基于GIS的区域洪水灾害风险评价_陈华丽 (1)

　　文章编号:1001-4179(2003)06-0049-03

人　民　长　江

Yangtze　RiverVol.34,No.6June,2003

基于GIS的区域洪水灾害风险评价

陈华丽　陈　刚　丁国平

1

2

3

(1.中国地质大学研究生院,湖北武汉430074;　2.中国地质大学工程学院,湖北武汉430074;　3.大学

地球科学系,)

摘要:区域洪水灾害风险评价是洪灾评估和管理的重要内容。综合考虑致灾因子、自然以及社会的作用,从洪水灾害危险性以及社会经济易损性两个角度出发,基于地理信息系统(GIS),采用易、快的因子叠加分析法对研究区(湖北省)进行区域洪水灾害风险评价,实现各种指标定量描述和综合,得出湖北省洪水灾害综合风险评价结果。研究结果表明区内洪水灾害风险性比较大的区域,集中在江汉平原的襄樊盆地的大部分平原核心地区,与实际情况能较好地符合,精度较高。

关　键　词:风险评价;洪水灾害;区域地理信息系统;因子叠加分析中图分类号:P208　　　文献标识码:A

叠加操作,并进行分类从而得到相应的结果。

1　概述

洪水灾害是一种突发性强、频率高、分布区域广的严重自然灾害。在我国,约有50%的人口和70%的财产分布在洪水威胁

区内,每年因此所造成的损失十分巨大,而且明显呈上升趋势[1]。为达到有效的抗洪救灾的目的,如何进行洪水灾害的快速、全面、合理的风险评价是洪水灾害评估和管理的重要内容。

洪水灾害评价涉及到天气因素(如降水)、下垫面因素(如地形及河网、湖泊和水库的分布)和区域社会经济发展状况(如人口、耕地面积以及国内生产总值等),而这些因素均具有较强区域差异性,表现为空间数据,而地理信息系统作为空间数据管理与分析的重要技术方法,对洪水灾害评价有着极大的支持与辅助作用。

本文综合考虑致灾因子、自然以及社会的作用,并结合历史灾情资料,从洪水灾害危险性以及社会经济易损性两个角度出发,在运用GIS软件的基础上用因子叠加分析法对研究区(湖北省)进行洪水灾害风险区域评价

[2]

2.1　评价指标的选择

洪水灾害危险性主要取决于天气因素和下垫面[2]因素。本区暴雨洪水是主要的洪水类型,下垫面因素以地形及河网、湖泊

和水库的分布对洪水危险性影响最大,故主要考虑降水、地形、河网(河流、湖泊、水库)以及历史上洪灾发生的频次情况等4个因素来进行危险性的评价。

社会经济易损性由于资料的,仅采用人口、耕地面积以及国内生产总值等3个指标作为洪水灾害社会经济易损性大小的表征指标。

2.2　各评价因子对洪水灾害的影响度分析

(1)研究区降水的时空分布特征及对洪水危险程度的影响。研究区属亚热带季风气候区,大部分地区年降水量介于800～1600mm之间,分布趋势由南往北呈递减,鄂西南最多,达1200～1600mm,其中海拔1884.3m的绿葱坡年均降水量达1828.6mm。

本研究在评价过程中,综合考虑降水量和降水强度的因素:根据降水量越大、年暴雨日数越多对洪水形成所做的贡献也越大的原则,确定出降水因子对洪水灾害形成的影响度标准(见表1)。据此并综合降水量以及降水强度(年暴雨日数)两个图层,利用ARC INFO得到研究区降水影响因子图(见图1)。

表1　综合降水因子影响度关系

年暴雨日数 d小于22～4大于4

年降水量 mm

<8000.40.5

0.6

800～1200

0.50.6

0.7

1200～1600

0.60.7

0.8

>16000.70.8

0.9

,并对结果进行分析和讨论。

2　研究区洪水灾害风险评价

洪水灾害系统由于受到天、地、人等多种条件的约束和众多

复杂因素的影响和干扰,是一个典型的复杂系统[3]。不同的评价方法所得到的结果可能不同,因此选择简单、易于操作同时精度又高的评价方法是很有必要的。目前国内外提出的关于各种评价的方法很多,如专家评价法、经济分析法、运筹学和其他数学方法等[4]。

鉴于因子叠加法易、快的特点,本研究采用该法进行评价。其基本步骤为:①确定评价指标;②确定各评价指标对洪水灾害的影响程度;③在1和2的基础上以栅格作为评价基本单元,利用GIS软件空间分析功能模块提供的图层叠加功能进行

收稿日期:2003-03-24

作者简介:陈华丽,女,中国地质大学研究生院,硕士研究生。50

　　　人　民　长　江2003年

很大程度上决定了评价区域遭受洪水侵袭的难易程度。在分析过程中,通过对河网建立缓冲区,不同的缓冲区宽度代表不同地段受洪水侵袭的难易程度也不一样。本文分别对河流以及湖泊、水库建立了两级缓冲区,缓冲区的宽度则综合考虑河流的级别、所处的地形,河流的地形属性是通过河流、湖泊图层与地形分级图层叠加分析得到。具体等级的划定以及宽度的确定见表3、4。另外根据历史上洪水的强度情况(根据长江、汉江沿岸的历史溃口扇以及1998年特大洪水期间的遥感影像),特对长江(枝江以下)段以及汉江中下游(钟祥以下)的河段的缓冲区的宽度作了特别的规定(见表5),以更加符合客观实际。

图1　研究区降水影响因子

表3　各级河流缓冲区宽度值

河流级别

一级缓冲区干流　　　　　　　　　一级支流　　　　　　　其它各级支流二级缓冲区干流　　　　　　　　　一级支流　　　　　　　其它各级支流

地形高程 m

<100612108

100～200

31086

200～500

4328

500～800

3212

≥800210.721.5

km

　　(2)研究区地形特征及其对洪水危险性的影响。研究区地

势起伏较大,最高点神农架林区的神农顶(海拔3105.4m)最低点黄梅县的龙感湖湖底(海拔10m);区内地貌类型复杂,既有中山、低山、丘陵、盆地和平原等一般类型,也有河流、喀斯特、红层和古冰川等特殊地貌。中部平原(主要为江汉平原)向周围山地逐级上升,呈向南敞开的马蹄形不完整盆地。

地形与洪水危险程度密切相关。地形高程越低,地形变化越小,越容易发生洪水。地形高程利用高程分布图(利用ARC INFO以1∶25万地形底图为基础生成TIN,按250m×250m进行栅格化得到研究区数字高程模型,并进行分类而得到)。地形变化通常用坡度来表征,但是目前的GIS软件进行坡度计算的原理是仅考虑相邻栅格的高程变化程度,而实际上影响洪水危险程度大小的是一定范围内的地形变化,故采用高程相对标准差(利用ARC INFOGRID模块中提供的FOCALSTD函数)来取代坡度。标准差越小,表明该处附近地形变化也越小,越容易形成洪水。根据计算得到的均值和方差,确定出如下3级:一级(小于23.78),二级(23.78～.20),三级(大于.20)。

根据地形因子中绝对高程越低、相对高程标准差越小,洪水危险性程度越高的原则,确定综合地形因子与洪水危险程度关系(见表2)。综合地形高程栅格图层与地形相对高程标准差图层,并根据表2确定的地形综合影响因子,得到综合地形影响因子图(见图2)。

表2　综合地形因子影响度关系

地形标准差一级二级三级

地形高程 m

<1000.90.80.7

100～2000.80.70.6

200～5000.70.60.5

500～8000.60.50.4

>8000.40.30.2

表4　湖泊、水库缓冲区宽度值

缓冲区级别一级缓冲区二级缓冲区

地形高程 m

<100410

100～200

38

200～500

26

500～8001.

km≥80012

表5　长江(枝江以下)、汉江中下游(钟祥以下)缓冲区宽度值

km

河　流长江一级缓冲区

　　二级缓冲区汉江一级缓冲区　　二级缓冲区

地形高程 m

<100100～2008

16614

614412

200～500512310

500～80041029

≥8003918

在利用ARC INFO的BUFFER功能分别得到河流、湖泊(水库)的缓冲区后,再利用其提供的栅格化(GRID)功能,以250m×250m为栅格单元的大小,把相应的多边形文件转换为栅格文件,并合并两者,得到综合缓冲区分布(见图3)。根据距离河流、湖泊(水库)距离越近,洪水危险性越大的原则,确定各级缓冲区对洪水危险性的影响度:一级缓冲区为0.9,二级缓冲区为0.8,非缓冲区为0.5。

图2　研究区综合地形影响因子

(3)河网分布以及对洪水危险程度的影响。河网的分布在

图3　研究区河网(河流、湖泊和水库)综合缓冲区分布

第6期陈华丽等:基于GIS的区域洪水灾害风险评价

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(4)研究区历史洪涝灾害分布以及对洪水危险性程度的影响。湖北省历史洪涝灾害的分布可通过盛夏洪涝灾害频次分布

图来反映。根据频次越高,洪水危险性也越大的原则,确定出如下的历史洪涝灾害对洪水危险性的影响度:小于4次的区域为0.6,4～8次的区域为0.7,8～12次的区域为0.8,大于12次的为0.9。据此并利用ARC INFO得到研究区历史洪涝灾害对洪水灾害危险性的影响度分布图(见图3)。(5)研究区社会经济指标分析以及对洪水灾害的影响。根据研究区2000年统计年鉴[5,6]中的各县市耕地面积、人口分布以及国内生产总值分布的统计数据,把各项数据输入计算机并做成DBF数据库,然后在ARCVIEW中,根据关键字—各县市的名字,把DBF库中的统计数据JOIN到已经数字化了的研究区政区分布图中的相应区域的属性库中,并根据相应的统计数据得到湖北省各县市耕地面积百分比(某县耕地面积与国土面积的百分比)、人口密度以及国内生产总值密度分布图。图中的分类标准是基于各组统计数据的均值和标准差。

根据人口密度越大、耕地面积百分比越大、国内生产总值密度越高,其洪灾易损性也越高的原则,结合图1、2、3,确定出各因子对洪灾的影响度(见表6)。

表6　人口密度分布、耕地面积百分比

因子名称人口密度分布　　耕地面积百分比　国内生产总值密度

分类等级

10.50.50.5

20.60.60.6

30.70.70.7

40.80.80.8

50.90.90.9

图4　风险评价结果(因子叠加分析法)

洪,也由于人口经济和耕地密度小,其造成的损失也不大,所以

其洪水灾害风险性最低。图4的分辨率比较高,图中除了体现明显的风险性比较高和低的趋势外,还体现出了一些细节,如山区河谷低洼地带的风险性明显的比邻近地区要高;对于自平原地区向岗地、高山地区风险性的变化趋势也比较明显,较好地符合实际情况,精度较高。

3　讨论

(1)由于洪水灾害形成的复杂性,影响因子众多,要完全定量分析洪灾风险有一定困难,有待于进一步完善。

(2)评价指标的实现可与地理信息系统有机结合,本文利用ARC INFO的空间分析各模块功能,实现了各种指标的定量描述和综合。

(3)根据具体情况,指标体系需进行改进,以便对每一种发生的概率进行描述,从而达到时空分析评价的目的。

(4)本文的洪水灾害风险评价不仅仅是研究区的一个项目,它也可以作为一个典范向各地(更大或更小区域)推广,以实现不同尺度的分级系统用于不同层次的决策,从而更好地实现对洪水灾害的评估和管理。

2.3　研究区洪水灾害危险性评价以及风险评价

基于上述的各个因素的分析,利用ARC INFO提供的栅格叠加和空间分析功能,首先叠加各危险性因子,得到研究区洪水灾害危险性评价;同样的通过叠加各社会经济指标得到该区社会经济易损性评价结果;最后,综合叠加危险性图以及社会经济易损性图得到研究区的洪水灾害风险评价结果图(见图4)。由评价结果图4可以发现:研究区内洪水灾害风险性比较大的区域集中在江汉平原和襄樊盆地的大部分平原核心地区(风险值为4);同时还反映了平原的周边的次平原和低岗地次之(风险值为3);鄂西、鄂东北和鄂东南大部分山区洪水灾害风险性较低(风险值为2);神农架高山地区风险性最低(风险值为1)的分布趋势。平原核心地区地势低洼,又靠近主干河道或大型湖泊,同时也是人口经济密度最大的地区,所以其洪水灾害风险性自然最高;而在高山地区,由于地势高,水流疏散快,而且远离过境客水主干河流,洪水主要来自本地降水,即使有时爆发山

参考文献:

[1]　周寅康.流域性洪涝及其指标研究.灾害学,1995,(3).[2]　万庆等.洪水灾害系统分析与评估.北京:科学出版社,1999.[3]　魏一呜,杨存键,金菊良.洪水灾害分析和评估的综合集成方法.水

科学进展,1999,10(3).

[4]　顾基发.评价方法综述,科学决策与系统工程.北京:中国科学技术

出版社,1990.

[5]　湖北省统计局编.湖北统计年鉴.北京:中国统计出版社,2000.[6]　湖北农村统计年鉴编辑委员会编.湖北农村统计年鉴.北京:中国

统计出版社,2000.

(编辑:赵凤超)

·简讯·

汉江水环境监测中心切实加强“非典”时期水质监测

　　汉江水环境监测中心认真落实水利部《关于进一步加强水资源保护确保供水安全的紧急通知》和水利部水文局《关于加强江河湖库水质监测工作的通知》精神,对“非典”时期丹江口水库的水质监测进行了认真研究部署,采取措施,切实加强水环境监测工作。①加强了汉江上游的水环境监测。由于丹江口水库主要来水是汉江,该中心首先对汉江上游旬河进行了水环境调查与监测,并在旬阳部署了监测断面,与旬阳向家坪水文站、白河水文站保持密切联系,一旦发现疫情,立即进行跟踪监测。②

增加了入江排污口的水质监测,对丹江口沙沟河排污口进行了监测,并制定了应急监测方案。③加强了丹江口水源区的水质监测。该中心除了对地表水水源区进行常规监测外,2003年5月中旬还对丹江口地下水饮用水源区进行了水质监测,并将监测结果向地方进行了通报。④该中心积极与地方联系,按照当地的部署,做好了水源区水质监测的各项准备工作,并密切关注丹江口水库的水质动态变化,做好水污染事故的动态监测。(刘颜惠)