基于ArcGIS對廣東省暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險的初步研究

林蓉璇,王 鑫

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635)

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基于ArcGIS對廣東省暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險的初步研究

林蓉璇,王 鑫

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635)

選用暴雨洪澇災(zāi)害的致災(zāi)因子、孕災(zāi)因子、承災(zāi)因子和防災(zāi)減災(zāi)能力4個評價指標(biāo)構(gòu)建洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估體系,運用ArcGIS對廣東省暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險區(qū)劃,結(jié)果顯示,廣東省暴雨洪災(zāi)高風(fēng)險區(qū)域主要在粵東、粵西沿海區(qū)域和北江中下游清遠(yuǎn)附近區(qū)域。

暴雨；洪澇災(zāi)害；風(fēng)險評估；ArcGIS

目前,全球變暖引發(fā)極端天氣頻發(fā),各地的災(zāi)害性天氣層出不窮,氣候性災(zāi)害帶來的損失和影響日益增多。分析識別洪水風(fēng)險,進(jìn)行洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃和風(fēng)險管理等已經(jīng)越來越重要,近幾年臺風(fēng)暴雨對廣東省中小流域防洪安全也帶來嚴(yán)重威脅。為了應(yīng)對越來越嚴(yán)峻的防洪壓力,用風(fēng)險的理念認(rèn)識和管理災(zāi)害可以最大程度減輕災(zāi)害的影響程度。

本文擬選用洪澇災(zāi)害的致災(zāi)因子、孕災(zāi)因子、承災(zāi)因子和防災(zāi)減災(zāi)能力4個評價指標(biāo)構(gòu)建洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估體系,對廣東省暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險區(qū)劃,為暴雨洪澇災(zāi)害的減災(zāi)防災(zāi)工作提供指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域概況

廣東省位于我國大陸南端,地處北緯20°08′～25°32′、東經(jīng)109°40′～117°20′之間,全省國土面積179 638 km2,約占全國總面積的2.2%。地勢大體是北高南低,東西向腹部傾斜。地形變化復(fù)雜,山地、丘陵、臺地、谷地、盆地、平原相互交錯。境內(nèi)山地、丘陵廣布,海拔500 m以上的山地占31.7%,丘陵占28.5%,臺地占16.1%,平原占23.7%。

廣東省境內(nèi)水系發(fā)育、河流眾多。以珠江流域(東、西、北江和珠江三角洲)及屬于珠江流域片的河系(韓江流域及粵東、粵西沿海諸小河系)為主,占全省面積99.81%,另有屬長江水系的韶關(guān)南雄市和始興縣的桃江和章江以及清遠(yuǎn)市連山縣的禾洞水等,面積共339 km2。

2 評價體系的構(gòu)建和方法

2.1 評價體系

根據(jù)《暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃技術(shù)規(guī)范》,形成暴雨洪澇災(zāi)害必須具有以下條件：①存在誘發(fā)暴雨洪澇災(zāi)害的因素(致災(zāi)因子)及其形成洪澇災(zāi)害的環(huán)境(孕災(zāi)因子)；②暴雨洪澇影響區(qū)有人類的居住或分布有社會財產(chǎn)(承災(zāi)因子 )；③人們在潛在的或現(xiàn)實的暴雨洪澇災(zāi)害威脅面前,采取回避、適應(yīng)或防御洪澇的對策措施(防災(zāi)減災(zāi)能力)。

基于自然災(zāi)害風(fēng)險形成理論,本研究暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險的評估體系由致災(zāi)因子、孕災(zāi)因子、承災(zāi)因子和防災(zāi)減災(zāi)能力4部分共同形成的(見圖1)。

圖1 暴雨洪澇災(zāi)害評估體系示意

2.2 研究方法

1) 加權(quán)綜合評價方法

加權(quán)綜合評價法綜合考慮各個具體指標(biāo)對評價因子的影響程度,是把各個具體指標(biāo)的作用大小綜合起來,用一個數(shù)量化指標(biāo)加以集中,計算公式為:

(1)

式中 V是評價因子的值,Wi是指標(biāo)i 的權(quán)重,Di是指標(biāo)i 的規(guī)范化值; n 是評價指標(biāo)個數(shù)。權(quán)重Wi的確定可由各評價指標(biāo)對所屬評價因子的影響程度重要性,根據(jù)專家意見,結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況討論確定。

2) 歸一化方法

暴雨洪澇災(zāi)害的致災(zāi)因子、孕災(zāi)因子、承災(zāi)因子 和防災(zāi)減災(zāi)能力4個評價因子又各包含若干個指標(biāo),為了消除各指標(biāo)的量綱和數(shù)量級的差異,需對每一個指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化處理。各個指標(biāo)規(guī)范化計算采用公式:

(2)

式中Dij是j區(qū)第i個指標(biāo)的規(guī)范化值,Aij是j區(qū)第i個指標(biāo)值,mini和maxi分別是第i個指標(biāo)值中的最小值和最大值。

3) 自然斷點分級法

自然斷點分級法用統(tǒng)計公式來確定屬性值的自然聚類。公式的功能就是減少同一級中的差異、增加級間的差異。其公式為

(3)

也可表示為：

(4)

式中 A是一個數(shù)組(數(shù)組長度為N),meani-j每個等級中的平均值。

3 指標(biāo)分析

3.1 致災(zāi)因子分析

降水是引發(fā)洪水災(zāi)害的直接原因,降水量越大,降水時間越長,降水面積越廣,對洪水災(zāi)害形成的影響越大。本文利用廣東省最大10min、60min、6h、24h、3d點雨量均值等值線圖[1-2]對廣東省降雨的空間分布進(jìn)行研究。通過對等值線圖進(jìn)行矢量化后插值得到面雨量,綜合考慮廣東省的降雨情況,對不同時段的暴雨面雨量進(jìn)行歸一化處理后,進(jìn)行加權(quán)疊加分析,其中24h、6h的權(quán)重分別為0.3,60min為0.2,10min和3d的權(quán)重分別為0.1,綜合加權(quán)疊加后得降水致災(zāi)危險性指數(shù),利用arcgis10.2中的自然斷點分級法[3]對洪水災(zāi)害致災(zāi)因子危險性進(jìn)行區(qū)劃,得到致災(zāi)因子危險性指數(shù)區(qū)劃圖(見圖2)。

圖2 暴雨洪澇災(zāi)害致災(zāi)危險性區(qū)劃示意

由圖2中可以看出,高危險區(qū)域在北部的暴雨中心清遠(yuǎn)附近區(qū)域、東部沿海的潮汕地區(qū)和西部沿海的陽江市附近區(qū)域。

3.2 孕災(zāi)因子分析

孕災(zāi)因子分析指受到災(zāi)害威脅的區(qū)域外部環(huán)境對災(zāi)害的敏感程度。在同等強度的災(zāi)害下,敏感程度越高,災(zāi)害所造成的破壞越嚴(yán)重,災(zāi)害的風(fēng)險也越大。通過洪災(zāi)的形成分析,下墊面的情況是影響洪災(zāi)形成的重要因素,本文主要從地面高程、坡度、水系3個方面研究下墊面的對洪災(zāi)形成的敏感性分布,地勢越低、地形變化越小的平坦地區(qū)不利于洪水的排泄,容易積水成澇。河網(wǎng)越密集,距離河流、湖泊、大型水庫等越近的區(qū)域遭受洪水災(zāi)害的風(fēng)險越大。

參考相關(guān)文獻(xiàn)研究[4-6]的結(jié)果,對地面高程、坡度和水系3大因子進(jìn)行權(quán)重劃分,分別取0.3、0.4、0.3,之后采用加權(quán)綜合評價法得到廣東省孕災(zāi)因子敏感性分布區(qū)劃圖(見圖3)。由圖3可知,敏感性較大的區(qū)域多集中在珠三角河網(wǎng)區(qū),粵東粵西少量區(qū)域和韶關(guān)清遠(yuǎn)部分區(qū)域。這主要是因為珠三角區(qū)域河網(wǎng)密集,地形平坦。

圖3 暴雨洪澇災(zāi)害孕災(zāi)敏感性區(qū)劃示意

3.3 承災(zāi)因子分析

承災(zāi)因子指可能受到災(zāi)害威脅的所有人員和財產(chǎn)的破壞程度。一個區(qū)域人口和財產(chǎn)越集中,易損性越高,可能遭受潛在損失越大,災(zāi)害風(fēng)險也越大。

暴雨災(zāi)害造成的危害與承受暴雨洪澇災(zāi)害的載體有關(guān),它造成的損失大小一般取決于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟、人口密集程度。根據(jù)廣東省2012年的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)(以縣為單元的行政區(qū)域土地面積、GDP、年末總?cè)丝?、耕地面積)得到地均GDP、地均人口、耕地面積比重3個易損性評價指標(biāo)。對這些指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理后進(jìn)行加權(quán)綜合分析(參考相關(guān)文獻(xiàn)[7-9]得到這3個指標(biāo)的權(quán)重分別為0.3,0.4,0.3),通過加權(quán)綜合評價得廣東省暴雨災(zāi)害承災(zāi)因子易損區(qū)劃圖(見圖4),從圖4可知,珠三角區(qū)域易損性較高,主要因為其經(jīng)濟發(fā)展較好,人口較為密集,北部山區(qū)易損性較低,主要是因為當(dāng)?shù)厝丝诿芏容^小,經(jīng)濟發(fā)展較落后。

3.4 防災(zāi)減災(zāi)能力

防災(zāi)減災(zāi)能力主要反映受災(zāi)區(qū)域?qū)闈碁?zāi)害的抵御恢復(fù)程度。包括應(yīng)急管理能力、減災(zāi)投入資源準(zhǔn)備等。防災(zāi)減災(zāi)能力越高,可能遭受的潛在損失越小,災(zāi)害風(fēng)險越小。防災(zāi)減災(zāi)能力為應(yīng)對暴雨洪澇災(zāi)害所造成的損害而進(jìn)行的工程和非工程措施。這些措施和工程的建設(shè)必須要有當(dāng)?shù)卣慕?jīng)濟支持,因此防災(zāi)減災(zāi)能力主要通過人均GDP進(jìn)行反映。由2012年各縣人均GDP得暴雨洪澇災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃圖(見圖5)。

從圖5可知,珠三角區(qū)域的抗災(zāi)能力較強,湛江、云浮、清遠(yuǎn)、韶關(guān)、梅州和揭陽等區(qū)域抗災(zāi)能力較弱。

圖5 暴雨洪澇災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃示意

3.5 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

綜合考慮致災(zāi)因子、孕災(zāi)因子、承災(zāi)因子和防災(zāi)減災(zāi)能力4個指標(biāo)對暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險的構(gòu)成所起作用的不同,參考已有相關(guān)研究[5-8]的層次分析法和專家打分法的結(jié)果,結(jié)合廣東省的歷史災(zāi)情,對各個因子進(jìn)行權(quán)重劃分,分別為0.35、0.35、0.15和0.15,綜合加權(quán)疊加后結(jié)果見圖6?？梢?廣東省暴雨洪災(zāi)主要發(fā)生在粵東、粵西沿海區(qū)域。北江下游清遠(yuǎn)附近也是受災(zāi)較為嚴(yán)重的區(qū)域,全省的危險區(qū)域分別由南至北減弱,主要是因為南部沿海區(qū)域受臺風(fēng)暴雨影響大,且沿海區(qū)域河網(wǎng)密集,地形平坦,易于發(fā)生內(nèi)澇,同時沿海區(qū)域較北區(qū)山區(qū)經(jīng)濟發(fā)生水平高,人口密集,受災(zāi)損失較大。珠江三角洲區(qū)域由于其防災(zāi)減災(zāi)能力較強,其風(fēng)險較粵東粵西沿海區(qū)域小。

圖6 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃示意

4 結(jié)論和討論

本文基于ArcGIS,對暴雨洪澇災(zāi)害的致災(zāi)因子、孕災(zāi)因子、承災(zāi)因子和防災(zāi)減災(zāi)能力進(jìn)行分析,考慮4個評價因子的綜合作用,得到廣東省暴雨洪澇災(zāi)害的風(fēng)險區(qū)劃。從風(fēng)險區(qū)劃的初步結(jié)果可以看出,廣東省暴雨洪災(zāi)主要發(fā)生在粵東、粵西沿海區(qū)域和北江中下游清遠(yuǎn)附近區(qū)域。

暴雨洪澇災(zāi)害的影響因子較多,鑒于資料的局限性,本文只采用了4個評級因子進(jìn)行評估區(qū)劃,在以后的實際運用和研究中可進(jìn)一步優(yōu)化評價模型,增加評價因子,提高風(fēng)險區(qū)劃的精度。

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(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Preliminary Study about Guangdong Flood Disaster Risk Based on ArcGIS

LIN Rongxuan ,WANG Xin

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute,Guangzhou 510635,China)

The flood disaster risk evaluation system was built with four index which is flood hazard-form factors, flood hazard-breeding circumstance, flood hazard-bear circumstance and the capacity of flood resistant. ArcGIS was used to evaluate the flood Disaster risk in Guangdong. The result showed that the high risk regions were Qingyuan and the coastal area in the eastern and western of Guangdong.

rain； flood disaster；risk evaluation；ArcGIS

2016-05-10;

2016-06-15

林蓉璇(1987),女，本科，工程師，從事水利規(guī)劃設(shè)計工作。

P208.2；P426.616

A

1008-0112(2016)05-0041-05