观3个层面。宏观层面包含城市综合防灾机构与预警制度［6］、城市灾害风险分析与评估［7］、灾害发生后应急对策［8］;中观层面包含城市综合防灾空间布局［9，10］和城市防灾体系自身布局［11］;微观层面则主要是防灾工程规划［12，13］。城市灾害风险分析与评估是针对城市灾害现状制定预警制度和应急管理措施的基础，为城市综合防灾布局及城市防灾体系布局提供现状基底，同时是编制和实施防灾工程规划的前提。城市灾害风险分析与评估的结果还可运用于农业生产、保险、项目可行性分析等多个领域［14－17］。目前，国内外对城市自然灾害评估方法的研究较多，但多数未涉及评估结果的应用，为弥补此不足，本文针对防灾规划中城市自然灾害风险的分析与评估方法、评估流程及模型进行总结与分析。

1 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估的特点

1.1 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估的内涵

灾害是地球表层孕灾环境、致灾因子、承灾体综合作用的产物［18］，目前，我国城市面临的自然灾害主要有地震、洪涝、干旱、台风、冰雹、滑坡、泥石流、沙尘暴等［19］。张明媛等用“城市承灾能力”评估多种灾害对城市的作用及城市受灾后的综合反应［20］，刘智从城市脆弱性和危机弹性两方面建立“城市抗灾力”度量模型［21］。相比之下，城市自然灾害风险评估更侧重于城市内部灾害风险分析及区划，但与城市承灾能力、抗灾力也有相同之处，例如，城市承灾能力中的“抗灾能力”与“易损性”同样是承灾体的属性，区别在于分别是该属性的正反两方面［12］。结合城市防灾规划的要求，本文将城市自然灾害风险评估的内涵界定为：自然灾害（致灾因子）发生的概率和灾害发生后可能造成社会、经济、城市建设和环境等各方面的损失以及损失程度的空间分布。

1.2 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估的特点

（1）评价过程的多灾种研究。针对目前我国城市防灾规划编制方法存在的灾种偏少、手段单一、缺乏评估内容和协调机制等问题，2006年开始实施的新版《城市规划编制办法》强调城市“综合防灾”。但是，国内外对城市灾害风险评估的研究主要集中在单一灾种方面，如地震［22］、滑坡［23］、地裂缝［24］、洪灾［25］、火灾等［26］。1949年以来，我国在气象、地震、海洋、洪水、地质、农、林7大类自然灾害的减灾工作方面，形成了自成一体的监测、预报、防灾、抗灾、救灾、援建的工作管理系统，但无论是减灾能力还是管理水平，与发达国家相比还有一定的差距［25］。由于一种灾害的发生通常会伴随或者引致其它灾害的发生，单一灾种的研究已经无法满足城市防灾减灾的需要，灾害链、灾害群等概念逐渐成为城市自然灾害综合防治的关键［27］。目前，我国多数城市自然灾害分析评估都不是多灾种的综合评估，使得防灾规划大都按单灾种评估结果进行内容和要点的罗列，导致城市防灾规划的实际指导意义不大。基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估须具备评价过程的多灾种研究特点。

（2）评价结果的时空表达。城市自然灾害风险评估结果具有时空表达性，可直接为城市防灾规划提供依据。从空间尺度看，目前国内城市自然灾害风险评估的结果主要分为4种类型：一是从全市尺度的评估，结果主要用于不同城市之间或同一城市不同灾种之间的横向对比［28，29］;二是以一定的行政边界为统计单元的评估，尺度较大的有针对市域范围的分县市成果表达［30］和市区范围的分区成果表达［31］，尺度较小的有精确到社区和街道的成果表达［28］;三是以地理信息栅格为评价单元、无明显行政界限的评估［32］，借助RS、GIS等技术与数学评估模型的耦合［33］。从时间尺度看，一方面，作为概率分布的一种，自然灾害风险分析和评估应该建立在历史数据分析和自然演变规律总结的基础上;另一方面，分析与评估结果应适当对未来进行预测，分别为短期、中期、长期防灾规划服务。

2 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估流程

2.1 城市自然灾害风险评估模型

目前，国内外应用较广泛的灾害风险分析与评估模 型 主 要 有 UNDRO 模 型［34］、NOAA 模 型［35］、EPC 模 型［36］、FEMA 模 型［37］、SMUG 模 型［38］、APELL模型［39］等（表1）。各模型共有的特点体现在：都适用于多个空间尺度（城市、地区、社区等）;均考虑了多种灾种，且主要反映可能引发重大灾难的危险因素;根据具体情况选择合适的评估方法，且方法反映了灾害事件发生的可能性和后果;风险评估结果对风险管理和减灾计划有重要指导价值。其中，UNDRO模型具有强调空间特性、综合全面分析、评估专业性强等优点，最能突出基于城市防灾规划的灾害风险分析与评估的特点［40］。

表1 城市自然灾害风险分析与评估模型对比Table 1 The comparison of urban natural disaster risk analysis and assessment models

2.2 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估流程构建

在UNDRO模型的基础上，构建基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估流程（图1），其中，自然灾害风险辨识、自然灾害风险分析、自然灾害风险评估是该流程的主要组成部分。

图1 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估流程Fig.1 Process of natural disaster risk analysis and assessment based on urban disaster prevention plan

（1）风险辨识。自然灾害风险辨识是搜集资料、建立数据库、确定方法和标准、进行科学风险分析与评估的前提，指确定规划范围内的灾害风险管理对象和目标，在地质地貌、水文、气象调查基础上，明确孕灾环境和致灾因子;在经济社会调查的基础上，明确承灾体。承灾体反映了不同城市因政治制度、经济体制、人口数量、文化差异，相同致灾强度的致灾因子造成影响的差异［41］。

（2）风险分析。城市自然灾害风险分析的目的是要系统地认识、恰当地描述、正确地估测灾情，并制定对策以便有效调控灾情的状态。灾情是灾害系统中各子系统相互作用的产物，在多灾种共存的城市自然灾害系统中，单种灾害集中发生形成的灾害群及其诱发的次生衍生灾害形成的灾害链交织在一起，具有综合性、复杂性等特点。基于防灾规划的城市自然灾害风险分析一般通过致灾因子分析、暴露性分析和脆弱性分析3方面来实现。

（3）风险评估。城市自然灾害风险评估是建立在风险辨识和风险分析基础上的自然风险定量过程，它是进行风险分级、风险叠加、经济影响分析的前提。自然灾害风险评估从时间角度可以分为灾前预评估、灾时跟踪评估和灾后评估3个阶段;从空间特征考虑可以分为点评估、面评估和区域评估3个层次;从项目维度可以概括为灾害风险评估、损失评估、生态环境评估和防灾工程的减灾效应评估等。

（4）城市防灾规划。基于城市自然灾害多灾种综合评估的结果，应结合《城市规划编制办法》的要求，强调防灾规划与城市总体规划对接，注重防灾规划成果与其它专项规划相协调，完善灾害风险评估支持系统［42］。

由于城市防灾规划具有空间尺度特性，相应地，自然灾害风险分析与评估的尺度也与研究区的比例尺、空间分辨率相对应，一般分为市级、区级（建成区）、社区级3个尺度。除自然、社会、经济统计资料外，不同尺度对应不同遥感数据源（表2）［28］。

表2 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析与评估尺度Table 2 The scale of urban natural disaster risk analysis and assessment based on urban disaster prevention plan

3 基于防灾规划的城市自然灾害风险分析

3.1 致灾因子分析

致灾因子是指可能造成财产损失、人员伤亡、资源与环境破坏、社会系统紊乱等孕灾环境中的异变因子，是导致灾害发生的直接原因。致灾因子的选择应坚持针对性、综合性、全面性原则，从风险的角度，致灾因子的致灾程度可用下式表达［43］：

式中：H-Hazard指风险源的危险性;M-Magnitude指风险源的变异强度;P-Possibility指自然灾变发生的概率。

一般从灾害引发因素、致灾因子空间分布、致灾因子作用周期、致灾因子等级和强度以及致灾因子概率分析几方面衡量致灾因子的致灾程度［44］。王静爱等［19］从多样性、被灾频次、相对综合致灾强度三方面分析致灾因子的区域分异;张俊香等分别应用直方图法、信息扩散法和内集－外集模型评估方法进行了致灾因子风险分析［45］;杨秋珍等提出了气象致灾因子危险度及点面相结合的模型来诊断致灾因子的危险性［46］。致灾因子分析一方面为灾害风险评估提供条件，另一方面为城市选址提供依据;此外还可从空间尺度上为城市多因子自然灾害综合区划提供参考［28］。

3.2 暴露性分析

暴露性反映的是暴露于自然灾害风险下的承灾体数量，与特定致灾因子作用于空间的危险地带有关。暴露性和脆弱性的本质区别在于脆弱性是承灾体本身的属性，而暴露性是致灾因子与承载体相互作用的结果。城市规划中的自然灾害风险暴露性分析应该从多个空间尺度，依次进行风险区确定、风险暴露要素（承灾体）分析、暴露要素评估。宏观尺度可以将居民区、城市、流域等作为暴露要素，微观尺度可以将建筑物、机场等作为暴露要素［28］。暴露性分析一般包括基础资料搜集、实地调查、价值估算3个步骤。价值估算的方法有重置成本法［47］、市场比较法［48］、成本法、剩余法等。其中，重置成本法是最常见的建筑物暴露性的价值估算方法，指对城市建筑物财产按重置成本的方法来评估其暴露的价值量（式（2）），其它3种方法主要针对环境要素类承灾体（土地资源、水资源等）。

式中：重置价格指在当前建筑工艺、材料价格及人工费用情况下，重新建造该建筑物所需要的费用评估值;残值率指遭受自然灾害侵袭后的建筑物残值与建筑物造价的比值，其数值可以参考国家相关技术规定;成新度指建筑物的新旧程度，其数值可参考国家相关技术规定。

3.3 脆弱性分析

IPCC对脆弱性的定义是：一个系统，其子系统和系统的组成部分在外界压力（胁迫和干扰）下受到损害的可能程度［49］。国内相关研究主要从不同空间尺度［50，51］和不同灾种［52，53］的角度 入手，通过 建立评估指标体系［54］或绘制脆弱性曲线［55］分析脆弱性强度。国际相关组织提出定量脆弱性的各种指标，包括 环 境 脆 弱 性 指 标 （EVI）［56］、环 境 永 续 性 指 标（ESI）［57］、灾害风险评估指标（DRI）［58］等。但是，这些指标均侧重系统的自然属性，基于防灾规划的城市自然灾害风险分析，应在考虑城市自然地理条件的基础上，结合城市社会经济属性，以及人类在面对灾害时的学习和适应能力，建立分析和评估模型（图2）。系，以表格或散点图（趋势线）的方式来描述。

4 基于防灾规划的城市自然灾害风险评估方法

图2 基于防灾规划的城市自然灾害风险脆弱性分析框架Fig.2 The framework of urban natural disaster risk franqibility analysis and assessment based on urban disaster prevention plan

脆弱性曲线一般用于描述承灾体的损害程度，又称为脆弱性函数或灾损（率）函数或灾损（率）曲线，常运用于城市防灾规划中的建筑物脆弱性分析［55］。建立脆弱性曲线的关键在于，首先对建筑及内部财产进行分类、总价值估算、损失价值估算;其次，针对每类承灾体，将损失绝对值、单位面积损失或损失率作为因变量，建立其与灾害强度参数的关

（1）概率和统计方法。运用概率和统计方法计算灾害风险的理论依据是灾害的随机不确定性。该方法在灾害研究中的应用包括灾害极值推断、异常事件的频数分布、等级排序统计等［59］。该方法一般通过极大似然估计、经验贝叶斯估计等实现［60］，主要适用于大尺度范围内台风、暴雨、洪灾、泥石流、地震等的灾害风险评估。

（2）指数方法。指数是综合反映由多种因素组成的现象在不同时间或空间条件下平均变动的相对数，主要表现为动态相对数形式，即以基期为100来表示报告期相对于基期的数值。在城市自然经济基础数据完备的情况下易于计算，常用于台风、地震等主要城市自然灾害类型［61］。

（3）层次分析法。是一种定量与定性相结合的评估方法，它通过对诸因子的两两比较、判断、赋值，得到一个判断矩阵，从而将人的主观判断用数量形式进行处理和表达［62］，是城市规划中自然灾害风险评估过程中重要的综合评估方法。但是，该方法可能因主观性而导致误差。

（4）模糊评估法。其基本出发点是解决承灾体因受各种不确定因素的影响而形成的模糊性。模糊评估法包括模糊综合评估法和模糊聚类法两种，前者主要根据模糊关系原理，将一些边界不清而不易定量的因素定量化并进行综合评估［63］;后者弥补了传统聚类方法“非此即彼”的弊端，常用于灾害风险区划［64］。

此外，城市自然灾害评估的方法还有灰色系统评估法［65］、人工神经网络评估法［66］、加权综合评估法［67］以及基于信息扩散的评估方法［68］等。一般评估方法的选择因评估目的而异。此外，针对不同评估对象，通常选择多种评估方法实现综合评估;针对同一评估对象，有时也选择多种评估方法共同参与评估过程。

5 研究展望

城市防灾规划的制定建立在深入调查规划区自然地理条件、社会经济状况的基础上，反映规划区自然灾害风险现状。探讨自然灾害风险分析与评估的内涵，合理选择分析方法和评估模型是科学制定防灾规划的前提。基于城市防灾规划，未来城市自然灾害风险分析与评估研究应关注以下几方面：

（1）搭建时空桥梁，强化自然灾害风险评估成果在城市防灾规划中的应用。自然灾害风险评估的空间特性对城市防灾规划的意义体现在：首先，服务于城市总体规划中建设用地的空间布局、基础设施的空间配置、生命线系统的空间规划等;其次，联系灾害风险分析成果（致灾因子分析的风险区划图等）和灾害风险评估（灾害风险等级空间分布图）成果;再次，利用GIS叠加分析等手段，综合各单灾种评估结果，生成综合灾害风险评估成果，服务于不同等级的规划。自然灾害风险评估的时间特性对城市防灾规划的意义在于，通过对时间序列的演绎和预测，模拟灾害风险的发展演化趋势。结合城市发展格局和全球气候环境演变等，有针对性地分别为城市规划的近期、中期、远期提供参考。

（2）多灾种风险评估服务于综合规划，单灾种风险评估服务于专项规划。根据综合灾害风险评估划分城市自然灾害分级区域，从根本上重视城市建设用地的选址工作。进行科学的城市功能布局，布置安全可靠的城市生命线系统，合理开发布局避灾场地和地下空间。根据单灾种风险评估科学设计防震、防洪、防火、交通等城市各项设施。例如，针对不同灾害风险等级区域制定建筑抗震规范等。

（3）完善评估模型，合理运用GIS、RS等技术。完善评估模型是科学地进行城市自然灾害风险分析与评估的基础。不仅应针对城市防灾规划的尺度要求，建立适用于不同评估精度的模型，而且需要基于一定的仿真系统（如agent、元胞自动机等），研究自然灾害风险的不确定性，以建立精度更高的自然灾害风险评估模型。将GIS、RS等技术运用于城市自然灾害风险分析与评估，以实现评估结果的空间表达和不同尺度评估结果嵌套、不同数据源的对接。结合目前我国城市自然灾害风险评估现状，一方面要提高智能化操作，实现根据规划目标、数据可得性、情景模拟、指标可行度等来选择合适的模型与参数;另一方面需通过空间技术实现数据的实时更新，不断细化空间分辨率等。

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Progress of Urban Natural Disaster Risk Analysis and Assessment Based on Urban Disaster Prevention Plan

YAN Qun1，MENG Ji－jun1，KANG Yu－fang2
（1.CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences，LaboratoryforEarthSurfaceProcesses（MinistryofEducation），PekingUniversity，Beijing100871;2.PetroChinaTuhaOilfieldCompany，Shanshan838202，China）

Urban natural disaster risk analysis and assessment has a closely relationship with the urban disaster early-warning，urban disaster pre-arranged plan，urban disaster risk arrangement and urban disaster prevention plan，which means urban natural disaster risk analysis and assessment is the base of habitat for human and city security.Firstly，after defining urban natural disaster risk analysis and assessment based on urban disaster prevention plan，this paper structures the process of urban natural disaster risk analysis model and assessment process，aiming to meet characters of urban disaster prevention and criteria of natural disaster risk analysis.Then，the risk analysis procedures are classified into hazard analysis，exposure analysis and frangibility analysis，and provides introductions about ordinary methodology of assessment.In the end，based on all the analysis above，the vision and direction of future research is put forward.The proposal for the urban natural disaster risk analysis and assessment serving for urban disaster prevention plan is as followed：Firstly，temporal and spatial tools should be used to combine disaster risk assessment and urban disaster prevention plan;Secondly，multi-disaster risk assessment is used for comprehensive disaster prevention plan while single disaster risk assessment is to deal with specialized disaster prevention plan;Thirdly，on one hand，assessment should be improved，on the other hand，the application of GIS and RS should be paid fully attention.

urban disaster prevention plan;natural disaster risk assessment;analysis and assessment

TU984.11＋6

A

1672－0504（2011）06－0078－06

2011－05- 16;

2011－08－17

国家自然科学基金项目（40871048）

燕群（1987－），女，硕士研究生，主要从事资源环境管理、土地变化科学研究。＊通讯作者E－mail：jijunm＠pku.edu.cn