多灾种风险评估研究进展*

明晓东，徐伟，刘宝印，杜鹃，辜智慧，葛怡

(1.北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室，北京100875;2.民政部—教育部减灾与应急管理研究院，北京100875;3.英国利兹大学地球与环境学院，英国利兹LS29JT;4.深圳大学建筑与城市规划学院，广东深圳518060;5.污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学环境学院，江苏南京210093)

0 引言

随着社会经济的发展和人口的迅速增长，人口、资源与环境矛盾日益加深，加之自然灾害频发，灾害对人类社会造成的影响也越来越大，己经成为当今人类社会面临的最主要问题之一［1］。灾害风险的研究得到了学者的广泛关注，目前各种单一致灾因子的风险研究较为常见而且已经取得了一定的成果。然而，一个区域往往受到多种致灾因子的共同影响，单灾种风险评估并不足以反映该地区的综合风险，有必要开展多灾种风险评估。区域综合风险水平是政府等决策者进行区域防灾减灾规划以及保险公司厘定保费的重要参考依据，因此开展区域多灾种风险评估具有重要意义。

作为灾害风险研究的重要发展方向，多灾种风险得到了越来越多研究者的关注，并且取得了一些成效。国外的灾害风险研究机构21世纪以来提出过一些多灾种风险评估方法，并在实践中得到应用。例如慕尼黑再保险公司在2002年开发了灾害指标综合风险评估方法，主要用来评价世界最大50个城市所遭受的灾害损失［2］。欧洲委员会联合研究中心提出了JRC多致灾因子评估方法，并对欧洲10个国家进行了天气灾害的综合风险评估与制图［3］。美国联邦应急管理局(FEMA)与国家建筑科学研究院(NIBS)合作开发了基于GIS平台的多灾种风险评估软件包HAZUS-MH，用于对美国各级别行政区进行地震、飓风和洪水灾害风险的综合评估［4］。欧洲空间观测网络(ESPON)在欧盟地区开展了全面考虑自然灾害和技术灾害的多灾种综合风险评估［5－8］。

国内在20世纪末就已经有学者开始关注多灾种问题［9］。马宗晋等［10］对中国自然灾害综合活动程度和综合危害程度进行了初步分析和制图。高庆华等［11］进一步分析了全国范围的多灾种区域安全性，对21世纪的中国重大自然灾害风险进行了预估。王静爱等［12－14］对中国以县级行政区为基本单元的多灾种强度和城市化水平做了评估，得到中国城市自然灾害区划图。葛全胜等［15］在系统论述国内外自然灾害风险研究理论方法的基础上进行了地级市、县、村三级尺度的自然灾害综合风险评估试点研究。2011年，史培军等［16］选取了中国主要的12种自然灾害，完成了基于县级行政单元的全国多灾种综合风险评估与制图。

目前多灾种风险评估的理论和方法进展很快，但尚没有文献对相关研究做出较为系统的论述。笔者通过阅读大量的国内外相关文献，在深入分析的基础之上总结了当前多灾种风险评估取得的主要研究进展和成果，指出了当前研究的一些难点和不足之处，并对今后多灾种风险研究的重点进行了展望。

1 多灾种及其风险的基本概念

多灾种是相对于单灾种而存在的一个概念，通常是指在一个特定地区和特定时段，多种致灾因子并存或并发的情况［17］。由于涉及到多种致灾因子，各致灾因子之间的复杂关系(如不同时空组合等)，以及承灾体对于多致灾因子呈现出的综合脆弱性特征，使得多灾种风险研究较为困难，但同时也是灾害风险领域亟待研究和解决的问题。

1.1 区域灾种之间的关系

对于区域各灾种之间的关系问题，国内学者曾提出灾害群的概念，对不同灾害在时间上的群聚和空间上的群发现象作了初步论述［11，18－19］。多灾种各致灾因子之间的关系多样，从不同的角度呈现出各种复杂的关系，如表1所示。

表1 多致灾因子之间的关系

从相互作用来看，不同的致灾因子可能是相互独立的，也可能存在相关关系，甚至是因果触发关系。这些关系的存在与否及其关联程度也对区域灾情大小有着重要的影响。例如巨灾的发生往往都是多个致灾因子链式触发的结果，往往导致灾情的影响范围和程度进一步扩大。

从发生时间来看，致灾因子存在同时发生和先后发生两种不同的关系。多种致灾因子同时发生与先后发生的危害性往往不同。而对于先后发生的致灾因子，其先后次序以及发生的间隔时间长短对于最终造成的损失也会有影响。

从影响范围来看，区域内各种致灾因子的影响范围可能存在交叉，也有可能相互分离。是否有叠加区与叠加区的大小都影响最终的灾情，叠加区的综合风险是多灾种风险研究的重要关注点。

从致灾效果来看，多种致灾因子共同作用既可能加重灾情，也可能减缓灾情，还有可能无明显影响。例如汶川地震之后的暴雨不仅影响救灾而且还在部分地区引发了山体滑坡，使灾情进一步加重;而长江流域在伏旱期遭遇台风却能有效地缓解旱情。

区域内不同灾种之间的关系复杂多样，由于其在不同空间、时间和强度上的组合，使得进行区域多灾种研究时需要考虑的因素极多，导致多灾种风险评估工作难度极大，特别是对存在相关或者因果关系、同时发生影响某一区域的不同灾种风险评估工作，难度更大。为此，厘清灾种之间的相互作用和时空组合方式等，是多灾种研究的关键同时也是难点所在。

1.2 多灾种风险的概念

一般认为多灾种风险是区域内多种致灾因子导致的总风险，但不同的研究者对多灾种风险内涵的理解存在差异，目前还没有形成统一的多灾种风险定义。一些学者把多灾种风险限定为多种致灾因子在时空上同时发生［20］。有的学者把多灾种风险理解为区域内多种风险的简单叠加［21］，有的则考虑了致灾因子之间的相关关系［22］或触发关系［23］。也有学者在研究多灾种风险时不考虑致灾因子之间的因果触发关系，而是将其单独归为灾害链问题分别研究［24］。本文则是从最广义的角度，综合不同的理解，论述多灾种风险的研究进展。

多灾种风险研究是建立在单灾种灾害风险研究的基础之上的。一般而言，灾害风险的组成要素至少包括两个，即致灾因子和承灾体。致灾因子的危险性和承灾体的脆弱性(在此，我们把承灾体的暴露度和区域设防水平都归纳为脆弱性属性)共同影响区域的灾害风险水平。多灾种风险必然要涉及到多种致灾因子，而承灾体的选择则有很大的不同。既可以针对人类生命［25］，也可以是农作物［26］、建筑［22］等某种具体的承灾物，还可以同时考虑了各种社会财产包括人类的多承灾体综合风险［16］。每一种承灾体在不同类型的致灾因子作用下会呈现不同的脆弱性［27］，因此多灾种风险既是一个多致灾因子问题，也是一个多脆弱性问题。

2 多灾种风险评估方法

2.1 多灾种风险评估

多灾种风险评估是指采用一定的理论和方法，对区域内多种致灾因子影响下的总风险进行综合评估。多灾种风险评估的主要目的是为利益相关者或决策者掌握区域的总体风险状况、制定区域土地利用规划和安排防灾减灾资金等服务，以达到有效减轻灾害风险的目的［3，20］。多灾种风险评估以单灾种风险研究为基础，但由于涉及到多致灾因子和多脆弱性的问题，评估方式更为复杂。

从单灾种风险到多灾种风险存在一个综合的过程，这是多灾种风险评估的关键。在进行多灾种风险评估时，综合对象和综合方法有不同的选择。综合对象可以是风险的组成因素，如致灾因子的危险性、承灾体的脆弱性等，得到综合的危险性和综合的脆弱性;也可以是各个单灾种的风险结果，综合得到多灾种风险。综合的方法多种多样，如等级矩阵法、赋权法和联合概率方法等。

2.2 多灾种风险评估方法及分类

多灾种研究对于区域减灾、区域决策和可持续发展具有重要意义。目前，国内外学者和相关研究机构已经从不同的角度提出了许多多灾种风险评估方法，并且一些评估结果已用于指导区域多灾种减灾实践工作。表2列出了一些有较大影响的方法，并从应用区域、评估单元，评价灾种、风险指标、方法特点等几个方面进行了简要的介绍和评述。这些方法基本上是在单灾种风险评估的基础上进行的，通过不同的方式将单灾种风险综合成多灾种风险。但与单灾种风险评估不同，多灾种风险评估把动力来源不同、特征各异的多种灾害放在一个区域系统里进行综合评价，考虑的是区域开发、居民人身安全及财产安全的综合受影响程度［15］。

表2 多灾种风险评估方法

可以从不同的角度，对多灾种风险评估的方法进行分类分析。按照评估区域的大小可以分为全球尺度、国家或地区尺度和局地尺度三种类型。一般而言，全球尺度［28］的多灾种风险评估方法受数据的限制，分辨率较低，评估结果往往只能得到多灾种风险的相对大小，反映风险的宏观格局而不是损失的概率。国家或地区尺度的评估方法分辨率较高，但仍然是以相对风险评估为主。局地尺度的多灾种风险评估方法针对性较强，能够为研究区的风险防范提供直接的指导和参考，分辨率较高，要求更为精细数据。

按照评估的结果可以分为多灾种相对风险(风险等级)［29］评估和多灾种绝对风险(风险概率)评估。相对风险评估只能得到风险的等级值，反映相对大小，是一种定性方法。绝对风险评估能够得到具体的风险概率，如经济损失概率、人口死亡概率等，是一种定量方法。多灾种绝对风险评估由于存在灾种之间的量度难以统一以及相互作用关系复杂等问题，难度较大。早期的多灾种风险评估方法以相对风险评估为主［30］，但随着灾害风险研究的进一步深入以及多灾种绝对风险评估的客观需求，越来越多的研究者开始尝试多灾种风险的定量评估［31－33］。

按照多灾种风险综合对象的不同，可以将多灾种风险评估方法分为风险要素综合和风险结果综合两类，这种分类方法将在下文进行详细介绍。

3 多灾种风险评估典型案例分析

从单灾种到多灾种的综合过程是多灾种风险评估的关键，在此，本文根据多灾种风险综合对象的不同选取国内外已经实施并具有一定影响的典型案例进行分类分析。灾害风险涉及到致灾因子、承灾体(包括脆弱性和暴露度)、区域设防水平等诸多要素。一些研究者出于自身理解或研究需要把暴露度和设防水平都归纳为脆弱性的因素。这里为了便于说明采用这种观点，把致灾因子的危险性(H)和承灾体的脆弱性(V)作为风险的基本组成要素，具体介绍综合对象不同的两类多灾种风险评估方法。

类型一:风险要素的综合。在风险评估的开始阶段对风险的各组成要素分别进行多灾种综合，再根据要素之间的函数关系得到的风险即为多灾种风险。具体说来，首先是对一定区域内的致灾因子危险性(H)和脆弱性(V)分别进行分析，得出该区域内的多致灾因子综合危险性和多致灾因子影响下的综合脆弱性，最后综合之后的危险性和脆弱性得到多灾种风险。大体可以公式表示为:式中:H和V分别表示危险性和脆弱性;i表示种类;符号∑表示综合的过程，并不一定是简单的加和(下同)。文献［2］、［5－8］、［39］和［43－45］中的多灾种评估方法均属于这一类型。

类型二:单灾种风险结果的综合。先进行单灾种风险评估，再对各单灾种的风险评估结果进行综合。具体的说，就是先根据各个灾种的风险组成要素(H和V)的属性用各自的方法得到单灾种的风险评估结果，最后采用一定的综合方法将单灾种风险综合为多灾种风险。大体可以公式表示为:

文献［4］、［21］、［28－29］、［40］和［46－47］中的多灾种评估方法均属于这一类。

3.1 典型案例类型一

这种类型的多灾种风险评估方法的综合对象为风险的组成因素。对于致灾因子，由于不同类别的致灾因子的强度难以统一量化，不同致灾因子影响下的脆弱性也很难比较。因此综合所得的多灾种综合危险性和综合脆弱性往往没有实际的概率意义。所以这种类型方法难以定量评估多灾种风险。以下两种方法均是根据分别评出的综合危险性和综合脆弱性采用多等级矩阵法得到多灾种相对风险等级。

(1)ESPON综合风险评估法

ESPON综合风险评估法由ESPON规划项目提出，对欧盟27国外加挪威和瑞典共29个国家所在的区域进行了综合灾害风险的评价。

在该方法中，风险的计算表达为:

潜在致灾因子(Hazard Potential):选取了雪崩、干旱、地震、极端天气、洪水、森林火灾、泥石流、风暴潮、海啸、火山和热带风暴等11种自然致灾因子和4种人为致灾因子作为评价对象。依据历史数据(如干旱、洪水等)、问卷调查及相关专家的意见(泥石流等)、可能发生概率(风暴潮、热带风暴等)等相关指标，把这15种致灾因子的危险度划分为5个等级:非常低、低、中等、高、非常高，得到单致灾因子危险度图。随后，使用专家打分法来确定各致灾因子对整个区域影响的权重，并按此权重将15种致灾因子进行加和，计算出整个区域的多致灾因子危险度，划分为5个等级得多致灾因子危险度图，即完成了对致灾因子的评价。

脆弱性(Vulnerability):将脆弱性定义为该区域潜在损失(Damage potential)和应对能力(Coping capacity)，并从经济、社会和生态三个尺度上来选择指标进行评价。其中选择了地区GDP、人口密度，生态环境作为潜在损失评价指标，选择国家GDP作为应对能力评价指标。以专家打分法来确定上述4个指标的权重，以该权重合并计算得出整个区域在多致灾因子影响下的脆弱性，划分为5个等级得到脆弱性区划图。

风险(Risk):将多致灾因子危险度图和脆弱性区划图两者采用等级矩阵法进行加和得出最终的多灾种综合风险区划图。将脆弱性的5个等级作为横轴，致灾因子的危险度等级作为纵轴，得到致灾因子和脆弱性的等级矩阵，并将两者进行加和得到区域内的风险等级。最终绘出相应的风险地图，完成多灾种综合风险评估。

该方法的优点是:可评价的致灾因子较多;计算过程较为简单直观，便于应用。其不足之处在于:评价中需要大量的数据，不便于推广应用及对历史数据的更新;各致灾因子的权重确定采用了专家打分法，带有一定的主观成分。

(2)浙江省多灾种自然灾害风险综合评估

葛全胜等对地处东部沿海人口密集、经济发达的浙江省进行了自然灾害风险综合评估试点研究，选择地市、县域和社区/村三种空间尺度作为试点区域。地市尺度选择的是浙江省台州市，根据历史灾害记录进行统计分析，来评估台州市区域内县级单元的综合灾害风险的相对等级。评估内容包括致灾因子的危险性、受灾体的物理暴露、脆弱性以及综合灾害风险。

致灾因子包括台风、洪涝、旱灾、病虫害、风雹、低温冷害、雪灾、滑坡、暴雨、风暴潮、雷暴。致灾危险性主要由各类自然致灾因子的强度及其发生的频率来描述，结合灾害类型的辨识进行空间分布评估，得到各区域的综合致灾危险性等级。

受灾体的脆弱性由受灾体的内在脆弱性评估和抗灾救灾能力来描述。由于该方法的评估对象主要为人口和农业，因此受灾体的内在脆弱性用人口和农业的数量特征来表征。抗灾救灾能力分为区域能力和农户能力两个方面。区域能力用产业经济结构和国内生产总值来反映，农户能力用人均纯收入和人均财政收入来表示。综合脆弱性等级由综合内在脆弱性和抗灾救灾能力采用等级矩阵法得出。

最后由综合致灾危险性和受灾体综合脆弱性按高、中等、低三个等级，采用等级矩阵法求出各县市的综合灾害风险等级。

该方法针对不同尺度的区域进行了多灾种综合风险评估，致灾因子和承灾体的指标选取考虑较为全面，作为试点研究能起到范例的作用。但对于小区域的综合风险，采用等级矩阵法，只进行简单的三级划分，这样的评估结果显得不够精细。

3.2 典型案例类型二

这种类型的多灾种风险评估方法的综合对象为单灾种的风险评估结果。由于单灾种的风险评估相对比较成熟，因此这类多灾种风险评估的第一步相对简单，而且对于很多灾种都已经能够得到单灾种的绝对风险水平。但在进行单灾种风险结果的综合时存在一定的困难。有研究者采用直接相加或赋权相加的方法，这种方法完全忽视了灾种之间的相互作用关系。也有研究者尝试采用联合概率、copula函数等数学方法，考虑了灾种之间的相互作用关系但忽视了其它关系。

(1)德国科隆市多灾种风险评估方法

该方法是一个局地多灾种风险评估方法，研究区为德国科隆市城区，考虑的致灾因子包括风暴、洪水和地震，认为风险是用来描述某一损失可能发生的概率。对三个灾种都分别进行致灾因子评价、脆弱性评价和损失预估。通过在同一标度下比较三种致灾因子，建立了一个统一的经济暴露度评估模型，用以计算直接经济损失。最后得到基于损失的风险超越概率曲线。

具体的评估方法可以分为以下几步:

第I步:致灾因子评估(Hazard assessment):根据历史数据评估各致灾因子对应的灾害事件的发生概率。风暴选取突风数据和时间平均风速，洪水数据为科隆水位站记录的莱茵河水流量，地震数据为公元1250年以来科隆市有记录的地震烈度数据。

第II步:列出资产清单(Development of an asset inventory):根据研究区的固定资产总额和土地利用类型的数据计算得到单位土地面积的资产暴露值，用来估计致灾因子作用下的直接经济损失。

第III步:脆弱性评价和直接经济损失评估(Vulnerability assessment and estimation of direct losses):在前两步的结果基础之上分别评估三个灾种在不同致灾事件中可能遭受的直接经济损失。

第IV步:综合(Synthesis):将三个不同灾种的损失—超越概率曲线综合到同一个坐标系统进行比较，分析每条曲线的特点和区域的多灾种风险特征。

该评估方法分别得出了德国科隆市的风暴、洪水、地震三个灾种的损失－超越概率曲线，并放在同一坐标系统中进行比较。但没有进一步完成多灾种综合，求出多灾种的超越概率曲线。虽然如此，评估结果对于当地的多灾种风险分析和防范也已经具有了实际的指导意义。该方法选取的研究区较小，数据精细，能够计算出绝对风险;但整个风险评估模型是建立在大量的假设和简化的基础之上的，对于损失也仅仅只考虑了直接经济损失，难以反映该地区真实的风险水平。

(2)中国自然灾害综合风险评估法

北京师范大学史培军主编的《中国自然灾害风险地图集》［16］对中国各主要灾种自然灾害风险和多灾种综合自然灾害相对风险进行了系统评估。

该方法选取了地震、台风、水灾、旱灾、滑坡泥石流、沙尘暴等12个灾种。针对不同的灾种根据其自身属性和数据情况采用不同的方法对各灾种分别进行风险评估。将所得的各灾种风险水平均分为10级，并按各灾种发生的频次所得的权重进行综合评价，公式为:

式中:RI表示综合自然灾害相对风险等级;ri是第i个灾种的相对风险等级;wi表示对应的权重;n是灾种数，在这里取值12。评估单元为1 km网格，根据上式计算得到全国范围的多灾种综合风险等级。

该方法是全国范围的多灾种综合风险评估，考虑到的自然灾害种类全面，基于客观数据通过灾种的发生频次来确定权重而不是简单相加。虽然只得到了相对风险等级，但由于评估范围大、灾种多，该评估结果对于中国的综合风险水平整体把握具有重要意义。不足之处在于仅仅依据灾害频次进行加权的综合方法明显欠妥，因灾经济损失和伤亡人数等指标不应被排除在外。受方法的局限，灾种之间的相互作用关系也没有得到反映。

4 结论

在单灾种风险评估理论和方法的基础上，国内外学者对多灾种风险评估问题进行了开拓和尝试，并且取得了一定的成果，部分已用于指导实践。通过对上述各种不同的多灾种风险评估模型和方法的分析可以看出，多灾种风险评估主要存在以下尚待解决的问题。

(1)多灾种绝对风险评估

当前的大多数灾种风险方法大多只是求出了多灾种的相对风险水平，得到的只是等级值，没有实际的概率意义。而在进行区域规划和区域决策时，仅仅得到一个风险等级是不能满足需求的。评价出区域的绝对风险水平(某种承灾体某一段时间内遭受损失的概率)是多灾种风险评估需要达到的目标。尽管目前也有一些计算多灾种风险超越概率的案例，但由于数据所限和部分灾种的脆弱性曲线难以计算，这些案例只能选取有限的几个灾种，针对单一的承灾体，得到的评估结果也比较粗糙。

(2)多灾种的综合方法

无论是风险组成要素的综合还是单灾种风险评估结果的综合，由于涉及到多种致灾因子，如何选择合适的综合方法成为困扰研究者的一大难题。例如，要评价地震、台风、洪水、干旱等不同的致灾因子综合危险性，由于各灾种的评价指标和量度都不同，难以得到比较合理的结果。同样，多脆弱性如何计算或者其评价值的实际意义何在，很难回答。

(3)灾种之间的相互关系

灾种之间存在发生时间先后、影响范围叠加、致灾效果消长、相关或触发等复杂的关系，这些相互关系是区域综合风险评估所不能忽视和回避的，是多灾种风险研究的又一个难点。目前国内外几乎没有哪一种多灾种风险评估方法能够系统或较为有效地考虑到区域各灾种之间的相互作用关系。

由于区域的风险源基本都不止一种，从根本上来说，绝大多数区域的风险都是多灾种风险。多灾种风险必然是灾害风险研究的未来发展方向。也只有比较准确的多灾种风险评估结果才能客观反映区域的综合风险水平，才能真正为解决区域发展的实际问题发挥作用。

近些年来，多灾种风险研究者逐渐开始尝试多灾种风险概率的定量评估，因为风险概率更具有实际的应用价值。传统的多灾种风险等级已经难以达到灾害风险量化研究的要求。可以预见，随着灾害风险研究的快速发展，多灾种绝对风险研究会成为多灾种风险研究的主流，评估方法更多，结果更加可靠。

如何厘清各灾种之间的相互作用关系，并在多灾种风险评估方法中得以反映，对于多灾种综合研究极为关键。随着计算机模拟技术的进步以及灾害数据的积累和精度的提高，可以预见在未来的多灾种风险研究中，能够基于历史数据，采用一定的数学方法，构建考虑灾种相互关系的多灾种风险模型，评出更为客观和准确的多灾种风险水平。并将评估结果应用于指导区域制定科学的发展规划和建设良好的防灾减灾体系。

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