中國洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合協調性研究*

李堯遠，王國橋，殷啟洋

(西北大學 應急管理學院，陜西 西安 710127)

洪澇災害是我國最為嚴重的自然災害之一，其直接經濟損失占各類自然災害總損失的60%左右[1]。當前洪澇災害風險管理措施分為兩大類：結構式減災措施與非結構式減災措施[2]。隨著社會經濟發展和氣候環境變化，我國災害防治體系的“效能黑洞”反映出洪澇災害結構式與非結構式減災措施間缺乏耦合協調的問題，如何使兩者形成相互促進的良性耦合關系，對提升我國洪澇災害防治體系效能具有重要意義[3]。近年來，國內外諸多學者對洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合關系進行研究，如ZBIGNIEW W[4]、ISHI WATARI[5]等人均認為過度依賴單一的減災方式都難以獲得滿意的減災結果，為了最大程度地減輕損壞，需要適當地結合使用結構性和非結構性措施。周魁一[6]基于災害的雙重屬性，認為減輕災害損失不應單純從控制自然態洪水著手，還應從調整和規范社會發展以適應自然規律方面去努力，通過工程與非工程措施相結合的方式，以最小的投入，換取最大的減災效益。周利敏[7]基于復合型災害頻繁發生的現狀，認為結構式與非結構式減災措施都不可或缺，完全依賴結構式減災措施必將失效，而非結構式減災措施只有通過結構式減災措施才能達到降低災害損失的目的。

目前國內外針對洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合關系的研究成果，多集中于對二者耦合關系的定性分析，相關定量研究尚比較薄弱，亟待深入研究，尚未有人通過定量研究方法對我國洪澇災害減災措施耦合協調狀況進行評估。本文在上述成果的基礎上，采用基于物理學中耦合相關理論的耦合協調度評價方法[8]，構建洪澇災害結構式與非結構式減災措施的耦合協調評價指標體系和二者間耦合協調度評價模型，基于面板數據對中國洪澇災害結構式減災措施與非結構式減災措施的耦合協調建設狀況進行分析，最后給出促進二者耦合協調發展的相關政策建議。

1 評價指標體系與評價模型的構建

1.1 評價指標體系

1.1.1 指標選取依據

在洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合關系研究上，當前尚未有相關文獻構建系統的耦合評價指標體系，但諸多學者對洪澇災害結構式與非結構式減災措施防災減災能力評價指標進行了相關研究[9-11]，可為本文構建洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合評價指標體系提供借鑒。在以以往洪澇災害結構式與非結構式減災措施防災減災能力評價指標的頻度統計為依據，同時兼顧考慮數據的可獲取性、時效性與代表性，本文從目標層—系統層—準則層—指標層構建評價指標體系(表1)。

表1 洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合指標體系

1.1.2 指標數據來源

本文數據來源于《中國統計年鑒》《中國水利統計年鑒》《中國國土資源統計年鑒》《中國城鄉統計年鑒》《國內蓄滯洪區建設與管理規劃》《中國氣象統計年鑒》《中國保險年鑒》《國內水文統計年報匯總表》《中國環境統計年鑒》，對于時間序列中部分缺失數據根據增長率進行推演。

1.2 耦合協調度模型

根據量化計算方法，耦合協調度模型的構建將從數據標準化、指標權重的確定、計算綜合建設指數等六個步驟依次進行。

步驟一：數據標準化處理。由于各指標數值在單位和量綱存在差異，為消除指標量綱與單位不同所造成的影響，首先需要對指標數值進行數據標準化處理。采用min-max法，公式如下：

(1)

式中：μij為第i個序參量中第j個指標的數據標準化值，xij為第i個序參量的第j項指標值，αij為耦合系統序參量的最大值，βij為耦合系統序參量的最小值。μij可以表示變量xij對系統功效貢獻的大小，0≤μij≤1，μij越趨近0，表明xij對系統貢獻越少，當μij趨近1時，表明xij對系統貢獻越大。

步驟二：指標權重的確定。本文采用熵值法確定指標權重。熵值法是一種客觀賦權方法，其利用信息熵的原理避免了主觀因素帶來的偏差，使得指標賦權更具客觀性和可信度。同時，熵值法采用歸一方法對數據進行無量綱化處理，具有縮放無關性、魯棒性及總量恒定性好的特點。在進行熵值法賦權時，先通過式(1)對經過標準化處理的數據進行平移，以避免取對數后無意義：

X=(μij+1)m×n=(xij)m×n。

(2)

再通過式(2)將指標數據轉換為評價值，即，計算第j項指標下，第i項子指標占指標的比重：

(3)

通過式(3)計算第j項指標的熵值：

(4)

通過式(4)求出第j項差異系數：

(5)

最終通過式(5)求得各指標權重：

(6)

步驟三：計算綜合建設指數。依據系統論的層次性原理，洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合系統是由洪澇災害結構式減災措施與非結構式減災措施兩個子系統組成，各子系統又是由各序參量組成，各個序參量對兩個子系統的功效貢獻通過集成方法來實現。參照現有文獻的方法[14]，本文采用“線性加權求和法”進行集成。

(7)

(8)

式中：μij表示結構式與非結構式減災措施兩個子系統的各項指標，λij為各指標權重，μ1、μ2分別表示各項指標對兩個子系統的總貢獻值，反映結構式與非結構式減災措施兩類子系統綜合建設水平，也稱為綜合建設指數。

步驟四：建立耦合度與耦合協調度函數。本文借鑒了容量耦合系數模型來測算洪澇災害結構式減災措施與非結構式減災措施兩系統間的耦合度，C表示耦合度，0≤C≤1，當C趨近于0時，表明系統序參量之間相關程度低，C=0時，各序參量之間無關，當C趨近于1時，表明系統及其內部要素之間相關程度高，C=1時，各序參量具有完全一致性。耦合度函數公式如下：

C=2{(μ1·μ2)/[(μ1+μ2)2]}1/2。

(9)

耦合度大小僅能反映結構式減災措施與非結構式減災措施兩個子系統相互作用的強弱，并不能反映系統間的耦合協調程度，并且系統序參量μ1、μ2數值相近或較低時，耦合度容易出現高耦合狀態的假象。因此為彌補耦合度模型的不足，需要在耦合度測量的基礎上，通過測量兩者間的耦合協調度來關注系統間協調發展的交合程度，使分析更進一步，以探究系統之間是在高水平上相互促進還是低水平上相互制約，這對確定系統間真實的耦合狀態具有很大幫助。耦合協調度公式如下：

(10)

T=αμ1+βμ2。

(11)

式中：T為綜合協調度指數，該指數用來衡量系統間的整體協同效應，α和β為待定系數，代表結構式減災措施與非結構式減災措施的重要性，α+β=1。一般認為，洪澇災害結構式與非結構式減災措施處于同等重要的地位，二者重要性一致，故取值α=β=0.5。

步驟五：對應耦合度及耦合協調度等級。在耦合度標準劃分上，依據物理學里耦合階段的劃分[15]，本文將結構式與非結構式減災措施的耦合狀況以0.3、0.7為界，劃分為3個等級(表2)。在耦合協調度標準劃分上，為了能綜合反映各年國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合協調度的發展水平，本文在參考前人研究的基礎上[16-17]，根據均勻分布函數擬定耦合協調度的劃分標準(表3)。

表2 洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合度評價標準

表3 洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合協調度評價標準

2 實證結果及分析

根據式(1)—式(10)得出洪澇災害結構式與非結構式減災措施兩類子系統的綜合建設指數μ1、μ2及耦合度C、耦合協調度(D)(表4)。

表4 洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合度及耦合協調度

為了更直觀地觀察2008—2018年國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施建設水平、耦合度、耦合協調度的動態演變態勢，結合表4繪制圖1、圖2。

圖1 中國洪澇災害結構式與非結構式減災措施綜合建設指數演變

圖2 中國洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合度及耦合協調度演變

2.1 減災措施綜合建設指數評價

從圖1可以發現2008—2018年國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施綜合建設指數演進態勢呈現出以下特點。

洪澇災害結構式與非結構式減災措施綜合建設指數呈波動上升趨勢。國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施綜合建設指數在2008—2018年總體成上漲態勢，10 a間結構式減災措施綜合建設指數增幅為240%，非結構式減災措施綜合建設指數增幅為400%，但是在部分年份又呈現略有波動的特征。其中，從結構式減災措施綜合建設指數的數值來看，2009—2011年出現最大降幅，兩年降幅為35%，此后從2011—2018年結構式減災措施綜合建設指數以每年平均17%的增幅穩步提升；從非結構式減災措施綜合建設指數的數值來看，2009年出現最大降幅，降幅為14%。

洪澇災害結構式與非結構式減災措施兩個子系統的綜合建設指數差值(μ1-μ2)變化呈波動擴大態勢。從圖1柱狀圖可以看出，雖然2008—2018年間μ1、μ2均呈現上漲態勢，但洪澇災害結構式減災措施系統的綜合建設指數μ1始終大于非結構式減災措施的綜合建設指數μ2，這說明中國洪澇災害非結構式減災措施的建設長期滯后于結構式減災措施。另一方面，2008—2018年國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施綜合建設指數差值經歷了2008—2009年的快速上升、2009—2011年的快速下降，2011—2015年的上下波動、2015—2018年快速上升四個階段，2018年綜合建設指數差值相比2008年增幅為100%，未來呈現繼續擴大的態勢。上述兩個子系統的綜合建設指數差值變化特點反映出，隨著洪澇災害防治投入的力度的不斷加大，在兩者綜合建設水平快速提高的同時，非結構式減災措施的建設長期滯后于結構式減災措施，二者間差值進一步擴大，建設不同步現象愈發嚴重。

2.2 減災措施耦合度及耦合協調度分析

從圖2可以發現2008—2018年國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合度與耦合協調度演進態勢呈現出以下特點：

國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施的耦合協調度評價值穩步增長。洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合協調度發展大致可以分為三個階段：2008—2014年的失調衰退階段；2015—2017年的勉強協調發展階段；2017—2018年為初級協調發展階段。二者的耦合協調度已從2008年的0.320提升至2018年的0.650，實現了從失調衰退向初級協調發展的轉變，耦合協調狀況得到逐步改善，這表明兩者建設整體呈現向好趨勢，洪澇災害防災減災措施投入獲得良好成效。

國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施間呈現“高耦合度、低耦合協調度”的異常狀態。從表4和圖2可知，2008—2018年國內洪澇災害結構式減災措施系統與非結構式減災措施系統的耦合度整體呈現穩定狀態，C值均在0.80以上處于高度耦合階段，而耦合協調度最大值僅為0.65處于勉強協調階段，長期存在“高耦合度、低耦合協調度”的現象。耦合度反映的是系統間相互作用程度的大小，耦合協調度則反映系統間相互作用中良性耦合程度的大小，洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合度長期處于高度耦合階段，反映出兩者間相互作用程度強，也從側面反映出國家一直高度重視洪澇災害的預防與治理工作，不斷加大結構式與非結構式減災措施的投入力度，二者在建設質量、數量上日趨完善，但另一方面，處于勉強協調階段的耦合協調度反映出系統間耦合協調程度較低，耦合度與耦合協調度的反差表明當前結構式與非結構式減災措施看似面面俱到，但系統間的相互作用多是低水平的相互制約，良性耦合程度較低，未實現系統間高水平的相互促進。

3 對策與建議

基于國內洪澇災害結構式與非結構式減災措施的耦合協調發展狀況，對于如何促進兩者耦合提出如下建議。

(1)進一步貫徹結構式與非結構式減災措施耦合理念。思想意識指導行為，行為決定結果，在應急管理決策者、日常管理者、專家、技術人員、救援人員等各類應急管理人員培訓的過程中，通過學習國內外相關成功案例的方式，貫徹落實“結構式與非結構式減災措施耦合”的理念，使其意識到兩類措施耦合的重要性。

(2)進一步完善和細化與洪澇災害防治相關的法律法規。一是結合我國洪澇災害防治實踐經驗與具體國情，借鑒國外相關立法經驗，完善現有法律法規，解決當前法律法規對洪澇災害減災措施耦合建設管理規定過于籠統、原則性規定過多、法律與實際操作銜接不足的問題，可加入結構式與非結構式減災措施耦合的專項條款，為結構式與非結構式減災耦合提供法律保障。二是填補洪澇災害非結構式減災措施的立法空白，我國洪澇災害非結構式減災措施在實踐中積累了豐富的經驗，但并未通過立法進行確認與規定，這導致非結構式減災措施效果的發揮取決于管理者的個人經驗與綜合素質，存在很大的不確定性。因此，非結構式減災措施法律法規的制定應以具體國情與實踐經驗為基礎，借鑒美國、新西蘭等國家非結構式減災措施立法的經驗，對非結構式減災措施的實施的全過程予以明確的規定。

(3)加強洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合的跨學科技術理論研究。理論指導實踐，配套的技術理論研究是減災措施耦合系統有序運作的關鍵行動規范。洪澇災害結構式與非結構式減災措施耦合技術理論研究從學科基礎上看，涉及到工學、社會學、管理學、法學、經濟學等眾多學科；從研究方法上看，既涉及到社會科學領域的方法，也包括自然科學領域的方法。因此，在減災措施技術理論研究上應加強跨學科研究跳出學科界限，以獲得交叉性成果，為減災措施耦合實踐提供學理支撐。一方面，在人才培養全過程貫穿跨學科理念，創新課程設計，在課程設計中積極匯聚各學科的學科優勢與傳統積淀，堅持理論與實際相結合，深度融合自然科學、社會科學以及工程技術多學科的知識與理念，全面致力于具有跨學科專業素養的復合型、應用型防災減災人才的培養，另一方面，建立跨學科研究基地。在各高校與研究所中建立以“問題”為核心的研究基地，構造多學科和跨學科的研究平臺。

(4)打破災害治理決策機制的“部門主義牢籠”，建立更加開放與互動的決策機制。水利管理部門、應急管理部門、工程設計部門等要充分合作，決策過程中還要引入結構式減災與非結構式減災領域的專家力量，讓彼此在同一領域里深度對話，保證決策的系統性和科學性，避免兩類減災措施各行其是的局面。