09期

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天公叔
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1 中国农学通报 2010,26(9): Chinese Agricultural Science Bulletin 基于 3S 技术的天津市洪涝灾害风险区划与分析刘德义 1, 傅宁 2, 李明财 1 1, 杨艳娟 ( 1 天津市气候中心, 天津 ; 2 中国民航大学, 天津 ) 摘要 : 利用天津市年的气象观测资料, 综合 13 个区县的自然社会经济以及防灾减灾等数据, 采用 GIS 和 RS 技术和自然灾害风险指数方法及洪涝灾害风险评价模型, 得出天津市区县级洪涝灾害风险指数并绘制出风险区划图结果表明 : 宁河大部宝坻南部武清东部静海北部由于地势平坦河网密集, 其洪涝灾害风险的可能性最大 ; 西青东丽津南塘沽和大港的部分地区由于抗灾能力较强, 孕灾环境敏感指数较小, 洪涝灾害风险最小关键词 :GIS; 洪涝灾害 ; 风险区划 ; 天津中图分类号 :S3 文献标志码 :A 论文编号 : S-based Zoning and Analysis of Flood Disaster Risk in Tianjin Liu Deyi 1, Fu Ning 2, Li Mingcai 1,Yang Yanjuan 1 ( 1 Climate Center of Tianjin, Tianjin ; 2 Civil Aviation University of China, Tianjin ) Abstract: According to Tianjin meteorological data, integrating with natural, socio-economic and disaster prevention and reduction factors in 13 districts, using GIS and RS technology and natural disaster risk index method and flood risk assessment model, flood disaster risk index in county level was calculated in Tianjin. The results showed that: Ninghe most, Baodi south, Wuqing east, Jinghai north are most likely to be flood disaster risks because flat dense river network. whereas Xiqing, Dongli, Jinnan, Tanggu and Dagang have least disaster environmentally sensitive index and floods risk due to powerful disaster-resistant. Key words: geographical information system; flood and waterlogging disaster; risk zoning; Tianjin 0 引言近些年来, 随着全球气候异常, 极端天气事件所引发的暴雨洪涝等气象灾害频繁发生 [1-3] 对洪涝灾害进行风险区划和评价, 是防灾减灾的有效途径之一国内已有许多学者开展了暴雨洪涝灾害的风险区划和评 [4] 价研究, 王雪臣等基于历史灾害数据用洪涝指数从气象方面对长江中游地区进行了洪涝灾害风险分析 [5] 万君等应用 GIS 通过研究洪涝灾害危险性和社会经济脆弱性对湖北省进行了洪涝灾害风险评估张会 [6] 等利用暴雨洪涝灾害风险指数 (FDRI) 对辽河中下游 [7] 地区进行了风险评估黄民生等人采用特尔菲法和模糊综合评判方法, 建立福建省洪灾风险评价等级指 [8] 标体系 ; 田国珍等人利用地理信息系统的空间分析功能, 采用水灾成因分析法和经验系数法得出中国洪水灾害风险区划文章综合国内外研究成果, 将暴雨洪涝灾害风险分析方法与 GIS 技术相结合, 综合考虑暴雨洪涝灾害风险的孕灾环境敏感性致灾因子危险性承灾体易损性和防灾抗灾能力 4 个因子, 由于各风险评价因子对风险的构成起作用可能不同, 根据专家意见, 对每个风险评价因子分别赋予权重, 建立了天津地区暴雨洪涝灾害风险评价指标体系并绘制天津市区县级洪涝灾害风险区划图 1 资料和方法 1.1 资料与方法采用的气象数据为天津市年 13 个气象台站的逐日降水量 ; 地理信息数据采用天津市万地理数据 ; 地形高程河网密度和道路密度数据等利用 GIS 技术从天津市地图中提取 ; 天津市各区县的行政面积耕地面积人口 GDP 等社会经济第一作者简介 : 刘德义, 男,1978 年出生, 从事方向 : 卫星遥感设施农业信息化, 通信地址 : 天津市河西区气象台路 100 号, 天津市气候中心, Tel: , liudy2000@163.com 收稿日期 : , 修回日期 :

2 中国农学通报资料取自 2006 年天津市统计年鉴 ; 植被覆盖度采用 250 米分辨率的 MODIS 遥感资料计算得到 [9] 主要研究方法有自然灾害风险指数法层次分 [10] 析法加权综合评分法及 GIS 技术等 1.2 洪涝灾害风险函数的建立暴雨洪涝灾害属于突发性灾害, 其原因涉及天气气候地质地貌植被等自然因素, 还涉及到社会经济与防洪减灾能力等诸多要素, 其发生具有一定的随机性和不确定性洪涝灾害风险是指洪涝的活动 ( 发生发展 ) 及其对经济社会和自然环境系统造成的影响和 [11] 危害的可能性国内外学者认为, 在区域自然灾害风险的形成中, 危险性暴露性和脆弱性缺一不可, 防灾减灾能力对于自然灾害风险度的作用也比较大, 因此, 该文采用自然灾害风险指数法将洪涝灾害风险归结为以上 4 个因子共同作用的结果, 即, 洪涝灾害风险 (FDRI) =f( 敏感性, 危险性, 易损性, 防灾抗灾能力 ) 2 洪涝灾害风险评价指标的选取 2.1 孕灾环境敏感性从洪涝形成的背景与机理分析, 孕灾环境主要考虑地形水系植被等因子对洪涝灾害形成的综合影响地形 : 主要包括高程和地形变化地势越低地形变化越小的平坦地区不利于洪水的排泄, 容易形成涝灾水系 : 主要考虑河网密度和距离水体的远近河网越密集, 距离河流湖泊大型水库等越近的地方遭受洪涝灾害的风险越大植被覆盖度 : 指有植被的面积占土地总面积的百分比由于植被具有强烈的水土保持功能, 因此, 植被覆盖度越大, 表示一个地方的植被越多, 洪涝灾害的风险越小 2.2 致灾因子危险性降水致灾主要表现为雨势猛强度大, 冲毁农田水利设施, 造成房屋倒塌 ; 累积雨量大, 使得积水难排, 形成内涝 ; 地墒饱和, 下垫面对雨水的渗透力弱因而暴雨洪涝灾害危险性可用降水强度和降水频次表征 2.3 承灾体易损性暴雨洪涝造成的危害程度与承受暴雨洪涝灾害的载体有关, 它造成的损失大小一般取决于发生地的经济人口密集程度根据社会经济统计数据 ( 以县为单元的行政区域土地面积 GDP 总人口数以及耕地面积 ) 得到地均 GDP 地均人口密度和耕地面积比重三个易损性评价指标 2.4 防灾抗灾能力防灾抗灾能力描述为应对暴雨洪涝灾害所造成的损害而进行的工程和非工程措施考虑到这些措施和工程的建设必须要有当地政府的经济支持, 因此将人均 GDP 作为评价指标之一, 另外可根据当地收集数据的情况, 尽可能多的考虑到抗灾因素, 例如土地旱涝保收面积防洪面积除涝面积等 3 洪涝灾害风险评价指标的量化及模型建立由于所选指标的单位不同, 为了便于对比计算, 把各指标量化成可计算的 0~10 之间的无向量指标来表示所有因子 : 敏感性危险性易损性 3 个指标规范化计算采用公式 : D ij = A ij - min i max i - min i (1) 防灾抗灾能力规范化公式采用 : D ij = 0.05 A - min ij i (2) max i - min i 式中 D ij 是 j 区第 i 个指标的规范化值,A ij 是 j 区第 i 个指标值,min i 和 max i 分别是第 i 个指标值中的最小值和最大值根据标准自然灾害风险数学公式, 结合洪涝灾害风险概念框架, 利用加权综合评分法和层次分析法, 建立如下洪涝灾害风险指数 (flood /waterlogging disaster risk index,fdri) 模型 : FDRI = (VE we )(VH wh )(VS ws )(10-VR) wr (3) 式中 :FDRI 为暴雨洪涝灾害风险指数, 用于表示风险程度, 其值越大, 则灾害风险程度越大,VE VH VS VR 的值分别表示风险评价模型中的孕灾环境的敏感性致灾因子的危险性承灾体的易损性和防灾抗灾能力各评价因子指数 ;we wh ws wr 是各评价因子的权重加权综合评价法综合考虑各个具体指标对评价因子的影响程度, 是把各个具体指标的作用大小综合起来, 用一个数量化指标加以集中, 计算公式为 : n V = Wi D i (4) i = 1 式中 V 是评价因子的值,W i 是指标 i 的权重,D i 是指标 i 的规范化值 ;n 是评价指标个数权重 W i 的确定可由各评价指标对所属评价因子的影响程度重要性各因子的权重通过层次分析法 (AHP) 和专家评分的方法确定, 其值见图 1, 该方法适用于对较为复杂模糊的问题做出决策, 存在一定的主观性, 各因子的权重值可以根据对问题认识的不断深入得到进一步改进

3 379 刘德义等 : 基于 3S 技术的天津市洪涝灾害风险区划与分析暴雨洪涝灾害风险危险性 (0.4) 敏感性 (0.4) 易损性 (0.1 ) 防灾减灾能力 (0.1) 1 级暴雨强度频次 (1/15) 地形 (0.4) 地均人口 (0.4) 人均 GDP(1) 2 级暴雨强度频次 (2/15) 水系 (0.4) 地均 GDP(0.2) 3 级暴雨强度频次 (3/15) 植被 (0.2) 耕地比重 (0.4) 4 级暴雨强度频次 (4/15) 5 级暴雨强度频次 (5/15) 图 1 暴雨洪涝灾害风险概念框架及评价指标权重值 4 天津市洪涝灾害风险区划与分析 4.1 孕灾环境敏感性区划与分析孕灾环境敏感性指受到气象灾害威胁的所在地区外部环境对灾害或损害的敏感程度在同等强度的灾害情况下, 敏感程度越高, 气象灾害所造成的破坏损失越严重, 气象灾害的风险也越大孕灾环境主要考虑了地形水系植被因子的综合影响, 综合多方专家的意见, 将这 3 个因子各赋权重值分别为 , 由此可以得到天津市暴雨洪涝灾害孕灾环境敏感性指数 ( 图 2) 从图中可以看出, 由于受水系影响较大, 东部的宁河汉沽及塘沽的部分地区孕灾环境敏感指数较大 ; 市区处于次低敏感区, 北部的蓟县地势较高, 为低敏感区, 洪涝风险较小 ; 其余地区处于次高敏感区和中等敏感区 4.2 致灾因子危险性区划与分析选取暴雨过程频次和强度作为天津市暴雨洪涝的致灾因子根据暴雨强度等级越高, 对洪涝形成所起的作用越大的原则, 确定降水致灾因子权重, 将暴雨强度级权重分别取作 5/15 4/15 3/15 2/15 1/15, 利用加权综合评价法反距离加权内插法和 GIS 中自然断点分级法, 将致灾因子危险性指数按 5 个等级进行区划, 得到天津市暴雨致灾因子危险性指数区图 2 天津市暴雨洪涝灾害孕灾环境敏感性区划图图 3 天津市暴雨洪涝灾害致灾因子危险性区划图

4 中国农学通报划图 ( 图 3) 可以看出, 天津市致灾因子危险性指数分布较均匀, 天津市大部分地区属于中等危险区, 东部塘沽为高危险区, 中南部的津南及其周边地区为低危险区次低危险区 4.3 承灾体易损性区划与分析由于每个承灾体在不同地区对暴雨洪涝灾害的相对重要程度不同, 因此在计算综合承灾体的易损性时要考虑到它们的权重, 根据多位专家的权重打分情况, 再结合天津市实际情况, 将地均 GDP 地均人口耕地比重 3 个评价指标的权重分别赋值为 , 根据加权综合法, 求算天津市区县级承灾体的易损性 ( 图 4) 可以看出, 虽然市区经济较发达, 但地区面积小, 人口较集中, 其承载体易损性也最高 ; 静海武清宝坻耕地比重大, 易损性也较高 ; 东部的塘沽和汉沽耕地比重和人口密度较小, 其易损性最低图 5 天津市暴雨洪涝暴雨抗灾能力区划图 4.5 洪涝灾害综合风险区划与分析综合以上四个因子, 得到天津市暴雨洪涝灾害风险区划, 结果如图 6 从图中可以看出, 天津市暴雨洪涝风险最高的地区主要集中于东部的宁河以及宁河与宝坻交界处, 宝坻与武清交界处, 中南部静海的北部地区 ; 次高风险区主要分布于宁河西部宝坻武清及静海大部分地区 ; 再次是市区北辰蓟县的南部塘沽及汉沽的部分地区 ; 而西青东丽津南塘沽和大港的部分地区风险较低 ; 最低的是西青津南和大港的交界地带以及天津北部山区分析认为 :1) 天津暴雨洪涝高风险区与孕灾环境图 4 天津市暴雨洪涝灾害承灾体综合易损性区划图 4.4 防灾抗灾能力区划与分析防灾减灾能力描述了应对洪涝灾害发生时所造成的损害而进行的工程和非工程措施此文主要考虑了应对洪水灾害所造成损失而准备的资源为应对洪水灾害而准备的资源采用人均国民生产总值表示, 人均国民生产总值越高的地区经济越发达, 发生灾害后生产自救的能力也越强, 防灾减灾能力相对较高从图 5 可以看出天津市防灾减灾因子的各级区划分布较为集中, 防灾减灾能力较高的地区主要分布在塘沽区, 这主要是由于该地区人均国民生产值较高 ; 其次是大港区西青区 ; 东丽区北辰区属于中等抗灾能力区 ; 其余区县是灾减灾能力最弱的地区, 该地区人均国民生产总值较低, 从而造成防灾减灾能力偏低图 6 天津市暴雨洪涝灾害风险区划图

5 381 刘德义等 : 基于 3S 技术的天津市洪涝灾害风险区划与分析敏感性有直接关系, 洪涝高风险区多分布于高孕灾环境敏感区比如宁河孕灾环境敏感性最高, 导致宁河大部地区洪涝风险最高 ;2) 暴雨洪涝高风险区受承灾体易损性影响较大, 武清宝坻孕灾环境敏感性处于次高或中等敏感区, 但此二区的易损性最高, 最终导致该区为高风险区或者次高风险区另外, 汉沽虽然处于孕灾环境高敏感区, 但该区的易损性最低, 从而使洪涝风险降低至中等或次低风险区 ;3) 致灾因子的影响不大, 而且受防灾能力影响塘沽东部处于致灾因子的最高危险区, 但该区的抗灾能力最高, 从而抵消了高致灾因子的影响 5 结论根据自然灾害风险指数法, 对影响天津市洪涝灾害风险的 4 个因子 - 孕灾环境敏感性因子致灾性因子承灾体易损性因子和防灾减灾能力分别选取评价指标, 通过归一化转换和洪涝灾害风险模型计算得出天津市区县级洪涝灾害风险区划图分析结果表明天津市洪涝灾害中孕灾环境敏感性风险较强的地区主要分布东部的宁河汉沽及塘沽的部分地区 ; 致灾性风险较强的地区分布在东部塘沽 ; 承灾体易损性风险较强的地区主要分布在静海武清宝坻 ; 防灾减灾能力偏弱地区集中在北部区县和静海汉沽此文综合国内外研究成果, 将洪涝灾害风险分析方法与 RS GIS 技术相结合, 采用洪涝灾害风险指数评估天津市 13 个区县的洪涝灾害风险程度, 并绘制天津市区县级洪涝灾害风险区划图将上述 4 因子综合分析得出以下结论, 天津市暴雨洪涝风险最高的地区主要集中于宁河东部宝坻南部, 武清东部以及静海的北部地区 ; 次高风险区主要分布于宁河西部宝坻武清及静海大部分地区 ; 再次是市区北辰蓟县的南部塘沽及汉沽的部分地区 ; 而西青东丽津南塘沽和大港的部分地区风险较低 ; 最低的是西青津南和大港的交界地带以及天津北部山区目前, 洪涝灾害区划方法研究正处于探索阶段, 加上数据资料有限, 所得结论可能存在一定的局限性, 在今后的研究中有待进一步提高和改进参考文献 [1] 任国玉, 初子莹, 周雅清, 等. 中国气温变化研究最新进展 [J]. 气候与环境研究,2005,10(4): [2] 任国玉, 郭军, 徐明志, 等. 近五十年中国地面气候变化基本特征 [J]. 气象学报,2005,63(6): [3] Kennedy D. Breakthrough of the year[j].science,2003: [4] 王雪臣, 冷春香, 冯相昭, 等. 长江中游地区洪涝灾害风险分析 [J]. 科技导报,2008,26(2): [5] 万君, 周月华, 王迎迎. 基于 GIS 的湖北省区域洪涝灾害风险评估方法研究 [J]. 暴雨灾害, 2007, 26(4) : [6] 张会, 张继全, 韩俊山. 基于 GIS 技术的洪涝灾害风险评估与区划研究以辽河中下游地区为例 [J]. 自然灾害学报,2005,14(6): [7] 黄民生, 黄呈橙. 洪灾风险评价等级模型探讨 [J]. 灾害学,2007,22 (1) :1-5. [8] 田国珍, 刘新立, 王平, 等. 中国洪水灾害风险区划及其成因分析 [J]. 灾害学,2006,21(2):1-6. [9] Zhang Jiquan. Risk assessment of drought disaster in the maize-growing region of Songliao Plain, China [J]. Agriculture Ecosystem & Environment,2004, 102(2): [10] 王以彭, 李结松, 刘立元. 层次分析法在确定评价指标权重数中的应用 [J]. 第一军医大学学报, 1999,19(4): [11] 臧建升, 张显涛, 赵现平, 等. 中国气象灾害大典 [M]. 北京 : 北京气象出版社,2007.

资源环境生态土壤气象1(copy)

资源环境生态土壤气象1(copy) 中国农学通报 06,3(3):35-4 Chinese Agricultural Science Bulletin 基于 AHP 和 PCA 的暴雨灾害风险区划以河南省卫辉市为例田晓璐, 李香颜, 张金平 ( 新乡市气象局, 河南新乡 453003) 摘要 : 为充分了解卫辉市暴雨灾害的时空分布特征和发生规律, 最大限度地减轻灾害造成的损失, 根据气象灾害系统理论及目前国际上流行的评估模型, 选取卫辉市