城市災害易損性評價研究

城市災害易損性評價研究

城市發(fā)展經(jīng)歷了歷史的變遷和世界的發(fā)展趨勢，城市災害和城市發(fā)展并存。無論是印度洋海嘯還是“卡特里娜”颶風,也無論是中國南方冰雪災害還是汶川地震,災害不只是給我們帶來了巨大的經(jīng)濟損失,更多的是讓我們對災害進行了新的反思和審視。在這些災害中,城市作為一個巨大而脆弱的承災體,造成的破壞和損失可想而知。隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化的不斷加速,災害對于城市這個獨特的自然—經(jīng)濟—社會系統(tǒng)的沖擊和影響也逐漸呈現(xiàn)出一種動態(tài)、復雜和不確定的特點。因此,城市應對災害以及災后恢復的能力成為其可持續(xù)發(fā)展的一個必要條件。如何科學和系統(tǒng)地從復雜的城市系統(tǒng)中探討城市具有的抗災和防災能力,是國內外城市災害研究的主題之一,已取得不少成果。Sherbinin研究了孟買、里約熱內盧和上海三座沿海城市的未來氣象災害,并為其今后發(fā)展提出了建設性的建議;Armas分析了羅馬尼亞加勒斯特市地震災害的社會易損性和風險認知;Hanson以西非城市為例,評價了基礎設施對城市災害和未來社會發(fā)展的影響。在國內,城市單種災害系統(tǒng)研究出現(xiàn)在1970年代,金磊、王紹玉、馮百俠等學者在城市災害學科建立、城市災害學的構成要素、理論方法、學科研究建議和城市災害管理方面作出了貢獻。不管是研究城市自然災害還是人為災害,易損性都是構成災害風險的重要部分。1990年以來,易損性逐漸成為災害學術研究的一個重要概念和國際社會發(fā)展減災策略的一個中心議題。國際減輕自然災害十年(IDNDR)中將“資源和環(huán)境的易損性”列入21世紀國際減災面臨的5個挑戰(zhàn)性領域之一。全面、合理和系統(tǒng)的易損性評價不僅成為風險評估的核心因素,也是國際社會解決貧困、人口、發(fā)展和環(huán)境問題的基礎。研究城市災害易損性,能夠發(fā)現(xiàn)城市災害風險管理中的缺陷,從而能夠提出具有針對性的措施,對城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1易損性的基本概念易損性是一個復雜的概念,從廣義上來理解,易損性即潛在的最大損失。在自然災害領域的研究中,易損性被定義為暴露程度、應對能力和壓力后果的綜合體現(xiàn);在社會科學中,易損性被認為是決定人們(單獨個人、群體和社區(qū))應對壓力和變化能力的社會經(jīng)濟因素。所以,綜合自然災害領域和社會科學領域對于易損性的研究,可以認為易損性是承災體面對自然或社會環(huán)境中的壓力或擾動可能造成的損失以及對這些壓力和擾動的應對與適應能力,其中這種能力被認為是易損性的決定性因素,也在減少易損性政策中處于核心地位。為了科學地理解易損性,本文主要從以下三個方面進行分析。1.1地域和對象易損性是一個多維度的概念,并且在測度和分類方面具有很高的不確定性。2007年,Fussel在研究中認為,易損性的研究要注意兩個相互獨立的維度:范圍和知識域。這里的范圍是指承災體的內部因子和外部因子,包括地域和對象。所以在研究易損性時,要明確是研究一個點,還是一個社區(qū),或者是多個地區(qū)以及國家甚至世界范圍;同時也要說明農村、城鎮(zhèn)、城市、城市群或者經(jīng)濟區(qū)等不同研究對象。知識域是指易損性因素所屬的知識領域。這就要求在易損性研究過程中,要指明易損性的屬性,因為影響易損性的因素所屬的知識域是有差異的。例如城市災害的易損性研究過程中包括人口易損性、社會經(jīng)濟易損性和生態(tài)易損性等因素,人口易損性與人口動力學相關,社會經(jīng)濟易損性則與社會和經(jīng)濟學聯(lián)系,生態(tài)易損性就要涉及生態(tài)學知識,而這些易損性因素屬于不同的科學領域。1.2易損性的時間性易損性是承災體(社會、區(qū)域和人群)應對災害的一種能力,并且這種能力在很大程度上是由社會經(jīng)濟結構和社會關系決定的。所以,不同承災體的易損性是不同的,而且相同承災體在不同時間的易損性也不相同,這就反映出易損性的時間性,它不是靜止的,是一種過程而不是一種狀態(tài)。所以時間性表現(xiàn)為在不同的時間段中,同一個地方的易損性是存在差異的,這就涉及到當前的易損性和未來的易損性。劉希林在泥石流易損度評價中,認為社會經(jīng)濟發(fā)展水平(財產(chǎn)和人口)與泥石流易損度的關系是一種非線性關系,并將其劃分為三個階段。Adeniyi在研究尼日利亞應對全球氣候變化和自然災害的易損性時,就把未來城市人口和城市化水平納入易損性評估因素之中。1.3自然災害社會易損性易損性的空間性主要表現(xiàn)為經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的易損性,以及鄉(xiāng)村和城市的易損性的差異。程曉昀在研究江蘇省自然災害社會易損性時,發(fā)現(xiàn)2000-2008年江蘇省自然災害社會易損性存在明顯的空間格局差異;劉毅等在評價我國自然災害區(qū)域脆弱性時,認為脆弱性水平與地區(qū)經(jīng)濟水平具有明顯的負相關關系,經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)脆弱性相對較低;王靜愛利用城市化綜合指數(shù)(CL)和自然災害密度(QC),運用圖譜模型和反饋程序等方法,在數(shù)字地圖技術的基礎上,將我國劃分為沿海城市災害地區(qū)、東部地區(qū)城市災害區(qū)和西部城市災害區(qū)3部分、15個次區(qū)域和22個單元,用來表明我國城市自然災害空間分布差異。2影響因素的決定和研究方法2.1影響研究對象的易損性影響易損性的因素是多方面的,自然、政治、社會、經(jīng)濟、文化以及人的行為態(tài)度在某種程度上都會影響研究對象的易損性。例如建筑物達不到防災要求、政府災害風險管理水平不足、公眾風險意識比較淡薄等都會使易損性增大。根據(jù)Turner框架,本文主要從暴露程度、敏感程度和恢復力三個方面來分析易損性的影響因素。(1)暴露元素的定義暴露程度是易損性的表現(xiàn)形式,指的是某個體、群體或系統(tǒng)在特定的壓力或者沖擊下表現(xiàn)的接觸程度,通常運用暴露元素(exposure)來說明危險地區(qū)的暴露程度。根據(jù)聯(lián)合國國際減災戰(zhàn)略(UNISDR)的定義:暴露元素是指位于危險地區(qū)易于受到損害的人員、財產(chǎn)、系統(tǒng)或者其他成分,可以用某個地區(qū)有多少人或者多少類資產(chǎn)來衡量。具體來講,暴露程度應該是研究對象的組成部分(個人、家庭、財產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)等)面對災害的狀態(tài)。所以暴露程度不僅與致災因子本身的特性有關,如災害的頻率、強度和持續(xù)時間,也同時與組成部分的特性有關,如人口數(shù)量、年齡結構、人口素質和職業(yè)構成等有直接的聯(lián)系。(2)城市災害防治的效應在于城市的集聚性敏感程度主要表述承災體應對災害影響的能力,指的是承災體受壓力或者擾動的影響程度。在Turner框架中,認為敏感程度與社會/人力資本(人口數(shù)量、社會機構和經(jīng)濟結構)和環(huán)境條件相互作用有關。例如,城市應對災害的敏感程度與城市災害效應放大化有關。城市化進程的不斷推進,城市人口、經(jīng)濟和空間出現(xiàn)了明顯的集聚性,大都市圈的形成和城市群的出現(xiàn)都是城市集聚性特征的產(chǎn)物,一旦災害發(fā)生,就會有“牽一發(fā)而動全身”的效應:主要災害引發(fā)次生災害,直接損失引起間接損失,單種災害變?yōu)槎喾N災害,小災釀成大災等。城市災害效應的放大化是非線性的,城市災害的發(fā)生會呈現(xiàn)一種鏈式反應。例如,2008年我國南方的低溫雨雪凍害引起電路問題,導致鐵路交通等運輸受到制約,滯留旅客數(shù)量不斷上升,居民水電資源得不到保障,醫(yī)院骨折病人大增,各種物資的缺乏帶來物價上漲,產(chǎn)生了諸多次生災害和間接損失。(3)災后恢復的能力恢復力通?？闯墒且讚p性的對立面,指的是承災體對災害的抵御而對自身功能與結構不產(chǎn)生破壞的能力。廣義的恢復力包括系統(tǒng)抵抗致災因子打擊的能力(靜態(tài)部分)和災后恢復的能力(動態(tài)部分)兩個方面,恢復力對災害系統(tǒng)存在一種正反饋機制,也可以這么說,恢復力看成是承災體對災害的一種“彈性”和適應能力。恢復力的研究包括工程恢復力和生態(tài)恢復力兩大部分,其中的生態(tài)恢復力強調的是系統(tǒng)功能的延續(xù)。所以把生態(tài)易損性看成是易損性評價的重要組成部分,就是因為生態(tài)系統(tǒng)在某種程度上具有能夠有效抵御、吸納和承受災害并從中恢復適應的能力。研究表明,一個科學合理的城市用地規(guī)劃和城市綠地生態(tài)系統(tǒng)在城市防災減災中占重要的地位。2.2數(shù)理統(tǒng)計方法在經(jīng)濟學中的應用隨著國內外研究的深入,自然災害易損性研究的方法已經(jīng)取得很大進步,但學者們也認識到學科交叉對于研究的重要性。不同學科領域的研究背景各有特色,在研究過程中出現(xiàn)了很多數(shù)理統(tǒng)計方法和社會學方法,涉及到經(jīng)濟學、心理學和社會學等理論。例如,1980年于光遠先生提出的災害經(jīng)濟學,在災害損失和減災機制問題上得到了很好的應用,其中的生產(chǎn)函數(shù)模型、投入產(chǎn)出模型、一般均衡模型和社會核算矩陣模型在災害對于國民經(jīng)濟影響的分析中不斷得到發(fā)展,同時計算機手段和其他技術手段也已成為近年來易損性研究方法的趨勢。下面對國內外災害易損性的主要研究方法進行了總結分析,旨在為探討城市災害易損性的研究框架和評價指標提供借鑒。(1)易損度分類評價劉希林在泥石流易損性(度)研究中,認為災害承災體數(shù)目和影響易損度的因子眾多,應該用科學性、合理性、可操作性和易于定量化的原則來找出承災體中具有代表性的主要因子和評價指標,由此將易損度分為4類:物質易損度、經(jīng)濟易損度、環(huán)境易損度和社會易損度,再將4類易損度通過賦值轉換公式轉換為財產(chǎn)指標和人口指標,用來進行單溝泥石流易損度和區(qū)域泥石流易損度評價,為地質災害易損性評價提供了一種有效的方法。(2)模糊評價的特點美國控制論專家Zadeh教授在1965年發(fā)表了題為“模糊集合論”的論文,并將“隸屬函數(shù)”引入模糊集合論中,標志著模糊數(shù)學的產(chǎn)生。模糊綜合評價(FCE)是一種應用模糊變換原理和最大隸屬度原則,對受多種因素影響的事物做出全面分析的決策方法,其特點是評價結果不是絕對的肯定和否定,而是一個模糊集合。按照不同的承災體和影響因子,可以分為一級模糊評價、二級模糊評價和多級模糊評價。其中樊運曉和馮利華通過模糊綜合分析評價方法來研究區(qū)域易損性時,提出了模糊分析的指標體系和方法步驟。其主要步驟分為:(1)確定因素集,選擇具有代表性的反映承災體的指標體系,這是分析中最重要的部分;(2)確定等級評價集,根據(jù)易損性在0~1中的分布,可以根據(jù)實際情況分為4~5個等級;(3)確定單因素集,建立模糊矩陣;(4)數(shù)據(jù)標準化,確定隸屬函數(shù),進行多層次評價,根據(jù)最大隸屬原則確定最后的等級結論。該方法在公路災害易損性和不同范圍自然災害社會易損性等方面得到了很好的運用。(3)dea模型的發(fā)展這是一種研究易損性的新方法,這種模型是從運籌學中評價相對效率的系統(tǒng)分析中演變而來,本質上就是一個系統(tǒng)的“投入—產(chǎn)出”模型。實際上,災害的形成過程也可以看作一個“投入—產(chǎn)出”系統(tǒng),那么孕災環(huán)境、致災因子和承災體可以作為輸入的因素,災情就可以看作輸出因素。在評價過程中,主要運用數(shù)學規(guī)劃與統(tǒng)計數(shù)據(jù)對決策單元(DMU)來進行有效性評價,其中最為經(jīng)典的是C2R模型。但這種模型最大的缺點是要考慮輸入輸出的數(shù)目,即DMU個數(shù)必須是輸入輸出變量數(shù)目之和的兩倍以上,否則其區(qū)分能力將會減弱。隨著研究的深入,DEA模型也得到了不斷改進和創(chuàng)新。2004年,魏一鳴利用1989-2000年的歷史數(shù)據(jù),利用DEA方法對中國自然災害易損性進行了分析,并在此基礎上進行了中國自然災害易損性區(qū)劃,但文中只選取了兩個輸入變量和兩個輸出變量,選取指標偏少使得該模型不能全面客觀地反映區(qū)域的自然災害易損性。2010年,劉毅等在運用C2R模型對我國自然災害區(qū)域脆弱性進行評價時考慮較為全面,文中運用因子分析方法先對數(shù)據(jù)進行標準化,將主成分因子作為輸入和輸出指標,從而提高了DEA的區(qū)分能力。2011年,為解決C2R模型的缺陷,溫寧引入對抗交叉評價模型(Aggressive-Cross-Evaluation)對區(qū)域自然災害的脆弱性進行分析,提高了DEA模型運行的效率。(4)易損性的確定在不同尺度和區(qū)域內,易損性的研究方法是不同的。自1996年提出地方災害模型以來,小區(qū)域的災害易損性逐漸得到發(fā)展。美國地理學家Cutter以縣為單元,運用1990年代的社會經(jīng)濟和人口資料,構建了社會易損性的評價指標體系(SOVI),主要側重于人口的角度。王威等運用概率統(tǒng)計學的貝葉斯隨機方法對小城鎮(zhèn)災害易損性進行分析,該方法首先計算出易損性單個指標某個評價級別的概率,由最大似然分類原則確定單個易損性的指標評價級別,最后采用最大加權概率原則推求綜合評價級別,同時在大尺度的區(qū)域范圍內,蘇桂武等從不同的分析層次和描述角度增進了對區(qū)域地震災害整體脆弱性的理解。值得注意的是,文獻系統(tǒng)綜合分析方法(Meta-analysis)引入臨床醫(yī)藥學研究之后,在經(jīng)濟學、心理學和生態(tài)環(huán)境科學得到廣泛的應用,其中,鄒樂樂將Meta-analysis引入災害易損性研究,并對東南亞八國海岸災害易損性進行了綜合分析與評價,發(fā)掘易損性形成和發(fā)展的機制要素。3城市災害易損性的綜合評價框架城市是一個復雜的大系統(tǒng),城市災害是一種自然和人為相結合的復雜災害?？偨Y國內外易損性的研究,可以發(fā)現(xiàn)城市災害易損性研究必須注意以下幾個問題:(1)了解城市區(qū)域環(huán)境和內部結構特征。這是研究的前提,因為城市之間的區(qū)域環(huán)境存在很多差異,每個城市的內部結構特征和它具有的功能是不同的,而這些差異會直接影響其易損性。(2)厘清城市易損性的擾動因素和主要災害類型。這是研究的基礎,易損性的評價要基于單種災害類型、多種災害類型或者區(qū)域災害類型,而每個城市受到的擾動因素和主要災害是不同的,位于東部沿海的城市由于全球氣候的擾動,面臨的主要災害是洪澇災害和風暴潮災害。位于中部和西部的城市,泥石流和滑坡等地質災害成為其研究的主要類型。(3)選取適宜的評價指標和方法。這是研究的關鍵,指標體系和方法的選取一直是風險評價的重點,如何在了解城市的特征和主要災害類型的基礎上,選擇科學合理系統(tǒng)的評價方法和指標是研究城市災害易損性的核心。(4)分析城市災害易損性的時空格局。這是研究的展望,易損性的動態(tài)性決定了城市災害易損性存在著時空格局,在分析易損性的基礎上來探討時空格局有助于了解城市發(fā)展的動態(tài)。(5)提出風險管理措施促進城市可持續(xù)發(fā)展。這是研究的目的,對城市易損性的研究或者城市風險評價都是為城市發(fā)展服務的,提高城市應對災害的能力及災后重建恢復的能力是城市可持續(xù)發(fā)展的重要條件之一。基于以上分析,根據(jù)Fussel在氣候變化易損性方面的研究成果,作者在此提出城市災害易損性的研究框架圖(圖1)。本文認為城市災害易損性是一個連續(xù)、動態(tài)和循環(huán)的過程。如圖1所示,城市的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境共同成為城市災害形成的大背景,然后將城市災害分為自然災害、事件災難、突發(fā)公共衛(wèi)生事件和突發(fā)公共安全事件4大類型。人類活動和城市化進程是連結城市災害和易損性的樞紐,這個過程是相互作用的。城市災害易損性主要受到城市社會經(jīng)濟條件、城市人類活動和城市化進程的綜合影響,主要表現(xiàn)為暴露程度、恢復力和敏感程度3個方面。易損性評價之后應提出減緩、調整及適應的措施來應對城市災害,不斷改善城市發(fā)展的自然環(huán)境條件和社會經(jīng)濟條件。在新的自然環(huán)境條件和社會經(jīng)濟條件下,城市災害又會呈現(xiàn)不同的特點,它的易損性肯定會形成差異,這就反映出易損性的動態(tài)性。在整個城市災害易損性評價的框架圖中,特別要注意城市易損性的形成機制以及減緩、調整及適應措施對城市區(qū)域環(huán)境的改善作用。由于城市災害易損性是不確定的,它的高低程度受到多個因素的綜合影響,這就給確定易損性指標造成很大的困難。本文吸取已有的研究成果,根據(jù)城市這個特殊的承災體和指標選取的可操作性、科學性和可比性原則,同時綜合城市災害易損性的動態(tài)變化,擬定了城市災害易損性的評價指標(圖2)。評價指標中主要包括四個組成部分:人口易損性、經(jīng)濟易損性、社會易損性和生態(tài)環(huán)境易損性。其中人口易損性和經(jīng)濟易損性主要反映的是城市人口和經(jīng)濟的集聚性,同時是城市在高度城市化水平下的特殊體現(xiàn),從側面可以看出城市在災害中的暴露程度和敏感程度。值得注意的是,在人口易損性的評價因子中首次運用人口動力學的原理將人口遷入率納入易損性的評價指標,因為城市人口不僅只包含當?shù)氐娜丝?它良好的就業(yè)和教育資源等會吸引外來人口的進入。已有研究表明,人口運動的趨勢逐漸成為土地利用、開發(fā)資源和環(huán)境變化的重要原因。那么,外來人口在進入城市之后的活動方式和適應環(huán)境的過程都將會成為城市災害特別是城市突發(fā)事件的一個重要驅動因素。社會易損性和生態(tài)易損性主