基于GIS技术在堰塞湖溃决应急管理中的应用

陈欢

摘 要：2008年汶川大地震后堰塞湖为人们广泛关注，由于堰塞湖一般会在较短时间内溃决，其溃坝洪水可能下游给人们的生命和财产带来严重的威胁。因此，如何高效地进行应急管理则显得尤为重要。探讨如何利用GIS技术在堰塞湖溃决应急管理中的应用，为构建堰塞湖溃决应急管理体系的构建提供依据。

关键词：堰塞湖；溃决；应急管理；GIS技术

1.引言

堰塞湖的形成是在一定的自然地质条件下，通过河床之间的动力作用下发生撞击后形成的地质坍塌、山体滑坡等自然灾害，或者由于外界环境的巨大作用如江河中的堆积物、大雨造成的泥石流等物体造成的河流阻断而形成的巨大湖泊，而阻断河流的淤积物体就是堰塞体（曾秀梅 2011）。通常情况下的堰塞体大多是由泥沙和岩石组成的堰塞湖湖岸，其承受湖泊水压力和冲刷作用的能力较弱，在堰塞湖达到一定规模时会破坏堰塞体而形成巨大的洪流，对于河流下流的人和物将造成巨大的破坏（王小波2012）。

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是对空间数据及相关信息进行采集存储、模拟计算、展示分析、管理应用的一种计算机信息系统。它是计算机信息系统的一种工具，但它侧重于近地表空间中的地理数据处理及地理模型分析计算，并通过二维或三维的方式以地图的方式呈现出来，其通常与数据库系统配合使用或者有专门的空间数据库（邬伦等 2001）。GIS技术具有很强的综合性与交叉性，由于其具有空间数据采集、存储、查询、计算、分析、模拟、显示和成果输出等特点，GIS技术已经广泛地被应用在众多领域，包括决策支持、国土资源、交通工程、公共卫生、国防安全、可持续发展、景观规划、物流运输、科学研究、灾害管理等等。

本文着重介绍GIS技术在堰塞湖溃决灾害管理中的应用，灾害发生时，救援指挥中心可运用GIS技术获取高清遥感数据并进行处理、分析及监测等功能用在堰塞湖溃决应急管理中，可快速的响应堰塞湖溃决风险，亦可辅助建立堰塞湖溃决应急管理决策支持系统。

2.堰塞湖应急管理流程

由于GIS技术在数据采集存储、模拟计算、展示分析、管理应用等方面的能力，其在堰塞湖灾害的整个生命周期中不同阶段均可发挥重要作用（张发旺 2008）。基于GIS的堰塞湖灾害应急管理流程如图所示：

3.GIS技术在堰塞湖溃决应急管理中的应用

3.1 堰塞湖溃决的预防与准备阶段

（1）收集完善堰塞湖流域基础地形地貌数据，包括数字高程模型数据、高分辨率卫星遥感影像、无人机航拍影像、行政区划图、河流水系分布专题图、交通道路分布专题图、人口分布专题数据、重要公共设施分布数据、土地利用变化数据等，经过ArcGIS软件进行数据处理后建立基础空间数据库，并导入上述数据进行统一管理；

（2）调查收集整个流域的地质、水文环境数据，包括降雨资料、径流（水位，流量，流速）数据等，根据其影响程度，进行堰塞湖风险评估模型方法的收集与集成，构建模型知识库并对整个流域进行区划与规划，对可能发生堰塞湖灾害并对下游潜在影响较大区域，进行地形地貌及地震灾害的工程性处置；

（3）建立多部门协同工作机制，首先成立堰塞湖应急指挥中心，全面负责堰塞湖治理和下游受影响范围内人员疏散撤离的综合协调工作。根据在堰塞湖灾害应急处置工作的作用不同，其下属管理部门可分为：灾情监测部门、工程应急处置部门、下游人员疏散与安抚部门、宣传与后勤保障部门，这些部门在应急指挥中心统一管理下开展工作。

（4）在多部门协同工作下，根据各部门信息的及时传递和反馈，形成堰塞湖溃决应急管理预案，其中包括人员紧急撤离预案和工程处置措施预案。结合三维GIS系统进行堰塞湖溃决综合分析，得出堰塞湖溃决可能性以及对下游的影响严重性程度，通过堰塞湖灾害风险分析，确定堰塞湖风险等级及风险影响范围而对应进行应急准备的相关工作，交结合GIS系统实时监测数据的变化对应急预案实施动态管理。

3.2 堰塞湖溃决的监测和预警阶段

（1）根据GIS技术在无人机、地理信息监测车等在空陆交通工具中的广泛应用，可以全天时、全天候、全方面的实现堰塞湖地质灾害等灾情的多源空间数据获取，包括基础地图数据、专题地图数据、遥感影像数据、视频照片数据等（曹振宇 2014），再通过GIS技术进行数据处理、灾情信息提取等，可帮助应急管理指挥中心准确全面地了解评估堰塞湖灾情。

（2）GIS技术亦可实现对实时监测数据的处理和更新。通过地面雨量站、卫星监测、埋设水位传感器等手段，实现对堰塞湖上游天气监测和雨量监测，从而可预测堰塞湖的入湖流量，并对堰塞湖水位变化情况进行监测，从可获取水位上升速度和幅度，分析水位距离坝顶高度，发生溢流的可能性及发生时间等。

（3）利用GIS空间分析方法和数字高程模型数据对堰塞体的稳定性或危险性涉及的堰塞体物质组成、堰塞湖库容、堰塞体高度、堰塞湖流域面积4个因素进行分析，从而获取堰塞体稳定性评估（朱军等 2012）。

（4）若堰塞体稳定性评价为高风险时，则需要对要分堰塞湖溃决后果严重性程度进行分析，依据2009年中华人民共和国水利部编写的《堰塞湖风险等级划分标准》，可将堰塞湖溃决损失严重性划分为极严重、严重、较严重和一般，而堰塞湖溃决损失严重性判定也被集成到GIS系统中。

（5）另外，在堰塞湖形成后收集得到的资料齐全时，GIS技术可根据洪水的演进模式不同进行预演和分析，可以分全溃、二分之一溃、三分之一溃、五分之一溃、十分之一溃几种模式，以辅助细化制定不同情况下的应急预案。

（6）根据灾害监测信息以及堰塞湖风险评估分析结果，可以利用GIS自然灾害发布平台系统发布堰塞湖灾害信息。利用直观的地图表达、堰塞湖灾情空间定位、多种专题图叠加分析、灾害演进动态可视化模拟、堰塞湖及下游风险区域的属性信息查询及定位等丰富的GIS功能，传达实时准确的和直观的堰塞湖灾害信息，不仅满足社会及公众对信息资源不断增长的需求，提高了公眾的参与度，还可为政府应急决策提供强有力的支持。

3.3 堰塞湖溃决的应急处置与救援阶段

（1）利用GIS技术实现对信息资源的统一管理以用于堰塞湖溃决应急管理，包括二维三维地图、数字高程模型、水文专题图、道路交通信息、人口分布图、重要公共设施分布、行政区划专题图、多种情形下堰塞湖淹没风险图等基础数据库的建立。在堰塞湖灾害应急处置和救援过程中，决策指挥人员在基础数据支持的情况下，能够快速获得堰塞湖灾害的准确位置以及上下游影响范围内相关地理信息，并通过GIS技术把地图、人口、重要公共设施、交通、医疗、食品、帐篷、车辆等应急资源和设备等信息，直观地展示在二维或三维地图上，快速准确地展示堰塞湖灾害发生、演进、影响的全過程，并通过多种空间分析手段，实现科学、合理地进行应急物资调度和分配，多部门应急人员按照应急管理预案统一协调参与应急救援行动，以提高应急方案执行效率、应急救援能力和资源利用效率。

（2）利用GIS技术接入实时监测数据，可以实现多种情况下堰塞湖溃决模拟分析，进行完备的堰塞湖灾害风险评估。并通过无线和有线网络，实现应急指挥中心与现场应急人员联络，并借助手持终端或外接电子板等辅助工具，以手写、画圈、擦除等多种标注形式在电子地图上进行指挥部署的讨论。可根据实时情况，对堰塞湖溃决应急预案优化，实现实时动态管理。

（3）利用GIS技术把持续调查与监测的数据和堰塞湖应急处置方案执行所需要的所有组织机构空间分布、救援力量空间分布、应急资源的位置和运输路径、人口分布、应急避难场所和堰塞湖位置及所在上下游区域三维地图整合在一起，从而实现将应急数据和应急处置方案紧密结合在一起，并对堰塞湖灾害情况进行实时发布，以有助于更多地吸引公众参与，更好地实施应急救援行动。

3.4 堰塞湖溃决的恢复和重建阶段

（1）GIS技术可用于堰塞湖溃决灾害的损失评估。首先，成立堰塞湖灾害损失专家评估小组，其次利用堰塞湖区域灾前灾后高分辨率遥感影像数据，进行地物、水体等信息提取，结合房屋、交通、重要设施等专题图信息，进行堰塞湖灾害损失评估，分析堰塞湖灾害涉及到的影响范围、灾害人口、道路桥梁等情况。

（2）在进行准确灾害损失评估基础上，组建恢复重建工作机构，研究制定恢复重建实施意见、政策措施和恢复重建方案。

4.结论

通过分析GIS技术在堰塞湖溃决应急管理预防与准备、监测和预警、应急处置和救援、恢复和重建的四个阶段中的应用，初步构建了一个以GIS系统为基础的应急决策支持系统，从而为构建堰塞湖溃决应急管理体系提供依据。但是，在堰塞湖溃决应急管理中特别需要强调的是如何提高获取和处理高分辨率观测数据的能力以及建立多部门之间的统一指挥、协同工作、数据共享的应急响应系统。（作者单位：西南交通大学公共管理与政法学院）

参考文献：

[1] 曹振宇.自然灾害应急测绘信息服务机制与方法[D].武汉大学，2014.

[2] 王小波，向锋.堰塞湖成因与工程地质问题[J].人民长江，2012，43（3）：36-38.

[3] 邬伦，刘瑜，张婧，等.地理信息系统：原理，方法和应用[M].科学出版社，2001.

[4] 堰塞湖风险等级划分标准.中华人民共和国水利部，2009.

[5] 朱军，胡亚，李毅，等.基于虚拟地理环境的堰塞湖溃决风险评估[J].高技术通讯，2012，22（3）：276-281.

[6] 曾秀梅.汶川地震次生山地灾害的经济社会影响研究[D].曲阜师范大学，2011.

[7] 张发旺，孙建平，王建中，等.汶川地震堰塞湖应急管理与预防对策[C].中国科协防灾减灾论坛，2008：12-22.