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灾情预测模型及高效防灾减灾

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发表于 2016-11-25 15:56 |显示全部帖子
灾情预测模型及高效防灾减灾

赵本东 唐山市开平区市场监督管理局

灾害给人类不仅带来经济损失,严重时可引发政治危机、社会动荡,所以做好灾害预测是十分必要的。灾情主要的预测模型有灰色灾变理论、神经网络理论等方法[1]。这些方法的运用依赖于对过去的灾情统计或评估数据的样本采集,然后通过数理统计模型的运算算法,来刻画灾情数据的发展趋势,进而得到未来的灾情情况,这些方法需要历史数据,总体上讲是经验性的,具体模型只适用于被研究地区。就总体而言,目前还没有一种很有效的预测方法,我国灾情统计现状大多是建立在定性评估基础之上。灾情是灾害系统内部因素相互作用的结果,本文以乘法原理为基础,提出概要性的灾害损失预测模型,指明该模型的特点,根据模型分析了降低灾害损失的方法

1.
造成灾害损失的因素

造成灾害损失由灾害源、承灾体和环境三方面因素构成。

1.1
灾害源

灾害源包括地震、台风、电力(或通讯)网中断、瘟疫、洪水、火灾、火山喷发、矿难、空难、海啸、旱灾、虫灾、环境破坏、生态失衡、地球变暖、群体性暴力事件、战争、食品不合格、饥荒、信息泄露、核爆炸、踩踏、经济危机、能源危机、政治事件等等。灾害源方面的因素包括灾害的种类、强度、规模(或空间范围)、持续时间、灾害发生的概率。一般自然灾害持续时间相对于社会灾害时间来说要短,例如一种错误思想可毒害国民几千年,而地震等灾害持续时间只有几十秒。

1.2
灾害的承灾体

承灾体是指灾害的对象,包括人身和财产,甚至对社会全方位地产生直接影响。例如水灾除了对人身财产有危害,还对很多社会事务产生影响,因此可以说承灾体就是社会。承灾体因素包括人口密度、财产密度、抵御灾害能力(如建筑物的强度)。

1.3
其他因素

其他因素包括灾害源与承灾体之间的空间距离、环境因素(如天气)、救援能力、经济条件或社会发展水平等等。

2.
灾害损失预测模型的建立

2.1 直接危害

没有灾害源不会带来灾难,有灾害源但是其波及范围内没有人和财产也不会产生灾难,此时只是自然现象,所以灾害源与承灾体是造成灾害的两个必要条件,灾害是灾害源对承灾体作用的结果,符合乘法原理,即“若条件与结果之间存在必要条件关系,则各条件之间服从乘法关系”[2]。可数学表述为:

灾害损失=灾害源×承灾体×其他因素……………………(1)

将子一级因素带入(1)式得到:

灾害损失=(灾害参数×强度×区域面积×持续时间×灾害发生的概率×人口密度(或财产密度)×其他因素/(抵御灾害能力×救援能力×距离2)…………………(2)

每种灾害带来的损失程度不一样,同一种灾害对于人身损害和对于财产损失的程度不一样,用灾害参数表示,其值可采取两种方法确定,一是采用历史统计数字的平均值,二是规定标准条件,在标准条件下发生的损失值。方法一虽然粗略,但其可操作性强于方法二。

(2)式是对于不具有传染性质的灾害,而对于瘟疫类灾害有其特点:灾害源与承灾体同一化形成正反馈(或称为连锁反应),初期呈指数规律增长,灾害整个发展过程遵从逻辑斯蒂模型,因此可将因子“规模×持续时间”用逻辑斯蒂方程代替。

如果从社会整体损失角度考虑,可将因子“人口密度”用“社会发展水平”表征。社会发展水平越高,灾害给社会带来的损失越大,如同等强度和规模的地震、停电、瘟疫等等给城市带来的损失要大于农村的损失,因为城市人口、企业、设施的密度要高于农村,发生在自然经济时期带来的损失要小于市场经济事情的损失。社会发展水平指标可按照《整体国力及社会发展水平评价模型》(《经济要参》2013年47期)确定。比较粗略的预测可用GDP代替社会发展水平,可参见《利用国内生产总值和人口数据进行地震灾害损失预测评估》[3]一文,其评估公式为:(其中:Ep为固定资产损失期望值;PT年度发生地震烈度Ir的概率;f(Ir,GDP)代表灾害损失与地震烈度和社会财富之间的关系,其值由地震灾害历史数据确定,与(2)式中灾害参数对应),该评估公式可视为(2)式的具体化。


在三维空间,一般事物的传播遵循平方反比率,所以此处也采用这个规律:灾害后果与距离的平方成反比。

因素之间可能存在关联,如贫困地区经济条件差,相应地人口密度也低;再如灾害源的强度和范围一般存在正相关。但因素间的关联并不影响这些因素在模型中的作用,因为它们作用的发挥是独立的而且是灾害损失的必要条件,不能因为关联的存在而去掉(或取代)其中的任何一个因素,否则导致失去模型的物理意义。

2.2次生危害

灾害发生时,虽然对于远离灾害范围之外的地区不直接产生损害,但是如果灾害区域内具有网络性质的事物的被破坏可通过网络将灾害延伸到远方(或通过行业链影响其他地区,或通过因素间相互作用关系影响至其他地区)。如灾害区内的发电站受损,会导致远方受供电企业停产;甚至垄断性企业处于灾区内,也会给这个国家的正常经济运转带来影响。再如一个国家的首都受到核攻击,导致其行政系统瘫痪,对于整个国家来说都会带来各方面的损失。炸不烂的互联网,设计的很巧妙,即使局部受损信息的传递也不受阻止;但是当根服务器被破坏时,会带来大面积的网络瘫痪。对于次生危害的损失,(1)(2)式同样适用。

3 模型特点

本模型具有可反映因素间相互作用和通用性、针对性等特点。

3.1 通用性及针对性

目前灾害损失模型主要针对地震和水灾,一般是通过数理统计的方法拟合而成的线性模型,仅适用于被研究地区,所以适用性差。而本模型只要将灾害参数具体为每种灾害,就可以得到相应的灾害损失预测模型,因而又具有针对性;将某种灾害的灾害损失参数通过数据确定,即可适用于所有地区,因而又具有通用性。

3.2 可反映因素间相互作用

一般线性拟合模型只反映灾害损失按时间的发展规律或只是各因素的线性组合,不能反映各因素间相互作用关系,模型中某一因素对灾害损失不受其他因素的影响。而本模型将各方面因素都纳入,而且通过乘法反映出因素之间相互依赖、相互作用的关系,体现出每个因素对灾害损失的放大(或缩小)作用,即体现灾害形成的系统性。例如地震发生在城市造成的损失大于发生在农村,因为城市人口和财产密度高于农村,也即社会发展水平对灾害具有放大作用。再如灾害发生在贫困地区,因物质条件欠缺导致救援不利,也可使灾情被放大。

4.
如何高效降低灾害的损失

社会发展水平与灾害损失呈正比关系,但是我们不能因为减少灾害人为地降低社会发展水平,因为社会发展水平是我们追求的目标。降低灾害损失可从灾害源、承灾体、环境三个方面考虑,如何高效降低损失可由(2)式分析。

一是避免灾害发生,即将灾害发生的概率降低到零。如食品安全的控制、核电站等重点单位加强安全管理保卫、瘟疫的防控、矿山企业严格管理、抵制战争狂人和政治狂人。在无法避免的情况下,准确预测灾害发生的时间、地点和强度、规模,以便采取措施降低人口密度和财产密度、增强防御能力,如洪水发生之前疏散人群,加强水库大坝的强度和提前放水。一般小概率事件带来的损失都是很严重的,在(2)式中为“灾害参数×灾害发生的概率”,该乘积因为概率低所以数学期望值小;而高概率灾害事件带来的损失一般都不严重,其数学期望也不因为灾害参数小而小。总体上重大灾害与常规灾害带来的损失相当,所以重大灾害并不可怕,因为其发生概率低,关键是做好重大灾害的预测工作;对于常规灾难、准周期性灾难,做好应急准备即可。根据乘法的性质:薄弱因素对乘积的影响更灵敏[4],如何高效地降低灾害损失,就要找到因素中的薄弱因素,重大灾害发生的概率极小,因此对于灾情来说就是薄弱因素,为此对于重大灾害做好预测会给减灾带来显著效果。

二是增加灾害源与承灾体之间的距离,而且因为灾害损失与距离的二次方呈反比关系,所以增大距离很有效。如将核电站、垃圾处理厂建在远离居民区,不能因为降低成本而将灾害源放在居民身边;易燃易爆品不允许带上火车就是很好的措施,危化品的运输规定线路也是很好的措施;在政治军事上采取远攻近交的策略。

三是坚持以人为本,也即降低承灾体的量。从承灾体方面看,人的价值大于财产的价值,财产对于人才有意义,物是人非事事休,所以任何事情都要以人为本,杜绝人为因素引发灾害。例如水库具有蓄水、灌溉、防洪等功能,理应在雨季蓄水旱季放水,但在市场经济条件下,水库管理者、经营者为了经济利益,可能在旱季为了养殖业而不放水造成旱灾,而在洪水来临之时不能蓄水而不得已泄洪造成洪灾,给民众带来生命财产损失。

四是缩短灾害持续时间。对于瘟疫类、思想类灾害,其持续时间在一定程度上是人为可控的,所以缩短其持续时间是可行的。而这类灾害在初期在规模上呈几何级数急速增长,所以及早控制灾情发展是很见效的。

五是降低灾害强度。一般灾害的规模、持续时间与强度之间存在正比例关系,由(2)式可知灾害损失与灾害强度的三次方呈正比例关系,所以降低灾害强度对于防灾效果显著。如易燃易爆物的存储量控制在一定限量。

5 多措并举的乘法倍增效应

乘法中“一个自变量对因变量的影响(作用)是依赖(通过)其他自变量来实现的,并且一个自变量对因变量的影响(作用)受其余自变量的影响:其他自变量对“该自变量对因变量的影响”有放大(或缩小)的作用。[5],应用此乘法性质,多措施并举可极大降低灾害损失,充分体现乘法的倍增效应。2015年8月12日天津大爆炸的灾难是惨重的,现以爆炸做一个示例:

①如果将易燃易爆物分为4份分别存放在不同地点,灾害损失比:4n34n)3=1:16,如此灾害损失可降低16倍。②将易燃易爆物存放由离居民区1公里的地方到10公里的地方,灾害损失比:(1/10)2:(1/1)2=1:100。③假设加强安全管理提高3倍,则发生爆炸的概率将降低3倍。这三种措施的倍增效应为:16×100×3=4800倍,而不是4+10+3=17倍。

4800倍,可见多措并举的减灾将是非常显著的,达到了万分之二程度。即使在多措并举情况下,灾害参数巨大的核发电厂(核爆炸)建在离人员密集地区多远才是可接受的?



[1]周长锋. 自然灾害损失预测方法及保费测算研究(D.《湖南科技大学》 2010


[2]赵本东 赵宗宇.乘法.美国学术出版集团公司(M.2011.P11


[3]
陈棋福,陈凌. 利用国内生产总值和人口数据进行地震灾害损失预测评估(J.地震学报, 1997(6):640-649


[4]赵本东 赵宗宇.乘法.美国学术出版集团公司(M.2011.P6



[5]赵本东 赵宗宇.乘法.美国学术出版集团公司(M.2011.P5



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