自然灾害风险评估综述

李大卫LI Da-wei；石树中SHI Shu-zhong；杨福平YANG Fu-ping；周新民ZHOU Xin-min

（①浙江省地震灾害防御中心，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

人类自诞生以来，一直饱受自然灾害的侵袭，尤其是近些年来，随着经济社会的蓬勃发展，地震、海啸、台风、干旱等自然灾害对人类社会造成损失也愈发巨大。

在此背景下，为应对自然灾害的严重威胁，防灾减灾的理念、手段不断更新和丰富，自然灾害风险管理应运而生，并在理论和实践上取得了一定进展[1]。伴随着20 世纪灾害研究和保险业迅猛发展，国外自然灾害风险评估研究逐渐起步，早期研究主要针对工程项目，突出灾害发生的可能性研究；到20 世纪后半叶，随着研究的深入，越来越多地与社会经济条件分析紧密结合，灾害风险评价也由定性的评价逐渐转入定量或半定量的评价。而国内该项研究起步较晚，在20 世纪90 年代参与“国际减灾十年”活动以来，自然灾害风险评估才得到了应有的重视，在地震、地矿、气象、农林、水利等领域展开，并开始不断涌现出研究成果。

近年来国内外的灾害管理与减灾实践表明：人类在无法控制自然灾害发生甚至还不能完全准确地对自然灾害进行预报和预警的条件下，运用对自然灾害风险的评估，了解不同尺度下的自然灾害风险分布，辨识高风险区，不但可以为各级政府更为有效地指导防灾与备灾工作，进而减少灾害损失提供科学的依据；而且还可以更为有效地对自然灾害的发生进行早期预警，进而更为明确地指导各级政府的抗灾和救灾工作；同时对于各级政府编制、完善与实施自然灾害应急预案，增强对自然灾害的应急管理能力，提高对自然灾害应急救助管理的科学性等，也具有极为重要的意义。

1 自然灾害风险的定义

“风险”一词起源于保险业，包含有多种含义，最常用的含义有两种：一种是指某个客体遭受某种伤害、损失、毁灭或不利影响的可能性，二是指某种可能发生的危害[2]。因此，自然灾害风险也包括两种含义：一是不同程度自然灾害发生的可能性，二是自然灾害给人类社会可能带来的危害。

近些年有学者对自然灾害风险概念进行了新的讨论。黄崇福[3]对目前国际上较有影响的灾害风险定义归为三类：①概率类定义[4]。②期望损失类定义[5]。③概念公式类定义[6]。并指出此三类风险定义均不能或无法表达风险的内涵，又进而提出了以情景为基础的自然灾害风险的定义，即自然灾害风险是一种未来不利事件的情景，而该情景是由自然事件或力量为主因所导致的。倪长健[1]认为该定义仍有未能充分揭示自然灾害风险和自然灾害系统之间的关系、未能充分表征自然灾害风险的基本内涵、不便于为定量风险评估提供明确依据等不足之处，并提出了自然灾害风险的新定义：自然灾害风险是由自然灾害系统自身演化而导致未来损失的不确定性。

总体上讲，灾害风险评估是一项在灾害危险性、灾害危害性、灾害预测、社会承载体脆弱性、减灾能力分析及相关的不确定研究的基础上进行的多因子分析工作。自然灾害风险评估常常存在在实例分析时存在界定不清、集成模式滥用等诸多问题，而其理论基础至今仍比较薄弱是导致以上现象的主因[7]。要想找到科学有效的自然灾害风险评估方法，就必须对自然灾害风险系统的结构及其作用机制有清晰的认识和把握。

2 自然灾害风险系统要素和风险形成机理

自然灾害风险系统主要由承灾体、孕灾环境、致灾因子等要素组成。承灾体系自然灾害系统的社会经济主体要素，是指人类及其活动所组成的社会经济系统。承灾体受致灾因子的破坏后会产生一定的损失，灾情即是其损失值的大小，而之所以会有损失，根本原因是承灾体有其核心属性——价值性。通常脆弱性是指承灾体对致灾因子的打击的反应和承受能力，但学术界目前对于脆弱性的认识并不统一。孕灾环境主要包括自然环境与人文环境，位于地球表层，是由大气圈、水圈、岩石圈等自然要素所构成的系统。孕灾环境时时刻刻都在进行着物质和能量的转化，当转化达到一定条件时会对人类社会环境造成一定影响，称之为灾变，这种灾变即为致灾因子，基于致灾因子的相关研究称之为风险的危险性分析，故危险性其实是表达了致灾因子的强度、频率等因素，比较有代表性的是地震安全性评价，在对孕灾环境和历史灾情的分析研究后以超越概率的形式给出地表加速度来表达某一地区或某一场地的致灾因子危险性。相比于孕灾环境和承灾体之间的复杂关系，影响致灾因子的危险性大小的来源相对单一，完全由孕灾环境决定。

因此，由孕灾环境、承灾体、致灾因子等要素组成的自然灾害系统，是一个相互作用的有机整体，揭示的是人类社会与自然的相互关系，承灾体可以影响孕灾环境，孕灾环境通过致灾因子影响承灾体，三者不仅存在因果关联，在时间、空间上也相互关联，密不可分。

而关于自然灾害风险机理的表达，20 世纪90 年代以来，1989 年Maskrcy 提出自然灾害风险是危险性与易损性之代数和[8]；1991 年联合国提出自然灾害风险是危险性与易损性之乘积，此观点的认同度较高，并有广泛的运用；Okada 等认为自然灾害风险是由危险性、暴露性和脆弱性这三个因素相互作用形成的[9]；张继权等则认为：自然灾害风险度=危险性×暴露性×脆弱性×防灾减灾能力，该观点亦被引入近年的多种灾害风险评估[10]。史培军等则给出了更具地理色彩的另一种“三因素”表达，认为自然灾害是致灾因子、孕灾环境和承灾体三者综合作用的结果，并将灾害风险评估划分为狭义与广义两种，前者主要针对致灾因子，而后者则是针对“三因素”的综合评估[11]；在“三因素”基础上，陈香等添加了防灾能力因素，并据此构建了台风灾害风险评估指数模型以评估福建省台风灾害系统之风险[12]。此外，还有一些研究认为，并不需要对风险评估的内涵做明确界定和划分，而直接研究自然灾害的影响因子，并以此来构建综合风险评估的机理表达式[13，14]。

自然灾害的发生实质是地球系统自然环境变化作用于人类社会的结果，其中自然因素和人类社会都起着重要的影响，两者相互影响和制约。因此，自然灾害具有自然和社会的双重属性[15]，其危害程度取决于自然因素的变异程度和人类社会承受或适应自然环境变化能力大小两方面。因此，自然灾害系统以孕灾环境和承灾体为主体，以承灾体价值性损失和致灾因子破坏之间复杂的作用和响应关系为作用机制，是一个涉及多种反馈关系的复杂系统，而灾情则为该作用机制下的演化结果，系统内因素的演化和作用实质反映的是人地关系[16]。

通俗的说，自然灾害风险的形成机制，其实是一个人类社会与自然环境相互作用的机制，即：人类社会（承灾体）影响孕灾环境，而孕灾环境通过致灾因子影响承灾体的相互过程。致灾因子的危险性是由孕灾环境的稳定性所决定的，而致灾因子对承灾体的影响程度由承灾体自身的脆弱性决定。因此，承灾体的脆弱性和致灾因子的危险性成为自然灾害风险评估中最为核心的因素，从某种程度上说，对于脆弱性、危险性的认识，决定了对于灾害风险形成机制的认识。

3 数学方法在灾害风险评估中的应用

国内外学者对风险评估中使用的数学方法做过系统的总结。张继权[10]等曾对国内外气象灾害风险评价的数学方法做了较系统的总结，葛全胜等[17]亦对自然灾害致险程度、承灾体脆弱性及自然灾害风险损失度等方面的评估方法做过评述。

尽管这些方法因针对的灾种不同而不尽相同（如用于地震灾害的超越强度评估法、构造成因评估法等，用于洪灾的水文水力学模型法、古洪水调查法等），但总体而言，数学方法应用及风险定量化表达已成趋势：

①概率统计：以历史数据为基础，考虑自然灾害的随机性，估计灾害发生的概率，应用多种统计方法（极大似然估计、经验贝叶斯估计、直方图估计等）拟合概率分布函数。由于小样本分析结果稳定不好，为避免与实际相差过大，故要求历史样本容量较大，常应用于台风、暴雨、洪灾、泥石流、地震等灾害的风险评估。

②模糊数学：以社会经济统计、历史灾情、自然地理等数据为数据源，从模糊关系原理出发，构造等级模糊子集（隶属度），将一些边界不清而不易定量的因素定量化并进行综合评价，利用模糊变换原理综合各指标，能较好地分析模糊不确定性问题。该方法在多指标综合评价实践中应用较为广泛，但在确定评定因子及隶属函数形式等方面具一定的主观性，现主要应用于综合气象灾害、洪灾、泥石流、地震、综合地质灾害等等风险评估。

③基于信息扩散理论：以历史灾情、自然地理、社会经济统计等数据为数据源，是一种基于样本信息优化利用并对样本集值化的模糊数学方法，遵循信息守恒原则，将单个样本信息扩散至整个样本空间。该方法简单易行，分析结果意义清楚，虽然近年来受到较多学者推崇和研究，但对扩散函数的形式及适用条件、扩散系数的确定等尚待进一步探讨。该方法已有运用于低温冷害、台风、暴雨、洪灾、旱灾、地震、火灾等灾害的风险评估。

④层次分析：该方法来源于决策学，是一种将定性分析与定量分析结合的系统分析方法，以历史灾情、社会经济统计、自然条件等数据为数据源。它利用相关领域多为专家的经验，通过对诸因子的两两比较、判断、赋值而得到一个判断矩阵，计算得到各因子的权值并进行一致性检验，为评估模型的确定提供依据。该方法系统性强、思路清晰且所需定量数据较少，对问题本质分析得较透彻，操作性强。该方法已经应用于综合地质灾害、洪灾、滑坡、草原火灾等灾害的风险评估中。

⑤灰色系统：以历史灾情、自然地理等数据为数据源，以灰色系统理论为基础，应用灰色聚类法划分灾害风险等级。算法思路清晰，过程简便快捷而易于程序化，但争议较大，故在国外研究中运用较少，在国内综合地质灾害、风暴潮、洪灾等灾害的风险评估中有所应用。

⑥人工神经网络：以历史灾情、自然地理、社会经济统计数据为数据源。选定典型评估单元（训练样本），将经过处理后的风险影响因子的数值作为输入，通过训练获得权值和阀值作为标杆；然后将其余单元的数据输入训练后的神经网络进行仿真，进而获得各个单元的风险度。其特点和优势是基于数据驱动，可较好地避免评估过程中主观性引起的误差，但因收敛速度对学习速率的影响会导致训练结果存在差异，且其“黑匣子”般的训练过程难以清楚解释系统内各参数的作用关系。该方法目前已经应用于洪灾、泥石流、雪灾、地震、综合地质灾害等灾害的风险评估工作中。

⑦加权综合评价：同样以社会经济统计、历史灾情、自然环境等数据，对影响自然灾害风险的因子进行分析，从而确定它们权重，以加权的、量化指标的指标进行综合评估。该方法简单易行，在技术、决策或方案进行综合评价和优选工作中有广泛运用，但需指标赋权的主观性仍是难以回避的问题。该方法目前应用于台风、暴雨、洪灾、综合地质灾害、生态灾害、草原火灾等自然灾害风险评估工作中。（以上几种方法的综合比较参考叶金玉等总结[18]）

各种数学工具的引入不仅为自然灾害评估方法注入了新的活力，同时也让人看到各具特色的数学方法是对应着不同的自然灾害种类，这也是一种提示：针对不同的自然灾害可以且应当有不尽相同的评估方法和研究途径，但这并不影响自然灾害风险评估走向定量化的步伐。

4 多灾种综合风险评估

简单的说，自然灾害具有群发链发的特点，单一一种自然灾害往往伴随或者引发其他伴生（或次生）的灾害，对灾害链的研究，马宗晋等组成的研究小组曾给予高度的关注[18，19]，史培军将其定义为某一种致灾因子或正态环境变化引起的一系列灾害现象，并将其划分为群发灾害链与并发灾害链两种[20]，而群发的灾害或灾害链所引发的灾情必然是几种不同灾害与承灾体脆弱性共同作用所产生的结果，同时，还需认识到，不同自然灾害之间相互也会产生一定的影响，因此，对于这样的情况做单一灾种自然灾害风险评估显然是不合适的，自然灾害综合风险的评估就显得更有现实意义。

综合自然灾害评估是风险和灾害领域的研究热点和难点，直到21 世纪，学术界的研究方向才逐渐转向多灾种的风险评估。高庆华等[21]认为，自然灾害综合风险评估是在各单类灾害风险评估基础上进行的，它的内容与单类灾害风险分析基本一致，所以采用的调查、统计、评估方法与单类灾害风险评估中用的方法基本相同，与单类灾害风险评估的根本区别是把动力来源不同、特征各异的多种自然灾害放到一个系统中进行综合而系统的评价，以此来反映综合风险程度；Joseph 和Donald[22]基于田间损失分布，提出以年总损失的超越概率来表示综合风险；而薛晔等却认为，在复杂的灾害风险系统中各个风险并非简单相加，对目前基本是单一灾种的简单相加的研究成果提出质疑，认为其缺乏可靠性[23]，并以模糊近似推理理论为基础，建立了多灾种风险评估层次模型，对云南丽江地区的地震-洪水灾害风险进行了综合评估。

国内自然灾害综合风险评估研究成果不多，且模型也相对较简单，更好的评估方法也还有待探索，有待更多数学方法的引入。此外，在建立评估模型的同时，也要考虑到自然灾害风险的时空特性，即时间和空间上的分辨率，赵思健[24]认为，同任何事物一样，风险也存在着时空差异，不同的灾种在不同时间、空间尺度上评估的方法和内容应有所区别，这个问题直接影响到该评估的时间有效性和适用范围。因此，由于在某一确定的评估方法下各单一灾种在同一时间空间尺度上的时间有效性并不一定一致，如何考虑这种不一致对评估结果所造成的影响是多灾种综合风险评估中亟待解决的难题之一。尽管有诸多问题困扰着多灾种自然灾害风险评估的发展，但相比单一灾种的风险评估，多灾种风险评估更符合实际生活中灾害群发的特点，其发展是防灾减灾工作的现实需要，决定了多灾种风险评估是风险学科发展的必然趋势。

5 小结、展望

作为灾害科学的一个分支，史培军认为，自然灾害风险评估科划分为广义与狭义两种理解，广义的灾害风险评估，是对灾害系统进行风险评估，在对孕灾环境、致灾因子、承灾体分别进行风险评估的基础上，而进行的风险评估；狭义的风险评估则主要是针对致灾因子进行风险评估，通常是对致灾因子及可能造成的灾情之超越概率的估算[25]。显然，根据上文自然灾害具有自然属性和社会属性的理解，狭义上的自然灾害风险评估难以准确评估和表达自然灾害的内涵和意义。

总的来说，经过数十年的发展，自然灾害风险评估从无到有，并逐渐发展至今有了可喜的进展，但在评估模型、自然灾害风险系统的作用机制和一些重要概念的认识等方面仍未达成完全共识，对于灾害系统中各要素的相互作用机制还有不同的理解，但是从综合角度认识灾情、认识风险形成机制的根源已经成为共识。同时还应看到，对于不同的自然灾害种类，其评估方法、数学工具也应有所不同，但其定量化的发展目标却是一致的；另一方面，尽管在一些方法上、理论上仍有一定的困扰，但更加贴近现实情况的自然灾害风险综合评估也是一个十分明显的趋势。

伴随着越来越多的其他学科诸如数学、决策学方法的引进以及遥感、GIS 等技术的应用和自身理论的不断完善，相信其发展道路会越走越宽。自然灾害风险评估研究作为自然灾害风险管理的重要一环，它的发展和完善必将推动整个防灾减灾事业稳步前进，进而指导城市建设、经济区块的合理布局，为社会经济的安全、稳定发展保驾护航。

[1]倪长健等.再论自然灾害风险的定义[M].灾害学，2012，21（3）：1-5.

[2]刘燕华等.风险管理——新世纪的挑战[M].北京：气象出版