基于GIS技術(shù)在堰塞湖潰決應(yīng)急管理中的應(yīng)用

陳歡

摘 要：2008年汶川大地震后堰塞湖為人們廣泛關(guān)注，由于堰塞湖一般會在較短時間內(nèi)潰決，其潰壩洪水可能下游給人們的生命和財產(chǎn)帶來嚴(yán)重的威脅。因此，如何高效地進(jìn)行應(yīng)急管理則顯得尤為重要。探討如何利用GIS技術(shù)在堰塞湖潰決應(yīng)急管理中的應(yīng)用，為構(gòu)建堰塞湖潰決應(yīng)急管理體系的構(gòu)建提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：堰塞湖；潰決；應(yīng)急管理；GIS技術(shù)

1.引言

堰塞湖的形成是在一定的自然地質(zhì)條件下，通過河床之間的動力作用下發(fā)生撞擊后形成的地質(zhì)坍塌、山體滑坡等自然災(zāi)害，或者由于外界環(huán)境的巨大作用如江河中的堆積物、大雨造成的泥石流等物體造成的河流阻斷而形成的巨大湖泊，而阻斷河流的淤積物體就是堰塞體（曾秀梅 2011）。通常情況下的堰塞體大多是由泥沙和巖石組成的堰塞湖湖岸，其承受湖泊水壓力和沖刷作用的能力較弱，在堰塞湖達(dá)到一定規(guī)模時會破壞堰塞體而形成巨大的洪流，對于河流下流的人和物將造成巨大的破壞（王小波2012）。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是對空間數(shù)據(jù)及相關(guān)信息進(jìn)行采集存儲、模擬計算、展示分析、管理應(yīng)用的一種計算機(jī)信息系統(tǒng)。它是計算機(jī)信息系統(tǒng)的一種工具，但它側(cè)重于近地表空間中的地理數(shù)據(jù)處理及地理模型分析計算，并通過二維或三維的方式以地圖的方式呈現(xiàn)出來，其通常與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配合使用或者有專門的空間數(shù)據(jù)庫（鄔倫等 2001）。GIS技術(shù)具有很強(qiáng)的綜合性與交叉性，由于其具有空間數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、計算、分析、模擬、顯示和成果輸出等特點，GIS技術(shù)已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用在眾多領(lǐng)域，包括決策支持、國土資源、交通工程、公共衛(wèi)生、國防安全、可持續(xù)發(fā)展、景觀規(guī)劃、物流運輸、科學(xué)研究、災(zāi)害管理等等。

本文著重介紹GIS技術(shù)在堰塞湖潰決災(zāi)害管理中的應(yīng)用，災(zāi)害發(fā)生時，救援指揮中心可運用GIS技術(shù)獲取高清遙感數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、分析及監(jiān)測等功能用在堰塞湖潰決應(yīng)急管理中，可快速的響應(yīng)堰塞湖潰決風(fēng)險，亦可輔助建立堰塞湖潰決應(yīng)急管理決策支持系統(tǒng)。

2.堰塞湖應(yīng)急管理流程

由于GIS技術(shù)在數(shù)據(jù)采集存儲、模擬計算、展示分析、管理應(yīng)用等方面的能力，其在堰塞湖災(zāi)害的整個生命周期中不同階段均可發(fā)揮重要作用（張發(fā)旺 2008）?；贕IS的堰塞湖災(zāi)害應(yīng)急管理流程如圖所示：

3.GIS技術(shù)在堰塞湖潰決應(yīng)急管理中的應(yīng)用

3.1 堰塞湖潰決的預(yù)防與準(zhǔn)備階段

（1）收集完善堰塞湖流域基礎(chǔ)地形地貌數(shù)據(jù)，包括數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、高分辨率衛(wèi)星遙感影像、無人機(jī)航拍影像、行政區(qū)劃圖、河流水系分布專題圖、交通道路分布專題圖、人口分布專題數(shù)據(jù)、重要公共設(shè)施分布數(shù)據(jù)、土地利用變化數(shù)據(jù)等，經(jīng)過ArcGIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后建立基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫，并導(dǎo)入上述數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理；

（2）調(diào)查收集整個流域的地質(zhì)、水文環(huán)境數(shù)據(jù)，包括降雨資料、徑流（水位，流量，流速）數(shù)據(jù)等，根據(jù)其影響程度，進(jìn)行堰塞湖風(fēng)險評估模型方法的收集與集成，構(gòu)建模型知識庫并對整個流域進(jìn)行區(qū)劃與規(guī)劃，對可能發(fā)生堰塞湖災(zāi)害并對下游潛在影響較大區(qū)域，進(jìn)行地形地貌及地震災(zāi)害的工程性處置；

（3）建立多部門協(xié)同工作機(jī)制，首先成立堰塞湖應(yīng)急指揮中心，全面負(fù)責(zé)堰塞湖治理和下游受影響范圍內(nèi)人員疏散撤離的綜合協(xié)調(diào)工作。根據(jù)在堰塞湖災(zāi)害應(yīng)急處置工作的作用不同，其下屬管理部門可分為：災(zāi)情監(jiān)測部門、工程應(yīng)急處置部門、下游人員疏散與安撫部門、宣傳與后勤保障部門，這些部門在應(yīng)急指揮中心統(tǒng)一管理下開展工作。

（4）在多部門協(xié)同工作下，根據(jù)各部門信息的及時傳遞和反饋，形成堰塞湖潰決應(yīng)急管理預(yù)案，其中包括人員緊急撤離預(yù)案和工程處置措施預(yù)案。結(jié)合三維GIS系統(tǒng)進(jìn)行堰塞湖潰決綜合分析，得出堰塞湖潰決可能性以及對下游的影響嚴(yán)重性程度，通過堰塞湖災(zāi)害風(fēng)險分析，確定堰塞湖風(fēng)險等級及風(fēng)險影響范圍而對應(yīng)進(jìn)行應(yīng)急準(zhǔn)備的相關(guān)工作，交結(jié)合GIS系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化對應(yīng)急預(yù)案實施動態(tài)管理。

3.2 堰塞湖潰決的監(jiān)測和預(yù)警階段

（1）根據(jù)GIS技術(shù)在無人機(jī)、地理信息監(jiān)測車等在空陸交通工具中的廣泛應(yīng)用，可以全天時、全天候、全方面的實現(xiàn)堰塞湖地質(zhì)災(zāi)害等災(zāi)情的多源空間數(shù)據(jù)獲取，包括基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、專題地圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、視頻照片數(shù)據(jù)等（曹振宇 2014），再通過GIS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、災(zāi)情信息提取等，可幫助應(yīng)急管理指揮中心準(zhǔn)確全面地了解評估堰塞湖災(zāi)情。

（2）GIS技術(shù)亦可實現(xiàn)對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和更新。通過地面雨量站、衛(wèi)星監(jiān)測、埋設(shè)水位傳感器等手段，實現(xiàn)對堰塞湖上游天氣監(jiān)測和雨量監(jiān)測，從而可預(yù)測堰塞湖的入湖流量，并對堰塞湖水位變化情況進(jìn)行監(jiān)測，從可獲取水位上升速度和幅度，分析水位距離壩頂高度，發(fā)生溢流的可能性及發(fā)生時間等。

（3）利用GIS空間分析方法和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)對堰塞體的穩(wěn)定性或危險性涉及的堰塞體物質(zhì)組成、堰塞湖庫容、堰塞體高度、堰塞湖流域面積4個因素進(jìn)行分析，從而獲取堰塞體穩(wěn)定性評估（朱軍等 2012）。

（4）若堰塞體穩(wěn)定性評價為高風(fēng)險時，則需要對要分堰塞湖潰決后果嚴(yán)重性程度進(jìn)行分析，依據(jù)2009年中華人民共和國水利部編寫的《堰塞湖風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)》，可將堰塞湖潰決損失嚴(yán)重性劃分為極嚴(yán)重、嚴(yán)重、較嚴(yán)重和一般，而堰塞湖潰決損失嚴(yán)重性判定也被集成到GIS系統(tǒng)中。

（5）另外，在堰塞湖形成后收集得到的資料齊全時，GIS技術(shù)可根據(jù)洪水的演進(jìn)模式不同進(jìn)行預(yù)演和分析，可以分全潰、二分之一潰、三分之一潰、五分之一潰、十分之一潰幾種模式，以輔助細(xì)化制定不同情況下的應(yīng)急預(yù)案。

（6）根據(jù)災(zāi)害監(jiān)測信息以及堰塞湖風(fēng)險評估分析結(jié)果，可以利用GIS自然災(zāi)害發(fā)布平臺系統(tǒng)發(fā)布堰塞湖災(zāi)害信息。利用直觀的地圖表達(dá)、堰塞湖災(zāi)情空間定位、多種專題圖疊加分析、災(zāi)害演進(jìn)動態(tài)可視化模擬、堰塞湖及下游風(fēng)險區(qū)域的屬性信息查詢及定位等豐富的GIS功能，傳達(dá)實時準(zhǔn)確的和直觀的堰塞湖災(zāi)害信息，不僅滿足社會及公眾對信息資源不斷增長的需求，提高了公眾的參與度，還可為政府應(yīng)急決策提供強(qiáng)有力的支持。

3.3 堰塞湖潰決的應(yīng)急處置與救援階段

（1）利用GIS技術(shù)實現(xiàn)對信息資源的統(tǒng)一管理以用于堰塞湖潰決應(yīng)急管理，包括二維三維地圖、數(shù)字高程模型、水文專題圖、道路交通信息、人口分布圖、重要公共設(shè)施分布、行政區(qū)劃專題圖、多種情形下堰塞湖淹沒風(fēng)險圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立。在堰塞湖災(zāi)害應(yīng)急處置和救援過程中，決策指揮人員在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持的情況下，能夠快速獲得堰塞湖災(zāi)害的準(zhǔn)確位置以及上下游影響范圍內(nèi)相關(guān)地理信息，并通過GIS技術(shù)把地圖、人口、重要公共設(shè)施、交通、醫(yī)療、食品、帳篷、車輛等應(yīng)急資源和設(shè)備等信息，直觀地展示在二維或三維地圖上，快速準(zhǔn)確地展示堰塞湖災(zāi)害發(fā)生、演進(jìn)、影響的全過程，并通過多種空間分析手段，實現(xiàn)科學(xué)、合理地進(jìn)行應(yīng)急物資調(diào)度和分配，多部門應(yīng)急人員按照應(yīng)急管理預(yù)案統(tǒng)一協(xié)調(diào)參與應(yīng)急救援行動，以提高應(yīng)急方案執(zhí)行效率、應(yīng)急救援能力和資源利用效率。

（2）利用GIS技術(shù)接入實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)多種情況下堰塞湖潰決模擬分析，進(jìn)行完備的堰塞湖災(zāi)害風(fēng)險評估。并通過無線和有線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)應(yīng)急指揮中心與現(xiàn)場應(yīng)急人員聯(lián)絡(luò)，并借助手持終端或外接電子板等輔助工具，以手寫、畫圈、擦除等多種標(biāo)注形式在電子地圖上進(jìn)行指揮部署的討論?？筛鶕?jù)實時情況，對堰塞湖潰決應(yīng)急預(yù)案優(yōu)化，實現(xiàn)實時動態(tài)管理。

（3）利用GIS技術(shù)把持續(xù)調(diào)查與監(jiān)測的數(shù)據(jù)和堰塞湖應(yīng)急處置方案執(zhí)行所需要的所有組織機(jī)構(gòu)空間分布、救援力量空間分布、應(yīng)急資源的位置和運輸路徑、人口分布、應(yīng)急避難場所和堰塞湖位置及所在上下游區(qū)域三維地圖整合在一起，從而實現(xiàn)將應(yīng)急數(shù)據(jù)和應(yīng)急處置方案緊密結(jié)合在一起，并對堰塞湖災(zāi)害情況進(jìn)行實時發(fā)布，以有助于更多地吸引公眾參與，更好地實施應(yīng)急救援行動。

3.4 堰塞湖潰決的恢復(fù)和重建階段

（1）GIS技術(shù)可用于堰塞湖潰決災(zāi)害的損失評估。首先，成立堰塞湖災(zāi)害損失專家評估小組，其次利用堰塞湖區(qū)域災(zāi)前災(zāi)后高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行地物、水體等信息提取，結(jié)合房屋、交通、重要設(shè)施等專題圖信息，進(jìn)行堰塞湖災(zāi)害損失評估，分析堰塞湖災(zāi)害涉及到的影響范圍、災(zāi)害人口、道路橋梁等情況。

（2）在進(jìn)行準(zhǔn)確災(zāi)害損失評估基礎(chǔ)上，組建恢復(fù)重建工作機(jī)構(gòu)，研究制定恢復(fù)重建實施意見、政策措施和恢復(fù)重建方案。

4.結(jié)論

通過分析GIS技術(shù)在堰塞湖潰決應(yīng)急管理預(yù)防與準(zhǔn)備、監(jiān)測和預(yù)警、應(yīng)急處置和救援、恢復(fù)和重建的四個階段中的應(yīng)用，初步構(gòu)建了一個以GIS系統(tǒng)為基礎(chǔ)的應(yīng)急決策支持系統(tǒng)，從而為構(gòu)建堰塞湖潰決應(yīng)急管理體系提供依據(jù)。但是，在堰塞湖潰決應(yīng)急管理中特別需要強(qiáng)調(diào)的是如何提高獲取和處理高分辨率觀測數(shù)據(jù)的能力以及建立多部門之間的統(tǒng)一指揮、協(xié)同工作、數(shù)據(jù)共享的應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)。（作者單位：西南交通大學(xué)公共管理與政法學(xué)院）

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