綜合防災規劃中多災種風險評估技術研究*

夏陳紅 王 威 馬東輝 蘇經宇 XIA Chenhong, WANG Wei, MA Donghui, SU Jingyu

綜合防災規劃是城市安全與可持續發展的藍圖，在國土空間規劃體系下屬于專項規劃的范疇，是一項具有綜合性、系統性、復雜性的工作，是指導安全領域發展、合理配置應急資源、布局重大防災設施工程項目、制定相關政策的重要依據，具有很強的約束性、綜合性、系統性、導向性和可操作性。在全球氣候變化、快速城鎮化的大背景下，各類自然災害事件頻發，對綜合防災減災規劃的開展提出了更高的要求。常態化和非常態化相結合的風險防范能力不足、城市抵御災害能力不足、規劃意識缺乏等問題成為我國綜合防災減災工作存在的短板。如何實現安全發展、可持續發展目標，強化城市風險防范水平，積極應對未來發展的不確定性和提高規劃韌性等都是新時代亟需解決的關鍵問題[1-4]。

多災種研究作為防災減災規劃編制、政策制定和相關災害管理工作的必要步驟和基礎環節，其形成機制及演變規律一直是國內外社會研究的熱點問題。在國際方面，典型的多災種綜合風險評估技術有國際科學聯盟（ICSU）啟動的災害風險綜合研究計劃（IRDR）、歐洲觀測空間網絡（ESPON）在歐洲開展的多重風險評估技術、哥倫比亞大學與世界銀行共同開發的美洲計劃等，在多災種綜合風險評估方面取得了一系列優秀成果[5-6]。

近年來，國內學者對綜合災害風險的研究也逐漸將關注點由“多因素綜合”向“多災種綜合”的研究方向轉變，如黃崇福等[7]應用模糊信息優化處理技術建立的不完備信息情況下的自然災害風險評估理論體系；任魯川[8]基于極值風險模型、概率風險模型、可能性風險模型，利用模糊集理論進行的多災種綜合風險評估技術；盧穎等[9]基于災害相互觸發關系構建的多災種耦合綜合評估模型；蓋程程等[10]基于災害觸發關系運用GIS對多危險源進行的空間風險疊加技術；薛曄等[11]基于災害風險系統理論，利用模糊近似推理理論和方法建立的多災種綜合風險評估軟層次評估模型。可見，當前國內外對于多災種風險的評估已經取得了一系列成果。雖然這些方法都具備一定的科學性，但都未考慮災害與規劃用地的內在聯系，缺乏對各災種之間的關聯性、觸發關系的研究，難以反映出多災種在空間上的分布格局及系統特征，難以為用地規劃提供具體的規范性和指導性建議；且無法將風險評估結果轉化為有效的規劃策略和管理措施，特別是在應對多層次規劃、多尺度評價單元的多災種風險綜合問題方面。

因此，亟需針對現有多災種綜合風險評估存在的方法選用不合理、災種之間相互關系考慮不充分、絕對值風險測度功能弱、對城市用地規劃指導缺乏等問題，開展綜合防災規劃中多災種風險評估技術的研究。通過科學分析自然災害的形成機制及其演變規律，探討適用于城市綜合防災規劃的多災種風險評估技術，構建出能夠真實反映多災種空間關系的評估技術，為綜合防災規劃的編制與實施管理、空間不確定性風險的應對，以及城市的可持續發展提供科學決策依據。

1 綜合防災規劃視角下多災種風險評估的內涵

城市綜合防災規劃作為應對多災種風險的關鍵領域，對統籌城市建設、調度和分配空間資源具有重要的意義。而多災種風險評估作為綜合防災規劃編制和實施的依據，也為城市防災空間和設施布局提供了現狀依據。揭示多災種之間存在的發生時間、影響范圍、影響效果等耦合而呈現的復雜機制，明確區域多災種綜合風險評估中忽略的相互作用關系，可有效解決多災種風險評估結果缺乏對城市用地規劃指導的問題。因此，需要深入研究多災種的形成機制以及對城市用地規劃指導的功能作用，為城市用地規劃和綜合防災控規編制提供有力的技術支撐[12-14]。

1.1 綜合防災規劃中多災種風險評估的作用與地位

1.1.1 綜合防災規劃的特點

城市綜合防災是為應對地震、火災、地質、洪澇、極端天氣等各種自然和人為災害，增強事故災難和重大危險源防范能力，并考慮人民防空、地下空間安全、公共安全、公共衛生安全等要求而開展的城市防災空間布局、防災資源統籌、防災體系優化和防災設施整治的綜合防御部署計劃和行動[15]2,[16]。

城市綜合防災規劃依據多災種風險評估的結果，指導城市用地建設，具有多災種、多層次、全過程的特點[17]。在實施多災種風險評估指導時，應結合“宏觀”“微觀”等各個層面的規劃特點，靈活貫徹安全防災理念。在總規層面，總體規劃具有地域范圍廣、協調力度大、用地可選擇性大的特點，其多災種風險評估多是以宏觀調查為主，評估精度和技術深度較粗略；在詳規層面，詳規具有地塊范圍小、協調力度小、用地控制性強的特點，多災種風險評估則是以微觀詳勘為主，評估精度和技術深度更加詳盡，需精確標定各災種的危害范圍、空間分布狀態和風險邊界，并提出具體的控制指標和劃定相應控制界線。因此，在研究不同層級綜合防災規劃時，應結合各層級規劃需求，合理進行多災種風險的勘察和評估。

1.1.2 多災種風險評估的地位

多災種風險評估不僅是綜合防災規劃的基礎一環，也是綜合防災規劃的核心組成部分和根本前提，能夠為城市用地規劃建設的開展提供科學決策依據。因此，多災種風險在綜合防災規劃中占據重要的基礎性支撐地位。在進行空間布局及設施安排時，必須遵循綜合防災控規階段的需求和項目側重點，以多災種綜合風險評估結論及有針對性的專項工程勘察結論為規劃依據，分析城市的空間適宜性、建設適宜性、生態保護適宜性、文物保護適宜性、經濟適宜性等條件，論證多災種風險減緩或控制的可行性，最終提出規劃建設依據與對策。通過多災種風險的評估結果，精確標定災害危害的范圍，分析規劃區內的城市控規分區的合理性，并據此在建設用地總量不變、用地結構不變的前提下，適度調整、修正城市規劃已經確定的各類設施的用地性質、規模及用地邊界，形成防災空間保障、應急設施支撐、片區防災設計共同防御的多災種風險長效管控機制。

1.2 多災種風險評估的作用解析

多災種風險評估作為城市綜合防災規劃編制和實施的重要基礎和前提，能夠為城市綜合防災空間布局提供現狀基底。根據《城市綜合防災規劃標準（GB/T51327-2018）》規定[15]8，城市綜合防災規劃是基于多災種風險評估的城市規劃內容。即通過分析各類災害可能發生的頻度與規模，確定需預防的重點災害類型，分析災害的成因、影響程度、空間分布及特征、與次生災害疊加時的耦合效應，評估城市防災體系效能，分析確定災害防御重點內容、設定防御標準和最大災害效應，為合理設定城市災害綜合防御目標和防御標準，分析城市防災需求及安全防護和應急保障服務要求，統籌完善城市防災安全布局、劃定防災分區、系統規劃防災設施提供決策支持（見表1）。

表1 城市綜合防災空間布局影響要素Tab.1 Factors affecting urban comprehensive disaster prevention spatial layout

1.3 多災種風險的綜合特性解析

1.3.1 成因綜合性和多樣性

災害是由孕災環境、致災因子、承災體共同組成的復雜性地層變異系統。孕災環境是指由巖石圈、大氣層、水圈、物質環境圈共同組成的地表空間環境。致災因子是指可能造成人員傷亡、財產損失、承災體受損、社會混亂等異變因子。承災體是指致災因子作用的各類對象，包括城市中的人、物等。我國常見的災害有多種，典型的有臺風、地震、地質、火災等，以及一些偶爾會產生的旱災、森林火災、爆炸等。災害事件的產生通常是自然系統自發產生與人為活動干預雙重作用下的結果，即因環境的不良刺激、人或物的不安全狀態等多重因素之間相互影響、相互作用、相互轉化、相互牽制所導致。這種不確定事件內部的復雜性韻律關系，也間接加速了災害事件的頻繁發生。歸結到根本成因上，都有一個綜合性的促成因素，即全球城鎮化加快導致的環境惡化和全球氣候變暖導致的自然生態系統失衡現象。

1.3.2 災害的鏈性和群發性

當區域內多種災害并存時，多災種鏈發和群發的現象較多，尤其是威脅強度大、影響范圍廣的自然災害。這類災害在形成過程中往往容易誘發出一系列的鏈式復合性災害和次生災害，對城市空間及設施產生影響，這也成為目前所有國家、社會，包括聯合國在內關注的重點問題[18]。而且，災害系統中各災種的性質各異，不同性質的災種之間往往存在相互觸發的關系，如洪澇、地震災害之間雖然各自成因不同，但陸地下的異常能量如重力、地溫、地傾斜等的異常會使旱災、洪災、震災之間存在時間、空間上的相互觸發關系。隨著全球氣候的變化，世界各國所經歷的災害也越來越頻繁和嚴重，災害事件不僅對城市造成損失和破壞，其潛在的風險因素也往往會誘發二次災害，更易加重城市的防災御災壓力，且遭受災害破壞后的城市承災體，由于短期內難以恢復到正常狀態，更容易加劇災害事件的潛在風險誘因。

2 綜合防災規劃中多災種風險評估的關鍵性問題

安全與風險防范不僅是當前國家可持續發展中面臨的突出問題，也是事關人民群眾生命財產安全和社會穩定和諧的關鍵問題。因此，在開展多災種風險評估時，應結合城市綜合防災規劃的特點和災害特征深入分析多災種風險評估存在的關鍵性難題，從而構建出面向綜合防災規劃的多災種風險評估模型與評估流程，識別出災害高風險區、用地有條件適宜地段及不適宜地段、可能發生特大災難性事故影響的設施與地區、應急保障服務能力薄弱的片區，以高效服務于城市綜合防災規劃的開展。

2.1 評估尺度的差異性

多災種風險評估結果具有時空表達性，能夠直接為城市用地規劃提供現實依據。從評價空間的尺度來看，目前國內城市多災種綜合風險評估的結果可以劃分為4種類型[19]。第1種是宏觀尺度的國家級或市域級風險評估，用來比較國家與國家之間、城市與城市之間的綜合災害風險對比。第2、第3種是按照一定的城市行政單元為統計邊界進行的中觀尺度或小尺度評估，主要針對城市市域范圍內分縣市或各分區綜合風險評估結果的表達，或者尺度較小的三級防災社區或街道的風險表達。第4種是微觀精細化無明顯行政單元邊界界限，以地理信息柵格網為基本評價單元的微觀尺度風險評估。由于災害風險具有空間分布的差異性，所以在評估時選擇一個合適的空間尺度是極其重要的，如果研究的尺度精度太大，就會導致評估結果的可信度和準確度下降，而研究的尺度精度太小，則會導致工作量變得繁重、復雜。不同評估尺度下的評估目標與手段各不相同，如表2所示。

2.2 多災種風險的統一化度量

城市綜合防災規劃中多災種風險的評估是以地震、地質等災害風險專業性評估結果為依據的，但由于災害系統的復雜性和不確定性，常常會存在不同災種之間的風險值難以統一化度量的問題。如由于不同災種在風險評估時所選取數據的危險性因子、敏感性因子及脆弱性因子不同，導致各災種的評價指標和度量標準各有差異。因此，在對多災種綜合評估之前，必須歸一化處理基礎災害數據、統一災害區劃模式，保證評價體系中地理實體災害數據特征表達的可比擬性、可操作性。

2.3 多災種之間的相關關系

城市災種之間存在發生時間先后、影響效果彼此消漲、影響范圍交叉、觸動機制復雜等的關系，使得多災種風險評估工作的開展非常困難[20]。如何辨析多災種之間的內在關系以及時空作用效果，不僅是綜合防災規劃工作開展的重要前提，也是多災種風險評估研究的難點和熱點問題。因此，只有正確梳理多災種風險綜合測度的研究脈絡、科學揭示各災種之間的觸發關系及耦合激勵效應才能有效為研究工作的開展提供決策支持。目前，關于多災種之間相互作用關系尚未有統一定性的描述，常見的表述有災害鏈、多米諾效應、耦合關系、激勵關系、觸發關系等。參考目前學者所研究的相關成果可知，從相互觸發關系及耦合關系角度分析多災種具有較強的可行性，但具體關系機制的建立還需根據具體問題進行具體分析，如對各災種之間相互作用和相互影響過程的描述等。

2.4 多災種風險的空間可視化

地理空間數據通常是用來描述城市自然界現象、社會事件現象及演變趨勢的基礎信息數據，可視化表達則是在數據挖掘模型和有效融合可視化信息的基礎上，借助圖像模式呈現出一種直觀表達方式。

將災害風險數據的空間分析結果用可視化技術直觀展現出來，是研究災害時空區劃規律的有效途徑。目前，應用最廣泛的是基于空間數據建模的可視化，即充分利用計算機處理技術、人的思維想象及視覺感官認知來實現區域災害事件的時空區劃。在進行可視化表達時，由于宏觀大尺度和中觀中尺度的行政區劃模式常常難以滿足多維屬性的復雜地理空間數據表達的需求，所以基于柵格GIS的空間數據表達形式應運而生[21]，它通過借助GIS強大的空間數據處理、分析的功能，能夠有效匹配地面災害數據，提高數據的精確度、科學性、可操作性和實用性，為城市綜合防災規劃中的空間設施布局提供技術支撐。

表2 不同尺度下的多災種風險評估目標及手段Tab.2 Targets and methods of multi-hazard risk assessment under different scales

3 綜合防災規劃中多災種風險評估方法體系構建策略

3.1 明確多災種風險評估的目標

全面了解多災種災害對城市經濟、社會、環境所造成的潛在影響，并指出其對城市內部用地規劃指導不足的問題，從而為綜合防災規劃提供參考依據，為整體性的防災空間設施布局奠定建設基礎。多災種風險評估結果的核心包括兩部分：一是基于定量化模型評估的災害風險等級排序圖，即確定各災種產生危害的可能性及后果，用以確定優先防御的災害類型；二是基于耦合激勵評估的多災種風險影響程度與空間分布情況的綜合風險區劃圖，用來明確城市規劃空間各個區域的土地利用安全性，修正城市規劃中已經確定的各類設施的用地性質、規模及用地邊界，最終形成防災空間安全保障、應急設施全支撐的綜合防御體系。

3.2 分析多災種風險的形成機理

3.2.1 構建觸發規則

觸發關系是指系統中某些災害風險達到自身閾值后，會刺激到相關災害觸發或突變產生新脈沖，而導致系統失去線性平衡的現象。對于多災種而言，它們之間的觸發關系可以劃分為“零耦合”“弱耦合”“強耦合”3種狀態[22]。在一個完整的城市災害系統中，完善的自調節、自適應、自防御等性能可以阻斷風險因素達到觸發閾值，使系統處于相互獨立、互不干擾或靜止狀態的情形，即為“零耦合”或“弱耦合”狀態；當城市災害系統中風險因素逐漸加劇或堆積，導致風險因素間相互作用和影響程度增加而沖破觸發閾值的情形，即為“強耦合”狀態。為了削弱和減緩“強耦合”效應的發生，應當從源頭上摸清各災種之間的觸發機制和作用機理。完善的城市監測預警機制和設防水準可以有效降低災害風險的發生（見圖1）。

圖1 多災種之間的觸發機理Fig.1 Trigger mechanism among multiple disasters

3.2.2 分析耦合激勵效應

耦合激勵效應是指系統中因各風險因素之間的相互作用和相互影響而改變風險大小的現象。通常表現為一種聯動現象，如地震災害發生后可引發山體滑坡、泥石流、爆炸、水災、火災等一系列復雜性災害事件。在進行耦合效應分析時，考慮到并非所有災害都會在同一時間、空間上突破防御系統達到城市能夠承受的最大閾值，只有與局部耦合點發生耦合的風險才能在系統中進一步壯大或縮小。一個城市災害系統中可以包含多層耦合形式，如單災種耦合、雙災種耦合、三災種耦合以及多災種耦合等。如何識別災種與災種之間的復雜耦合效應，可根據區域實際災種之間的觸發規則來判定。風險矩陣[23-24]作為風險管理的一種有效工具，能夠對系統中的關鍵風險要素進行提取，并針對各風險要素發生的可能性和造成后果的影響程度進行量化分析，最后提出風險管控措施，以達到風險減緩的目的（見圖2）。

3.3 構建多災種風險綜合評估模型

為實現快速、靈活化的城市綜合災害風險評估，揭示多災種之間存在的發生時間、影響范圍、影響效果等耦合而呈現的復雜機制，本文在總結國內外相關研究成果的基礎上[25]，構建耦合激勵機制下的多災種風險綜合評估模型。該模型在建立多災種間耦合激勵機制的基礎上，運用有序加權集結算子研究多災種之間的耦合激勵關系，按照耦合激勵模型構建步驟：①依據綜合風險的激勵目標，給定各激勵分位點，依據分布分位數公式計算災害風險集結數據的相對發展水平；②確定激勵子區間，構建激勵系數及分位權重的表達式；③給定激勵偏好系數，求解調整參數；④求解分位權重值，最終得出耦合激勵后的多災種風險綜合結果。具體評估流程如圖3所示。

基于耦合激勵機制下多災種風險綜合評估模型的構建步驟，以河北省石家莊市中心城區多災種災害風險的研究為例，重點針對中心城區中影響范圍大、發生頻率高、造成損失嚴重、風險程度高或者潛在危險高的地震、地質、洪水、火災和內澇災害，建立多災種之間的相互觸發關系。在綜合考慮災害數據的客觀信息和決策者主觀意愿的基礎上，通過靈活性參數調整的方式，對不同發展水平上的災害進行耦合激勵，獲得相應的綜合風險耦合激勵值，最終按照多災種風險評估流程得到中心城區的綜合風險區劃圖（見圖4）。結果表明：石家莊市中心城區綜合災害危險性高的區域主要集中在滹沱河沿岸、重大危險源周邊及石家莊斷裂帶區域。所得研究結果與實際情況高度吻合，有效驗證了激勵模型能精確融合各災種信息并克服眾多不確定性問題，可為綜合防災規劃工作的開展提供有效的技術支撐。

4 結論

多災種的研究不僅僅是安全領域應當研究的重點問題，它更是未來城市安全與防災領域、城市規劃領域的重點研究方向，只有準確、科學、合理地評估城市多災種的客觀災害水平，才能真正解決區域發展中的實際問題，構建和諧、穩定、可持續的人居環境空間。但由于目前大多數多災種風險的研究成果主要集中于半定量和城市大尺度的研究上，而對于需要大量數據支撐的中小尺度精細化的單元研究卻很少，且多數研究在對多災種風險進行綜合時缺乏對多災種之間的觸發機制、耦合激勵效應的研究，常采用簡單的疊加形式從而導致信息冗余量過大，與實際情況不符，難以反映多災種的空間分布格局及有效指導用地規劃建設。因此，聚焦城市典型災害并厘清各災種之間的相互作用關系，客觀、科學、合理地將多災種風險評估結果反映到城市用地布局上，才能更加真實合理地為城市規劃建設提供安全發展指引，構建出完善的城市防災減災救災體系。

圖2 風險矩陣直觀反映災害風險的耦合激勵效應Fig.2 The risk matrix directly reflects the coupling incentive effect of disaster risk

圖3 多災種風險評估流程Fig.3 Multi-hazard risk assessment process

圖4 石家莊市中心城區多災種風險的綜合評估結果Fig.4 Comprehensive assessment results of multi-hazard risks in Shijiazhuang downtown

本文綜合考慮了目前多災種風險評估過程中的現實難題，通過分析多災種風險評估在綜合防災規劃中的作用、地位和內涵，確定多災種風險的評估目標、形成機理，梳理多災種風險評估的關鍵問題，制定應對策略和工作路徑，構建耦合激勵機制下的多災種風險評估模型。為有效實現多災種風險評估提供了新途徑，也為城市綜合防災空間布局提供了科學依據，在一定程度上對城市控制和減緩城市災害、編制城市綜合防災規劃具有一定的現實意義和理論價值。