基于風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論的鎮(zhèn)村氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析

唐 盾，田 亮，王 波，張厚發(fā)

(1.山陽(yáng)縣氣象局，陜西山陽(yáng) 726400；2.商南縣氣象局，陜西商南 726300)

氣象災(zāi)害作為自然災(zāi)害的主要災(zāi)種之一，已成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[1]。庾嶺鎮(zhèn)位于丹鳳縣北部，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)110°40′～110°58′，北緯33°42′～33°58′之間， 80%區(qū)域海拔高度在千米以上，屬高寒山區(qū)；年平均氣溫10.6 ℃，年降水量715.4 mm，其中6—8月降水量342.1 mm，占全年降水量的近一半，雷暴日達(dá)43.5 d；有山洪地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)17處，分屬長(zhǎng)江、黃河兩個(gè)流域，氣候差異較大。該鎮(zhèn)下轄11個(gè)村。當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件較差，暴雨山洪地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)多，損失較嚴(yán)重，成為貧困戶穩(wěn)定脫貧的一大障礙。近年來(lái)有多位學(xué)者對(duì)氣象災(zāi)害進(jìn)行了分析，張建康等[2]利用GIS的自然斷點(diǎn)法及經(jīng)驗(yàn)訂正法對(duì)榆林市暴雨災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃；李艷莉等[3]對(duì)陜西蘋(píng)果種植區(qū)北擴(kuò)氣候資源及氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析；田光文[4]通過(guò)使用GIS對(duì)各項(xiàng)因子進(jìn)行模擬計(jì)算研究了南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃；柏秦鳳等[5]基于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成的基本原理，分析了陜南玉米澇漬災(zāi)害，建立陜南玉米澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。但是氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的對(duì)象達(dá)到鎮(zhèn)村一級(jí)的較少。本文根據(jù)脫貧攻堅(jiān)需要，對(duì)庾嶺鎮(zhèn)開(kāi)展了詳細(xì)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查，進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析。提出風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策和防災(zāi)減災(zāi)工程建設(shè)意見(jiàn)，進(jìn)而實(shí)施精準(zhǔn)幫扶。

1 資料和方法

收集2008—2017年丹鳳縣氣象站及庾嶺鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)站氣象觀測(cè)資料，匯總相關(guān)部門(mén)災(zāi)害損失、防洪堤壩、抗災(zāi)工程建設(shè)投入、非工程措施、各村農(nóng)特產(chǎn)業(yè)收入及地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)資料，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，運(yùn)用環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)理論和方法，開(kāi)展鎮(zhèn)村氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析。鑒于小區(qū)域范圍氣象災(zāi)害時(shí)空分布?xì)v史資料缺乏，風(fēng)險(xiǎn)源(如暴雨、雷暴冰雹)區(qū)域分布著重分析地形對(duì)災(zāi)害影響。

2 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)源分析

根據(jù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)理論[6]，風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)由風(fēng)險(xiǎn)源、控制機(jī)制和受體三個(gè)部分組成。據(jù)調(diào)查核實(shí)，該區(qū)域氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)源確定為暴雨山洪、地質(zhì)災(zāi)害、雷電冰雹等；受體為當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩憝h(huán)境條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件；控制機(jī)制為防災(zāi)設(shè)施建設(shè)，災(zāi)害預(yù)報(bào)警報(bào)水平，減災(zāi)決策與組織實(shí)施水平，依據(jù)上述因子開(kāi)展氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析。

風(fēng)險(xiǎn)源是引發(fā)系統(tǒng)安全事件的前提，其危險(xiǎn)性的大小決定受體損害程度。眾所周知，地形影響大氣環(huán)流，使局部地區(qū)氣象災(zāi)害增強(qiáng)，改變區(qū)域氣象災(zāi)害空間分布。因此，在鎮(zhèn)村級(jí)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃時(shí)，主要考慮地形對(duì)災(zāi)害性天氣系統(tǒng)的影響。

2.1 不同地形暴雨災(zāi)害分布

秦嶺暴雨多發(fā)于南—北向河谷和海拔高度較高山脈迎風(fēng)坡的喇叭口地形區(qū)域內(nèi)，海拔高度1.0～1.8 km暴雨頻次隨高度而增加，1.0 km以下低山丘陵地帶，出現(xiàn)頻次較小[7]。庾嶺鎮(zhèn)地勢(shì)西北高、東南低，山勢(shì)陡峭、高聳，1.5 km以上的山峰有23座。境內(nèi)的蟒嶺平均高度為1.2 km，呈東西走向，其偏東南方地勢(shì)呈階梯狀，北高南低，海拔高度0.6～1.0 km，山體松散，越往南越開(kāi)闊，是較典型的迎風(fēng)坡。此類地形不僅有利于暖濕氣流抬升，易形成暴雨，而且形成的洪水流量大、流速急、成災(zāi)快。其他1.0 km以上山峰的東南坡和寬敞的喇叭口地形是誘發(fā)暴雨山洪的典型地形。另外，坡面雨量在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡還存在明顯差異。有人通過(guò)觀測(cè)得出，在平均狀態(tài)下，坡度為30°的迎風(fēng)坡雨量(雨強(qiáng))比平地偏多(增強(qiáng))7%，而相同坡度的背風(fēng)坡雨量(雨強(qiáng))減少(減弱)8%，迎風(fēng)和背風(fēng)兩個(gè)坡面相差15%[8]。短歷時(shí)暴雨一般受中、小天氣尺度系統(tǒng)影響，強(qiáng)度大，在南北走向山脈的西向坡面上易造成山洪和泥石流；長(zhǎng)歷時(shí)暴雨一般受天氣尺度系統(tǒng)影響，過(guò)程雨量大，時(shí)間長(zhǎng)，在西北走向山脈的東南向坡面容易產(chǎn)生滑坡和塌方，這在實(shí)地調(diào)查中得到了驗(yàn)證。綜上分析，蟒嶺東南麓，23個(gè)主要山峰的朝西向坡面及其溝溪、河流的下游劃分為山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)區(qū)域，較低的山地地形、河流上游區(qū)域?yàn)橹卸蕊L(fēng)險(xiǎn)區(qū)，而背風(fēng)坡為一般風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(如圖1)。

2.2 不同地形雷暴冰雹災(zāi)害分布

雷暴強(qiáng)度及災(zāi)害的空間分布與山區(qū)地形有一定關(guān)系。地形熱力效應(yīng)使底層大氣氣旋性輻合，易形成不穩(wěn)定層結(jié)，有利于垂直環(huán)流的不穩(wěn)定發(fā)展[9]。當(dāng)不穩(wěn)定層結(jié)的空氣移到山區(qū)，受地形抬升作用容易產(chǎn)生雷雨。另外，喇叭口地形對(duì)氣流有明顯的輻合作用，當(dāng)暖濕氣流進(jìn)入喇叭口谷地，由于強(qiáng)迫抬升作用，對(duì)流增強(qiáng)。據(jù)此劃定海拔高度1.0 km以上東北—西南走向山脈和較大的軸線偏南的喇叭口地形為雷電冰雹高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，1.0 km以上東北—西南走向山脈和較大的軸線偏東的喇叭口地形為中險(xiǎn)區(qū)，其余地形為一般風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

圖1 丹鳳縣庾嶺鎮(zhèn)暴雨、冰雹災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

2.3 山洪地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布

調(diào)查顯示，庾嶺鎮(zhèn)山洪地質(zhì)災(zāi)害具有片狀分布特征，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)主要分布在庾嶺鎮(zhèn)東南部，而山洪災(zāi)害隱患點(diǎn)主要分布在其西北部，西南部山洪地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)較少。東北部山洪地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)較多，為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，偏西南部山洪地質(zhì)災(zāi)害較少為一般風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其余為中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(如圖2)。

圖2 丹鳳縣庾嶺鎮(zhèn)山洪、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

3 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)各因子狀況

表1給出了氣象風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)各因子狀況。與暴雨中心距離一定程度上決定災(zāi)害程度大小。表1中，與暴雨中心距離是各村到暴雨中心區(qū)域外圍的最短距離。不同坡度坡向的地形山洪、泥石流災(zāi)害強(qiáng)度不同，坡度坡向因子風(fēng)險(xiǎn)大小確定依據(jù)是：坡度超過(guò)40°，東北—西南走向山脈朝向東南的坡面，確定為3級(jí)；坡度25°～40°之間，東北—西南走向山脈朝向東南的坡面，或者坡度超過(guò)40°的其他地形坡面，確定為2級(jí)；除上述兩種情況的，確定為1級(jí)。

3.2 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化處理

由于所選因子的單位不同，各個(gè)因子之間數(shù)值無(wú)可比性，為了便于計(jì)算，把表1中各因子按照風(fēng)險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性、控制機(jī)制的有效性以及受體脆弱性分為3個(gè)等級(jí)。其中，風(fēng)險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性按低、中、高，控制機(jī)制的有效性和受體自身抗災(zāi)能力分別按強(qiáng)、中等、弱，劃分為1、2、3級(jí)，相應(yīng)賦值1、2、3分，參與模型計(jì)算。

表1 丹鳳縣庾嶺鎮(zhèn)各村氣象風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)調(diào)查表

3.3 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

應(yīng)用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣，確定各因子對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)率(權(quán)重系數(shù))。將表1中各因子進(jìn)行定量化、標(biāo)準(zhǔn)化處理后，代入式(1)

(1)

計(jì)算得出區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)值(表2)。式中，R為區(qū)域環(huán)境氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)，pi為評(píng)價(jià)因子等級(jí)，ωi為評(píng)價(jià)因子權(quán)重系數(shù)，n為評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)。

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

在氣候條件和流域特征、植被、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等因素的影響下，庾嶺鎮(zhèn)山洪災(zāi)害具有成片、成帶分布的特點(diǎn)。根據(jù)氣象災(zāi)害危險(xiǎn)性、控制機(jī)制有效性和受體的易損性，按高、中、低三級(jí)進(jìn)行山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。黃坪村、石門(mén)塬村、塔兒坪村是氣象災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，吊蓬村、窯溝村、和平村是中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其他太白村、兩岔河村、花椒溝村、龍骨巖村、街坊村為一般風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的石門(mén)塬村、塔兒坪村處于暴雨中心，而黃坪村雖不在暴雨中心，但山洪災(zāi)害多發(fā)，有5個(gè)山洪災(zāi)害隱患點(diǎn)，隱患區(qū)人口多，按照統(tǒng)一的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，納入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(圖3)。

表2 丹鳳縣庾嶺鎮(zhèn)各村氣象風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)因子評(píng)分表

圖3 丹鳳縣庾嶺鎮(zhèn)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

4 建議

(1)庾嶺鎮(zhèn)地處武關(guān)河上游，植被環(huán)境良好，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植業(yè)為主，加上近幾年防洪河堤建設(shè)投入較大，暴雨山洪地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較小，相當(dāng)多群眾和部分村干部對(duì)氣象災(zāi)害有麻痹大意思想，未開(kāi)展應(yīng)急準(zhǔn)備認(rèn)證，部分村沒(méi)有氣象災(zāi)害防御預(yù)案，只有少數(shù)村開(kāi)展了災(zāi)害應(yīng)急演練，防洪設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)普遍較低。該鎮(zhèn)全境處于雷電冰雹高發(fā)區(qū)，要加強(qiáng)防雷安全設(shè)施管理，高度重視人工防雹增雨工作，減小風(fēng)險(xiǎn)源的危險(xiǎn)性。

(2)黃坪村、石門(mén)塬村、塔兒坪村氣象災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)是區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)先管理區(qū)域，是風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、預(yù)警與應(yīng)急工作重點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)管理資源優(yōu)先分配在此類區(qū)域；吊蓬村、窯溝村、和平村是中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)屬于重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理區(qū)域，相關(guān)單位需密切關(guān)注此類區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)變化情況，防止其向高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)演變；其他低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的工作重點(diǎn)是加強(qiáng)極端氣象災(zāi)害防范，做好氣候?yàn)?zāi)害預(yù)防，明確區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的區(qū)域，進(jìn)一步明確風(fēng)險(xiǎn)主導(dǎo)因素，有針對(duì)地制定安全防范措施和分配環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)化管理。

(3)以村級(jí)行政區(qū)域這一行政單元為界，便于收集與整理研究所需數(shù)據(jù)，使研究結(jié)果更具針對(duì)性。與傳統(tǒng)的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析方法相比，風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)概念明確，思路清晰，風(fēng)險(xiǎn)管理可操作性強(qiáng)，可用于小區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

致謝：王衛(wèi)民、瑚波兩位高工對(duì)論文進(jìn)行了指導(dǎo)，提供了資料；駐村工作隊(duì)于艷鵬、李翀龍、王輝三位同志協(xié)助開(kāi)展了氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查，在此一并致謝！