自然灾害致灾因子复杂性分析

关于自然灾害致灾因子复杂性分析第1页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二章自然灾害致灾因子

风险评估主讲内容第一节自然灾害致灾因子风险评估概述第二节

地震致灾因子风险评估概述第三节国内外地震预测研究现状第四节地震致灾因子评估指标与方法第2页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述主讲内容一、灾害风险基本概念及其特征二、灾害风险形成要素与形成机制三、自然灾害致灾因子风险评估方法第3页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述一、灾害风险基本概念、分类及其特征（一）概念：灾害风险是指各种灾害发生及其给人类社会造成造成损失的可能性。（二）分类：依据人的参与性分为三类（史培军）：系群类种1.自然灾害：大气层台风热带气旋2.人为灾害：技术交通飞机失事3.环境灾害：全球变暖臭氧臭氧洞第4页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述一、灾害风险基本概念及其特征（二）分类：依据政府管理部门分类：１.自然灾害：民政部（包括地震局、气象局、国土资源部、国家海洋局等）２.安全生产灾害：国家安全生产管理总局３.公共卫生：卫生部４.公共安全：公安部（安全部）第5页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述自然灾害公共卫生安全生产

公共安全在2006年1月8日发布的《国家突发公共事件总体应急预案》及2007年11月1日开始实施的《突发事件应对法》中，分为四大类第6页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述一、灾害风险基本概念及其特征（三）内涵：1.灾害风险识别：面对潜在灾害风险加以识别、归类和鉴定的过程。（时、空、强）2.灾害风险分析（核心）：历史资料风险量化；致灾机理的科学技术分析。第7页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述一、灾害风险基本概念及其特征（三）内涵：3.灾害风险评价：面对灾害风险分析基础上，建立一系列评估模型，根据风险区域特征和防灾减灾能力，预估可能发生的经济、社会和生态环境的损失。4.灾害风险管理：在风险评价的基础上，决策风险规避方案和风险控制措施的过程。第8页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述一、灾害风险基本概念及其特征（四）特征（请同学举例）：1.客观性2.随机性：3.必然性与不可避免性：4.区域性:5.社会性：6.可预测性与可控制性（一定层度上）:7.多样性与差异性：8.迁移性、滞后性与重现性：第9页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述二、灾害风险形成要素与形成机制要素：1.承灾背景：自然、经济和社会，也被理解为风险载体对破坏或损害的敏感性。2.致灾因子（风险源）：主要反映灾害本身的危险性程度，包括灾害种类、规模、强度、频率、影响范围、等级等第10页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述二、灾害风险形成要素与形成机制要素：3.承灾体特征要素：即脆弱性、抗灾能力和恢复力。包括承灾体的种类、范围、数量、密度、价值等。第11页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述二、灾害风险形成要素与形成机制要素：4.风险损失要素：风险损失要素主要反映承灾体的期望水平，主要包括损失构成，即受灾种类、损毁数量、损毁程度、价值、经济损失、人员伤亡、生态环境损失5.工程与非工程风险预防要素：包括工程与非工程防范灾害风险的措施、工程量、资金投入、防治效果和预期收益。第12页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子风险评估概述二、灾害风险形成要素与形成机制形成机制：灾害风险度=危险性·暴露性·承灾体脆弱性·抗灾能力危险性：致灾因子的时空强暴露性：可能受到致灾因子威胁的所有人员、财产、生态环境等。脆弱性：给定区域人员、财产与生态环境由于致灾因子影响造成损失的程度，综合反映了灾害损失程度。第13页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估概述一、频率统计法（一）发生频率（次）法理论基础：大数定律和中心极限定理1.分别计算灾害各强度的频率（次），其计算公式：第14页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法

为第i等级某种致灾因子出现频率（次/年），当一般采用多少年遇来表示；Y为统计年限（年），一般30年以上；为统计年限Y内第i等级的某种致灾因子出现的次数（次）。第15页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法

2.对不同强度灾害发生频次进行加权求和（气象应用）其中：N为致灾因子的频次

d为权重（例如风速比值）第16页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法

3.基于复杂函数关系概率评估法（1）旱涝灾害的马尔科夫随即过程理论评估发生概率：其步骤如下①采用x2统计检验方法，检验待分析的时间序列是否具有马尔科夫性质，即后序无效性；②以历史实测资料，统计各个状态之间的转移概率Pij，得到转移概率Pij，得到转移概率矩阵（Pij）n*n；计算各状态的极限分布P第17页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法（1）旱涝灾害的马尔科夫随即过程③计算状态i和状态j之间的置换系数Lij第18页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法式中：分别表示由状态i和j转移到状态k的概率越接近于1，状态i和j在序列中的地位的相似性越高；因此，是考虑状态i和j动态变化相似性程度的指标④用相关系数统计检验的方法检验各状态之间相互转换性的显著性，并据此对各状态加以分类第19页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法3.基于复杂函数关系概率评估法（2）信息扩散理论和模糊数学理论基础：将一个观测值变成一个模糊集，通过优化利用样本模糊信息来弥补小样本导致的信息不足，从而得出小区域小概率的致险程度。其步骤如下：第20页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法（2）信息扩散理论和模糊数学①收集历史资料，建立致灾强度指标序列（Yj）②设定致灾因子强度（Y）的论域（U），即致灾强度的最大值和最小值其可能的取值；第21页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法（2）信息扩散理论和模糊数学③将Yj的信息扩散至论域U中的每一个成员，并求得Yj的归一化信息分布Yj的信息扩散方程为第22页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法3.基于复杂函数关系概率评估法（2）信息扩散理论和模糊数学式中，h称为扩散系数，可根据样本集合中样本的最大集b和最小a及样本个数m来确定，其计算公式：第23页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法（2）信息扩散理论和模糊数学然后，令得出相应的模糊子集隶属函数是：第24页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法（2）信息扩散理论和模糊数学④计算不同程度灾害的受灾风险，即超越ui的概率值P（ui）在这一步骤中，首先令其次，令第25页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法（2）信息扩散理论和模糊数学Q事实上就是各ui点上的样本数总和，从理论上讲，必有Q=m，但在数值计算时因有四舍五入的误差，Q与m之间略有差别。最后得出样本落在ui处的频率值第26页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法通常，我们将自然灾害指标Y取为灾害指数论域U，显然，超越ui的概率值为：对各种数学方法求算出的概率，可以按评估要求分出3、5或7级第27页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三

第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法二、多指标综合评估法方法原理：采取多个指标来综合反映致灾因子的强度。工作思路：（1）确定指标体系组成；（2）对诸指标进行归一化处理，消除量纲差异。消除方法常用指标分级法；（3）对诸指标用层次分析法、专家打分法、主成分分析法、模糊评价法、神经网络法、熵权系数法等手段确立权重，并按照一定函数关系加以聚合，从而最终用一定数值来表示致灾因子强度大小；（4）对计算出的不同区域致灾因子强度数值，用聚类分析等数学方法确立等级。第28页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法当前方法：利用RS和GIS技术强大空间分析和叠加功能支持下，很多研究把多指标致灾因子风险程度移植到计算机平台上。第29页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法三、灾害情景模拟法（机制模型法）

与第二节的多指标综合评估法比较：相同：一定历史灾害数据为基础，多指标评估思想不同：基于成因机制构造出来的灾害情景模型，从而用来评估灾害的不同致灾可能性和相伴生的灾害可能活动强度。第30页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三

第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法四、专家评分法适用：缺少历史灾害数据及地理背景资料，或是评估区无高精度的定量化要求缺点：由于完全依赖参评人员的灾害感知经验和知识能力，易受主观性因素制约，所以评估结果有时会较实际情况有一定误差。第31页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第一节自然灾害致灾因子

风险评估方法五、邻域对比法

类比法：一种逻辑推理法，它应用于灾害主要为了解决某些评估地区缺乏必要评估数据、资料的问题。工作思路：（1）通过联想把未有灾害评估的地区对比已有灾害评估地区（2）根据自然环境上类似程度，从已有灾害危险性评估的地区中，选择出与未有灾害评估地区最为相似地区，并将该地区的灾害危险性评估结果推及未有灾害评估地区因果类比表现形式！第32页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述一、成因及分类定义：地震是伴随着地壳上的能量释放而引起的地球表面的震动。能量释放来自突然断裂、火山爆发或人为原因而引起的。

人为地震

（开山、采矿、核试验、爆破、注水和水库等）地震构造地震（90%）

天然地震火山地震（7%）其他第33页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（一）地震按形成成因分类1、构造地震：板块学说理论▲亚欧、太平洋、美洲、非洲、印澳和南极；▲板间地震（85%）和板内地震（15%）；▲构造地震是监测预报、防震减灾、工程地震是重点对象2、火山地震：火山爆发或活动、源浅级小(7%)3、陷落地震：溶洞或陷落(3%)4、诱发地震：陨石坠落、水库蓄水、深井注水引起第34页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（二）地震按震源的深度分类震源：断层形成、大量释放能量的地方、即地震波发源的地方称为震源。震中：震源在地球表面的垂直投影为震中。震源深度：震中到震源的深度为震源深度。极震区：强烈地震时，破坏最严重的地区为极震区。第35页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（二）地震按震源的深度分类1.浅源地震：小于70km地震，一般33km即正常深度地震（72%），破坏性地震是浅源地震2.中源地震：70～300km地震（24%）3.深源地震：大于300km地震（最大720km，深源仅占4%）第36页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（三）地震按震中距分类震中距：地面上任何一个地方到震中的距离。1.地方震：小于100km地震2.近震：大于100、小于1000km的地震3.远震：大于1000km地震第37页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（四）地震按地震级分类地震级：地震释放能量的多少，表征地震大小或强弱的指标。目前国际通用里氏震级是1935美国地震学家C.F.Richter给出的。每相差1级，释放能量相差约30倍。小震：4级以下地震中强震：5～6级地震强震：7级以上地震特大地震：8级以上地震第38页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（五）地震按震害程度分类灾害强度（人员伤亡和经济损失）划分：（1）一般破坏性地震：数十人、直接损失1亿以下（2）中等破坏性地震：数十～数百人、直接损失1亿～5亿（3）严重破坏性地震：稠密地区7级，大中城市6级，或数百～数千人、直接损失5亿～30亿（4）特大破坏性地震：大中城市7级或造成万人以上死亡或直接经济损失30亿元以上地震第39页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（六）地震按地震序列分类相关概念:

主震：一系列地震中最大的地震为主震；前震：主震之前地震为前震；余震：主震之后发生的地震。（1）主震余震型地震（60%）（2）震群型或多发型地震（30%）（3）单发型或孤立型地震（10%）第40页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述二、地震分布特征（一）地震时间分布特征地震活动在时间上具有一定周期性，即一段时间发生地震频次高、强度大称之为地震活跃期；另一段时间内发生地震相对频次低、强度小称之为平静期。地震学中把由一个平静期开始到下一个活跃期结束合称为地震活动期。看图2-5、2-6（p24）第41页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（二）地震空间分布特征（网上找图！）最明显特征：成带性1.环太平洋地震带2.欧亚地震带我国分布：分布：东北；华北；华中；华南；新疆；青藏；台湾及附近；南海特征：数量多、分布广、强度大和震源浅第42页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述三、地震危险性分析概述（一）地震灾害危险性分析（1）研究内容：研究地震灾害特点、严重程度和频度、可能影响的范围以及袭击时间和持续时间。（2）地震危险性分析目的：预测某场地未来一段时期内出现各种强度地震的可能性，即在一定时期内不同强度地震发生概率或超越概率。（3）地震危险性分析意义：1、是地震灾害损失预测、机构抗震设计基础；2、减轻地震灾害、进行灾害管理科学依据。第43页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（二）潜在震源区概念：给定时段内可能会对所研究场地发生破坏性影响地震的区域。划分：点源地震；线源模型；面源模型三、地震发生的概率模型——泊松模型：1、平稳性2、独立性3、不重复性第44页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（三）地震发生的概率模型——泊松模型：根据概率理论，在值域x内，泊松事件发生n次的概率为：利用泊松模型，仅需地震年平均发生率这一个基本参数确立概率公式。T时间内不发生M>m地震的概率为：第45页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第二节

地震致灾因子风险

评估概述（三）地震发生的概率模型——泊松模型：因此，在时间段t内至少发生一次地震概率为：针对当然不同类型地震学者研究了非齐次泊松模型、双态泊松模型、Neymanscontt过程、马尔科夫过程和更新过程模型。第46页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第三节国内外地震预测

研究现状一、概述1.震害预测分析依据：一是地震危险性分析资料；二是工程结构抗震能力分析资料。2.房屋建筑易损性分析形式：易损性函数f（d/I）：烈度为I，破坏等级为d的连续概率密度函数；破坏概率矩阵P（Dj\I）：表示强度为I的地震作用下，破坏性Dj的条件概率，国内多采用的形式。第47页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第三节国内外地震预测

研究现状一、国外震害预测研究发展1.20世纪30年代，美国为建立地震保险进行的基础研究2.20世纪70年代，NOAA和USGS方法3.20世纪80年代，FEMA委托ATC：ATC-13报告4.1997，FEMA和NIBS：HAZUS97，HAZUS99，HAZUS-MH（HazardUSmulti-hazard）第48页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第三节国内外地震预测

研究现状二、国内震害预测研究发展1.始于1976唐山，河南安阳2.1981建委对烟台和徐州抗震规划试点3.1989-1990，成立“未来地震灾害损失预测研究组”，成为地震局重点课题，并编制2005年前地震灾害损失预测图。4.20世纪90年代，预测与损失评估持续发展，并应用于实际。第49页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第三节国内外地震预测

研究现状三、震害预测分类1.按预测对象分类：建筑物、构筑物和生命线系统2.预测对象数量分布单体预测和群体预测3.按预测目的和预测结果用户分类减灾型、决策型和金融型4.按地域分类城市灾害预测、区域性震害预测和大型企业震害预测第50页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第四节地震致灾因子评估

指标与方法一、评估指标1.指标选取地震强度M指标：震级、烈度、地震动峰值加速度（主流）地震频率P指标：震级频率、烈度频率、地震动峰值加速度频率第51页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第四节地震致灾因子评估

指标与方法一、评估指标2.指标值的获取和计算（略）3.指标分级（参阅指标分级内容）第52页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第四节地震致灾因子评估

指标与方法二、评估方法1.概率评估方法1）超越概率评估法（主流方法）工作流程：①对所评估地区历史地震数据统计；②把震级关系与地震动参数（或烈度）衰减关系结合考虑，使用一定概率模型求给定地震动参数（或烈度）超越值概率③据此反映特定区域地震危险性H第53页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三第四节地震致灾因子评估

指标与方法二、评估方法1.概率评估方法1）超越概率评估法（主流方法均匀泊松模型）2）发生频率评估法（年平均发生率衡量、简单）第54页，讲稿共62页，2023年5月2日，星期三灾害事件发生的概率和损失单位：元灾害事件每年发生的概率损失

Li超概率

EP（Li）期望损失

E（Li）10.0020250000000.0025000020.0050150000000.0077500030.0100100000000.016910000040.020050000000.036610000050.0300300