汪嘉俊,翁文國
(清華大學 公共安全研究院,北京 100084)
2018年3月,根據第十三屆全國人民代表大會第一次會議批準的國務院機構改革方案,中華人民共和國應急管理部設立[1],改變以往多個部門管理多個災種的局面,將自然災害(以下簡稱災害)和事故災難(以下簡稱事故)統籌管理。災害和事故發生頻率較高,且1個地區往往容易受到多個災害和事故的影響,因此受到學者的廣泛關注。目前,一般使用“多災種”來描述多個災害事故同時產生影響的情形[2]。“多災種(multi-hazard)”這個概念首先在1992年召開的聯合國環境與發展大會通過的《21世紀議程》中出現,報告認為需要對人類居住區的風險和脆弱性進行全面的多災種研究[3]。此后,兵庫行動框架[4]、約翰內斯堡計劃[5]等都提出了“多災種”相關的觀點,其關注點包括脆弱性分析、對災害事故進行風險評估和降低風險等方面,即針對災害事故本身而言,風險分析是研究的重點,伴隨著“多災種”一詞產生的就是各種多災種風險分析方法,以更好地認識和降低多災種的風險。目前,針對單一災害或者事故的研究較為成熟,但這種風險分析的結果往往是不準確和不完備的,只有在考慮和分析所有相關威脅的情況下,才可能有效地降低風險。然而,與單一災害或事故的風險分析相比,多個災害事故的風險分析顯得更為復雜多變,主要因為各類災害事故的特征不同,因此分析方法亦有較大差異,且多種災害事故并發時,之間的相互關系十分復雜,因此并不能簡單地將不同的災害進行疊加。目前國內外的研究者提出了許多不同的研究方法,多種分析方法需要進行調整和統一,才能適用于更為普遍的情況。
經過多年的多災種研究,人們普遍認識到,災害事故間存在著復雜的相互關系,因此大量相關的概念、術語和定義被提出。但是,這些定義可能存在交叉、重疊與矛盾。例如:對于災害的鏈式關系,史培軍[6]認為“災害鏈是因一種災害發生而引起的一系列災害發生的現象。”對于Cascading一詞,Cutter等[7]認為其描述了初始災害的直接或間接結果,Giulio等[8]認為其表示的是主要事件觸發下1個事件,Carpignano等[9]認為地震觸發滑坡就是1個典型的Cascading事件。Cozzani等[10]認為domino效應是“一種事故,其中1個主要事件傳播到附近的設備,觸發1個或多個次要事件,導致比初始事件更嚴重的總體后果。”對于compound一詞,Hewitt和Burton[11]認為其描述的是“同時發生的多次災害可能產生社會風險,如風暴伴隨著強風暴、冰雹、閃電災害”,而史培軍[6]將其翻譯為災害遭遇(disaster compound),即“同時或順序發生2個或多個(極端)災難事件,即使單個事件本身不是極端事件,事件也會因遭遇的影響而擴大。”
綜上,目前對于災害事故間的相互關系,仍沒有采用統一的概念方法,缺乏具有普適性的一套術語來進行全面的概括。因此,首先要明確不同多災種情形的本質特征,確定不同的概念和定義的評價對象(如適用于災害還是事故,或者二者兼有),把握住災害事故間關系的核心內容,在一個較為統一的多災種概念框架下進行相關的風險分析。
通過廣泛地閱讀文獻,提取概念,分析案例,本文試圖根據不同的災害事故相互關系,以區分不同的多災種情形,建立覆蓋面較廣的多災種概念框架。基于對多災種(主要針對自然災害和事故災難)相關定義和概念的梳理,將多災種情形分為:災害事故相互增強、災害事故互斥削弱、災害事故互不影響3大類。這里災害和事故的并行發生也叫并行災害事故。多災種(multi-hazard)的概念框架如圖1所示。

圖1 多災種(multi-hazard)概念框架Fig.1 Conceptual framework of multi-hazard
1)災害事故相互增強是多災種風險分析中重點關注的部分。因為災種間相互關系的存在,多災種的風險分析并不能作為單災風險的簡單線性加和,尤其是在災害事故相互增強時,若無法準確地認識到其相互作用增強的具體過程,則會導致對實際災害事故的風險及危險性產生低估,進而無法提供準確的防災減災建議,可能導致災難性的后果。對于災害事故間的相互增強的理解,一種情況是某1個或多個災害事故過程引發了另1個或多個災害事故過程,導致了受災數量增多、受災程度加深、受災范圍擴大;另一種情況是災害事故的狀態過程由于另1種或多種災害事故的作用而發生改變,導致災害事故的強度增大,后果更嚴重。災害事故相互增強的情形可分為以下5類:
①Natech事件。Natech一詞最早于1994年由Showalter和Myers提出,指代自然災害事件引發的技術緊急事件(natural hazard events that trigger technological emergencies)[12],即自然災害引發的事故災難。在實際情況中,地震、風暴、洪水、雷電等自然災害較為容易引起Natech事件,同時,縱觀國內外的研究,發現化工園區是Natech事件的重點關注區域,其關鍵工藝設備易受自然災害的影響。風暴、地震、洪水等自然災害通過外力沖擊導致化工園區中相關結構破壞,造成存儲有毒物質的儲罐泄漏,是Natech事件的主要演化模式。同時,設備單元之間的擠壓碰撞也有可能造成容器壓力失穩,導致爆炸。
②人為激發災害(man-induced disasters)。人為活動(包括事故災難)也有可能激發自然災害,把這種多災種情形稱為人為激發災害。由于事故災難和自然災害互相引發,因此Natech事件和人為激發災害也稱作跨類別災害,如圖2示。

圖2 跨類別災害示意Fig.2 Schematic diagram of cross-category disaster
③災害鏈(disaster chain,cascading disasters)。災害鏈描述的是自然災害之間的鏈式關系,即1種或多種災害(父災害)發生導致其他災害(子災害)發生,其概念多見于國內學者的研究當中。1987年,郭增建[13]將“一系列災害相繼發生的現象”定義為“災害鏈”,并進一步將其細分為因果鏈、同源鏈、互斥鏈和偶排鏈,這也是國內首次提出“災害鏈”的概念。此后,國內學者針對災害鏈的多災種情形展開了一系列研究,并提出了自己對于災害鏈的具體定義,但都圍繞著“導致發生”這一核心內容。國外的研究者也提出了級聯(cascading)、連鎖(knock-on)、觸發(triggering)等[7-8]類似的概念,但描述的也都是災害之間的引發關系。
根據父災害和子災害的對應關系,可將災害鏈分為:直鏈式災害鏈、發散式災害鏈、集中式災害鏈和復雜網絡式災害鏈。直鏈式災害鏈是“一對一”的單向形成的災害鏈,即1種子災害由且僅由1種父災害觸發,災害的鏈式關系較為簡單;發散式災害鏈是同1個父災害導致了多個子災害的發生,若父災害不發生,則所有的子災害也不發生;集中式災害鏈為若干災害通過相互作用或者各自直接激發導致新的災害,即在集中式災害鏈中,子災害可以由多種父災害共同作用而引發,某種父災害單獨存在時也可能引發子災害;復雜網絡式災害鏈指災害之間的發生關系呈現網絡態,1個災害可能由多個災害導致,也可能導致多個災害的發生。
④多米諾效應(domino effect)。多米諾效應是指在事故災難中,當初始事故發生后,事故的擴散導致1個或多個相鄰設備發生事故,導致總事故比最初事故更嚴重的現象。多米諾效應的概念研究很多[10,14],其核心為“初始事故——傳播途徑——目標設備或單元”,其本質上是一種“事故鏈”。在工業生產中,多米諾事故通常為火災、爆炸和有毒物質泄漏,其中火災熱輻射、爆炸碎片、爆炸沖擊波是導致事故傳播的3個主要因素。一般來說,有毒物質泄漏并不會進一步引起“火、爆、毒”事故,因此其通常作為多米諾效應的最后1個事故。在部分外文文獻中,也有將多米諾效應用于其他事件鏈的用法[15],但考慮到研究者們的習慣認知,還是認為多米諾效應描述的是事故災難之間的關系。
⑤并行災害事故(concurrent disasters or accidents)。成因上并無關聯的災害或事故同時發生時,由于其互相作用,造成超出各自單獨作用時的嚴重后果,稱為并行災害事故,如圖3所示。并行災害事故中的“相互作用”可從2個方面理解,一方面是不同的災害事故間的物理過程相互影響,導致了各自的強度增加,或總體影響的加大;另一方面是承災載體的脆弱性由于某種災害事故發生了改變,那么再次發生的另一種災害事故作用于更加脆弱的承災載體上,自然會導致更加嚴重的后果。并行災害和災害鏈有時候合稱為復合災害(compound disaster)。

圖3 并行災害事故示意Fig.3 Schematic diagram of concurrent disasters and accidents
2)災害事故間互不影響是指災害事故間相互獨立,其相互關系基本可以忽略。考慮到“多災種”應該基于特定的空間區域,且若災害事故發生的時間間隔較遠,則可作為單災分析,因此只有當互不影響的災害事故具有在相近的空間和時間發生的特質時,才作為多災種情形中的“災害事故互不影響”類:
①災害事故集(disaster or accident set)。是指災害事故間相互關系可以忽略,相互獨立,災害受一定的孕災環境和地理要素的影響,事故則還可能受相同的管理或生產上的隱患和疏漏影響,在時間空間上群聚群發的現象,具體可分為災害集(disaster set)和事故集(accident set)。因為其具有相同或相關的成因,所以可視為1個“集合”。
②災害事故偶發(coinciding disasters or accidents)。災害事故間相互獨立,在成因上也不相關,只是因為偶然且在相近的時間和空間內發生,這種多災種情形稱為災害事故偶發。災害事故偶發時,各災種間無明顯的相關或相同成因,只是出于巧合而共同發生。
3)災害事故互斥削弱是指某一災害事故發生后,另一災害事故不再發生或者強度減弱。
本文提出的多災種概念框架是通過災害事故間的相互關系進行分類的,包含災害間的相互關系,事故間的相互關系以及災害和事故間的相互關系。這種相互關系可以是相互增強、互斥削弱、互不影響,其中相互增強的關系包含一種災害事故引發另一種災害事故(鏈式),以及相互作用導致影響和后果更加嚴重,如表1所示。

表1 多災種概念的內涵Table 1 Connotation of multi-hazard concept
在判定災害事故間的相互增強關系時,往往不區分增強的是災害事故本身的強度還是其所造成的影響與后果,如災害鏈和多米諾效應導致了更多的災害事故發生,災害事故總的強度增大,而并行災害事故可能自身強度不變,但是其相互作用導致了后果與影響的顯著擴大。這在絕大多數情況下是適用的,因為災害事故越強,往往帶來更嚴重的后果。反之,在考慮災害事故互斥削弱關系時,災害事故自身強度越強,可能越能減輕另一種災害事故的影響。然而,多災種的復雜性并不只體現在各災種之間的相互關系上,若綜合考慮環境和系統中的關鍵目標和節點,則各概念之間的關系也會更加復雜。
不管是自然災害還是事故災難,其都會產生嚴重的社會危害。然而,人類作為自然界的一部分,若將人類社會與自然界割裂開來,則會導致相關概念和場景的混亂。如典型的地震—滑坡—泥石流災害鏈,若發生在無人類活動的山區,不對人類社會產生任何影響,則其應該作為一種自然現象還是災害來看待,可能會存在爭議;人類生產事故導致了環境污染,受到影響的自然生態環境進而對人類的生命財產安全帶來危害,則也無法判斷其是自然災害、事故災難抑或是人為激發災害。另外,災害和事故的影響,如造成了交通、電力等基礎設施的崩潰,可能是后續影響進一步擴大或產生其他災害事故的關鍵環節,但是這種影響并不屬于自然災害或者事故災難,如何將其納入多災種的框架中,也是需要考慮的問題。在實際案例的分析中,災害和事故造成的“影響”,可能是另一種災害事故,或災害事故間可能不只有單純的1種關系,多種災害事故的組合使得實際情況更加復雜,不能用單一的災害事故間關系進行分析。因此,對于多災種情形,不必拘泥于某種定義,更重要的是能準確表達出災害事故、其各自后果以及作用的自然和社會系統的關鍵環節之間的相互關系。
2.1.1 Natech事件
2011年3月11日,日本東北太平洋地區發生里氏9.0級地震,繼而發生海嘯,沖擊了核電廠的電力系統、通訊系統等,隨后引發了一系列爆炸,放射性氣體向大氣環境釋放[16]。日本福島核事故也是近年來世界范圍內發生的極為嚴重的Natech事件。此類案例中,地震—海嘯—核泄漏過程,包含了地震引發海嘯的災害鏈,海嘯和地震共同導致核電廠事故的Natech事件,以及核電廠內部由于爆炸產生的多米諾效應等多個多災種情形。
目前,對Natech事件的典型案例以及歷史事故數據進行統計分析[17],可以明確其特征,總結出Natech事件發生的規律,為進一步的風險分析打下基礎。在風險分析方面,對于Natech事件,關注的重點在于工業區域,因此往往將自然災害作為對工業安全造成威脅的一種外部事件進行分析,淡化了Natech事件中自然災害與其他威脅的區別,往往包含于一般的工業園區風險,主要的風險分析內容包括構建相應的指標[18-19]、提出應急決策方法[20-21]等。
未來Natech事件的風險分析研究需要總結出更加通用的Natech事件演化規律以及風險評估方法,同時建立更加完備的Natech事件數據庫,除化工區域外還要針對其他城市工業系統進行研究,以更好地識別所有可能存在的Natech事件風險。
2.1.2 人為激發災害
人為激發災害的典型案例為誘發地震。瑞士巴塞爾在地下不透水的基巖中注入高壓水,以開發城市地下的強化地熱系統,2006年和2007年誘發了4次3級地震[22]。但需要注意的是,自然災害往往伴隨著巨大能量的釋放或大范圍的自然狀態的改變。而一般事故災難的能量較小、范圍較窄,通常一次事故災難不能直接迅速地導致自然災害的發生,或只能導致較小的自然災害。因此,需要長時間的人為活動或者多次事故災難的積累才能激發自然災害,如人類工程活動導致的滑坡、崩塌等地質災害,工業排放改變了大氣狀態進而導致氣象災害等。
人為激發災害是人類活動導致的生態環境失衡引起的,這種失衡往往在一定的時間尺度上才能顯現出來,無法直接明顯地看出人為活動和自然災害之間的觸發關系。因此人為激發災害的研究重點是通過探究人為活動如何作用于自然環境、自然環境失衡的閾值等內容,總結出人為激發災害的特征和機理。現有研究[23-24]一般是通過對已有案例的總結、對指定區域的調查以及從物理學、地球科學、生命科學等理論上推導人為激發災害的機理。
由目前的國內外研究可看出,誘發自然災害的人類活動,大多數為非惡意的人類正常生產生活活動,少部分事故災難也可能誘發較小的自然災害,所以,在進行相關風險分析的時候,研究者們通常將人類活動考慮為孕災環境的一部分,針對自然災害進行評估,而不對人類活動過程進行風險計算,即只考慮自然災害的危險程度和可能帶來的損失,這與單獨分析一般的自然災害并無較大差異,但是這種分析未將人類活動納入整個跨類別多災種的體系中來。因此未來研究應將我們所認為的正常人類生產生活活動看作一種“災種”,綜合考慮人為過程和自然過程的風險,將人類活動納入多災種分析框架中來。
2.1.3 災害鏈
2008年5月12號,汶川地震導致山體滑坡和崩塌,形成大量松散的泥沙和石塊,遇上強降雨,造成泥石流災害;滑坡、山崩、泥石流帶來的大量碎塊堵截河流,導致河流貯水形成堰塞湖;若再遇到強降雨導致貯水量進一步加大,則會導致潰壩。整個過程是典型的復雜式災害鏈。
目前,針對災害鏈風險分析研究主要包括災害鏈成災特征與規律研究、風險評估以及防災減災措施等方面。通過對各類災害鏈的案例統計分析,可以研究災害鏈形成時的物質、能量的傳遞過程,總結出災害鏈分布的時間和空間特征。與災害鏈風險評估相關的風險評估模型和方法包括:概率分析模型[25]、復雜網絡模型[26-27]、系統模擬[28]和利用遙感技術進行測量分析[29]等。同時,利用研究得到的災害鏈演化規律,從防止災害形成和防止災害鏈發生2個層次[30],可阻止災害鏈的進一步演變,將災害控制在一定范圍內。
未來在山區地震泥石流、沿海臺風、內陸洪澇等災害鏈之外,還需要擴展海洋、雪災等其他類型災害鏈的研究;同時在對災害鏈進行風險評估時,對于承災體的分布與脆弱性、災害鏈各災害間影響范圍和對承災體的作用疊加等因素需要進一步考慮;另外,在斷鏈減災方面可以加強與其他學科減災技術的有機結合。
2.1.4 多米諾效應
2015年8月12日晚,天津市濱海新區某個集裝箱內的硝化棉濕潤劑散失導致自燃,造成火焰蔓延至鄰近的硝酸銨集裝箱并發生爆炸,爆炸進一步導致裝有氧化劑和易燃物的其他集裝箱爆炸破碎,并發生有毒物質泄漏[31]。事故現場形成了嚴重的多米諾效應。
當前針對多米諾效應的風險分析研究,主要針對火災和爆炸,即計算火焰和爆炸對目標設備單元的致損概率:火災(熱輻射)的風險計算常用模型是比例模型[32]和概率單位模型[10];爆炸沖擊波的致損研究主要是通過概率單位模型,研究者基于Eisenberg等[33]、Khan等[34]以及Cozzani等[10]的模型對概率單位模型的相關常數進行調整。爆炸碎片的致損研究主要考慮爆炸碎片的運動軌跡和碎片與目標設備之間的打擊與穿透關系,采用蒙特卡羅模擬方法[35]以及綜合數學幾何和物理力學、運動學的知識[36]進行分析。同時,還通過構造如DHI[37]、I2SI[38]等風險指數來進行工業優化布局。
多米諾效應的風險分析研究趨勢是進一步明確多米諾效應的適用范圍;在風險計算中需要加入對設備易損性的研究,在設備設計時關注本質安全;風險表征需要綜合考慮個人風險與社會風險,可以與人員個體防護、人群運動研究以及其他社會科學研究相結合。
2.1.5 并行災害事故
Kelly[39]對塔吉克斯坦發生的并行災害進行了分析。2007—2008年冬天異常寒冷的天氣伴隨著強降雪,破壞了儲藏的食物和地面的種子,導致牲畜死亡,造成糧食危機。同時,開春后,塔吉克斯坦又遭遇了嚴重的干旱,導致灌溉、工業生產和日常生活用水急劇減少,糧食供應出現嚴重問題,社會動蕩不安。冬季的嚴寒和暴雪,加上春季的極端干旱,不斷地打擊塔吉克斯坦的社會系統,特別是糧食生產和供應系統,造成了十分嚴重的后果。
隨著研究分析的對象不同,并行災害和其他多災種概念可能會互相轉化。如2010年發生的甘肅舟曲特大泥石流災害,是因為“5·12”地震導致舟曲山體松動,同時之前遭遇嚴重干旱導致巖體、土體收縮,裂縫暴露,當暴雨產生時,雨水深入巖體深部,導致巖體崩塌、滑坡,形成泥石流[40]。這里地震、干旱和強降雨本是成因不相關的災害,但是由于其先后疊加作用于舟曲山體這個承災體,使其脆弱性發生變化,因此導致了更加嚴重的并行災害后果。但若考慮對舟曲地區人類社區的影響,也可看作地震、干旱、暴雨導致的集中式災害鏈。
綜上,并行災害事故具有較大的偶然性,由于并行災害事故的作用難以預測,往往會帶來超過預期的影響和損失。未來的研究應注重更加準確地總結和識別并行災害事故之間的物理作用過程,尤其是自然災害和自然災害之間的,以及對于承災體尤其是社會關鍵基礎設施的脆弱性進行更深層次的研究,為提供相應防護措施、防止多災并發時承災體崩潰打下基礎。
2.1.6 災害事故互不影響
災害事故互不影響分為災害事故集和災害事故偶發2種情形。在災害事故互不影響的風險評估方面,可以將每個災害事故看作單災種分析,難點在于描述不同災害事故的參考單位不同,需要通過標準化進行災種之間的比較和加和。目前常用的方法一是對災害強度進行定性描述[41],二是建立量化的評分[42]。目前,不同研究者、組織、國家和地區提出了許多不同的定性和定量方法來分析造成的危害,因此未來的研究需要制定通用的、統一標準化方案,以便更好地促進相關實踐。
2.1.7 災害事故互斥削弱
郭增建[43]分析了1969年鄂皖暴雨與渤海灣7.4級大震之間的關系。渤海灣大震前的幾天,震中區外圍即放出攜熱水汽以及溫室氣體,導致在華北形成低壓濕熱狀態。此時北邊緣在長江流域附近的西太平洋副熱帶高壓隨之向華北方向移動,因此鄂皖地帶就不會繼續大降暴雨,這是災害之間的互斥現象。
對于災害事故互斥的多災種情形,由于其偶發性較大,案例較少,因此相關研究也較少。災害事故的互斥會降低相關風險,但基于多災并發會加大風險的認知,一般會對災害事故造成的影響損失進行過高的估計,由于在風險評估中,做更加保守的估計是符合安全要求,因此不考慮多災之間的互斥關系也是可行的。
多災種是相對于單災種而存在的概念,國內的學者大多認為“多災種疊加通常是指在一個特定地區和特定時段,多種致災因子并存或并發的情況[6]”,概念中的致災因子指的只是自然災害,而沒有將事故災難納入多災種的框架當中來,這是不完備的。國內外各研究者和機構在進行多災種風險分析時,也往往只對自然災害進行分析,并沒有過多考慮事故災難帶來的風險。本文將事故災難納入了多災種概念框架當中,但實際上會對人類社會帶來風險或造成危害的還有公共衛生事件和社會安全事件,如地震洪水之后產生的傳染病、災害事故的社會輿情誘發的群體性事件等,它們可能是災害和事故原因或者后果,但目前鮮有在多災種風險分析中給予關注。在日后的研究中,需進一步將所有帶來風險的“災”納入多災種風險分析的框架中。
在進行多災種風險分析時,除了從概念定義上對多災種情形進行研究,如針對Natech事件、災害鏈、多米諾效應等,還需劃定某區域,對區域內的所有風險和威脅進行分析。這種分析不僅需要對災害事故本身,即致災因子自身的成災機制、演化過程進行分析,還需考慮承災載體自身的脆弱性和多樣性。如上文所述,在更加廣闊的多災種框架中,承災載體可以是人類的生命財產安全、社會的各個系統,還可以是人類社會之外的自然環境(生物、水體、大氣等),如何更加全面地考慮區域內可能產生的風險,或者針對不同承災體進行不同的風險分析,是需要進行更深入研究的問題。
另外,不同國家和地區都有針對自身區域的風險分析方法以進行區域規劃和區域決策,或是給出相應的風險等級,或是構造相應的指數,或是計算目標設備和單元的破壞概率(在事故災難的分析中較多),但是這種定量、定性方法的不統一,以及針對不同災種的評價指標和單位的不同,使得要在更大的多災種框架中進行綜合風險分析的方法難以實現。全面地考慮不同多災種情形,在較為統一的標準下針對某一具體的承災體得到其定量的風險水平(包括致損概率、預期損失等),清晰、直接地將風險呈現在決策者面前,以便進行相應的預防和應急響應,是多災種風險分析需要達到的目標。
1)與單災風險分析相比,多災種風險分析顯得更為復雜多變,也更為困難,這是因為各類災害事故的特征不同,且多種災害事故并發時,之間的相互關系十分復雜,因此并不能簡單地將不同的災害進行疊加。本文根據不同的災害事故相互關系,將多災種情形分為災害事故相互增強、災害事故互斥削弱災、害事故互不影響3大類,Natech事件、人為激發災害、災害鏈、多米諾效應、并行災害、并行事故、并行災害事故、災害事故集、災害事故偶發、災害事故互斥削弱等10小類。
2)從概念和定義的角度,針對每種災害事故關系,概述了其風險分析的研究現狀,包括不同的概率分析模型和相應的指標函數等。未來,對于各種多災種情形,其風險分析方法需要更加精細,多學科的交叉融合也顯得十分重要。另外,多災種風險分析的框架應進行統一與擴展,如考慮災害事故等作用于社會系統中的關鍵環節在多災種情形中的影響,將公共衛生事件與社會安全事件納入多災種概念框架中等。
3)對于多災種風險分析,需要盡快統一相關術語定義,同時擴展相關的概念,在相同的、更為廣闊的框架下發展出更為精細的風險分析方法。同時更具有實踐指導意義的是考慮具體的區域或承災載體,得到相應的脆弱性曲線,為決策者制定相應的風險預防和應急響應方案,以降低相關風險。