張以晨，郎秋玲，陳亞南，張繼權，田書文

(1.長春工程學院吉林應急管理學院，吉林 長春 130021;2.長春工程學院勘察與測繪工程學院，吉林 長春 130021;3.長春工程學院水利與環(huán)境工程學院，吉林 長春 130021;4.東北師范大學環(huán)境學院，吉林 長春 130117)

地質(zhì)災害風險評價是國內(nèi)外學者研究的重要熱點問題。2019年11月習近平總書記在中央政治局第十九次集體學習時強調(diào)，要健全風險防范化解機制，堅持從源頭上防范化解自然災害風險。地質(zhì)災害風險評價是地質(zhì)災害防治、汛期地質(zhì)災害預報預警以及國土空間規(guī)劃編制的重要依據(jù)，對于提升風險早期識別能力，逐步實現(xiàn)災害治理向風險治理轉(zhuǎn)變具有重要意義。近年來，各省相繼開展了1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查與區(qū)劃綜合研究工作，地質(zhì)災害風險評價是該項工作的重要內(nèi)容，評價結(jié)論的合理與否，將直接關系到?jīng)Q策的合理性。本研究基于自然災害風險理論，從致災因子的危險性、承災體的暴露性和脆弱性以及防災減災能力選取評價指標，構建地質(zhì)災害風險評價模型，對吉林省地質(zhì)災害進行風險區(qū)劃。

1 自然災害風險形成評價

自然災害風險是指在未來若干年內(nèi)可能達到的災害程度及其發(fā)生的可能性[1]。聯(lián)合國在20世紀90年代公布了自然災害風險的評估方法，并在1999年7月提出以“減輕災害和危險”為主題的《國際減災戰(zhàn)略》(ISDR)倡議[2-3]。目前，國際上公認的自然災害風險形成理論是區(qū)域自然災害風險，是由危險性、暴露性和脆弱性三個因素作用而形成[4-6]。張繼權等[7-8]認為，區(qū)域自然災害風險還與當?shù)胤罏臏p災能力密切相關，防災減災能力也是制約和影響自然災害風險的一個重要因素。因此自然災害風險形成理論可以用式(1)進行表述(圖1)。

自然災害風險度=危險性×暴露性×脆弱性×防災減災能力

(1)

圖1 自然災害風險形成理論示意圖Fig.1 Schematic diagram of natural disaster risk formation theory

災害風險綜合防范事關人民生命安全，事關經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開展自然災害風險評價對防災減災和環(huán)境保護具有重要意義。

地質(zhì)災害風險評價是自然災害風險研究的內(nèi)容之一[9]，是對區(qū)域內(nèi)發(fā)生不同強度的地質(zhì)災害的可能性以及對其造成損失進行定性和定量的分析過程[10]。在地質(zhì)災害風險評價中，危險性是指地質(zhì)災害發(fā)生的空間概率、誘發(fā)因素的時間概率以及規(guī)模(強度)的函數(shù)。暴露性是指可能受到地質(zhì)災害威脅的經(jīng)濟、社會和自然環(huán)境系統(tǒng)，具體包括農(nóng)業(yè)、人類生存生活條件以及生態(tài)環(huán)境等。脆弱性是指某一區(qū)域的承災體由于潛在地質(zhì)災害危險因子而造成的傷害或損失程度。防災減災能力也稱為恢復力，是人類社會為保障承災體免受或者少受地質(zhì)災害威脅，所擁有的基礎條件和專項防御地質(zhì)災害的能力，防災減災能力越強，可能遭受的損失越少，地質(zhì)災害風險越小[11]。傳統(tǒng)的風險評估的方法主要包括定性、定量和二者結(jié)合三大類，如層析分析法、信息量法、神經(jīng)網(wǎng)絡模型、模糊綜合評判法、灰色聚類法、遺傳算法和熵組合權重法等[12]。進行地質(zhì)災害風險評價可以為風險管理奠定基礎，是減輕和避免災害的最簡單有效的控制措施[13]。

2 地質(zhì)災害風險評價模型構建

2.1 評價指標體系的構建

評價方法從災害的機理出發(fā)，根據(jù)研究區(qū)的特定條件，借鑒已有的研究成果以及經(jīng)驗選取適當?shù)闹笜?，構建適合于研究區(qū)的綜合評價指標體系，建立數(shù)學模型，從而判定區(qū)域的風險大小。

2.1.1評價指標的選取

目前常用的指標選取的方法有頻度統(tǒng)計法、專家調(diào)研法、理論分析法和公眾參與法等。地質(zhì)經(jīng)驗法作為最基本、最常用的指標因子篩選方法，是其他方法的基礎?；谧匀粸暮︼L險形成理論，根據(jù)已有的經(jīng)驗，可以從危險性(H)、暴露性(E)、脆弱性(V)和防災減災能力(R)四個因子層選取評價指標，地質(zhì)災害風險評價指標體系如圖2所示。

圖2 地質(zhì)災害風險評價指標體系圖Fig.2 Geological disaster risk assessment index system diagram

2.1.2評價指標權重

指標權重的賦值對評價結(jié)果的準確性具有重要影響，不同的賦權方法會得到不同的權重值。目前常用的指標賦權的方法主要分為三類。第一類是主觀賦權法，如層次分析法和德爾菲法等；第二類是客觀賦權法，如信息量法、熵值法、模糊綜合評價法、證據(jù)權重法和灰色關聯(lián)分析法等；第三類是主觀-客觀綜合賦權法，如熵組合權重法等[11-14]。

2.2 評價模型

2.2.1地質(zhì)災害易發(fā)性評價模型

地質(zhì)災害易發(fā)性評價是對災害發(fā)生的可能性進行預測，是地質(zhì)災害危險性評價的基礎，早期主要為定性分析，隨著科技的發(fā)展，評價方法逐步由定性分析轉(zhuǎn)為定量分析[15]。Logistic回歸模型具有計算方法簡單有效、物理意義明確的特點，所以本文應用Logistic回歸模型構建地質(zhì)災害易發(fā)性評價模型。應用Logistic回歸模型來開展地質(zhì)災害易發(fā)性評價其實質(zhì)就是尋找最優(yōu)的擬合函數(shù)來定量化描述地質(zhì)災害的發(fā)生和一組獨立的參數(shù)如坡度、坡向、地質(zhì)構造、地層巖性、水系等之間的關系[15-16]。

如果某一事件或現(xiàn)象，其發(fā)生的可能性或概率設為P，取值范圍為(0,1) 。當P的取值越接近于0或者1時，P值的變化就很難捕捉，因此需要對P值進行變換。一般取P/(1-P)的自然對數(shù)，即用ln[P/(1-P)]對P的變化進行量度，此時LogitP變化范圍就為(-∞, +∞)。則有：

LogitP=1/(1+e-z)

(2)

式中，z=α+β1x1+…βnxn，則：

P=1/(1+e-(α+β1 x1+…βn xn))

(3)

式中：P——事件的效用函數(shù)，表達為自變量x1，x2，x3…xn的線性組合；

βn——變量的估計參數(shù)，模型中βn為邏輯回歸系數(shù)；

α——常數(shù)[16-18]。

2.2.2地質(zhì)災害危險性評價模型

地質(zhì)災害危險性是地質(zhì)災害風險評價的關鍵內(nèi)容，它是在易發(fā)性評價的基礎上增加地質(zhì)災害發(fā)生的時間概率或強度分析。因此，地質(zhì)災害危險性是地質(zhì)災害發(fā)生的空間概率、誘發(fā)因素的時間概率或規(guī)模、強度的函數(shù)[18]。地質(zhì)災害危險性評價的主要內(nèi)容包括：地質(zhì)災害發(fā)生的空間概率問題，即地質(zhì)災害易發(fā)性；地質(zhì)災害誘發(fā)因素發(fā)生的頻率、概率或強度、規(guī)模問題。根據(jù)上述定義建立危險性評價模型。

H=S×(D×wd+T×we+HA×wh)

式中：H——地質(zhì)災害危險性；

S——地質(zhì)災害易發(fā)性；

D——降雨指標；

T——地震強度指標；

HA——人類工程活動強度指標；

wd、we和wh——分別為其權重系數(shù)。

2.2.3地質(zhì)災害承災體暴露性和脆弱性以及防災減災能力(恢復力)評價模型

地質(zhì)災害承災體暴露性評價是對暴露于地質(zhì)災害下的價值進行評價；脆弱性評價是對暴露于地質(zhì)災害下的承災體價值損失程度進行評價。防災減災能力是用于防治和減輕地質(zhì)災害的各種措施和對策，與地質(zhì)災害風險呈反相關[19]。根據(jù)評價指標體系，采用綜合加權評價法作為地質(zhì)災害暴露性和脆弱性以及防災減災能力評價模型。綜合加權評價法在數(shù)理統(tǒng)計的基礎上形成，主要是用一定的統(tǒng)計方法依照原始數(shù)據(jù)構造一個綜合性指標。吉林省地質(zhì)災害承災體暴露性和脆弱性以及防災減災能力(恢復力)評價模型見式(5)。

(5)

式中：P——評價對象所得的總分；

n——評價指標個數(shù)；

Wi——第i項指標的權重系數(shù)；

Xi——第i項指標的量化值。

其中，0≤Xi≤1，Wi≥0。

2.2.4地質(zhì)災害風險評價

利用自然災害風險形成原理，綜合考慮構成地質(zhì)災害風險四因子，以及選取的指標體系，利用綜合加權評價法，建立如式(6)地質(zhì)災害風險指數(shù)模型。

GDR=(H)×(E)×(V)×(1-R)

(6)

式中：GDR——地質(zhì)災害風險指數(shù)，其值越大代表地質(zhì)災害風險越大；

H、E、V、R——分別表示地質(zhì)災害危險性、暴露性、脆弱性和防災減災能力因子指數(shù)。

3 研究實例-吉林省縣(市)地質(zhì)災害風險評價與區(qū)劃

3.1 研究區(qū)概況

吉林省地處中國東北地區(qū)中部。北鄰黑龍江省，西與內(nèi)蒙古自治區(qū)相連，西南接遼寧省，東部與俄羅斯接壤，東南隔圖們江、鴨綠江與朝鮮相望。面積 187 400 km2，約占全國國土面積的2%。全省年平均氣溫2～6 ℃。地表水由河流、泡塘和湖泊、水庫構成，具有一定規(guī)模的河流2 093條，河網(wǎng)密度0.19 km/km2，河流分屬松花江、遼河、圖們江、鴨綠江、綏芬河五大水系。年降水量范圍約為300～1 000 mm，降水強度分布的總趨勢是夏季大于其它季節(jié)。東南部大于西北部，連續(xù)或高強度、超高強度降水常導致崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害的發(fā)生。

3.2 評價指標的選取

基于自然災害風險理論，根據(jù)已有的研究成果，使用地質(zhì)經(jīng)驗法，從危險性、暴露性、脆弱性和防災減災能力四個因子層選取評價指標(表1)，并使用分位數(shù)法對分類指標進行量化與分級。

3.3 評價指標權重

(7)

(8)

(9)

(10)

Wtotal——表示在多個條件因子中Ni的總權重；

C——表示條件因子與滑坡災害的相關性。

使用熵值法計算暴露性、脆弱性和防災減災能力的指標權重值，設有m個對象，n個評價指標，各個指標屬性值為bij，對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理，規(guī)范化的決策矩陣B={bij}m×n令：

(11)

則信息熵為：

(12)

第j項指標的權重為：

(13)

證據(jù)權重法與熵值法的權重計算結(jié)果見表1和表2。

表1 地質(zhì)災害危險性評價指標Table 1 Geological disaster risk assessment indicators

表2 地質(zhì)災害暴露性、脆弱性和防災減災能力評價指標Table 2 Evaluation indicators of geological disaster exposure, vulnerability and disaster prevention and mitigation capabilities

3.4 評價結(jié)果

通過構建的地質(zhì)災害評價模型，計算吉林省全省范圍內(nèi)地質(zhì)災害易發(fā)性、危險性、暴露性、脆弱性、防災減災能力和綜合評價結(jié)果(圖3～圖6)。

圖3 吉林省地質(zhì)災害危險性分區(qū)圖Fig.3 Geological hazard risk subarea map of Jilin Province

圖4 吉林省地質(zhì)災害承災體暴露性分區(qū)圖Fig.4 Geological hazard bearing body exposure Subarea map of Jilin Province

圖5 吉林省地質(zhì)災害承災體脆弱性分區(qū)圖Fig.5 Vulnerability zoning map of geological hazard bearing body in Jilin Province

圖6 吉林省地質(zhì)災害防災減災能力分區(qū)圖Fig.6 Zoning map of the ability of disaster prevention and mitigation capabilities geological disasters in Jilin Province

根據(jù)最優(yōu)分割法確定閾值，得到吉林省地質(zhì)災害風險評價結(jié)果。遵循“區(qū)內(nèi)相同，區(qū)際相異”原則，將風險評價結(jié)果連接成區(qū)呈現(xiàn)在圖上，形成吉林省地質(zhì)災害風險分區(qū)圖(圖7)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，處于高風險的集安、通化縣、臨江等地地質(zhì)災害發(fā)育。劃分結(jié)果與野外調(diào)查情況一致，劃分結(jié)果科學合理。

圖7 吉林省地質(zhì)災害風險分區(qū)圖Fig.7 Geological disaster risk zoning map of Jilin Province

4 結(jié)論與展望

(1)本文基于自然災害風險形成理論，從致災因子、孕災環(huán)境和承災體入手，考慮危險性、暴露性、脆弱性和防災減災能力，構建了地質(zhì)災害風險評價模型。將該模型用于吉林省地質(zhì)災害風險區(qū)劃，評價結(jié)果是合理可行的，為省級地質(zhì)災害風險評價提供一個更為有效的途徑。

(2)該模型的應用具有一定的理論和現(xiàn)實意義，能夠有效指導開展省級地質(zhì)災害風險管理。在此基礎上，可以構建動態(tài)的地質(zhì)災害風險評價模型，結(jié)合氣象資料，開展省級地質(zhì)災害風險預警。