基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估研究進展

燕 群，蒙 吉 軍＊，康 玉 芳

（1.北京大學城市與環境學院，地表過程分析與模擬教育部重點實驗室，北京 100871;2.中國石油吐哈油田分公司，新疆 鄯善 838202）

基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估研究進展

燕 群1，蒙 吉 軍1＊，康 玉 芳2

（1.北京大學城市與環境學院，地表過程分析與模擬教育部重點實驗室，北京 100871;2.中國石油吐哈油田分公司，新疆 鄯善 838202）

城市自然災害風險分析與評估關系到城市災害預警、預案、災害風險管理、城市防災規劃等諸多方面，是城市安全和人類安身的基礎。該文從城市防災規劃的需要出發，首先，定義了基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估的內涵，針對城市防災規劃的特點和自然災害風險分析的評價目標，構建基于防災規劃的城市自然災害評估模型與評估流程。其次，將風險分析過程分為致災因子分析、暴露性分析、脆弱性分析3部分，并介紹了常用的評估方法。最后提出：服務于防災規劃的城市自然災害風險研究，應搭建時空橋梁，強化自然災害風險評估成果在城市防災規劃中的應用;著重將多災種風險評估服務于綜合規劃，單災種風險評估服務于專項規劃;通過完善評估模型，合理運用GIS、RS等技術深化自然災害風險分析評估在城市防災規劃中的應用。

城市防災規劃;自然災害風險;分析與評估

近年來，隨著各種自然災害的頻發，城市安全受到了極大沖擊。如2010年西南五省遭遇60年來最嚴重的特大干旱，青海省玉樹發生的7.1級地震，以及甘肅省舟曲縣發生的特大泥石流……城市自然災害風險成為國內外研究的焦點［1，2］。目前，國內外對災害風險的理解大致分為兩種觀點：一是將風險看成是災害可能引起損失的大小;二是將風險看成是災害引起某一程度損失的概率大小［3，4］。聯合國將自然災害風險定義為：在一定區域和給定時段內，由于特定的自然災害而引起的人民生命財產和經濟活動的期望損失值［5］。自聯合國1987年將1990－2000年確定為“國際減災十年”以來，國內外對城市防災規劃進行了大量研究，大致可分為宏觀、中觀、微觀3個層面。宏觀層面包含城市綜合防災機構與預警制度［6］、城市災害風險分析與評估［7］、災害發生后應急對策［8］;中觀層面包含城市綜合防災空間布局［9，10］和城市防災體系自身布局［11］;微觀層面則主要是防災工程規劃［12，13］。城市災害風險分析與評估是針對城市災害現狀制定預警制度和應急管理措施的基礎，為城市綜合防災布局及城市防災體系布局提供現狀基底，同時是編制和實施防災工程規劃的前提。城市災害風險分析與評估的結果還可運用于農業生產、保險、項目可行性分析等多個領域［14－17］。目前，國內外對城市自然災害評估方法的研究較多，但多數未涉及評估結果的應用，為彌補此不足，本文針對防災規劃中城市自然災害風險的分析與評估方法、評估流程及模型進行總結與分析。

1 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估的特點

1.1 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估的內涵

災害是地球表層孕災環境、致災因子、承災體綜合作用的產物［18］，目前，我國城市面臨的自然災害主要有地震、洪澇、干旱、臺風、冰雹、滑坡、泥石流、沙塵暴等［19］。張明媛等用“城市承災能力”評估多種災害對城市的作用及城市受災后的綜合反應［20］，劉智從城市脆弱性和危機彈性兩方面建立“城市抗災力”度量模型［21］。相比之下，城市自然災害風險評估更側重于城市內部災害風險分析及區劃，但與城市承災能力、抗災力也有相同之處，例如，城市承災能力中的“抗災能力”與“易損性”同樣是承災體的屬性，區別在于分別是該屬性的正反兩方面［12］。結合城市防災規劃的要求，本文將城市自然災害風險評估的內涵界定為：自然災害（致災因子）發生的概率和災害發生后可能造成社會、經濟、城市建設和環境等各方面的損失以及損失程度的空間分布。

1.2 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估的特點

（1）評價過程的多災種研究。針對目前我國城市防災規劃編制方法存在的災種偏少、手段單一、缺乏評估內容和協調機制等問題，2006年開始實施的新版《城市規劃編制辦法》強調城市“綜合防災”。但是，國內外對城市災害風險評估的研究主要集中在單一災種方面，如地震［22］、滑坡［23］、地裂縫［24］、洪災［25］、火災等［26］。1949年以來，我國在氣象、地震、海洋、洪水、地質、農、林7大類自然災害的減災工作方面，形成了自成一體的監測、預報、防災、抗災、救災、援建的工作管理系統，但無論是減災能力還是管理水平，與發達國家相比還有一定的差距［25］。由于一種災害的發生通常會伴隨或者引致其它災害的發生，單一災種的研究已經無法滿足城市防災減災的需要，災害鏈、災害群等概念逐漸成為城市自然災害綜合防治的關鍵［27］。目前，我國多數城市自然災害分析評估都不是多災種的綜合評估，使得防災規劃大都按單災種評估結果進行內容和要點的羅列，導致城市防災規劃的實際指導意義不大。基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估須具備評價過程的多災種研究特點。

（2）評價結果的時空表達。城市自然災害風險評估結果具有時空表達性，可直接為城市防災規劃提供依據。從空間尺度看，目前國內城市自然災害風險評估的結果主要分為4種類型：一是從全市尺度的評估，結果主要用于不同城市之間或同一城市不同災種之間的橫向對比［28，29］;二是以一定的行政邊界為統計單元的評估，尺度較大的有針對市域范圍的分縣市成果表達［30］和市區范圍的分區成果表達［31］，尺度較小的有精確到社區和街道的成果表達［28］;三是以地理信息柵格為評價單元、無明顯行政界限的評估［32］，借助RS、GIS等技術與數學評估模型的耦合［33］。從時間尺度看，一方面，作為概率分布的一種，自然災害風險分析和評估應該建立在歷史數據分析和自然演變規律總結的基礎上;另一方面，分析與評估結果應適當對未來進行預測，分別為短期、中期、長期防災規劃服務。

2 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估流程

2.1 城市自然災害風險評估模型

目前，國內外應用較廣泛的災害風險分析與評估模 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）。各模型共有的特點體現在：都適用于多個空間尺度（城市、地區、社區等）;均考慮了多種災種，且主要反映可能引發重大災難的危險因素;根據具體情況選擇合適的評估方法，且方法反映了災害事件發生的可能性和后果;風險評估結果對風險管理和減災計劃有重要指導價值。其中，UNDRO模型具有強調空間特性、綜合全面分析、評估專業性強等優點，最能突出基于城市防災規劃的災害風險分析與評估的特點［40］。

表1 城市自然災害風險分析與評估模型對比Table 1 The comparison of urban natural disaster risk analysis and assessment models

2.2 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估流程構建

在UNDRO模型的基礎上，構建基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估流程（圖1），其中，自然災害風險辨識、自然災害風險分析、自然災害風險評估是該流程的主要組成部分。

圖1 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估流程Fig.1 Process of natural disaster risk analysis and assessment based on urban disaster prevention plan

（1）風險辨識。自然災害風險辨識是搜集資料、建立數據庫、確定方法和標準、進行科學風險分析與評估的前提，指確定規劃范圍內的災害風險管理對象和目標，在地質地貌、水文、氣象調查基礎上，明確孕災環境和致災因子;在經濟社會調查的基礎上，明確承災體。承災體反映了不同城市因政治制度、經濟體制、人口數量、文化差異，相同致災強度的致災因子造成影響的差異［41］。

（2）風險分析。城市自然災害風險分析的目的是要系統地認識、恰當地描述、正確地估測災情，并制定對策以便有效調控災情的狀態。災情是災害系統中各子系統相互作用的產物，在多災種共存的城市自然災害系統中，單種災害集中發生形成的災害群及其誘發的次生衍生災害形成的災害鏈交織在一起，具有綜合性、復雜性等特點。基于防災規劃的城市自然災害風險分析一般通過致災因子分析、暴露性分析和脆弱性分析3方面來實現。

（3）風險評估。城市自然災害風險評估是建立在風險辨識和風險分析基礎上的自然風險定量過程，它是進行風險分級、風險疊加、經濟影響分析的前提。自然災害風險評估從時間角度可以分為災前預評估、災時跟蹤評估和災后評估3個階段;從空間特征考慮可以分為點評估、面評估和區域評估3個層次;從項目維度可以概括為災害風險評估、損失評估、生態環境評估和防災工程的減災效應評估等。

（4）城市防災規劃。基于城市自然災害多災種綜合評估的結果，應結合《城市規劃編制辦法》的要求，強調防災規劃與城市總體規劃對接，注重防災規劃成果與其它專項規劃相協調，完善災害風險評估支持系統［42］。

由于城市防災規劃具有空間尺度特性，相應地，自然災害風險分析與評估的尺度也與研究區的比例尺、空間分辨率相對應，一般分為市級、區級（建成區）、社區級3個尺度。除自然、社會、經濟統計資料外，不同尺度對應不同遙感數據源（表2）［28］。

表2 基于防災規劃的城市自然災害風險分析與評估尺度Table 2 The scale of urban natural disaster risk analysis and assessment based on urban disaster prevention plan

3 基于防災規劃的城市自然災害風險分析

3.1 致災因子分析

致災因子是指可能造成財產損失、人員傷亡、資源與環境破壞、社會系統紊亂等孕災環境中的異變因子，是導致災害發生的直接原因。致災因子的選擇應堅持針對性、綜合性、全面性原則，從風險的角度，致災因子的致災程度可用下式表達［43］：

式中：H-Hazard指風險源的危險性;M-Magnitude指風險源的變異強度;P-Possibility指自然災變發生的概率。

一般從災害引發因素、致災因子空間分布、致災因子作用周期、致災因子等級和強度以及致災因子概率分析幾方面衡量致災因子的致災程度［44］。王靜愛等［19］從多樣性、被災頻次、相對綜合致災強度三方面分析致災因子的區域分異;張俊香等分別應用直方圖法、信息擴散法和內集－外集模型評估方法進行了致災因子風險分析［45］;楊秋珍等提出了氣象致災因子危險度及點面相結合的模型來診斷致災因子的危險性［46］。致災因子分析一方面為災害風險評估提供條件，另一方面為城市選址提供依據;此外還可從空間尺度上為城市多因子自然災害綜合區劃提供參考［28］。

3.2 暴露性分析

暴露性反映的是暴露于自然災害風險下的承災體數量，與特定致災因子作用于空間的危險地帶有關。暴露性和脆弱性的本質區別在于脆弱性是承災體本身的屬性，而暴露性是致災因子與承載體相互作用的結果。城市規劃中的自然災害風險暴露性分析應該從多個空間尺度，依次進行風險區確定、風險暴露要素（承災體）分析、暴露要素評估。宏觀尺度可以將居民區、城市、流域等作為暴露要素，微觀尺度可以將建筑物、機場等作為暴露要素［28］。暴露性分析一般包括基礎資料搜集、實地調查、價值估算3個步驟。價值估算的方法有重置成本法［47］、市場比較法［48］、成本法、剩余法等。其中，重置成本法是最常見的建筑物暴露性的價值估算方法，指對城市建筑物財產按重置成本的方法來評估其暴露的價值量（式（2）），其它3種方法主要針對環境要素類承災體（土地資源、水資源等）。

式中：重置價格指在當前建筑工藝、材料價格及人工費用情況下，重新建造該建筑物所需要的費用評估值;殘值率指遭受自然災害侵襲后的建筑物殘值與建筑物造價的比值，其數值可以參考國家相關技術規定;成新度指建筑物的新舊程度，其數值可參考國家相關技術規定。

3.3 脆弱性分析

IPCC對脆弱性的定義是：一個系統，其子系統和系統的組成部分在外界壓力（脅迫和干擾）下受到損害的可能程度［49］。國內相關研究主要從不同空間尺度［50，51］和不同災種［52，53］的角度 入手，通過 建立評估指標體系［54］或繪制脆弱性曲線［55］分析脆弱性強度。國際相關組織提出定量脆弱性的各種指標，包括 環 境 脆 弱 性 指 標 （EVI）［56］、環 境 永 續 性 指 標（ESI）［57］、災害風險評估指標（DRI）［58］等。但是，這些指標均側重系統的自然屬性，基于防災規劃的城市自然災害風險分析，應在考慮城市自然地理條件的基礎上，結合城市社會經濟屬性，以及人類在面對災害時的學習和適應能力，建立分析和評估模型（圖2）。系，以表格或散點圖（趨勢線）的方式來描述。

4 基于防災規劃的城市自然災害風險評估方法

圖2 基于防災規劃的城市自然災害風險脆弱性分析框架Fig.2 The framework of urban natural disaster risk franqibility analysis and assessment based on urban disaster prevention plan

脆弱性曲線一般用于描述承災體的損害程度，又稱為脆弱性函數或災損（率）函數或災損（率）曲線，常運用于城市防災規劃中的建筑物脆弱性分析［55］。建立脆弱性曲線的關鍵在于，首先對建筑及內部財產進行分類、總價值估算、損失價值估算;其次，針對每類承災體，將損失絕對值、單位面積損失或損失率作為因變量，建立其與災害強度參數的關

（1）概率和統計方法。運用概率和統計方法計算災害風險的理論依據是災害的隨機不確定性。該方法在災害研究中的應用包括災害極值推斷、異常事件的頻數分布、等級排序統計等［59］。該方法一般通過極大似然估計、經驗貝葉斯估計等實現［60］，主要適用于大尺度范圍內臺風、暴雨、洪災、泥石流、地震等的災害風險評估。

（2）指數方法。指數是綜合反映由多種因素組成的現象在不同時間或空間條件下平均變動的相對數，主要表現為動態相對數形式，即以基期為100來表示報告期相對于基期的數值。在城市自然經濟基礎數據完備的情況下易于計算，常用于臺風、地震等主要城市自然災害類型［61］。

（3）層次分析法。是一種定量與定性相結合的評估方法，它通過對諸因子的兩兩比較、判斷、賦值，得到一個判斷矩陣，從而將人的主觀判斷用數量形式進行處理和表達［62］，是城市規劃中自然災害風險評估過程中重要的綜合評估方法。但是，該方法可能因主觀性而導致誤差。

（4）模糊評估法。其基本出發點是解決承災體因受各種不確定因素的影響而形成的模糊性。模糊評估法包括模糊綜合評估法和模糊聚類法兩種，前者主要根據模糊關系原理，將一些邊界不清而不易定量的因素定量化并進行綜合評估［63］;后者彌補了傳統聚類方法“非此即彼”的弊端，常用于災害風險區劃［64］。

此外，城市自然災害評估的方法還有灰色系統評估法［65］、人工神經網絡評估法［66］、加權綜合評估法［67］以及基于信息擴散的評估方法［68］等。一般評估方法的選擇因評估目的而異。此外，針對不同評估對象，通常選擇多種評估方法實現綜合評估;針對同一評估對象，有時也選擇多種評估方法共同參與評估過程。

5 研究展望

城市防災規劃的制定建立在深入調查規劃區自然地理條件、社會經濟狀況的基礎上，反映規劃區自然災害風險現狀。探討自然災害風險分析與評估的內涵，合理選擇分析方法和評估模型是科學制定防災規劃的前提。基于城市防災規劃，未來城市自然災害風險分析與評估研究應關注以下幾方面：

（1）搭建時空橋梁，強化自然災害風險評估成果在城市防災規劃中的應用。自然災害風險評估的空間特性對城市防災規劃的意義體現在：首先，服務于城市總體規劃中建設用地的空間布局、基礎設施的空間配置、生命線系統的空間規劃等;其次，聯系災害風險分析成果（致災因子分析的風險區劃圖等）和災害風險評估（災害風險等級空間分布圖）成果;再次，利用GIS疊加分析等手段，綜合各單災種評估結果，生成綜合災害風險評估成果，服務于不同等級的規劃。自然災害風險評估的時間特性對城市防災規劃的意義在于，通過對時間序列的演繹和預測，模擬災害風險的發展演化趨勢。結合城市發展格局和全球氣候環境演變等，有針對性地分別為城市規劃的近期、中期、遠期提供參考。

（2）多災種風險評估服務于綜合規劃，單災種風險評估服務于專項規劃。根據綜合災害風險評估劃分城市自然災害分級區域，從根本上重視城市建設用地的選址工作。進行科學的城市功能布局，布置安全可靠的城市生命線系統，合理開發布局避災場地和地下空間。根據單災種風險評估科學設計防震、防洪、防火、交通等城市各項設施。例如，針對不同災害風險等級區域制定建筑抗震規范等。

（3）完善評估模型，合理運用GIS、RS等技術。完善評估模型是科學地進行城市自然災害風險分析與評估的基礎。不僅應針對城市防災規劃的尺度要求，建立適用于不同評估精度的模型，而且需要基于一定的仿真系統（如agent、元胞自動機等），研究自然災害風險的不確定性，以建立精度更高的自然災害風險評估模型。將GIS、RS等技術運用于城市自然災害風險分析與評估，以實現評估結果的空間表達和不同尺度評估結果嵌套、不同數據源的對接。結合目前我國城市自然災害風險評估現狀，一方面要提高智能化操作，實現根據規劃目標、數據可得性、情景模擬、指標可行度等來選擇合適的模型與參數;另一方面需通過空間技術實現數據的實時更新，不斷細化空間分辨率等。

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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

國家自然科學基金項目（40871048）

燕群（1987－），女，碩士研究生，主要從事資源環境管理、土地變化科學研究。＊通訊作者E－mail：jijunm＠pku.edu.cn