基于ArcGIS的濟南市災害綜合風險評估研究

趙 民， 胡文奎， 李 濤

(濟南市勘察測繪研究院， 山東 濟南 250000)

0 引言

新時代，濟南匯聚“黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展戰(zhàn)略、全國新舊動能轉換起步區(qū)、中國(山東)自由貿易試驗區(qū)”三大國家戰(zhàn)略，面臨全新的機遇與挑戰(zhàn)，隨著全市經濟社會快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程不斷加快，全市人口、產業(yè)、資源、信息、交通和基礎設施高度集中，城市體量不斷增加，風險不斷積累，加之全球氣候變化日益向極端化趨勢發(fā)展，人為災害與自然災害風險交織疊加，城市安全發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)。

在充分分析自然地理格局及主要災害的基礎上，開展城市災害綜合風險評估，依托ArcGIS從空間角度對災害風險進行識別，提出防災減災救災策略和措施，對于盡快落實以韌性城市為基礎的綜合防災減災規(guī)劃具有較高的科學價值與實踐意義。

1 研究區(qū)域及數據

濟南位于山東省的中部，轄十區(qū)兩縣，南依泰山，北跨黃河，四周與德州、濱州、淄博、泰安、聊城等市相鄰，總面積10244km2，地勢南高北低，依次為低山丘陵、山前傾斜平原和黃河沖積平原，屬于暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，日照充分，轄區(qū)內河流分屬黃河、小清河、海河三大水系。

地震、地質災害、洪澇災害、氣象災害(暴雨、干旱)、火災及重大危險源是影響濟南的主要災害。本文收集的數據主要來源于相關年鑒、網絡與文獻以及刊物，還包括各部門、區(qū)縣的調研與咨詢。

2 基于GIS的濟南市災害綜合風險評估

2.1 指標體系建立

本文基于以往的城市災害綜合風險評估思路且在考慮城市韌性的前提下[1-5]，建立濟南市災害綜合風險評估指標體系，由目標層、準則層、方案層構成。準則層由風險性、暴露性、脆弱性、恢復力等指標構成。

風險性在研究各災害發(fā)生機理、頻次、易發(fā)性等基礎上，結合不同用地類別對災害的承受程度差異化處理，得到各災害風險性分布[6]。方案層的指標為地震災害風險性、地質災害風險性、洪澇災害風險性[7]、氣象災害風險性、火災及重大危險源風險性，如圖 1所示。

圖 1 風險性指標空間分布Fig.1 The spatial distribution of risk index

承載體暴露性方案層的指標為人口密度、經濟密度、生命線系統(tǒng)密度(供水、供電、供氣、供熱)、建筑密度，如圖 2所示。

脆弱性主要包含社會脆弱性和物理脆弱性[8]，其方案層對應的指標為第一產業(yè)比例(社會脆弱性)、老幼人口比例(物理脆弱性)，如圖 3所示。

恢復力主要是指災后的救援能力和減災能力，其方案層的指標為應急疏散能力、應急供水能力、應急醫(yī)療能力[7]、應急消防能力、應急安置能力、居民村民委員會密度，如圖 4所示。

圖 3 承災體脆弱性指標空間分布Fig.3 The spatial distribution of vulnerability indicators of carriers

圖 4 恢復力指標空間分布Fig.4 The spatial distribution of restoring index

2.2 確定指標體系權重及標準化處理

本文采用層次分析法和德爾菲法確定各指標體系的權重，通過專家打分對濟南市災害綜合風險評估指標體系中的各項指標進行權重賦值，得到指標體系如表 1所示。

將17個指標分成正向指標和逆向指標，恢復力方案層中的應急疏散能力、應急供水能力、應急醫(yī)療能力、應急安置能力、居民村民委員會密度等指標是逆向指標，即值越大，恢復力越強，抗災能力越強，災害風險越?。?其余指標為正向指標，即值越大，風險越高。

采用極值標準化方法對指標體系中的原始數據進行標準化處理：

(1)

(2)

式中，xij，yij分別為原始數據和標準化后的數據； max(xij)為最大值； min(xij)為最小值。

利用ArcGIS軟件中ArcGIS Spatial Analyst模塊中的模糊分類工具進行歸一化處理，通過最大值和最小值之間的線性變換函數進行標準化賦值。

2.3 災害綜合風險評估

本研究采用的綜合風險評價模型為：

(3)

式中，R為城市災害綜合風險指數；Fi為第i種指標標準化后的數值；Wi為第i種指標的權重。

根據式(3)對每個準則層對應的方案層進行疊加分析，得到致災因子風險性、承載體暴露性、脆弱性、恢復力等4個準則層的空間分布，如圖 5所示； 通過準則層的疊加計算，得到濟南市災害綜合風險的空間分布，如圖 6所示。

致災因子風險性等級及占比如表 2所示，高風險區(qū)域僅占總面積的2.66%，中等及以下風險區(qū)域占84.66%； 東部的章丘區(qū)風險較高，致災因子主要為地質災害、洪澇災害； 東南部的萊蕪區(qū)和鋼城區(qū)的高風險面積也較大，主要以地震風險及地質災害風險為主。

承載體暴露性等級分布情況如表 3所示，主城區(qū)及衛(wèi)星城的核心區(qū)域暴露性等級高，主要是因為這些區(qū)域經濟密度、人口密度、各類管網等生命線密度、建筑密度等級均較高，總體上高暴露性面積占比較高，在遭遇災害時可能更容易受到較大傷害。

圖 6 濟南市災害綜合風險分布Fig.6 Disaster comprehensive risk in Ji’nan city

表 2 致災因子風險性等級分布Tab.2 The distribution of risk level of disaster causing factors

表 3 暴露性等級分布Tab.3 The distribution of exposure level

表 4 脆弱性等級分布Tab.4 The distribution of vulnerability level

表 5 恢復力等級分布Tab.5 The distribution of restoring level

表 6 災害綜合風險等級分布Tab.6 Distribution of disaster comprehensive risk level

脆弱性等級分布情況如表 4所示，高脆弱性主要集中在章丘區(qū)、歷城區(qū)南部山區(qū)。章丘區(qū)的老幼人口比例相對較高，面對災害時反應慢、應急水平較低； 歷城區(qū)南部山區(qū)第一產業(yè)比例較高，災害發(fā)生時，更容易產生較大損失。

恢復力等級分布情況如表 5所示，濟南市的災害恢復力處于中等偏下水平。主城區(qū)、衛(wèi)星城的核心區(qū)域恢復力水平相對較高，這些區(qū)域的應急醫(yī)療、應急疏散和應急消防設施建設較為完善，在應對城市災害時能夠發(fā)揮應急救援作用，城市郊區(qū)的災害恢復能力與城區(qū)差距明顯，災害發(fā)生時其恢復能力較差，應當加強該地區(qū)的應急能力建設。

濟南市災害綜合風險等級分布情況如表 6所示，東部的章丘區(qū)是綜合風險等級最高的集中區(qū)，該區(qū)域易受到洪澇、地震及地質災害的影響，同時暴露性和脆弱性均處于高等級，災害風險等級影響增加； 歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、天橋區(qū)雖然暴露性和脆弱性等級較高，災害風險也較大，但恢復力水平高于其他地區(qū)，總體上綜合風險水平較低。

3 討論

本文的風險評價指標因子受數據收集的限制，存在著一定的局限性，部分數據精度有待提高，在今后工作中應進一步強化理論研究與數據收集優(yōu)化工作，并在更大范圍進行專家咨詢，完善風險評價指標體系。

在“韌性城市”等先進理念的指導下[9-12]，針對濟南市災害綜合風險識別與評估的結果和未來風險發(fā)展趨勢，遵照多災種防災功能綜合共享的原則，整合各類資源，協(xié)調各項管控措施[13]，使得濟南市的防災從被動的工程性防御走向主動的系統(tǒng)性防御，安全和防災逐步融入城市發(fā)展目標。

4 結論與展望

本文選取了濟南市地震、地質、洪澇、氣象、火災及重大危險源等5個災種，并結合濟南市土地利用、道路、通信、衛(wèi)生、人口和經濟現(xiàn)狀對濟南市國土空間災害綜合風險進行了評估：總體上濟南市災害綜合風險水平較低，高風險區(qū)主要在章丘區(qū)，長清區(qū)、歷城區(qū)、萊蕪區(qū)和市中區(qū)有零星分布。

本文以多災種復合為背景，對承災體面臨的風險性、脆弱性、暴露性以及災后恢復能力進行評估，解決了無法對各致災因子進行統(tǒng)一量化評價的問題，但該評價體系只對濟南市12個區(qū)縣進行了橫向的風險評估，而沒有加入時間序列進行縱向分析，無法模擬災害風險的發(fā)展演化趨勢。在未來的研究中，需要結合城市發(fā)展格局和全球氣候環(huán)境演變等，預測未來的災害風險發(fā)展趨勢，為提高濟南市的災害風險管理水平提供技術支撐。