自然灾害风险评估研究综述
摘要：自然灾害是制约区域可持续发展的重要因素之一，自然灾害风险综合评估可以为减少自然灾害造成的损失提供科学的依据。本文从国内外自然灾害危险性评估、承灾体易损性评估、破坏损失评估、灾害风险综合评估等方面阐述自然灾害风险评估的研究现状，在此基础上结合目前自然灾害呈现的新特点，讨论自然灾害风险评估的发展前沿，指出多灾种耦合动态风险评估、加强和提高GIS与RS技术在自然灾害风险评估中的应用研究是自然灾害风险评估的新的研究方向。
关键词：自然灾害；风险评估；灾害危险性；易损性
1. 引言
自然灾害是制约区域可持续发展的重要因素之一。在全球自然灾害频发、强度不断增强的背景下，自然灾害风险研究引起了国际社会和国内外学者的高度关注。完全准确预报和阻止自然灾害发生并不现实，采用有效自然灾害风险评估与管理战略，可避免或减轻其带来的损失。1994年，联合国第一届国际减灾大会通过横滨战略，提出了建立更安全世界的预防、防备和减轻自然灾害的指导方针。2005年，联合国减灾大会通过神户战略，提出将减灾战略由减轻灾害调整为减轻灾害风险，并从单纯的减灾调整为减灾与可持续发展相结合【1】。自然灾害是致灾因子、孕灾环境和承灾体三者综合作用的结果【2】。自然灾害风险评估是指“通过风险分析的手段或观察外表法，对尚未发生的自然灾害之致灾因子强度、
【3】受灾程度，进行评定和估计”。1970年以后，自然灾害风险评估逐步成为灾害研究的新
趋势，引起国内外的广泛关注。特别是随着3S（GPS、GIS、RS）技术的发展，使得灾害
风险评估取得了很多进展。遥感技术(RS)是获取区域地表覆盖类型和土地利用现状最有效的手段，是大尺度灾害风险研究中必不可少的工具。地理信息系统(GIS)是灾害因子表达、危险性、脆弱性和灾害损失评估专题地图绘制的主要手段。全球定位系统(GPS)作为小尺度灾害情景定位和灾情信息记录的主要媒介，在灾害风险评估的微观表达起重要作用。国内外学者在自然灾害形成机理、单灾种灾害评估、多灾种灾害综合评估等方面取得了诸多成果。本文拟从国内外自然灾害危险性评估、承灾体易损性评估、破坏损失评估、灾害风险综合评估等方面阐述自然灾害风险评估的研究现状，在此基础上讨论自然灾害风险评估的新的研究方向。
2. 自然灾害危险性评估
自然灾害危险性评估是指对一个地区所经历的或所面临的灾害危险性进行评估。评估的结果需要指出这个地区过去或未来发生某一个等级的灾害的概率有多大；其可能达到的最大灾变等级有多大【4】。根据灾害种类的不同，灾害危险性评估可分为两类：（1）单类灾害危险性评估，如地震、旱灾、水灾、农业病虫害、风暴潮等；（2）综合灾害危险性评估，是对多种灾害综合危险性的评估。
自然灾害种类多，自然灾害危险性的评估方法也不同。一般来说，自然灾害危险性评估方法有如下几种【5】：
（1） 概率统计（台风、暴雨、洪灾、泥石流、地震等）；
（2） 模糊数学（综合气象灾害、洪灾、泥石流、地震、综合地质灾害等）；
（3） 基于信息扩散理论（低温冷害、台风、暴雨、洪灾、旱灾、地震、火灾等）；
（4） 层次分析（综合地质灾害、洪灾、滑坡、草原火灾等）；
（5） 灰色系统（综合地质灾害、风暴潮、洪灾等）；
（6） 人工神经网络（洪灾、泥石流、雪灾、地震、综合地质灾害等）；
（7） 加权综合评估（台风、暴雨、洪灾、综合地质灾害、生态灾害、草原火灾等）。
在自然灾害危险性评估应用中，有单独应用一种方法的，更多的是综合运用两种方法，如模糊数学与层次分析法、层次分析法与加权综合评估法、模糊数学方法与灰色系统方法结合等。自然灾害危险性评估方法应用最多的领域是气象灾害（尤其是洪灾）、地质灾害。
Emrich利用HOP(Hazards-of-Place)概念模型为基础，以社会-经济指标、建筑环境指标和可达性指标为一级指标，采用加权平均的方法定量评估了美国都市区的自然灾害社会易损性【6】。Mitchem利用主成份分析法筛选了自然易损性和社会易损性指标和减灾能
【7】力指标，通过对这些指标标准化并求和得出了美国县级龙卷风场地综合易损性平价结果。
Clarke对水位－流量关系曲线的模糊不确定性进行分析，研究了它所引起的估计年均洪水(主要是断面最大流量)的不确定性问题【8】。JIM利用遥感数据和社会经济统计数据在英国和威尔士进行了国家尺度当前和未来的洪水风险评估，该方法充分利用了英国和威尔士的地区信息、洪水防御标准以及防护情况，同时还有泛滥平原范围、地形、受灾面积和财产价值等数据，对整个英国和威尔士2002年的洪水风险进行了评估，并进行了基于情景的未来洪水风险评估【9】。Sebastiaan对荷兰南部的环形堤坝进行了洪水风险评估实证研究，提出了一种基于情景模拟的方法，精选一定数量有代表性不同地方决堤的洪水情景，然后通过确定性模型方法分析每种洪水情景的洪水过程和后果。通过整合关于不同洪水情景发生的可能性及其后果的信息进行洪水风险定量评估【10】。Guzzetti在意大利中部的
Collazzone地区建立了滑坡敏感性统计分析模型，实现了对模型的可靠性、敏感性和预测技术的定量分析评估，提出了对滑坡敏感性模型质量评估的技术方法框架【11】。
王静爱构建了综合城市化水平指标和综合自然灾害强度指标；运用数字地图技术，在模型与图谱互馈过程中，实现了中国城市承灾体与致灾因子的综合定量评估，编制了中国城市自然灾害区划图【12】。张业成在运用AHP法分析评估了中国地质灾害的危险程度，进行了全国范围的危险性区划【13】。张俊香提出带有“层次”结构的“多值的”的自然灾害风险区划图图型模式【14】。
随着GIS与RS技术的快速发展，这两种技术在空间数据获取、处理、分析和可视化表达等方面具有的独特优势和潜力在自然灾害风险评估领域也获得了广泛地关注。周成虎在对影响洪灾的各主要因子分析的基础上，构建了基于GIS 的洪灾风险区划指标模型并完成了辽河流域洪灾风险综合区划【15】。朱良峰采用GIS平台与信息量模型结合，首次进行1:600万比例尺的全国地质灾害危险性区划【16】。宫清华等将GIS技术与自然灾害风险评估理论相结合，完成了对广东省洪涝灾害风险的分析并编制了综合风险区划图【17】。自然灾害风险区划与RS结合发展，陈鹏霄以长江中游的东洞庭湖区为研究对象，使用6幅SAR影像分析此区域的水体表面及水深分布，并在此基础上制作洪水频率图和水深分布图，最后生成东洞庭湖区的洪水风险图【18】。
3. 承灾体易损性评估
自然灾害承灾体易损性评估，主要指对承灾体易损毁的程度和受灾率、损失率的评估。根据自然灾害影响层次的分类，承灾体易损性评估可以分为三种【4】：
（1）直接灾害损失评估，即评估由灾害直接造成的社会和环境损失，主要是人员伤亡和经济损失，也包括由原生灾害引起的突发性次生灾害造成的损失，如地震火灾，地震滑坡等造成的损失。
（2）间接灾害损失评估，即由于直接灾害损失对人类、社会、环境的影响所造成的损失，如交通中断、工厂停工等所造成的损失。
（3）衍生灾害评估损失，即由于直接灾害损失、间接灾害损失对人类、社会、环境的所造成的长效性或由此衍生的损失。
灾害易损性的评估与研究方法较多，常用的评估方法有主成分分析法【19,20】、层次分析法【21,22,23】、模糊综合评估法【24,25】等。J. K. Mitchell提出自然灾害背景模型，认为自然灾害所发生的环境，社会文化，经济和政治背景对灾害有强大的修正作用【26】。殷克东按照风暴潮灾害风险区划原则，选取风暴潮灾害易损性风险评估指标，采用层次聚类分析、熵值法及灰色关联分析方法，构建沿海风暴潮灾害易损性风险区划【27】。Juha等提出了城市自然灾害脆弱性评估的理论框架【28】。刘希林将易损度评估因子分为财产指标和人口指标两大类，并提出转换赋值函数，解决了人、财、物统一标度和综合表达的难题【29】。唐川探讨了城市泥石流易损性评估系统方法，并对城市居民房屋、基础设施和农业用地等进行易损性评估【30】。易损性评估与RS结合发展，朱静以QuickBird高分辨率遥感影像为数据源进行城市土地覆盖类型解译，对城市山洪灾害在承灾体属性特征和社会承灾力进行了易
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损性分析【31】。
4. 破坏损失评估方面评估
自然灾害风险评估的关键内容是估算损失，这种预期损失主要取决于风险区范围、致险程度、风险区承险体的暴露性、固有灾损敏感性及配套的区域应灾能力的减灾有效度。在获得不同承险体的各种灾种的风险损失度后，还需要对区域所有承险体的多灾种风险损失进行评估。该评估有两个层面：（1）人口、财产和生态系统三类承险体的多灾种风险损失独立评估；（2）三类承险体的多灾种风险损失整合评估【32】。
受灾资产的灾前价值评估的3种方法【33】：（1）原始价值法。当受灾资产已无使用价值时，直接经济损失可按受灾资产的灾前价值计算；当受灾资产还有使用价值时，损失可按受灾资产的修理费用计算。（2）重置成本法。主要用于评估企业不动产灾前价值。（3）市场法评估。Das S & Lee R提出洪涝灾害直接经济损失率计算方法，以淹没水深等洪涝灾害特征为自变量，损失率为因变量，利用参数统计方法确定模型参数【34】。
国内专家学者对自然灾害风险损失的评估方法进行了一系列的研究，于庆东根据自然灾害经济损失的特点，对自然经济损失进行了比较合理的界定和分类，在此基础上着重对自然灾害直接经济损失和间接经济损失的评估理论和方法进行了探讨【35】。文康对各经济部门洪灾损失的特点、调查评估原则、损失计算方法分类作了详细的介绍【36】。部分学者还探讨了灾害间接损失评估方法【37,38】。
基于统计的损失评估不适合进行自然灾害灾前的损失预评估，和灾中损失的实时评估。随着GIS与RS的快速发展，一些学者运用GIS与RS技术进行灾害损失评估研究。TINEKE
【39】DE JONGE等应用GIS建立了洪涝灾害损失评估模型。Profeti应用LandsatTM和ERS
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SAR数据进行了洪涝灾害损失评估【40】。Hsu等根据航空影像，应用案例推理及模糊数学预测台风损失【41】。RS与GIS技术进行准确的城市防洪建模和用来评估城市的住宅和基础设施损失程度【42】。丁志雄建立基于GIS空间信息格网的洪涝灾害损失评估模型，并建立
【43】基于RS与GIS的洪涝灾害损失评估技术方法体系，经验证具有较好的可行性和实用性。
5. 灾害风险综合评估
自然灾害风险综合评估是指通过采用适当的科学方法，对自然灾害的致险可能性及受险对象可能遭受的损失进行综合评估和科学估算的过程，结果通常采用“自然灾害风险综合制图”来准确的予以表达【32】。近年来国内外的灾害管理与减灾实践表明：在人类无法控制自然灾害发生，不能完全准确地对自然灾害进行预报和预警的条件下，通过对自然灾害风险的综合评估，编制不同空间尺度的自然灾害风险分布图，辨识高风险区，可以为各级政府更有效的指导防灾与备灾工作，减少自然灾害造成的损失提供科学的依据。
灾害风险综合评估研究在1990年以后才逐渐开始，G. GRUNTHAL在DFNK项目支持下，以科隆为示范点，对该地区风暴，洪水，地震灾害分别从危险性、脆弱性、直接经济损失等方面进行了研究，并绘出各类灾害的风险曲线图【44】。Stefan Greiving通过灾难的各自危险性指标加权求和得到综合危险性评估图，用单位面积研究区的平均GDP、人口密度和自然区域三个指标加权求和得到灾害暴露性指数；用单位面积平均GDP来代表防灾减灾能力；再把暴露性指数和防灾减灾能力加权求和得到灾害脆弱性评估图；最后把综合危险性评估图和脆弱性评估图加权叠加得到多灾种复合风险评估【45】。Michael把地质灾害危险性、易损性和风险评估作为一体，以GIS软件为技术平台，分别采用平面和三维评估系统进行了滑坡地质灾害评估研究【46】。
国内学者提出了不同的评估体系和模型，如史培军、黄崇福等学者提出区域灾害风险
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评估模型【47,48】。此外，黄崇福提出了用函数族和合成规则族表达的综合灾害风险评估基本模式，并用两个算例验证了这个基本模式的实用性【49】。史培军对中国城市水灾、地震、滑坡、泥石流等主要自然灾害风险进行了评估研究，基于城市脆弱性水平指数和城市综合自然灾害强度指数编制了城市自然灾害风险评估图【50】。葛全胜等进行了中国自然灾害风险综合评估初步研究【32】。罗培运用GIS技术，通过对属性数据库和图形数据库的操作得到各种灾害的孕灾背景、灾害危险性、承灾体易损性评估图层，再经过图层叠加完成各种灾害的风险评估【51】。盖程程提出了针对自然灾害和事故灾难耦合的风险评估方法， 根据事件链耦合关系矩阵确定危险源耦合评估结果【52】。尹占娥针对上海进行了城市尺度自然灾害综合风险评估，从致灾因子、历史灾情、暴露-易损性和抗灾恢复力出发，选取19个风险评估指标，采取特尔菲法与AHP相结合方法，计算得到各指标因子指数和综合风险值，由低到高分为10个等级，获得基于GIS编制上海综合风险图【53】。胡蓓蓓运用GIS技术和水文数学模型对天津市滨海新区地面沉降、暴雨内涝、风暴潮等自然灾害进行了风险评估【54】。
6. 结论
纵观国内外相关文献，GIS&RS 技术因其在空间数据获取、处理、分析和可视化表达等方面特点为自然灾害风险评估提供了更广阔的研究空间，自然灾害风险评估在经过风险概率的建模与评估，指标体系的风险建模与评估阶段的发展后，逐步向情景模拟的动态风险建模与评估发展。在以往的研究经验的基础上，该领域的研究还有很大的拓展空间：
（1）多灾种耦合动态风险评估。国内外自然灾害风险评估研究大多是针对单灾种的，且多灾种风险评估仍停留在单灾种的简单叠加上。对由于灾害发生而引发的灾害链或多灾害耦合的灾害群进行实时评估具有广阔的研究空间，这种评估有利于多灾害复合风险的区域划分和风险制图，揭示综合灾害风险的形成机制。
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(2) 加强和提高GIS与RS技术在自然灾害风险评估中的应用研究。GIS具有空间数据分析和可视化表达的优势，RS是快速全面获取自然灾害风险的重要数据来源。将GIS与RS技术应用到自然灾害风险评估领域，可以实现多灾种自然灾害场景下的灾害风险动态演化过程模拟，实现灾害风险的综合动态评估。
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