城市地震避难场所空间选址适宜性评价方法研究——以台中市西屯区为例

郭兴利，郭雪琦，卓海涵

(福建师范大学地理科学学院，福建福州 350007)

0 引言

地震是一种比较常见的自然灾害，城市地震避难场所的规划建设为减少地震灾害带来的损失和开展灾后救援、重建做出了巨大贡献，其空间选址的适宜程度决定了能减少损失多少、救援效率高低以及重建过程的顺利与否。目前国内大陆地区对地震避难场所空间选址适宜性评价的研究中［1］，研究区域的范围更精确具体［2－5］，但多建立在避难场所内的硬件指标，缺少对外部自然环境的评估;台湾地区对城市地震避难场所的研究中，张文侯以台北市为研究区域，利用区位分析模式、层次分析法对台北市避难场所的区位作了分析和评估，但缺少对灾害潜在影响的考虑［6］。包昇平等以嘉义市为例对城市避难点的适应性作了评估，对城市避难点的后期规划有一定的借鉴意义［7－8］。由于台湾处于地震灾害高发地带，本文将研究区域缩小至市辖区，以台中市西屯区为例，更多地考量外部地理环境对避灾点的影响，选择可以作为避难场所的公园和学校作为避灾点的研究对象，主客观相结合地对城市地震避灾点空间选址的适宜性进行评估，以期为规划者提供更好的决策参考。

1 研究区域与数据

台湾省位于我国大陆东南沿海的大陆架上、亚欧大陆板块与菲律宾板块的挤压带上，受板块运动的影响导致地震灾害频繁发生，是我国的五大震区之一。台湾人口密度高，9．21集集大地震对台湾中部地区(南投县、台中市)造成了极大的人员伤亡和经济财产损失。台中市位于台湾省的中部，地处世界级地震断层——车笼埔断层，贯穿于其太平、大坑、谭子、丰原四区。东临中央山脉，西接台湾海峡，其特殊的地理位置造就了独特的自然环境;台中市西屯区作为台湾中部的核心经济区，是一个高人口密度的区域，其2．215km2的土地上生活着约22．6万人。据此因地制宜地选取研究区地震避难场所的评估因子。

收集台中市西屯区2015年人口数据、路网数据和DEM(数字高程模型)、地震断层属性资料，及避灾点、医疗点和消防设施点分布的空间属性数据等资料，然后确立适宜性评价的准则层与指标因子。再根据空间属性资料，结合评估因子，做出防灾潜势地图。以上分析均在台湾本地坐标系TMD97下完成并制成专题结果图。

2 适宜性评价指标体系

将影响因子准则层分为安全性、有效性、接近性三大类。其中，在安全性指标中，以研究区地震断层分布和西屯区DEM资料为主，计算避灾点与地震断层的距离和淹没值;在有效性指标中，根据官方提供的人口数据和避灾点开放的空间面积，计算避灾点可容纳避难人口的数量以及可服务人口的数量;在接近性指标中，运用最短路径分析法，计算避灾点与医疗点、消防点的最近距离。

2.1 安全性

(1)地震灾害潜势

台湾中部地震断层较多，分布于其辖内的断层有三义断层、大甲断层、铁砧山断层、屯子脚断层、彰化断层、车笼埔断层和大茅埔－双冬断层等。由于台中属于台湾中部地震区域，发生大地震的频率较低，而台中市东区防救灾中提到地震错动引发的危害远大于远处地震传递至此处带来的危害。车笼埔断层作为逆断层，曾因断层错动而引发重大地震灾害，且大甲断层也是距研究区较近的逆断层，故选定车笼埔断层与大甲断层作为主要的断层评估因子。地震灾害潜势分析在ArcGIS 10．4中使用近邻分析工具，计算避灾点与车笼埔断层及大甲断层的直线距离，采用几何间隔分类法把与断层的直线距离分为3类，结果如图1所示。

图1 台中市西屯区避灾点与地震断层最短距离专题图Fig．1 Thematic map of shortest distance between disaster shelters and earthquake faults in Xitun District，Taichung City

(2)淹水潜势

淹水潜势分析是模拟在一定的降雨强度下，主要根据研究区DEM来监测哪些避灾点容易被水淹。研究假定台中市西屯区发生百年一遇洪水，设置洪水水位为100m，分析判断那些可能淹水区域的淹没深度。进行淹水模拟分析时，虽然没有考虑到水动力学而使分析结果有所偏差，但这种设定水位近似“水平面”的方法能够更高效、快速地得到淹没值分布的核心数据，即低于给定水位的避灾点都视为洪水淹没区域［9］。研究以DEM获取避灾点的高程，当洪水水位为100m时，将其淹没值用自然间隔分类法分为5类，结果如图2所示。

2.2 有效性

(1)避灾点可容纳人口

当发生地震灾害时，避灾点需要提供尽可能大的开放空间用于足够多的民众来躲避灾害，这就需要将避灾点的供给与需求作为一个重要的考量因子。参考我国应急避难场所建设技术标准与国内外救灾帐篷面积数据，以每人最小需求为5m2进行避灾点可容纳人口数的估算。同样采用自然间隔分类法，将所得避灾点可容纳人口数量分为5类，结果如图3所示。

图2 台中市西屯区避灾点水淹没深度专题图Fig．2 Thematic map of disaster shelters＇flooded depth in Xitun District，Taichung City

(2)可服务人口数

避灾点在空间分布上，应当考虑其可服务的人口数量，即研究范围内对避灾点的需求数量。根据当地人口密度，来判别避灾点的有效性。此次研究在ArcGIS的空间分析模块中对主要防灾避灾点作500m为半径的缓冲区分析［8］，计算缓冲区内的避灾点所服务范围的可容纳人口，将避灾点可服务人数用自然间隔法分为5类，结果如图4所示。

2.3 接近性

(1)与医疗设施最近距离

医疗设施在城市防灾救灾体系中是一项不可缺少的服务设施，所以将避灾点与医疗设施点的最近距离列为接近性的重要指标之一。主要以大型医院为评判准则，考量已有的医院是否位于临近避灾点的主要道路上，以12m以上道路为基准［7］，计算避灾点与临近医疗设施点的最短路径距离，采用自然间隔法将路径长度分为3类，结果如图5所示。

图4 台中市西屯区避灾点可服务人口数专题图Fig．4 Thematic map of disaster shelters＇serviceable population in Xitun District，Taichung City

图5 台中市西屯区避灾点与医疗点最短距离专题图Fig．5 Thematic map of shortest distance between disaster shelters and medical places in Xitun District，Taichung City

(2)与消防设施最近距离

在避灾点的规划上，还应当着重考量是否满足防灾、救灾的需求。若灾害发生时，避灾点位于消防主要道路上，则便于消防人员进行救灾。避灾点与消防设施的距离越近，受灾人员及时获得救援的可能性就越大。研究主要考察距离避灾点主要道路上是否存在消防单位，以宽度为12m以上道路为基准，计算避灾点与临近消防单位的最短路径距离。采用自然间隔法将路径长度分为3类，结果如图6所示。

图6 台中市西屯区避灾点与消防点最短距离专题图Fig．6 Thematic map of shortest distance between disaster shelters and fire fighting places in Xitun District，Taichung City

3 灰色关联分析方法及其应用

灰色关联分析法是我国著名控制论专家邓聚龙教授创立的灰色系统理论中的一种重要方法，主要通过灰色关联度来分析给定体系内各个因子之间对这个体系的贡献度，依据序列几何形状判别其关联程度是否紧密。在城市地震避灾点的空间选址适宜性评价中，运用该方法可分析准则层各指标与影响因子层各因子之间的联系及其关联程度。

表1 避灾点指标适宜性说明Tab．1 Illustration of indicator suitability of disaster shelters

首先运用夏郭贤(1998)提出改善后的灰色关联生成作为本研究的重要灰色生成方法，根据所选6个因子的特性及模型方法，确定其目标结果的期望大小，见表1;然后由邓聚龙教授提出的灰色系统理论［10］，计算灰色关联系数，其值应在［0，1］内;再按照传统灰色关联分析法的步骤，在求得灰色关联系数后，取灰色关联的平均值作为灰色关联度。运用传统灰色关联分析法求灰色关。但在实际应用上，各个因子的重要程度不完全相同，参考温坤礼(2003)等的“灰色关联模型方法与应用”［11］，引申计算模型，加入因子常态 化 权 重。 引 申 后 公 式 为: γ(xi，xj) =，其中 βk表示因子常态化权重，由使用者决定，但必须满足由于在灰色关联理论中，灰色关联度是表示两个序列的关联程度，而且是定性的分析，所以最为重要的是各个关联度的大小排序。根据台湾地区相关学者对地震避灾点的研究和专家决策，采用权威专家问卷(AHP)法获得台中市西屯区地震避灾点适宜性评估因子权重，见表2。因为灰色关联分析需要进行矩阵的计算，因此本文采用具有强大矩阵分析功能的mat－lab2016b进行灰色关联分析的计算。

表2 避灾点适宜性评估因子说明Tab．2 Illustration of suitability assessment factor of disaster shelters

4 适宜性评价结果分析

由于避灾点空间属性数据无可比性，故需借助灰色关联分析达到具有可比性的目的，这种方法叫做灰色生成。研究采用改善后的灰色生成法，通过不同计算模型评价指标期望值越大越好或越小越好时使用，然后在mat－lab中进行灰色生成，其结果见表3。

表3 避灾点适宜性灰色生成结果表Tab．3 Grey generation result of suitability of disaster shelters

续表3

利用灰色生成结果，计算灰色关联系数。求得灰色关联系数后，运用引申的灰色关联度计算模型结合各指标权重求得各避灾点的灰色关联度，结果如表4所示。

根据灰色关联度的结果，将灰色关联度为0．5300以下的学校或公园评价为较不适宜的地震避灾点;将灰色关联度在 0．5301－0．5999之间的学校或公园评价为较为适宜的地震避灾点;将灰色关联度在0．6000以上的学校或公园评价为适宜的地震避灾点。其最终结果如图7所示。

图7 避灾点适宜性评估结果图Fig．7 The result map of the suitability assessment of the disaster shelters

表4 避灾点灰色关联度分析结果Tab．4 Grey correlation analysis result of disaster shelters

5 结论与讨论

在台中市西屯区选取的45个研究对象中，从安全性、有效性和接近性三个方面进行地震避灾点的空间选址适宜性评价，由灰色关联度结果可知:总体上，大部分的学校或公园适宜或较为适宜作为城市的地震避灾点。其中有16处公园或学校不宜作为地震避灾点，约占总研究对象的36%。在适宜性较差的学校或公园中，对比适宜性较好的地震避灾点，其在地震潜势、淹水潜势，与消防点、医疗点的最近距离及可容纳人口和可服务人口方面存在不同程度的不合理性。

在研究对象和评价因子的选取上，仅选取公园和学校进行避灾点的分析缺乏全面性。鉴于资料数据的可得性、评价因子的权重误差和城市的更新建设，可考虑基础设施的完善度、与公安系统的最近距离等因素来完善地震避灾点空间选址适宜性评价体系，进而形成一套较为完备的适用于台湾地区的地震避灾点空间选址适宜性评估体系。加强台湾与大陆的交流合作，为国内其他地区的政府及相关部门规划应急避难场所提供参考意见，从而更好地发挥地震避难场所的功能而服务于民，降低当地居民的潜在受灾风险、减少受灾损失，促进区域经济健康稳定发展。

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［11］ 温坤礼，黄宜丰，张伟哲，等．灰关联模型方法与应用［M］．台北:高立图书有限公司，2003．