基于突變理論的松花江流域洪災社會脆弱性評價與分析

王躍 劉家福

(吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平136000)

洪災是由洪水泛濫而造成的災害，是威脅人類生存、發生頻繁、影響面廣的十大自然災害之一[1]。洪災包括水災和澇災；水災是由降水強度較大農田被覆蓋造成的災害；澇災指降水面積大并造成積水而帶來的災害。洪災對我國造成了重大的經濟損失。

洪災脆弱性分析可以按照風險要素指標，暴露指標和敏感性指標來劃分[2]。具體條件包括：暴雨(致災因子)；地形地貌、水系、植被(孕育環境)；對居民或社會財產的損失(承災體)；社會經濟因素，對洪災的防御、適應或回避的措施(脆弱性)。從近年來災害研究的發展形勢來看，脆弱性已經成為研究熱點問題，減少脆弱性的有效方法之一就是建立脆弱性評價體系以及評價模型[3]。社會脆弱性模型的構建對于洪災的預防具有很大的幫助，專業人士可以通過模型，對災害進行預測，有效地較少不必要的損失，為人們的生活減少了許多擔憂。對于脆弱性進行區域的分析可以有針對性地對區域進行預防并采取措施，有利于政府合理的資源配置，對于脆弱性較大的區域應該增加有利資源，分配更多人力、物力。

松花江為我國重要的流域之一[4]。松花江流域地處亞洲東北部，地勢平緩，河道多為寬淺河道，流速比較慢。降水集中在7—8月，多為連續性降雨[5]。此時流域氣溫以暖為主，降水量的年際變化差異較大，呈現出極端化發展的趨勢，使受災面積、經濟都遭受嚴重的威脅。如，1998年夏季特大洪水、2013年夏季大水均造成了超百億的慘重經濟損失[6]。因此對松花江流域洪災社會脆弱性的研究對保護人們的生命安全、減少洪災損失都有重要意義。

1 研究區概況

松花江是中國主要的江河之一[7]，其跨越黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古東北4省份[8]，28個地級市，如圖1所示。整個流域地形向東北方向傾斜，3面以群山環繞，河道可劃分為3段[9]。松花江流域地處溫帶和寒溫帶大陸性季風氣候區，四季分明[10]。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本文數據來源于《吉林省統計年鑒》、《遼寧省統計年鑒》、《黑龍江省統計年鑒》、《內蒙古自治州統計年鑒》(2020年)，利用松花江流域內社會經濟統計數據[11]，對指標進行篩選，從洪災社會脆弱性的暴露性、敏感性與應對能力3個方面中人口、經濟、防災避險3個角度構建洪災社會脆弱性指標體系，以市級為研究尺度[12]，最后選取流域內28個地級市為研究區。

2.2 指標體系構建

依據災害位置模型理論可知，決定洪災發生位置的因素可分為孕育環境、承災體以及承災體的抗災能力，位置的差異也會導致受災與抵抗能力不同，因此社會脆弱性各不相同[13]。各因素之間彼此聯系、彼此制約。本文以災害位置模型理論與應急管理周期理論為理論基礎[14]，選擇松花江流域作為洪災社會脆弱性評價的研究區，綜合考慮暴露性、敏感性、防災減災3方面、模型的適用性以及數據的可獲取性最終選取10個指標構建洪災社會脆弱性評價體系，見表1。

表1 松花江流域洪災社會脆弱性評價指標體系

2.3 評價指標無量綱處理

由于各指標的量級不同，把數據歸類為正向指標和負向指標2種[15]，再依次進行相對應的標準化處理，公式如下。

正向指標：

負向指標：

式中，Pij為歸一化后的數據；Xij、Xmin、Xmax分別為各指標的原始數據、最小值以及最大值。

2.4 突變理論

脆弱性的評價需要借助數學工具，目前常用的方法有集對分析法[16]、層次分析法[17]、主成分分析法[18]、灰色關聯法[19]、熵權法[20]等，應用數學方法來評估社會脆弱性，可以相對減小評價的主觀性和隨意性，但也有一定的局限性。本文依據指標特點和數據特征選擇能夠表現系統特性的數學方法，將突變理論應用于脆弱性的評價中，采用突變級數法對松花江流域的脆弱性加以評估[21]。

突變理論于20世紀60年代提出[22]，突變級數法是對評價目標分解成多個層次，構建突變模糊隸屬函數，最后根據歸一化公式進行量化計算得出參數，即求出總的隸屬函數，從而對評價目標進行排序分析的一種綜合評價方法。突變理論的勢函數包括2類變量[23]，即狀態變量和控制變量，常見的模型有4種，分別為折疊模型、尖點模型、燕尾模型、蝴蝶模型，見表2。

表2 狀態變量的突變模型

2.5 歸一化公式

利用已建立好的層次結構模型，根據控制變量個數選取突變模型，對指標進行標準化處理，選擇其對應的歸一化公式[24]，由最底層依次逐層向上層計算得出總突變級數。在計算過程中要遵循兩條原則，當控制變量間作用無法彌補時，遵循“大中取小”原則，當各控制變量間作用可相互彌補，按“平均值”的原則取值[25]。

3 結果分析

3.1 歸一化計算

由表1可知，C1、C2、C3構成燕尾突變，以長春市為例，Xc1=(0.783)1/2=0.885，Xc2=(0.709)1/3=0.892，Xc3=(0.954)1/4=0.988，由于各控制變量可以相互彌補，為此按互補原則取平均值，得到B1=(Xc1+Xc2+Xc3)/3=0.922，C3、C4、C5構成燕尾突變、C6、C7、C8、C9、C10構成蝴蝶突變，同理計算出B2=0.245、B3=0.704，根據底層評價指標計算上層指標評價值，由于底層各指標間是互補的，求取平均值即為綜合評價值，X1=0.623,根據上述計算方法，求取松花江流域28個市級的洪災脆弱性評價指標值，見表3。

表3 松花江流域28個市級洪災社會脆弱性評價結果

3.2 人口脆弱性分布

人口脆弱性總體呈現西北部較高，中部較低的趨勢，見圖2，其中長春市和哈爾濱市為人口脆弱性指數最高的區域，最低的區域為大興安嶺市和雙鴨山市，人口脆弱性主要受女性人口比例以及自然增長率的影響，長春市和哈爾濱市分別為吉林省和黑龍江省的省會，自然增長率較大，人口老齡化嚴重，老人在應急避險過程中缺乏充足的體力支持，需要青壯年的協助和交通工具的運輸下才能完成避險，過多的老齡人口、空巢老人容易暴露地區的洪災脆弱性。總的來說，人口脆弱性較高的區域，人口老齡化較嚴重、女性人口比例較高等原因共同制約了地區的防洪能力。

雙鴨山市人口脆弱性最低，脆弱性指數為0.902，女性人口比例較低，自然增長率為-10.69，在所有市級中最低，這將導致城市青少年比例較小，并隨著生活水平不斷提高不斷減輕城市的負擔，有利于環境、經濟的進一步發展，且在眾多外來務工人員中以男性居多，男性常住人口在1/2以上，因此雙鴨山市為人口脆弱性最低的地區。

3.3 經濟脆弱性分布

松花江流域經濟脆弱性整體呈現四周較高、中部較低的趨勢，見圖3，經濟脆弱性最高的區域為七臺河市、伊春市、白山市、遼源市，其中脆弱性指數均高于0.98。七臺河市為經濟脆弱最高的城市，該地區生產總值僅為231.3萬元、農林牧漁業生產總值僅為66.6萬元，都為研究區內最低，這將是導致經濟脆弱性最高的主要原因，且經濟發展較為緩慢是導致經濟脆弱性較高的重要因素。

經濟脆弱性較低的區域為長春市、哈爾濱市、大慶市、綏化市，其中長春市、哈爾濱市分別為所在省份的省會城市，經濟發展迅速，國民經濟生產總值、一二三產業經濟都名列前茅，人民的生活水平普遍較高。長春市經濟脆弱性最低，僅為0.245，這與該市生產總值高達5904.138萬元，位于研究區內最高有直接的關聯。

3.4 防災脆弱性

研究區內防災脆弱性整體呈現東部地區較高，西部地區較低的趨勢，見圖4，防災避險主要受交通、醫療機構數、教育、衛生技術人員等因素影響。哈爾濱市、長春市、呼倫貝爾市脆弱性最低，哈爾濱市防災脆弱性指數最低僅為0.204，在校學生數403149人，較高的學生綜合素質、教育條件和師資力量與其他市級比都較高，在所有地市中處于領先地位，醫院床位數78888個、執業醫師有27972名，豐富的醫療資源、良好的互聯網條件、發達的通信水平等因素共同抵抗了地區的防洪能力。防災脆弱性較高的是大興安嶺市和鶴崗市，脆弱性指數高于0.97。大興安嶺市醫療床位數和執業醫師人數只為2000多位，遠低于研究區內的平均水平，醫療條件的落后影響地區的防災脆弱性。

3.5 松花江流域社會脆弱性空間分布特征

研究區內綜合脆弱性呈現東南和東北方向脆弱性總體較高，中部和西北部較低的趨勢，見圖5，其中微度脆弱性占整體的1/16，主要分布在省會城市附近，省會城市在醫療、經濟、交通等方面都居于前列，經濟發展水平增長速度也加快，致使其成為研究區內整體社會脆弱性最低的城市；重度脆弱性占研究區內整體的1/7，分別為鶴崗市、通化市、撫順市以及延邊朝鮮族自治州，共同特點為人口脆弱性排名均在中下水平，而經濟脆弱性和防災脆弱性排名都在中上水平，這體現了城市的復雜性共同制約著城市的綜合脆弱性水平。

4 結論與討論

4.1 結論

本文針對松花江流域目前的區域特點和災害特點現狀，以松花江流域內各城市為研究對象，依據突變級數理論從人口、經濟、防災避險3個方面構建指標體系，由于突變級數法對每層指標個數的構建具有較強嚴格性，因此構建3個一級指標、10個二級指標。以指標評估法評價松花江流域洪災脆弱性，從空間角度分析2020年松花江流域洪災脆弱性的分布規律和分布特點。

計算結果表明，研究區內呈東南和東北方向社會脆弱性較高，中部和西北部較低的分布，整體社會脆弱性以中度占大部分，該等級城市占總體的13/28，分別為黑河市、齊齊哈爾市、白城市、松原市、四平市、遼源市、白山市、吉林市、牡丹江市、七臺河市、雞西市、佳木斯市和伊春市，重度脆弱性占整體的3/28，中等以上水平接近總體的1/2，從而可看出，研究區內整體呈中等偏高水平。通過對人口、經濟、防災脆弱性3個方面對其總體脆弱性進行評價與分析，從中可得出，每一方面都占有重要的比重，經濟的快速發展與城市制度的建設對研究區防洪減災和降低脆弱性具有重要的意義，人類社會和社會結構的存在可以很大程度地影響生活區域的脆弱性高低，防洪設施的建設、社會保障制度的健全和政府機構的重視都能夠極大程度降低區域洪災脆弱性。

4.2 討論

本文在指標構建以及研究方法上進行豐富，從而對松花江流域內28個地級市的洪災社會脆弱性進行量化分析，研究結果可以為松花江流域的未來發展規劃提供參考，也可以為同類型的地區類型提供研究思路。

但由于人力限制只進行了單一年份的研究，想要深入地對該地區的洪災狀況進行探究還應該開展連續的時間序列洪災脆弱性時空格局研究；在數據方面，數據主要來源于2020年的統計年鑒數據，這些數據表現的主要是社會經濟發展的平均水平，可能與實際情況有一定的出入，在往后的研究中可以參考更加成熟的數據；在研究方法上，突變級數法對洪災社會脆弱性評價的過程中，關鍵步驟是指標權重的排序，本文采用的方法較為主觀，雖然基本符合要求，但還可以采取更為客觀的方法加以驗證。如何選擇研究方法、構建合理的指標體系以及不同方法造成的結果差異的探討都將是今后研究的重點。