論城鎮(zhèn)災害的綜合保障能力建設

論城鎮(zhèn)災害的綜合保障能力建設

0缺少對城鎮(zhèn)承災能力綜合評價結(jié)果在城市災害應對能力的評價中，以往的研究方法針對特定的災難類型（地震和洪水等），對特定災難類型的綜合評價很少。此外,傳統(tǒng)的城鎮(zhèn)承災能力的評價中,更多的是分別研究防災能力、抗災能力、災后恢復重建能力,很少有綜合災害管理全過程進行評價的研究結(jié)果。高慶華等人在《“十五”國家重點科技攻關(guān)課題的研究報告》中以省為研究單元,以工程防災能力、非工程減災能力和基礎減災能力構(gòu)成的綜合減災能力為評價指標,對21世紀初中國綜合減災能力進行了評價分析,研究思路與本文基本相似,重點考察了各地區(qū)的防洪抗震設施、社會經(jīng)濟情況等。1load、c、n的表達研究隨著“承載力”一詞應用領(lǐng)域的不斷擴大,在災害研究中也就出現(xiàn)了“承災能力”一詞。在承載力研究進程中,對于“承載”一詞對應的英文詞匯曾有三種使用,即bearing,loading和carrying。其中bear表達的主要是意識形態(tài)領(lǐng)域的較抽象的容忍與承受能力,load表達的主要是物理學的負重含義,而carry則不僅具攜帶、承受的含義,還有維系、支撐的意義。從字面上看,承災能力即為對災害的承受能力,又由于carry一詞意義的擴展,承災能力也就涵蓋了除承受能力之外的其他能力。馮志澤等用抗災能力、救災能力和恢復能力構(gòu)建了城鎮(zhèn)自然災害承災能力指標;高慶華、聶高眾等在“十五”國家重點科技攻關(guān)課題《綜合自然災害信息共享》綜合分析的研究中對承災能力作了詳細分析,綜合承災能力是工程防災房屋建筑抗災能力、工程防洪除澇能力、社會經(jīng)濟承災能力的綜合反映。本文從災前防御、災中抗衡與救援到災后重建四個方面考察了城鎮(zhèn)社會、經(jīng)濟和環(huán)境功能系統(tǒng)的綜合承災能力問題。1.1備與準備充分性如何衡量防災能力的大小,就要考察城鎮(zhèn)在災害來臨之前應該做的哪些準備與準備的充分性。由于現(xiàn)在的監(jiān)測預報技術(shù)還不能滿足人們對災害來臨時間和破壞力度準確性的要求,人們只能通過增強防范意識,根據(jù)以往經(jīng)驗改善承災環(huán)境。主要表現(xiàn)在防災教育、防災工程和防災的經(jīng)濟投入上。1.2易損性的定義抗災能力,是災害發(fā)生瞬間,承災體在災害破壞情況下保持原狀或接近原狀的能力。抗災能力與易損性同樣是承災體的屬性,只不過是屬性的正反相對的兩方面。正如MarcoAntonioTorres-Vera的觀點:易損性是用來衡量一個結(jié)構(gòu)在地震活動下受破壞的量,它與地面運動沒有關(guān)系,只由結(jié)構(gòu)本身決定,因此,一個系統(tǒng)的易損性也不依靠當?shù)氐牡卣痫L險決定。該定義說明即使在地震安全區(qū)域結(jié)構(gòu)也是易損的。一個城鎮(zhèn)的易損性是由其現(xiàn)代化程度的高低、建筑物的結(jié)構(gòu)類型及質(zhì)量、經(jīng)濟發(fā)展水平等和社會因素所決定。這些因素是可以通過科學的規(guī)劃和設計、采取加固和調(diào)整等措施來改變它們的特征。1.3迅速的應急救援救災能力的主要表現(xiàn)在于災害的應急處理。災害發(fā)生緊后期,盡管城鎮(zhèn)各種狀況還不能完全掌控,但迅速的應急救援可以減少和降低災害造成的損失?？篂呐c救災的差別是,抗災側(cè)重點是抗御災害,降低災害的危害程度,而救災則側(cè)重在事故發(fā)生后開展救援。1.4恢復力指標體系的建立恢復力的英文單詞為:Resilience。災害恢復力目前仍沒有較公認和統(tǒng)一的定義,不同研究者都根據(jù)自己研究的需要有不同的理解。以往的研究,在恢復力量化方面也僅在地震對基礎設施的影響方面從數(shù)學模型入手有一些深入的研究,既沒有針對某種災害建立恢復力指標體系,即沒有從數(shù)量上回答“什么因素決定恢復力大小”和“在多大程度上決定恢復力大小”,也沒有建立較全面的、系統(tǒng)的綜合評估模型。但恢復力評估在應急管理和減災規(guī)劃中的價值已得到足夠重視?；诖?本文建立了城鎮(zhèn)承災能力評價指標體系如表1所示。2確定模糊聚類分析權(quán)傳統(tǒng)模糊聚類迭代模型和經(jīng)典K-means算法在聚類過程中均不考慮指標權(quán)重,基于此,可變模糊集理論給出了考慮模型參數(shù)指標權(quán)重變化的可變模糊聚類迭代模型,通過指標權(quán)重、相對隸屬度與聚類中心之間的動態(tài)迭代使聚類結(jié)果趨于平衡?？勺兡：垲惖Ｐ腿缦滤尽ＴO有待聚類的n個樣本組成集合,m是樣本指標個數(shù),可用m×n階指標特征值矩陣對樣本集進行聚類,將樣本集表示為:X=[x11x12?x1nx21x22?x2n????xm1xm2?xmn]=(xij)?(1)式中:xij為聚類樣本j指標i的特征值,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。由于m個指標的量綱和數(shù)量級不同,必須先對原始數(shù)據(jù)進行規(guī)格化處理,使規(guī)格化數(shù)在之間。由于指標主要分為正相關(guān)指標(即指標值越大,能力越大的指標)、負相關(guān)指標(即指標值越小,能力越大的指標)和中間型指標(指標值在某區(qū)間內(nèi),能力越大的指標)三大類,分別基于這三種指標類型的規(guī)格化方法如下所示。X*=x-xminxmax-xmin?(2)X*=xmax-xxmax-xmin?(3)X*=1-|x-ˉx|max|x-ˉx|。(4)式中:x為真實值,xmin、xmax分別為真實值中的最小值與最大值,ˉx為中間最優(yōu)值,X*為歸一化后的值。根據(jù)待聚類矩陣X的指標類型采用上述歸一化方法進行規(guī)格化,矩陣X經(jīng)規(guī)格化后變?yōu)橹笜颂卣髦狄?guī)格化矩陣:R=[r11r12?r1nr21r22?r2n????rm1rm2?rmn]=(rij)?(5)式中:rij為指標特征值規(guī)格化數(shù),則樣本j的m個指標特征值向量rj=(r1jr2j…rnj)。設將樣本集分為c類,類別h的模糊聚類中心用向量表示為sj=(s1hs2h…smh),式中h=1,2,…,c;0≤sih≤1。樣本j與類別h之間的差異,可用廣義距離表示:d0hj=|m∑i=1(rij-sih)p|1p,(6)式中:p為距離參數(shù),p=1時為海明距離,p=2時為歐氏距離,即K-means算法相似度測度的基礎。由于權(quán)重的存在,不同指標對模糊聚類的影響力不同,這是可變模糊聚類迭代模型中的一個重要可變參數(shù),因此將指標權(quán)向量引入廣義距離公式,則有廣義權(quán)距離公式:dhj=|m∑i=1ωi(rij-sih)p|1p。(7)該式表示了考慮指標權(quán)重矩陣后,樣本j與級別h之間的差異。式中,p=1時為加權(quán)海明距離,p=2時即為常用的加權(quán)歐氏距離。指標權(quán)重可以用主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法,也可以用綜合賦權(quán)法確定,在此不再贅述。設指標權(quán)向量ω=(ω1,ω2,…,ωm),且m∑i=1ωi=1。設Dhj=uhjdhj=uhj{m∑i=1[ωi(rij-sih)]p}1p?(8)為樣本j與級別h之間的加權(quán)廣義權(quán)距離,可知Dhj不僅考慮了指標權(quán)重,而且計入以樣本j歸屬于級別h的相對隸屬度uhj為權(quán)重,是對權(quán)重距離的發(fā)展與完善。為了求解最優(yōu)模糊聚類矩陣與最優(yōu)模糊聚類中心矩陣,建立模糊聚類準則函數(shù):min{F(uhj,sih)=n∑j=1c∑h=1u2hj|m∑i=1[ωi(rij-sth)]p|αp},(9)滿足c∑h=1uhj=1,0≤uhj≤1,n∑j=1uhj>0。式中:uhj為樣本j隸屬于類別h的相對隸屬度,是一個動態(tài)穩(wěn)定的求解過程,α為優(yōu)化準則參數(shù)。引入拉格朗日乘子λ構(gòu)造拉格朗日函數(shù)并解得可變模糊聚類迭代模型:uhj={|c∑h=1m∑i=1[ωi(rij-sih)]pm∑i=1[ωi(rij-sik)]p|αp}-1,(10)sih=n∑j=1u2p-1hjrijn∑j=1u2p-1hj;αp=1。(11)式(10)、(11)可用以迭代求解最優(yōu)模糊聚類矩陣u*hj與模糊聚類中心矩陣s*ih,其中α、p、ωi為可變參數(shù),在給定的參數(shù)組合下,可解得相應的u*hj與s*ih。Bezdek已經(jīng)證明了迭代模型式((10)、(11))取p=2、α=2時是收斂的,而且計算實踐表明,可以得到合理的聚類結(jié)果。然而該聚類方法雖具有理論優(yōu)越性,但實踐應用卻相對落后,因此本文采用可變模糊聚類方法對城鎮(zhèn)綜合承災能力進行評價。3聚類分析結(jié)果文獻中通過對指標的層層賦權(quán)計算,分別計算了樣本數(shù)據(jù)的防災能力指數(shù)、抗災能力指數(shù)、救災能力指數(shù)和恢復能力指數(shù),最后綜合成一個承災能力指數(shù)進行比較。此計算過程主觀因素參與較多,對分層指標的權(quán)重確定,以及對防災、抗災、救災和災后恢復能力的權(quán)重確定都是通過主觀賦權(quán)法確定的。并且,僅能通過最終確定的承災能力指數(shù)進行各樣本之間的比較,分不清各樣本在防災、抗災、救災和災后恢復四個方面的孰優(yōu)孰劣。因此,本文選擇將可變模糊聚類引入城鎮(zhèn)綜合承災能力評價的過程中,分別對樣本數(shù)據(jù)的四種能力進行聚類分析,以此判斷樣本城市的綜合承災能力及其在防災減災等方面相應的優(yōu)勢、劣勢。將所有作為訓練集進行可變模糊聚類迭代,設定迭代計算精度e=10-5,由權(quán)變量和樣本指標相對隸屬度矩陣R,分別設c=3和c=5,確定最優(yōu)模糊聚類矩陣u*hj與模糊聚類中心矩陣s*ih。聚類結(jié)果如表2所示。根據(jù)樣本數(shù)量,為了更客觀地進行聚類判斷,本文分別選擇了聚3類和聚5類進行分析,通過兩個聚類結(jié)果來共同判斷樣本城市的承災能力水平。雖然,最大隸屬度原則是經(jīng)典模糊集中的重要判斷、預測與決策準則,被廣泛地用于模糊模式識別、模糊綜合評判、模糊決策等許多方面,但在模糊概念分級條件下,用最大隸屬原則對級別歸屬進行識別是一種錯誤,會導致錯誤的判斷、識別、預測的結(jié)果,因此本文在得到u*hj和s*ih后,由類別和優(yōu)屬度的乘積得到類別H,即H=c×u*hj。計算結(jié)果為H越大越優(yōu)。通過分析我們看出,29個樣本城市中,大多數(shù)城市的防災、抗災、救災和災后恢復能力居于中等水平,有些樣本城市在從防災到災后恢復的能力建設上發(fā)展不均衡,如樣本城市2的防災能力明顯較弱,樣本城市15的救災能力較弱,抗災能力相對較強,而樣本城市18的防災能力與抗災能力均相對較弱……以往,我們更注重于城市的救災能力。人們已逐漸認識到防災能力建設對城鎮(zhèn)綜合承災的重要作用。從城鎮(zhèn)的社會、經(jīng)濟和環(huán)境等功能的實現(xiàn)及其發(fā)展方向來看,以防代救,將災害可能對城鎮(zhèn)造成的危害控制在源頭,才是降低災害損失的根本辦法。4基于樣本的隸屬度理論通過對評價指標的可