基于层次分析—模糊综合评价法对城市内涝风险评估研究
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摘 要：该文通过城市内涝巨灾理论和场景进行风险识别，建立了多层次的洪涝灾害风险指标体系。并且引入模糊数学的概念，结合层次分析法与模糊综合评价法各自的优点，利用AHP法建立权重集，通过MATLAB软件编程计算出相应的模糊一致判断矩阵、隶属度矩阵、二级指标评判集、一级指标评判集及目标指标综合评判集。采用层次分析-模糊综合评价法建立完整的洪涝灾害风险评估体系，估计出风险概率和风险损失结果，划分风险等级并依此给出对应的风险措施。最后将此体系应用于湖南长沙，对该城市进行内涝灾害风险评估。
关键词：模糊集 层次分析法 模糊综合评价法 AHP法
中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（b）-0192-02
城市内涝是是一种严重威胁人类生存与发展的自然灾害。对于此类情况，建立相应的城市内涝巨灾风险评估体系以及有效的风险评估方法预防潜在的洪涝灾害风险是十分必要的。在已有的研究中，由于层次分析法由于能够将定性和定量相结合的特点而被广泛应用于各种内涝风险评价体系中。而模糊综合评测方法利用模糊数学的理论和方法，把客观现实中的模糊事物定量化，以此作为依据进行符合实际、具有客观性和准确性的评价，从而为实际问题提供有效的解决方法。因此在该文中引入模糊数学的概念来解决层次分析法的缺陷。基于模糊理论的风险评估方法可以通过考虑各个风险因素指标对系统的影响程度来处理传统数学方法无法考虑到的不确定性。针对城市内涝风险的研究，采用层次分析-模糊综合评价法建立完整城市内涝灾害风险评估体系，对洪涝灾害风险进行综合评估，为解决该类问题提供理论依据，最后将该方法应用于湖南省长沙市。
1 城市内涝巨灾风险识别
风险评估包括风险识别、风险估计、风险评价和控制，风险识别是风险评估的基础阶段。在城市内涝巨灾问题中风险识别的核心是确定风险源。城市内涝巨灾风险源是指能够给洪涝灾害带来积极或消极左右作用的关键因素。结合文献[1]和[2]，认为其风险源主要包括环境因素、社会经济因素、人员因素、管理因素4个方面，从而建立相应的城市内涝巨灾风险评估体系，其中包括环境因素（气候气象、地形地貌、河流人文）、社会经济因素（经济活动、政治活动、社会发展）、人员因素（遇难自救、人员密度、防洪意识）、管理因素（不合理开发利用、防洪教育、组织能力、定期检修）。
2 城市内涝巨灾风险估计
我们主要用层次分析法和模糊综合评价法[3]分析。其主要步驟包括：建立层次模型、建立评语集、建立各评估指标权重集、建立隶属度矩阵和多层次综合评判。
（1）建立层次模型。在多层次结构模型中，我们把目标指标U分为4个一级指标，得到一个相应的指标集U=（U1，U2，U3，U4），对于每一个一级指标我们又分别将其分为多个二级指标UI，得到相应的二级指标集。这样便把内涝巨灾风险指标分为二级，得到一个三层次的洪涝风险评估指标体系。
（2）建立评语集。评语集是评判者对评判对象做出总的评判结果组成的集合Vk，k=（1，2，…，n），其中Vk代表不同的风险概率或风险损失等级。在洪涝灾害的风险评估中，V通常被划分为5个不同的等级即极低、低、一般、高、极高。
（3）建立权重集[4]。权重集是表明各个层次风险指标在各个层次指标因素集中的重要程度的集合，主要包括3个步骤。
③计算权重集。在计算权重集时，我们采用对模糊一致判断矩阵行列归一的方法。即：将模糊一致判断矩阵按列归一得到矩阵E;将矩阵E中元素eij按行求和得到由各行元素之和组成的矩阵F;再将矩阵F中的向量按列归一即得到权重集W。
（4）建立隶属度矩阵[4]。设指标集中第i个元素ui对评语集中第j个元素vj的隶属程度为rij，则将指标集中每个元素对评语集中的各个元素一一进行隶属就形成了隶属度矩阵R=（rij）。为了减少误差提高准确度，该文我们采用专家调查法来得到隶属度。
（5）多层次综合评判[3]。
风险评价是在风险识别和风险估计的基础上，综合风险估计结果Dp和风险损失估计结果D1并结合风险评价模型，对风险进行综合评价，确定系统风险的整体水平与严重等级，并给出相应的风险控制措施。城市内涝巨灾风险评价模型采用二维评价模型。
4 案例分析
长沙隶属湖南省，是湖南省省会，位于湖南省东部偏北， 湘江下游和长浏盆地西缘。周边环境以及地形较为复杂，属于亚热带季风性湿润气候，降水充沛，雨热同期，且人口密度大，易带来洪涝灾害隐患，因此对湖南长沙进行洪涝巨灾风险评估是十分必要的。
（1）建立权重集。该文采用行和归一法由模糊一致判断矩阵B计算权重集，再通过MATLAB编程，由公式（1）～（4）得到下式4个二级指标权重集（W1，W2，W3，W4）和一个一级指标权重集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）建立隶属度矩阵。由问卷调查结果，构建环境因素集U1的风险概率隶属度矩阵R1，社会经济集U2的风险概率隶属度矩阵R2，人员因素集U3的风险概率隶属度矩阵R3及管理因素集U4的风险概率隶属度矩阵R4。同理，U1，U2，U3，U4的风险损失隶属度矩阵为r1，r2，r3，r4。
（3）多层次综合评判。由二级指标权重集Wi和风险概率隶属度矩阵Ri及Zadeh算法，根据MATLAB 软件编程计算B=（0.0817，0.1663，0.2704，0.3006，0.1757）同样的，可以计算出风险损失一级指标评判集b=（0.0243，0.0745，0.3122，0.379，0.2143）。
（4）目标指标综合评判。由式（5）算出风险概率估计结果为D=0.5609;风险损失估计结果为d=0.6390。
（5）风险评价和控制。已经计算出风险概率估计结果为D=0.5609;风险损失估计结果为d=0.6390。又由评价矩阵可知，长沙的洪涝灾害风险属于三级风险，虽然在三级风险中水平较低，但此类风险属于不期望的高风险水平，必须采取风险应对措施和监控措施降低风险水平。
5 结语
由于常常被政府和群众忽视，正确认识和识别洪涝灾害风险非常重要。内涝巨灾风险评估可以使得洪涝灾害风险在发生时具有预见性，它有助于更好地理解洪涝灾害风险，防范灾难事故的发生，减少由此带来的损失。
参考文献
[1] 黄崇福.自然灾害风险分析的基本原理[J].自然灾害学报，1999，8（2）：21-29.
[2] 黄崇福.自然灾害风险评价理论与实践[M].北京：科学出版社，2005.
[3] 孙博，肖汝诚.基于层次分析——模糊综合评价法的桥梁火灾风险评估体系[D].同济大学土木工程学院，2000.
[4] 金志森.基于层次分析法对城市内涝风险评估与区划方法研究——以泉州东海组团为例[D].同济大学环境科学与工程学院，2000.
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