基于層次分析—模糊綜合評價法對城市內澇風險評估研究

申海燕 陳妍哲 張盈

摘? 要：該文通過城市內澇巨災理論和場景進行風險識別，建立了多層次的洪澇災害風險指標體系。并且引入模糊數學的概念，結合層次分析法與模糊綜合評價法各自的優點，利用AHP法建立權重集，通過MATLAB軟件編程計算出相應的模糊一致判斷矩陣、隸屬度矩陣、二級指標評判集、一級指標評判集及目標指標綜合評判集。采用層次分析-模糊綜合評價法建立完整的洪澇災害風險評估體系，估計出風險概率和風險損失結果，劃分風險等級并依此給出對應的風險措施。最后將此體系應用于湖南長沙，對該城市進行內澇災害風險評估。

關鍵詞：模糊集? 層次分析法? 模糊綜合評價法? AHP法

中圖分類號：U442 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（b）-0192-02

城市內澇是是一種嚴重威脅人類生存與發展的自然災害。對于此類情況，建立相應的城市內澇巨災風險評估體系以及有效的風險評估方法預防潛在的洪澇災害風險是十分必要的。在已有的研究中，由于層次分析法由于能夠將定性和定量相結合的特點而被廣泛應用于各種內澇風險評價體系中。而模糊綜合評測方法利用模糊數學的理論和方法，把客觀現實中的模糊事物定量化，以此作為依據進行符合實際、具有客觀性和準確性的評價，從而為實際問題提供有效的解決方法。因此在該文中引入模糊數學的概念來解決層次分析法的缺陷。基于模糊理論的風險評估方法可以通過考慮各個風險因素指標對系統的影響程度來處理傳統數學方法無法考慮到的不確定性。針對城市內澇風險的研究，采用層次分析-模糊綜合評價法建立完整城市內澇災害風險評估體系，對洪澇災害風險進行綜合評估，為解決該類問題提供理論依據，最后將該方法應用于湖南省長沙市。

1? 城市內澇巨災風險識別

風險評估包括風險識別、風險估計、風險評價和控制，風險識別是風險評估的基礎階段。在城市內澇巨災問題中風險識別的核心是確定風險源。城市內澇巨災風險源是指能夠給洪澇災害帶來積極或消極左右作用的關鍵因素。結合文獻[1]和[2]，認為其風險源主要包括環境因素、社會經濟因素、人員因素、管理因素4個方面，從而建立相應的城市內澇巨災風險評估體系，其中包括環境因素（氣候氣象、地形地貌、河流人文）、社會經濟因素（經濟活動、政治活動、社會發展）、人員因素（遇難自救、人員密度、防洪意識）、管理因素（不合理開發利用、防洪教育、組織能力、定期檢修）。

2? 城市內澇巨災風險估計

我們主要用層次分析法和模糊綜合評價法[3]分析。其主要步驟包括：建立層次模型、建立評語集、建立各評估指標權重集、建立隸屬度矩陣和多層次綜合評判。

（1）建立層次模型。在多層次結構模型中，我們把目標指標U分為4個一級指標，得到一個相應的指標集U=（U1，U2，U3，U4），對于每一個一級指標我們又分別將其分為多個二級指標UI，得到相應的二級指標集。這樣便把內澇巨災風險指標分為二級，得到一個三層次的洪澇風險評估指標體系。

（2）建立評語集。評語集是評判者對評判對象做出總的評判結果組成的集合Vk，k=（1，2，…，n），其中Vk代表不同的風險概率或風險損失等級。在洪澇災害的風險評估中，V通常被劃分為5個不同的等級即極低、低、一般、高、極高。

（3）建立權重集[4]。權重集是表明各個層次風險指標在各個層次指標因素集中的重要程度的集合，主要包括3個步驟。

③計算權重集。在計算權重集時，我們采用對模糊一致判斷矩陣行列歸一的方法。即：將模糊一致判斷矩陣按列歸一得到矩陣E;將矩陣E中元素eij按行求和得到由各行元素之和組成的矩陣F;再將矩陣F中的向量按列歸一即得到權重集W。

（4）建立隸屬度矩陣[4]。設指標集中第i個元素ui對評語集中第j個元素vj的隸屬程度為rij，則將指標集中每個元素對評語集中的各個元素一一進行隸屬就形成了隸屬度矩陣R=（rij）。為了減少誤差提高準確度，該文我們采用專家調查法來得到隸屬度。

（5）多層次綜合評判[3]。

風險評價是在風險識別和風險估計的基礎上，綜合風險估計結果Dp和風險損失估計結果D1并結合風險評價模型，對風險進行綜合評價，確定系統風險的整體水平與嚴重等級，并給出相應的風險控制措施。城市內澇巨災風險評價模型采用二維評價模型。

4? 案例分析

長沙隸屬湖南省，是湖南省省會，位于湖南省東部偏北， 湘江下游和長瀏盆地西緣。周邊環境以及地形較為復雜，屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，降水充沛，雨熱同期，且人口密度大，易帶來洪澇災害隱患，因此對湖南長沙進行洪澇巨災風險評估是十分必要的。

（1）建立權重集。該文采用行和歸一法由模糊一致判斷矩陣B計算權重集，再通過MATLAB編程，由公式（1）～（4）得到下式4個二級指標權重集（W1，W2，W3，W4）和一個一級指標權重集W：

W1=（0.3843，0.2878，0.3280），W2=（0.1813，0.6374，0.1813），W3=（0.2993，0.381，0.397），W4=（0.1698，0.2846，0.441，0.1015），W=（0.5942，0.0201，0.092，0.2896）

（2）建立隸屬度矩陣。由問卷調查結果，構建環境因素集U1的風險概率隸屬度矩陣R1，社會經濟集U2的風險概率隸屬度矩陣R2，人員因素集U3的風險概率隸屬度矩陣R3及管理因素集U4的風險概率隸屬度矩陣R4。同理，U1，U2，U3，U4的風險損失隸屬度矩陣為r1，r2，r3，r4。

（3）多層次綜合評判。由二級指標權重集Wi和風險概率隸屬度矩陣Ri及Zadeh算法，根據MATLAB 軟件編程計算B=（0.0817，0.1663，0.2704，0.3006，0.1757）同樣的，可以計算出風險損失一級指標評判集b=（0.0243，0.0745，0.3122，0.379，0.2143）。

（4）目標指標綜合評判。由式（5）算出風險概率估計結果為D=0.5609;風險損失估計結果為d=0.6390。

（5）風險評價和控制。已經計算出風險概率估計結果為D=0.5609;風險損失估計結果為d=0.6390。又由評價矩陣可知，長沙的洪澇災害風險屬于三級風險，雖然在三級風險中水平較低，但此類風險屬于不期望的高風險水平，必須采取風險應對措施和監控措施降低風險水平。

5? 結語

由于常常被政府和群眾忽視，正確認識和識別洪澇災害風險非常重要。內澇巨災風險評估可以使得洪澇災害風險在發生時具有預見性，它有助于更好地理解洪澇災害風險，防范災難事故的發生，減少由此帶來的損失。

參考文獻

[1] 黃崇福.自然災害風險分析的基本原理[J].自然災害學報，1999，8（2）：21-29.

[2] 黃崇福.自然災害風險評價理論與實踐[M].北京：科學出版社，2005.

[3] 孫博，肖汝誠.基于層次分析——模糊綜合評價法的橋梁火災風險評估體系[D].同濟大學土木工程學院，2000.

[4] 金志森.基于層次分析法對城市內澇風險評估與區劃方法研究——以泉州東海組團為例[D].同濟大學環境科學與工程學院，2000.