氣候變化背景下濟南市長清區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險評價研究

田家波+耿大偉

摘要：綜合干旱類型，從致災(zāi)因子的危險性、敏感性、易損性及防災(zāi)減災(zāi)能力4個指標出發(fā)，分析氣候變化背景下的山東省濟南市長清區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險變化。結(jié)果表明，長清區(qū)干旱危險性分布特征總體表現(xiàn)為由西北向東南遞減的趨勢；干旱災(zāi)害孕災(zāi)體敏感性總體呈現(xiàn)出由西南向東北遞減的趨勢；干旱災(zāi)害易損性分布基本以行政區(qū)為單位，高易損性分布在除平安街道辦事處外的西部地區(qū)；干旱災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)能力總體呈現(xiàn)東北高、西南低的分布特征；干旱綜合風(fēng)險性呈現(xiàn)西南高、東北低的分布規(guī)律。

關(guān)鍵詞：長清區(qū)；區(qū)域干旱災(zāi)害；風(fēng)險評價研究

中圖分類號：P429；S423 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5233-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.017

Abstract： According to drought types， using 4 indicators of hazard， sensitivity， vulnerability and disaster prevention and mitigation capacity， the change of drought disaster risk was analyzed in the context of climate change in changqing district， Ji′nan city， Shandong province. The results showed that， in changqing district， drought hazard overall decreased from the northwest to the southeast. Sensitivity decreased from southwest to northeast. Distribution of vulnerability was based on the administrative area as a unit， high vulnerability distributed in western region except Ping′an street. Disaster prevention and mitigation capacity of drought disaster was higher in the northeast and lower in southwest. Drought comprehensive risk was higher in southwest and lower in Northeast.

Key words：changqing district； regional drought disaster； risk assessment research

近幾十年來，世界各地的自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，大范圍的異常氣候事件時有出現(xiàn)，給人民的生命財產(chǎn)和社會經(jīng)濟帶來嚴重損失，也給世界的糧食、水資源和能源安全造成了一系列危機。其中干旱、洪澇是氣象災(zāi)害中最嚴重的，尤其是干旱，因其出現(xiàn)頻率高、持續(xù)時間長、波動范圍大等，對國民經(jīng)濟特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有嚴重影響，歷來受到人們的廣泛關(guān)注。干旱及災(zāi)害的危害不容忽視，在對歷史干旱分析的基礎(chǔ)上，了解和掌握干旱及災(zāi)害的規(guī)律、進行災(zāi)害風(fēng)險評估以及災(zāi)害預(yù)測預(yù)警來積極應(yīng)對頻繁發(fā)生的干旱災(zāi)害、減少旱災(zāi)損失是一項十分重要且很有意義的研究工作，這也是以保證水資源安全來達到保證糧食安全和經(jīng)濟社會快速發(fā)展需求的目的。本研究從致災(zāi)因子的危險性、敏感性、易損性及防災(zāi)減災(zāi)能力4個指標出發(fā)，分析氣候變化背景下的山東省濟南市長清區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險變化。

1 研究方法

1.1 災(zāi)害風(fēng)險評估原理

基于自然災(zāi)害風(fēng)險形成理論，氣象災(zāi)害風(fēng)險是由危險性（致災(zāi)因子）、敏感性（孕災(zāi)環(huán)境）、易損性（承災(zāi)體）和抗災(zāi)能力4部分共同形成[1]。每個因子又是由一系列子因子組成。其表達式為：

災(zāi)害風(fēng)險=f[危險性（可能導(dǎo)致災(zāi)害的因素均可稱為致災(zāi)因子）、敏感性（大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)、水文系統(tǒng)、土壤因素、地形地貌、植被）、易損性（致災(zāi)因子作用的對象，是蒙受災(zāi)害的實體）、防災(zāi)減災(zāi)能力（防御和減輕氣象災(zāi)害的各種管理措施和對策，包括管理能力、減災(zāi)投入、資源準備等）] （1）

1.2 因子標準化

由于所選因子的量綱不同，因此要將因子進行標準化[1，2]。本研究根據(jù)具體情況，采用極大值標準化和極差標準化方法。

極大值標準化：

極差標準化：由于研究中所選指標與因子成反比，且低溫存在負值，對其標準化時將極差標準化方法進行修正，將原公式分子中的最小值修訂為最大值，使得結(jié)果符合實際。

式中，Xij為第i個因子的第j項指標；X′ij為去量綱后的第i個因子的第j項指標；Xmin、Xmax為該指標的最小值和最大值。

1.3 加權(quán)綜合評價法

加權(quán)綜合評價法綜合考慮了各個因子對總體對象的影響程度，是把各個具體指標的優(yōu)劣綜合起來，用一個數(shù)值化指標加以集中，表示整個評價對象的優(yōu)劣，因此，這種方法特別適用于對技術(shù)、策略或方案進行綜合分析評價和優(yōu)選，是目前最為常用的計算方法之一[3]。

式中，Cvj為評價因子的總值，Qvij為對于因子j的指標i（Qij≥0），Wci為指標i的權(quán)重值（0≤Wci≤1），通過層次分析法（AHP）計算得出，m是評價指標個數(shù)。

對于綜合風(fēng)險指數(shù)，表達式為：

式中，Cv為綜合風(fēng)險指數(shù)，Cvj為危險性、敏感性和易損性風(fēng)險因子，Cvk為f防災(zāi)減災(zāi)能力。

1.4 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是對一些較為復(fù)雜、模糊的問題做出決策的簡易方法，它特別適用于那些難于完全定量分析的問題[3，4]。它是美國運籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)Saaty教授于20世紀70年代初提出的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。決策法通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，就可以得出不同方案重要性程度的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)。

1.5 氣象資料插值方法

根據(jù)實際情況，分別采用線性回歸方法、趨勢面擬合方法及Kriging插值方法。其中線性回歸方法是對氣象站中所缺省數(shù)據(jù)進行的插值，Kriging插值是對氣象因子進行的GIS空間插值方法[5]。原理分別如下：

1.5.1 線性回歸方法 線性回歸模型描述兩個要素之間的線性相關(guān)關(guān)系，如兩個要素間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，就可以建立二者之間的線性回歸方程，其表達式為：

1.5.2 趨勢面擬合方法 趨勢面分析是利用數(shù)學(xué)曲面模擬地理系統(tǒng)要素在空間上的分布及變化趨勢的一種數(shù)學(xué)方法，實質(zhì)上是通過回歸分析原理，運用最小二乘法擬合一個二維非線性函數(shù)，模擬地理要素在空間上的分布規(guī)律，表達式為：

1.5.3 Kriging插值方法 Kriging就是根據(jù)一個區(qū)域內(nèi)外若干信息樣品的某些特征數(shù)據(jù)值，對該區(qū)域作出一種線性無偏和最小估計方差的估計方法。從數(shù)學(xué)角度來說，是一種求最優(yōu)線性無偏內(nèi)插估計量的方法。該方法的適用范圍為區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性，即如果變異函數(shù)和結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果表明區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性，則可以利用Kriging方法進行內(nèi)插或外推。其實質(zhì)是利用區(qū)域化變量的原始數(shù)據(jù)和變異函數(shù)的結(jié)構(gòu)特點，對未知樣點進行線性無偏、最優(yōu)估計?？死锔穹椒ㄊ峭ㄟ^對已知樣本點賦權(quán)重來求得未知樣點的值，表示為：

式中，Z（x0）為未知樣點的值，Z（x1）為未知樣點周圍的已知樣本點的值，？棕i為第i個已知樣本點對未知樣點的權(quán)重，n為已知樣本點的個數(shù)。與傳統(tǒng)插值法最大的不同是，在賦權(quán)重時，克里格方法不僅考慮距離，而且通過變異函數(shù)和結(jié)構(gòu)分析，考慮了已知樣本點的空間分布及與未知樣點的空間方位關(guān)系。

2 干旱災(zāi)害風(fēng)險評價指標

長清區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃危險性、敏感性、易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力4個指標[6-8]選取及權(quán)重值見圖1，其權(quán)重值通過層次分析法（AHP）確定[4]。

在干旱災(zāi)害孕災(zāi)體敏感性研究中，根據(jù)土壤質(zhì)地和土地利用類型對干旱的影響進行評分，評分見表1和表2。

3 干旱災(zāi)害危險性因子評價

干旱災(zāi)害危險性等級劃分標準見表3。

由圖2可知，干旱危險性分布特征總體表現(xiàn)為由西北向東南遞減的趨勢，危險性整體水平不高，高、中危險性面積不大，分別占2.73%、16.38%。北部的邊緣帶狀區(qū)域基本屬于高、中危險性地區(qū)。高危險性主要在孝里鎮(zhèn)西南部；中危險性主要分布在孝里鎮(zhèn)東北部，歸德鎮(zhèn)、文昌街道辦事處和平安街道辦事處的西部；輕、低危險性主要分布在長清區(qū)的中部和東部，分別占32.34%、48.55%，主要包括萬德鎮(zhèn)、張夏鎮(zhèn)、五峰山街道辦事處、馬山鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)、崮云湖街道辦事處和歸德鎮(zhèn)、文昌街道辦事處、平安街道辦事處的東部。

4 干旱災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性評價

干旱孕災(zāi)環(huán)境敏感性等級劃分標準見表4。

由圖3可知，干旱災(zāi)害孕災(zāi)體敏感性總體呈現(xiàn)出由西南向東北遞減的趨勢，分布空間性較強，沒有規(guī)則的分布界限。高孕災(zāi)體敏感性主要分布在西南部邊緣地區(qū)，包括孝里鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)南部、歸德鎮(zhèn)西南角，占長清區(qū)總面積的18.74%；馬山鎮(zhèn)、歸德鎮(zhèn)大部分地區(qū)、雙泉鄉(xiāng)北部、萬德鎮(zhèn)西部、張夏鎮(zhèn)西南部以及文昌街道辦事處局部地區(qū)為中敏感性區(qū)域，占長清區(qū)總面積的34.02%；長清區(qū)東北部為輕、低敏感性區(qū)域，輕敏感性區(qū)域主要分布在萬德鎮(zhèn)中部、五峰山街道辦事處大部、張夏鎮(zhèn)東部、崮云湖街道辦事處西部和中部、平安街道辦事處東南部，占長清區(qū)總面積的30.85%；低敏感性區(qū)域占長清區(qū)總面積的16.40%，主要分布在萬德鎮(zhèn)東部、張夏鎮(zhèn)北部。崮云湖街道辦事處東南部和平安街道辦事處的局部地區(qū)。

5 干旱災(zāi)害承災(zāi)體易損性評價

干旱災(zāi)害承災(zāi)體易損性等級劃分標準見表5。

由圖4可知，干旱災(zāi)害易損性分布基本以行政區(qū)為單位。高易損性分布在除平安街道辦事處外的西部地區(qū)，主要有文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)，占全區(qū)面積的31.29%；這些地區(qū)易損性高，其原因主要是由于這些地區(qū)的糧食和蔬菜的面積較大，人口密度較高。其他地區(qū)相比而言易損性較低。中易損性主要分布在平安街道辦事處、張夏鎮(zhèn)、萬德鎮(zhèn)，占全區(qū)面積的37.97%。中部地區(qū)的干旱災(zāi)害易損性相對較低，馬山鎮(zhèn)為低易損性，占全區(qū)面積的7.11%。崮云湖街道辦事處、五峰山街道辦事處、雙泉鄉(xiāng)屬于輕易損性，占全區(qū)面積的23.64%。

6 干旱災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力

干旱災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力等級劃分標準[9]見表6。

由圖5可知，干旱災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)能力總體呈現(xiàn)東北高、西南低分布特征，其中東部的平安街道辦事處、文昌街道辦事處、歸德鎮(zhèn)、萬德鎮(zhèn)防災(zāi)減災(zāi)能力最高，為高防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)，占46.60%；中防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)分布在崮云湖街道辦事處、張夏鎮(zhèn)，占全區(qū)的19.70%，這些地區(qū)相比弱、低防災(zāi)減災(zāi)能力地區(qū)應(yīng)對干旱災(zāi)害的抵御、恢復(fù)能力強，潛在損失較小。弱防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)包括五峰山街道辦事處、馬山鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)。雙泉鄉(xiāng)的防災(zāi)減災(zāi)能力最低。

7 干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險評價

干旱災(zāi)害綜合風(fēng)險等級劃分標準見表7。

由圖5可知，干旱綜合風(fēng)險性呈現(xiàn)西南高、東北低的分布規(guī)律。孝里鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)綜合風(fēng)險性最高，占全區(qū)面積的20.30%。這些地區(qū)發(fā)生干旱災(zāi)害的可能性最大，可能受到的潛在損失最大，恢復(fù)能力較差。中風(fēng)險性分布在文昌街道辦事處、五峰山街道辦事處和歸德鎮(zhèn)的西南部局部地區(qū)，中風(fēng)險性面積占23.17%；低風(fēng)險性在全區(qū)分布面積占23.17%，主要分布在歸德鎮(zhèn)大部地區(qū)和張夏鎮(zhèn)；輕風(fēng)險性區(qū)域占34.25%，分布面積最大，主要分布在萬德鎮(zhèn)、崮云湖街道辦事處、平安街道辦事處。

8 小結(jié)與討論

長清區(qū)干旱危險性分布特征總體表現(xiàn)為由西北向東南遞減的趨勢；干旱災(zāi)害孕災(zāi)體敏感性總體呈現(xiàn)出由西南向東北遞減的趨勢；干旱災(zāi)害易損性分布基本以行政區(qū)為單位，高易損性分布在除平安街道辦事處外的西部地區(qū)；干旱災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)能力總體呈現(xiàn)東北高、西南低的分布特征；干旱綜合風(fēng)險性呈現(xiàn)西南高、東北低的分布規(guī)律。

了解旱災(zāi)對社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境帶來的損失，能為今后制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃提供必要的支持，因而對旱災(zāi)損失進行快速、精確評價的要求日益迫切。對生態(tài)環(huán)境脆弱帶的研究起步較晚，對外界干擾的抵抗能力較低、受到外力作用發(fā)生退化后恢復(fù)得較慢的地區(qū)，受人為和自然雙重作用的強烈影響，構(gòu)成了獨特的孕災(zāi)環(huán)境。當前干旱災(zāi)害的風(fēng)險評價方興未艾，研究中還存在一些亟待解決的問題。通常各種自然災(zāi)害并非獨立發(fā)生，而是在某一種自然災(zāi)害發(fā)生后誘發(fā)一種或幾種自然災(zāi)害，而且彼此相互作用，形成復(fù)雜的災(zāi)害鏈或災(zāi)害群，這就是自然災(zāi)害的群發(fā)性。因此，進行風(fēng)險評估時，不僅要對單災(zāi)種進行研究，更重要的是從系統(tǒng)的角度綜合研究區(qū)域災(zāi)害，通過運用災(zāi)害風(fēng)險評價原理、因子標準化、加權(quán)綜合評價法、層次分析法、氣象資料插值系統(tǒng)的研究討論，提高干旱災(zāi)害風(fēng)險評價的可操作性。

參考文獻：

[1] 羅 培.基于GIS的重慶市干旱災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（1）：100-104.

[2] 李 艷.河南省干旱承險脆弱性綜合評價研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2011.

[3] 林 霞.遼寧省氣象災(zāi)害風(fēng)險評價[D].遼寧大連：遼寧師范大學(xué)，2009.

[4] 楊帥英，郝芳華，寧大同.干旱災(zāi)害風(fēng)險評估的研究進展[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2004，4（2）：79-82.

[5] 蘇占勝，陳曉光，黃 峰，等.基于GIS的寧夏氣候要素推算及農(nóng)業(yè)氣候資源分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26（4）：242-248.

[6] 唐 明.旱災(zāi)風(fēng)險分析的理論探討[J].中國防汛抗旱，2008（1）：38-40.

[7] 趙 靜，張繼權(quán)，嚴登華，等.基于格網(wǎng)GIS的豫北地區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃[J].災(zāi)害學(xué)，2012，27（1）：55-58.

[8] 楊豐政，景元書.基于GIS的徐水縣干旱災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域[J].氣象與減災(zāi)研究，2012，35（1）：54-58.

[9] 張 會，張繼權(quán)，韓俊山.基于GIS技術(shù)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃研究——以遼河中下游地區(qū)為例[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2005， 14（6）：141-146.

[10] GB/T20481-2006，氣象干旱等級[S].