基于突變級數(shù)法的突發(fā)自然災(zāi)害風(fēng)險等級評價

劉春梅

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，哈爾濱150028)

我國是一個多種自然災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)情損失嚴(yán)重的國家之一，經(jīng)常發(fā)生洪水、地震、臺風(fēng)、泥石流、生物災(zāi)害等自然災(zāi)害.如:2008年汶川地震，2010年青海玉樹地震等.盡管我國政府及相關(guān)組織采取了減災(zāi)救災(zāi)的措施，但這些自然災(zāi)害嚴(yán)重影響了社會經(jīng)濟的穩(wěn)定與發(fā)展.自然災(zāi)害發(fā)生的嚴(yán)重程度的確定關(guān)系到能否對各種突發(fā)性事件進行控制與決策，因此，對突發(fā)的自然災(zāi)害風(fēng)險等級評估與預(yù)測是形勢發(fā)展變化的急需，也是我國目前的自然災(zāi)害防范與治理所面臨的重要課題.

目前評價自然災(zāi)害風(fēng)險的常用方法有:集對分析法、主成分分析法、聚類分析法和投影尋蹤法、灰色關(guān)聯(lián)、AHP 等[1－5].然而，鑒于自然災(zāi)害風(fēng)險評價系統(tǒng)的復(fù)雜性與及時性，更應(yīng)考慮應(yīng)急物流的時效性，因此本文嘗試采用適合系統(tǒng)分析的突變級數(shù)法對自然災(zāi)害風(fēng)險等級進行評價，旨在為突發(fā)自然災(zāi)害風(fēng)險等級評價提供一種新的思路.突變級數(shù)法的主要特點是不需要對指標(biāo)采用權(quán)重，但它考慮了評價指標(biāo)間的相對重要性.自然災(zāi)害的發(fā)生就是一種典型的突變現(xiàn)象，所以本文采用突變理論對各受災(zāi)地區(qū)的影響程度進行評價研究.

1 突變級數(shù)法評價原理和基本步驟

1.1 建立突變評價指標(biāo)體系

首先，對評價總指標(biāo)進行多層次矛盾(分組)，排列成倒立樹狀目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，由評價總指標(biāo)到下層指標(biāo)，逐漸分解到下層子指標(biāo)，原始數(shù)據(jù)只需要知道最下層子指標(biāo)的數(shù)據(jù)就可以了.一個指標(biāo)進行分解，分解到一般可以計量的子指標(biāo)時，分解就可以停止.

1.2 確定突變評價指標(biāo)體系的突變系統(tǒng)類型

突變系統(tǒng)類型中最常見的有3個[6－8]，即尖點突變系統(tǒng)、燕尾突變系統(tǒng)、蝴蝶突變系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型分別為:

其中:x表示突變系統(tǒng)中的一個狀態(tài)變量;f(x)表示狀態(tài)變量x的勢函數(shù);u，v，w，t表示狀態(tài)變量的控制變量.系統(tǒng)勢函數(shù)的狀態(tài)變量和控制變量是相互矛盾的兩個方面，將控制變量按由主到次的先后順序?qū)懗?突變系統(tǒng)主要分為點突變系統(tǒng)、燕尾突變系統(tǒng)和蝴蝶突變系統(tǒng).

1.3 確定控制變量歸一公式

根據(jù)突變理論[7]，尖點突變的歸一公式為:

燕尾突變系統(tǒng)的歸一公式為:

蝴蝶突變系統(tǒng)的歸一公式為:

1.4 利用歸一公式進行綜合評價

根據(jù)初始模糊隸屬函數(shù)值，按歸一公式可計算出各控制變量的相應(yīng)中間值，即突變級數(shù)值.因而利用歸一公式對同一對象各個控制變量計算出的對應(yīng)的值應(yīng)采用“大中取小”原則，但對存在互補性的指標(biāo)，通常用其平均數(shù)代替，在對象的最后比較時要用“小中取大”原則，即對評價對象按總評價指標(biāo)的得分大小排序[9].

2 自然災(zāi)害風(fēng)險等級評價指標(biāo)體系與評價原則的建立

針對突發(fā)自然災(zāi)害，考慮應(yīng)急物流的時效性，建立評價的指標(biāo)體系[1]，見圖1.基于前述突發(fā)自然災(zāi)害受災(zāi)程度評價指標(biāo)構(gòu)建的原則，并按照突變級數(shù)法，將突發(fā)自然災(zāi)害受災(zāi)程度評價指標(biāo)體系設(shè)計為由下層指標(biāo)向上層綜合，最后化為0－1的數(shù)，即突變級數(shù)，將突變級數(shù)由大到小排序，排列在前面的地區(qū)便是受災(zāi)最為嚴(yán)重的地區(qū)，具體指標(biāo)突變?nèi)鐖D1所示.

圖1 突發(fā)自然災(zāi)害風(fēng)險等級評價指標(biāo)突變系統(tǒng)

3 評價過程及結(jié)果

3.1 數(shù)據(jù)選取

近幾年中，發(fā)生在我國的突發(fā)自然災(zāi)害的案例中，地震是常見且又危害最大的一種，而地震帶來的損害可以說是巨大的.可以說2008年汶川地震是我國近年來發(fā)生的地震最為嚴(yán)重的典型，并且給四川省帶來了嚴(yán)重的損失，破壞程度亦屬罕見.因此本文選取汶川地震作為例子進行實證研究.

選取的樣本數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 汶川地震造成損失的部分地區(qū)的數(shù)據(jù)

運用數(shù)據(jù)歸一化公式將數(shù)據(jù)變?yōu)閇0，1]的值，歸一化公式如下:

其中:x∈[xmin，xmax]，xmin，xmax分別為最小值與最大值.結(jié)果見表2.

表2 原始數(shù)據(jù)的歸一化結(jié)果

3.2 突變級數(shù)法的評價結(jié)果

3.2.1 指標(biāo)排序和指標(biāo)之間的相關(guān)性

采用因子分析分析各層指標(biāo)的重要性和指標(biāo)之間的相關(guān)性，確定每層指標(biāo)的優(yōu)先級順序和第一層與第二層指標(biāo)系統(tǒng)的非互補或互補類型.為了分析的準(zhǔn)確性，本文采用歸一化前的數(shù)據(jù)做分析.

以第三層的第二個突變系統(tǒng)受災(zāi)人數(shù)系統(tǒng)為例，公共因子一對應(yīng)的死亡人數(shù)、失蹤人數(shù)、和受傷人數(shù)的系數(shù)分別是0.979、－0.399 和 0.984(見表3、4)，所以系統(tǒng)指標(biāo)的優(yōu)先順序為受傷人數(shù)(C5)、死亡人數(shù)(C3)和失蹤人數(shù)(C4).同時，通過相關(guān)性的KMO檢驗，在顯著性水平為0.05下，檢驗的p值為0.002，小于 0.05(見表5).因此，說明這三個指標(biāo)變量是相關(guān)的，說明此突變系統(tǒng)屬于互補型的.同理，可以確定第一個突變系統(tǒng)屬于互補型的，指標(biāo)優(yōu)先級順序為GDP(C1)、人口密度(C2.)第三個突變系統(tǒng)屬于非互補型的，指標(biāo)優(yōu)先級順序為直接經(jīng)濟損失(C7)、受災(zāi)面積(C6).

表3 解釋的總方差

表4 主成分得分矩陣

表5 KMO—Bartlett檢驗結(jié)果

3.2.2 計算突變值

應(yīng)用突變級數(shù)法進行各層指標(biāo)的計算，過程如下:災(zāi)區(qū)自然情況包含C1，C2這兩個控制變量，構(gòu)成尖點突變模型，兩者之間屬于互補關(guān)系，按互補原則取其均值作為上一層指標(biāo)值，即:B1=(C1/21+

受災(zāi)人數(shù)情況包含C3，C4，C5三個控制變量，構(gòu)成燕尾突變模型，三者之間的關(guān)系，屬于非互補關(guān)系，按取小原則，即:B2=(C1/25+C1/33+C1/44)/3;

直接損失情況包含C6，C7兩個控制變量，構(gòu)成尖點突變模型，屬于非互補關(guān)系，按取小原則，即:

A總指標(biāo)包括 B1，B2，B3這三個控制變量，構(gòu)成燕尾突變模型，屬于互補關(guān)系，按互補原則取其均值，即A=(B1/21+B1/32+B1/43)/3.

通過計算可得B1，B2，B3和A的值，其結(jié)果見表6.

表6 突變級數(shù)法計算結(jié)果

由表6得到汶川地震影響的6個地區(qū)的受災(zāi)程度的綜合指標(biāo)值，利用文獻[9]中對于災(zāi)害風(fēng)險等級的劃分方法，確定本例中每個地區(qū)受災(zāi)程度等級如表7所示.

表7 汶川地震影響的部分地區(qū)受災(zāi)等級

通過以上分析，汶川地震影響的四川省6個地區(qū)中，總體來看，阿壩州市和成都市的受災(zāi)情況最嚴(yán)重，其次是廣元和綿陽市，雅安市受災(zāi)程度較輕，并且綜合指標(biāo)值均大于0.5，說明6個地區(qū)受災(zāi)均嚴(yán)重，也符合了當(dāng)時受災(zāi)的實際情況.國家在此災(zāi)難發(fā)生時，是啟用5級風(fēng)險預(yù)案救援的.從而，說明了突變級數(shù)法在突發(fā)自然災(zāi)害的風(fēng)險評級中是有效可行的.

4 結(jié)語

本文基于突變級數(shù)法建立了突發(fā)自然災(zāi)害風(fēng)險評級的指標(biāo)體系，并以汶川地震影響的四川地區(qū)為例進行受災(zāi)風(fēng)險等級評價.綜上研究，突變級數(shù)法在突發(fā)自然災(zāi)害風(fēng)險等級評價中，具有思路清晰，計算簡單方便的優(yōu)點，有利于救災(zāi)工作的及時開展;同時，不需要采用權(quán)重，因而避免了評價的主觀性，更符合突發(fā)自然災(zāi)害具有客觀評價的特點.

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