“4·20”地震后蘆山縣災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)分析

廟 成，丁明濤

(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川綿陽 621010)

0 引言

21世紀(jì)以來，全球多次出現(xiàn)較大規(guī)模的災(zāi)害。為了在災(zāi)后盡可能多的挽救受災(zāi)區(qū)人民的生命和財(cái)產(chǎn)損失，需要受災(zāi)區(qū)以外地區(qū)的及時(shí)應(yīng)急支援響應(yīng)。

隨著全球?yàn)?zāi)害的頻發(fā)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)向多學(xué)科融合和多地區(qū)合作的趨勢(shì)發(fā)展。1987年12月11日聯(lián)合國(guó)決定:“從1990年開始到20世紀(jì)的最后十年定名為‘國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年(IDNDR)’。在這十年內(nèi)，各國(guó)際團(tuán)體要在聯(lián)合國(guó)的主持下特別關(guān)注和扶植在減輕自然災(zāi)害領(lǐng)域中的國(guó)際合作”［1］。在這樣的環(huán)境下，我國(guó)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)研究工作全面的展開。翟曉敏等在總結(jié)災(zāi)害特征以及對(duì)人類社會(huì)危害的基礎(chǔ)上，概述當(dāng)今應(yīng)急響應(yīng)研究的現(xiàn)狀、水平和趨勢(shì)及不足，提出今后應(yīng)急研究的重點(diǎn)［2］;單修政、徐世芳根據(jù)地震災(zāi)害的特點(diǎn)和成災(zāi)規(guī)律，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外緊急救援工作中的組織結(jié)構(gòu)、人力物力及專業(yè)技術(shù)問題進(jìn)行了綜合論述［3］;陳紅旗，徐永強(qiáng)，莊茂國(guó)等探討了地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急支撐體系建設(shè)的基本問題［4］;唐川通過城市突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害管理進(jìn)展分析，將災(zāi)害應(yīng)急分成多個(gè)不同的系統(tǒng)，使災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)更加的整體化，為制定減災(zāi)預(yù)案提供方便的服務(wù)［5］。學(xué)者們?cè)趯?duì)整體的災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)認(rèn)識(shí)總結(jié)后，開始將工作深入化。對(duì)災(zāi)害響應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［6］、災(zāi)害響應(yīng)評(píng)價(jià)方法［7］、災(zāi)害響應(yīng)能力的綜合評(píng)價(jià)［8］等方面全面深入的研究。隨著研究深入，一些學(xué)者通過對(duì)國(guó)外災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)減災(zāi)措施［9］的學(xué)習(xí)與借鑒，建立一定的算法來解決災(zāi)害響應(yīng)中減災(zāi)救災(zāi)措施方法的優(yōu)化等問題，通過算法的設(shè)計(jì)，討論多應(yīng)急資源的優(yōu)化配置問題，效果顯著［10］。綜上通過對(duì)災(zāi)害響應(yīng)的研究來分析，我國(guó)學(xué)者主要將研究的重點(diǎn)放在了對(duì)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)的綜合研究和具體的量化評(píng)價(jià)上，對(duì)于產(chǎn)生災(zāi)害地區(qū)的鄰近區(qū)域給予的災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)區(qū)劃研究較少。

本文以“4.20”雅安地震蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))為研究對(duì)象，采用主成分聚類分析法討論這些地區(qū)在雅安地震后給予震中蘆山縣的應(yīng)急支援響應(yīng)能力情況，并對(duì)其進(jìn)行區(qū)劃，為震后蘆山縣的災(zāi)害救援提供相應(yīng)的決策依據(jù)。

1 概況

四川省蘆山縣位于四川盆地西部，雅安地區(qū)東北部，青衣江上游，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 102°52'～103°11'，北緯30°01'～30°49'(圖 1)。區(qū)域內(nèi)以山地為主，地形起伏和河流比降較大。同時(shí)研究區(qū)處于龍門山北東向構(gòu)造帶上，受寶興地震帶和石棉地震帶影響明顯。氣候?yàn)閬啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，雨量充沛，降雨集中。區(qū)內(nèi)交通便利，少數(shù)民族眾多，歷史遺存豐富，人文景觀獨(dú)特，但生產(chǎn)生活條件差，人口增長(zhǎng)過快，經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后。

2013年4月20日8時(shí)02分四川省雅安市蘆山縣發(fā)生Ms7.0級(jí)強(qiáng)烈地震，震源深度13 km，震中距成都約100 km。據(jù)雅安市政府應(yīng)急辦通報(bào)，震中蘆山縣龍門鄉(xiāng)99% 以上房屋垮塌，衛(wèi)生院、住院部停止工作，停水停電。雅安地震的發(fā)生對(duì)當(dāng)?shù)厝藗兩?cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生很大的威脅，特別是震中蘆山縣，損失較為嚴(yán)重。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig．1 Location map of the study area

2 研究方法

主成分聚類分析法是主成分分析法和聚類分析法兩者的結(jié)合。在實(shí)際問題中，主成分聚類分析法是先通過主成分分析，將實(shí)際問題中的指標(biāo)進(jìn)行降維，把多個(gè)指標(biāo)綜合成少數(shù)主成分指標(biāo)，再利用聚類分析對(duì)主成分指標(biāo)進(jìn)行聚類，最后再將聚類結(jié)果與主成分分析得分的排序結(jié)果綜合起來，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析。這樣做即可將多個(gè)指標(biāo)綜合后由少數(shù)幾個(gè)保留了原始信息但彼此之間無關(guān)聯(lián)的主成分代替，又提升了原始指標(biāo)的優(yōu)越性，更容易探尋到事物的本質(zhì)規(guī)律，同時(shí)又進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)于實(shí)際問題的定量化表達(dá)。主成分聚類分析法的具體過程步驟如下［11］:

(1)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于具體實(shí)例所選的指標(biāo)因子不同，指標(biāo)的量綱、數(shù)量級(jí)和數(shù)量變化幅度存在差異，這些差異可能對(duì)最終分析結(jié)果產(chǎn)生影響，同時(shí)指標(biāo)之間也會(huì)有不小的影響，為了消除這些影響，故首先要對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行消除量綱的處理，即標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文根據(jù)需要選擇了標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化的方法。

原始數(shù)據(jù):

標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化即:

其中:

經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后原始矩陣X轉(zhuǎn)化成矩陣X':

(2)計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣

對(duì)得到的新矩陣X'進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的計(jì)算:

其中rij是指標(biāo)xi與xj之間的相關(guān)系數(shù)。經(jīng)過運(yùn)算后的得到相關(guān)系數(shù)矩陣R:

(3)計(jì)算特征值和特征向量

對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣R進(jìn)行特征值和特征向量的計(jì)算。根據(jù)特征方程∣R-λI∣=0計(jì)算特征值，并使其按大小順序排列，即 λ1≥λ2≥，…，≥λp≥0;然后分別求出特征值λi(i=1，2，…，p)對(duì)應(yīng)的特征向量ei=［ei1，ei2，…eip］T(i=1，2，…，p)。

(4)計(jì)算貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，確定主成分個(gè)數(shù)

進(jìn)行主成分貢獻(xiàn)率和累計(jì)主成分貢獻(xiàn)率的計(jì)算，當(dāng)累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)85% ～95%［11-12］，即取當(dāng)前的m個(gè)特征值所對(duì)應(yīng)的為m個(gè)主成分(m≤p)。其中累計(jì)貢獻(xiàn)率為:

(5)計(jì)算主成分得分

計(jì)算樣本的主成分上的得分。首先需要計(jì)算各主成分的荷載:

經(jīng)過計(jì)算后得到各主成分的荷載以后，再利用公式計(jì)算主成分得分:

經(jīng)過計(jì)算后得到主成分得分矩陣:

在運(yùn)用公式計(jì)算總得分F，為綜合分析做準(zhǔn)備:

式中:F——代表樣本總得分;

fk——代表第k主成分得分;

λk——代表第k主成分對(duì)應(yīng)特征值。

(6)計(jì)算距離系數(shù)，進(jìn)行樣本歸類

利用主成分分析得到的得分矩陣，計(jì)算距離系數(shù)。距離系數(shù)的計(jì)算有多種方法，本文選擇歐氏距離進(jìn)行計(jì)算。

歐氏距離即:

式中:u和v——代表樣本;

k——代表第k個(gè)主成分;

fuk——代表第u樣本的第k個(gè)主成分的值;

fvk——代表第v樣本的第k個(gè)主成分的值。

計(jì)算得出的歐氏距離矩陣采用系統(tǒng)聚類分析法進(jìn)行樣本聚類，處理后得到聚類譜系圖。

(7)結(jié)果分析

利用主成分得分矩陣和聚類結(jié)果譜系圖，對(duì)樣本進(jìn)行分類分級(jí)，并對(duì)最終所得結(jié)果進(jìn)行討論。

3 案例應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)來源

(1)中國(guó)國(guó)家地震局(http://www.cea.gov.cn/)提供的蘆山地震相關(guān)信息及數(shù)據(jù);

(2)四川省統(tǒng)計(jì)局和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局四川調(diào)查總隊(duì)共同主編由中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社出版的《四川省統(tǒng)計(jì)年鑒》;

(3)國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)——地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)(四川蘆山地震救災(zāi)專題數(shù)據(jù)庫http://www.geodata.cn/extra/TopicsWin/?isCookie Checked=true.)提供的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

3.2 分析對(duì)象選擇

根據(jù)“4.20”地震后蘆山縣的受災(zāi)情況分析，得到蘆山縣需要其他區(qū)域給予及時(shí)的應(yīng)急支援響應(yīng)。在遵循盡可能多的挽救受災(zāi)區(qū)生命和減少受災(zāi)區(qū)財(cái)產(chǎn)損失的要求下，同時(shí)對(duì)區(qū)位條件在救災(zāi)中所占優(yōu)勢(shì)的考慮，選擇蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))。

3.3 災(zāi)害支援響應(yīng)指標(biāo)

根據(jù)對(duì)美國(guó)聯(lián)邦政府災(zāi)害響應(yīng)計(jì)劃中關(guān)于災(zāi)害響應(yīng)指標(biāo)的研究［12］和我國(guó)學(xué)者對(duì)于災(zāi)害應(yīng)急能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究［6-8］的分析，以及對(duì)“4·20”地震后蘆山縣的實(shí)際資料和蘆山縣鄰近縣(市、區(qū))基礎(chǔ)資料的解析，在以把握地震發(fā)生后的72 h(“黃金救援時(shí)間”)為準(zhǔn)則和遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、全面性、可操作性的原則下，選取具有代表性的指標(biāo):交通(公路里程(X1)、公路貨物周轉(zhuǎn)量(X2)、公路旅客周轉(zhuǎn)量(X3))、醫(yī)療(衛(wèi)生院衛(wèi)生技術(shù)人員數(shù)(X4)、醫(yī)院、衛(wèi)生院床位數(shù)(X5))、人員素質(zhì)(總?cè)丝跀?shù)(X6)、受教育程度——初中以上學(xué)歷人口數(shù)(X7))、區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力(GDP(X8))、緊急安置場(chǎng)所(學(xué)校數(shù)、福利院數(shù)(綜合為一個(gè)指標(biāo))(X9))、物資(地區(qū)的糧食產(chǎn)量(X10))6個(gè)方面中的10個(gè)指標(biāo)因子，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行應(yīng)急支援響應(yīng)能力的分析。

3.4 應(yīng)急支援響應(yīng)的主成分聚類分析結(jié)果

(1)根據(jù)蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))10個(gè)指標(biāo)因子的原始數(shù)據(jù)，利用SPSS19.0軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除指標(biāo)之間量綱的影響，得到標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行主成分分析，可得到指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)矩陣R以及相關(guān)系數(shù)的特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率(表1)、主成分荷載矩陣。一般按照主成分分析法中特征值≥1(或近于1)和累計(jì)貢獻(xiàn)率85% ～95%的要求［11］，最終確定主成分中前2個(gè)成分符合要求(成分1和2特征值分別為6.729、1.842，累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.718%)，可用來綜合代替原始的10個(gè)指標(biāo)因子，分析17個(gè)縣市的應(yīng)急支援響應(yīng)能力(表1)。

(2)在蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))相關(guān)系數(shù)的特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率(表1)的基礎(chǔ)上，結(jié)合蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))的主成分荷載矩陣，分析可以得到第一主成分的方差貢獻(xiàn)率達(dá)67.294%，是對(duì)蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))應(yīng)急支援響應(yīng)能力的主要影響因素。第一主成分在 X1、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10上荷載較大，綜合反映出某些地區(qū)在醫(yī)療、人員素質(zhì)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力、緊急安置場(chǎng)所、物資條件上是占有優(yōu)勢(shì)的，體現(xiàn)這些地區(qū)易于給予受災(zāi)區(qū)人員、物資等方面上持續(xù)的幫助。第二主成分在X2、X3上荷載較大，說明某些地區(qū)的交通條件是優(yōu)勢(shì)指標(biāo)，反應(yīng)這些地區(qū)易于快速的集結(jié)反應(yīng)和調(diào)用人員物資。將這兩個(gè)主成分綜合起來，可以很好的反應(yīng)蘆山縣鄰近17個(gè)縣市的災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)情況(表1)。

(3)通過運(yùn)用上述的主成分得分計(jì)算公式，計(jì)算出蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))的第一、二主成分的得分以及綜合得分，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行排序(表2)。

(4)利用系統(tǒng)聚類法，在SPSS19.0軟件中對(duì)主成分分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，得到蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))聚類結(jié)果譜系圖(圖2)。

表1 蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))相關(guān)系數(shù)的特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 1 Eigenvalues，contribution rate and accumulative contribution rate of principal component variance

表2 蘆山縣鄰近17個(gè)縣市主成分得分及其排序Table 2 The first two principal component scores，comprehensive scores and ranking

3.5 主成分聚類結(jié)果分析

(1)東坡區(qū)、崇州市、邛崍市三個(gè)城市的綜合得分排在前三位，其聚類結(jié)果為一類，代表這三個(gè)地區(qū)給予蘆山縣的應(yīng)急支援處在一個(gè)較高的水平。同時(shí)由于這三個(gè)城市的第一主成分得分處在前3位，說明三個(gè)城市主要對(duì)于蘆山縣是在醫(yī)療、人員、場(chǎng)地以及物資方面的支持，而且比較具有持續(xù)性的優(yōu)勢(shì)。但是，根據(jù)第二主成分的得分情況看，這三個(gè)城市在交通方面的響應(yīng)能力并不是很明顯。因此，三個(gè)城市在實(shí)際中給予蘆山縣應(yīng)急響應(yīng)支持時(shí)，需要酌情考慮交通方面對(duì)于其他方面指標(biāo)的影響。

圖2 蘆山縣鄰近地區(qū)災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)聚類結(jié)果譜系圖Fig．2 Cluster dendrite diagrams of the first two principal components

(2)大邑縣、雨城區(qū)主成分綜合得分處在整體的第4和5位，聚類分析后將其歸為一類。兩城市的災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)能力處在研究區(qū)域的第二梯度，在第一主成分和第二主成分上實(shí)力均衡，說明在交通、醫(yī)療、人員、場(chǎng)所、物資方面上，兩城市的災(zāi)害支援響應(yīng)能力是具有即時(shí)和持續(xù)性的特點(diǎn)，可以給予受災(zāi)區(qū)較為穩(wěn)定的支持。

(3)汶川縣、石棉縣綜合得分分別處于第6位和第8位，聚類分析將其歸為一類，整體災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)能力處于第三等級(jí)上，主要在于汶川縣和石棉縣兩個(gè)城市的第二主成分得分排在整體的前兩位，體現(xiàn)兩個(gè)城市在給予蘆山縣應(yīng)急支援響應(yīng)的交通指標(biāo)方面優(yōu)勢(shì)較為明顯，兩個(gè)城市在實(shí)際救災(zāi)時(shí)因具有良好的交通條件，可以很快的聚集大量的人員和物資，給予受災(zāi)區(qū)以支持，但在其他方面，兩個(gè)城市的支援能力較弱，并不能給予受災(zāi)區(qū)以持續(xù)性的支持。

(4)漢源縣、洪雅縣、浦江縣、名山縣的整體災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)實(shí)力處在第四級(jí)上，聚類分析后將4個(gè)城市歸為一類，從主成分得分上分析，這4個(gè)城市的得分情況較為接近，處在整體中部偏下的水平上，對(duì)蘆山縣給予的支援響應(yīng)，可以作為其他具有優(yōu)勢(shì)支援能力城市的候補(bǔ)地區(qū)或者是作為優(yōu)先支援城市人員、物資、場(chǎng)所的后備區(qū)。

(5)小金縣、丹棱縣、滎經(jīng)縣、天全縣、瀘定縣、寶興縣6個(gè)縣的主成分總得分和第一、二主成分得分均處在整個(gè)研究區(qū)得分排序的最后，聚類分析后將其歸為一類，說明這6個(gè)縣給予蘆山縣的災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)能力最低，只有個(gè)別的縣在某一方面具有相對(duì)較高的優(yōu)勢(shì)。綜合考慮，這6個(gè)縣在災(zāi)后應(yīng)當(dāng)給具有支援優(yōu)勢(shì)的縣市區(qū)讓開救援通道，給這些地區(qū)以政策上的支持以及轉(zhuǎn)移優(yōu)勢(shì)指標(biāo)到具有優(yōu)先支援的地區(qū)，為盡可能多的挽救受災(zāi)區(qū)生命和減少財(cái)產(chǎn)損失做貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

(1)“4.20”雅安地震蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))的災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)與交通、醫(yī)療、人員素質(zhì)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力、緊急安置場(chǎng)所、物資6個(gè)方面中的10個(gè)指標(biāo)因子關(guān)聯(lián)程度較好，經(jīng)主成分聚類分析后結(jié)果分類分級(jí)明顯，對(duì)應(yīng)急支援響應(yīng)具有良好的決策指導(dǎo)意義。

(2)經(jīng)主成分聚類分析后，將蘆山縣鄰近17個(gè)縣(市、區(qū))災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)能力劃歸為5類，同時(shí)劃分為五級(jí)(從高到低):東坡區(qū)、崇州市、邛崍市為1類(一級(jí)支援響應(yīng)區(qū));大邑縣、雨城區(qū)為2類(二級(jí)支援響應(yīng)區(qū));汶川縣、石棉縣為3類(三級(jí)支援響應(yīng)區(qū));漢源縣、洪雅縣、浦江縣、名山縣為4類(四級(jí)支援響應(yīng)區(qū));小金縣、丹棱縣、滎經(jīng)縣、天全縣、瀘定縣、寶興縣為5類(五級(jí)支援響應(yīng)區(qū))。這五個(gè)區(qū)域的分級(jí)歸類是與相應(yīng)的指標(biāo)有著密切的關(guān)系，支援的指標(biāo)不同造成每個(gè)區(qū)域給予蘆山縣的災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)程度也是不一樣的。

(3)本文對(duì)于“4.20”地震后災(zāi)害應(yīng)急能力的研究，只是從災(zāi)害應(yīng)急支援響應(yīng)能力方面進(jìn)行了考慮，關(guān)于受災(zāi)區(qū)自身的響應(yīng)程度，救援情況以及災(zāi)害造成的損失評(píng)價(jià)等很多方面沒有涉及，需要在今后的工作中進(jìn)行深入的研究，使這些逐漸形成一個(gè)體系，為今后的災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)能夠提供一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

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