自然災害致災因子復雜性分析

關于自然災害致災因子復雜性分析第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二章自然災害致災因子

風險評估主講內容第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述第二節(jié)

地震致災因子風險評估概述第三節(jié)國內外地震預測研究現(xiàn)狀第四節(jié)地震致災因子評估指標與方法第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述主講內容一、災害風險基本概念及其特征二、災害風險形成要素與形成機制三、自然災害致災因子風險評估方法第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述一、災害風險基本概念、分類及其特征（一）概念：災害風險是指各種災害發(fā)生及其給人類社會造成造成損失的可能性。（二）分類：依據(jù)人的參與性分為三類（史培軍）：系群類種1.自然災害：大氣層臺風熱帶氣旋2.人為災害：技術交通飛機失事3.環(huán)境災害：全球變暖臭氧臭氧洞第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述一、災害風險基本概念及其特征（二）分類：依據(jù)政府管理部門分類：１.自然災害：民政部（包括地震局、氣象局、國土資源部、國家海洋局等）２.安全生產災害：國家安全生產管理總局３.公共衛(wèi)生：衛(wèi)生部４.公共安全：公安部（安全部）第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述自然災害公共衛(wèi)生安全生產

公共安全在2006年1月8日發(fā)布的《國家突發(fā)公共事件總體應急預案》及2007年11月1日開始實施的《突發(fā)事件應對法》中，分為四大類第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述一、災害風險基本概念及其特征（三）內涵：1.災害風險識別：面對潛在災害風險加以識別、歸類和鑒定的過程。（時、空、強）2.災害風險分析（核心）：歷史資料風險量化；致災機理的科學技術分析。第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述一、災害風險基本概念及其特征（三）內涵：3.災害風險評價：面對災害風險分析基礎上，建立一系列評估模型，根據(jù)風險區(qū)域特征和防災減災能力，預估可能發(fā)生的經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境的損失。4.災害風險管理：在風險評價的基礎上，決策風險規(guī)避方案和風險控制措施的過程。第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述一、災害風險基本概念及其特征（四）特征（請同學舉例）：1.客觀性2.隨機性：3.必然性與不可避免性：4.區(qū)域性:5.社會性：6.可預測性與可控制性（一定層度上）:7.多樣性與差異性：8.遷移性、滯后性與重現(xiàn)性：第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述二、災害風險形成要素與形成機制要素：1.承災背景：自然、經(jīng)濟和社會，也被理解為風險載體對破壞或損害的敏感性。2.致災因子（風險源）：主要反映災害本身的危險性程度，包括災害種類、規(guī)模、強度、頻率、影響范圍、等級等第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述二、災害風險形成要素與形成機制要素：3.承災體特征要素：即脆弱性、抗災能力和恢復力。包括承災體的種類、范圍、數(shù)量、密度、價值等。第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述二、災害風險形成要素與形成機制要素：4.風險損失要素：風險損失要素主要反映承災體的期望水平，主要包括損失構成，即受災種類、損毀數(shù)量、損毀程度、價值、經(jīng)濟損失、人員傷亡、生態(tài)環(huán)境損失5.工程與非工程風險預防要素：包括工程與非工程防范災害風險的措施、工程量、資金投入、防治效果和預期收益。第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子風險評估概述二、災害風險形成要素與形成機制形成機制：災害風險度=危險性·暴露性·承災體脆弱性·抗災能力危險性：致災因子的時空強暴露性：可能受到致災因子威脅的所有人員、財產、生態(tài)環(huán)境等。脆弱性：給定區(qū)域人員、財產與生態(tài)環(huán)境由于致災因子影響造成損失的程度，綜合反映了災害損失程度。第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估概述一、頻率統(tǒng)計法（一）發(fā)生頻率（次）法理論基礎：大數(shù)定律和中心極限定理1.分別計算災害各強度的頻率（次），其計算公式：第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法

為第i等級某種致災因子出現(xiàn)頻率（次/年），當一般采用多少年遇來表示；Y為統(tǒng)計年限（年），一般30年以上；為統(tǒng)計年限Y內第i等級的某種致災因子出現(xiàn)的次數(shù)（次）。第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法

2.對不同強度災害發(fā)生頻次進行加權求和（氣象應用）其中：N為致災因子的頻次

d為權重（例如風速比值）第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法

3.基于復雜函數(shù)關系概率評估法（1）旱澇災害的馬爾科夫隨即過程理論評估發(fā)生概率：其步驟如下①采用x2統(tǒng)計檢驗方法，檢驗待分析的時間序列是否具有馬爾科夫性質，即后序無效性；②以歷史實測資料，統(tǒng)計各個狀態(tài)之間的轉移概率Pij，得到轉移概率Pij，得到轉移概率矩陣（Pij）n*n；計算各狀態(tài)的極限分布P第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法（1）旱澇災害的馬爾科夫隨即過程③計算狀態(tài)i和狀態(tài)j之間的置換系數(shù)Lij第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法式中：分別表示由狀態(tài)i和j轉移到狀態(tài)k的概率越接近于1，狀態(tài)i和j在序列中的地位的相似性越高；因此，是考慮狀態(tài)i和j動態(tài)變化相似性程度的指標④用相關系數(shù)統(tǒng)計檢驗的方法檢驗各狀態(tài)之間相互轉換性的顯著性，并據(jù)此對各狀態(tài)加以分類第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法3.基于復雜函數(shù)關系概率評估法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學理論基礎：將一個觀測值變成一個模糊集，通過優(yōu)化利用樣本模糊信息來彌補小樣本導致的信息不足，從而得出小區(qū)域小概率的致險程度。其步驟如下：第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學①收集歷史資料，建立致災強度指標序列（Yj）②設定致災因子強度（Y）的論域（U），即致災強度的最大值和最小值其可能的取值；第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學③將Yj的信息擴散至論域U中的每一個成員，并求得Yj的歸一化信息分布Yj的信息擴散方程為第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法3.基于復雜函數(shù)關系概率評估法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學式中，h稱為擴散系數(shù)，可根據(jù)樣本集合中樣本的最大集b和最小a及樣本個數(shù)m來確定，其計算公式：第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學然后，令得出相應的模糊子集隸屬函數(shù)是：第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學④計算不同程度災害的受災風險，即超越ui的概率值P（ui）在這一步驟中，首先令其次，令第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法（2）信息擴散理論和模糊數(shù)學Q事實上就是各ui點上的樣本數(shù)總和，從理論上講，必有Q=m，但在數(shù)值計算時因有四舍五入的誤差，Q與m之間略有差別。最后得出樣本落在ui處的頻率值第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法通常，我們將自然災害指標Y取為災害指數(shù)論域U，顯然，超越ui的概率值為：對各種數(shù)學方法求算出的概率，可以按評估要求分出3、5或7級第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日

第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法二、多指標綜合評估法方法原理：采取多個指標來綜合反映致災因子的強度。工作思路：（1）確定指標體系組成；（2）對諸指標進行歸一化處理，消除量綱差異。消除方法常用指標分級法；（3）對諸指標用層次分析法、專家打分法、主成分分析法、模糊評價法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、熵權系數(shù)法等手段確立權重，并按照一定函數(shù)關系加以聚合，從而最終用一定數(shù)值來表示致災因子強度大小；（4）對計算出的不同區(qū)域致災因子強度數(shù)值，用聚類分析等數(shù)學方法確立等級。第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法當前方法：利用RS和GIS技術強大空間分析和疊加功能支持下，很多研究把多指標致災因子風險程度移植到計算機平臺上。第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法三、災害情景模擬法（機制模型法）

與第二節(jié)的多指標綜合評估法比較：相同：一定歷史災害數(shù)據(jù)為基礎，多指標評估思想不同：基于成因機制構造出來的災害情景模型，從而用來評估災害的不同致災可能性和相伴生的災害可能活動強度。第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日

第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法四、專家評分法適用：缺少歷史災害數(shù)據(jù)及地理背景資料，或是評估區(qū)無高精度的定量化要求缺點：由于完全依賴參評人員的災害感知經(jīng)驗和知識能力，易受主觀性因素制約，所以評估結果有時會較實際情況有一定誤差。第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)自然災害致災因子

風險評估方法五、鄰域對比法

類比法：一種邏輯推理法，它應用于災害主要為了解決某些評估地區(qū)缺乏必要評估數(shù)據(jù)、資料的問題。工作思路：（1）通過聯(lián)想把未有災害評估的地區(qū)對比已有災害評估地區(qū)（2）根據(jù)自然環(huán)境上類似程度，從已有災害危險性評估的地區(qū)中，選擇出與未有災害評估地區(qū)最為相似地區(qū)，并將該地區(qū)的災害危險性評估結果推及未有災害評估地區(qū)因果類比表現(xiàn)形式！第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述一、成因及分類定義：地震是伴隨著地殼上的能量釋放而引起的地球表面的震動。能量釋放來自突然斷裂、火山爆發(fā)或人為原因而引起的。

人為地震

（開山、采礦、核試驗、爆破、注水和水庫等）地震構造地震（90%）

天然地震火山地震（7%）其他第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（一）地震按形成成因分類1、構造地震：板塊學說理論▲亞歐、太平洋、美洲、非洲、印澳和南極；▲板間地震（85%）和板內地震（15%）；▲構造地震是監(jiān)測預報、防震減災、工程地震是重點對象2、火山地震：火山爆發(fā)或活動、源淺級小(7%)3、陷落地震：溶洞或陷落(3%)4、誘發(fā)地震：隕石墜落、水庫蓄水、深井注水引起第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（二）地震按震源的深度分類震源：斷層形成、大量釋放能量的地方、即地震波發(fā)源的地方稱為震源。震中：震源在地球表面的垂直投影為震中。震源深度：震中到震源的深度為震源深度。極震區(qū)：強烈地震時，破壞最嚴重的地區(qū)為極震區(qū)。第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（二）地震按震源的深度分類1.淺源地震：小于70km地震，一般33km即正常深度地震（72%），破壞性地震是淺源地震2.中源地震：70～300km地震（24%）3.深源地震：大于300km地震（最大720km，深源僅占4%）第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（三）地震按震中距分類震中距：地面上任何一個地方到震中的距離。1.地方震：小于100km地震2.近震：大于100、小于1000km的地震3.遠震：大于1000km地震第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（四）地震按地震級分類地震級：地震釋放能量的多少，表征地震大小或強弱的指標。目前國際通用里氏震級是1935美國地震學家C.F.Richter給出的。每相差1級，釋放能量相差約30倍。小震：4級以下地震中強震：5～6級地震強震：7級以上地震特大地震：8級以上地震第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（五）地震按震害程度分類災害強度（人員傷亡和經(jīng)濟損失）劃分：（1）一般破壞性地震：數(shù)十人、直接損失1億以下（2）中等破壞性地震：數(shù)十～數(shù)百人、直接損失1億～5億（3）嚴重破壞性地震：稠密地區(qū)7級，大中城市6級，或數(shù)百～數(shù)千人、直接損失5億～30億（4）特大破壞性地震：大中城市7級或造成萬人以上死亡或直接經(jīng)濟損失30億元以上地震第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（六）地震按地震序列分類相關概念:

主震：一系列地震中最大的地震為主震；前震：主震之前地震為前震；余震：主震之后發(fā)生的地震。（1）主震余震型地震（60%）（2）震群型或多發(fā)型地震（30%）（3）單發(fā)型或孤立型地震（10%）第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述二、地震分布特征（一）地震時間分布特征地震活動在時間上具有一定周期性，即一段時間發(fā)生地震頻次高、強度大稱之為地震活躍期；另一段時間內發(fā)生地震相對頻次低、強度小稱之為平靜期。地震學中把由一個平靜期開始到下一個活躍期結束合稱為地震活動期?？磮D2-5、2-6（p24）第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（二）地震空間分布特征（網(wǎng)上找圖?。┳蠲黠@特征：成帶性1.環(huán)太平洋地震帶2.歐亞地震帶我國分布：分布：東北；華北；華中；華南；新疆；青藏；臺灣及附近；南海特征：數(shù)量多、分布廣、強度大和震源淺第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述三、地震危險性分析概述（一）地震災害危險性分析（1）研究內容：研究地震災害特點、嚴重程度和頻度、可能影響的范圍以及襲擊時間和持續(xù)時間。（2）地震危險性分析目的：預測某場地未來一段時期內出現(xiàn)各種強度地震的可能性，即在一定時期內不同強度地震發(fā)生概率或超越概率。（3）地震危險性分析意義：1、是地震災害損失預測、機構抗震設計基礎；2、減輕地震災害、進行災害管理科學依據(jù)。第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（二）潛在震源區(qū)概念：給定時段內可能會對所研究場地發(fā)生破壞性影響地震的區(qū)域。劃分：點源地震；線源模型；面源模型三、地震發(fā)生的概率模型——泊松模型：1、平穩(wěn)性2、獨立性3、不重復性第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（三）地震發(fā)生的概率模型——泊松模型：根據(jù)概率理論，在值域x內，泊松事件發(fā)生n次的概率為：利用泊松模型，僅需地震年平均發(fā)生率這一個基本參數(shù)確立概率公式。T時間內不發(fā)生M>m地震的概率為：第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)

地震致災因子風險

評估概述（三）地震發(fā)生的概率模型——泊松模型：因此，在時間段t內至少發(fā)生一次地震概率為：針對當然不同類型地震學者研究了非齊次泊松模型、雙態(tài)泊松模型、Neymanscontt過程、馬爾科夫過程和更新過程模型。第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)國內外地震預測

研究現(xiàn)狀一、概述1.震害預測分析依據(jù)：一是地震危險性分析資料；二是工程結構抗震能力分析資料。2.房屋建筑易損性分析形式：易損性函數(shù)f（d/I）：烈度為I，破壞等級為d的連續(xù)概率密度函數(shù)；破壞概率矩陣P（Dj\I）：表示強度為I的地震作用下，破壞性Dj的條件概率，國內多采用的形式。第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)國內外地震預測

研究現(xiàn)狀一、國外震害預測研究發(fā)展1.20世紀30年代，美國為建立地震保險進行的基礎研究2.20世紀70年代，NOAA和USGS方法3.20世紀80年代，F(xiàn)EMA委托ATC：ATC-13報告4.1997，F(xiàn)EMA和NIBS：HAZUS97，HAZUS99，HAZUS-MH（HazardUSmulti-hazard）第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)國內外地震預測

研究現(xiàn)狀二、國內震害預測研究發(fā)展1.始于1976唐山，河南安陽2.1981建委對煙臺和徐州抗震規(guī)劃試點3.1989-1990，成立“未來地震災害損失預測研究組”，成為地震局重點課題，并編制2005年前地震災害損失預測圖。4.20世紀90年代，預測與損失評估持續(xù)發(fā)展，并應用于實際。第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)國內外地震預測

研究現(xiàn)狀三、震害預測分類1.按預測對象分類：建筑物、構筑物和生命線系統(tǒng)2.預測對象數(shù)量分布單體預測和群體預測3.按預測目的和預測結果用戶分類減災型、決策型和金融型4.按地域分類城市災害預測、區(qū)域性震害預測和大型企業(yè)震害預測第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)地震致災因子評估

指標與方法一、評估指標1.指標選取地震強度M指標：震級、烈度、地震動峰值加速度（主流）地震頻率P指標：震級頻率、烈度頻率、地震動峰值加速度頻率第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)地震致災因子評估

指標與方法一、評估指標2.指標值的獲取和計算（略）3.指標分級（參閱指標分級內容）第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)地震致災因子評估

指標與方法二、評估方法1.概率評估方法1）超越概率評估法（主流方法）工作流程：①對所評估地區(qū)歷史地震數(shù)據(jù)統(tǒng)計；②把震級關系與地震動參數(shù)（或烈度）衰減關系結合考慮，使用一定概率模型求給定地震動參數(shù)（或烈度）超越值概率③據(jù)此反映特定區(qū)域地震危險性H第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)地震致災因子評估

指標與方法二、評估方法1.概率評估方法1）超越概率評估法（主流方法均勻泊松模型）2）發(fā)生頻率評估法（年平均發(fā)生率衡量、簡單）第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日災害事件發(fā)生的概率和損失單位：元災害事件每年發(fā)生的概率損失

Li超概率

EP（Li）期望損失

E（Li）10.0020250000000.0025000020.0050150000000.0077500030.0100100000000.016910000040.020050000000.036610000050.03003