基于ArcGIS对广东省暴雨洪涝灾害风险的初步研究

林蓉璇,王 鑫

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)



基于ArcGIS对广东省暴雨洪涝灾害风险的初步研究

林蓉璇,王 鑫

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)

选用暴雨洪涝灾害的致灾因子、孕灾因子、承灾因子和防灾减灾能力4个评价指标构建洪涝灾害风险评估体系,运用ArcGIS对广东省暴雨洪涝灾害进行风险区划,结果显示,广东省暴雨洪灾高风险区域主要在粤东、粤西沿海区域和北江中下游清远附近区域。

暴雨；洪涝灾害；风险评估；ArcGIS

目前,全球变暖引发极端天气频发,各地的灾害性天气层出不穷,气候性灾害带来的损失和影响日益增多。分析识别洪水风险,进行洪灾风险区划和风险管理等已经越来越重要,近几年台风暴雨对广东省中小流域防洪安全也带来严重威胁。为了应对越来越严峻的防洪压力,用风险的理念认识和管理灾害可以最大程度减轻灾害的影响程度。

本文拟选用洪涝灾害的致灾因子、孕灾因子、承灾因子和防灾减灾能力4个评价指标构建洪涝灾害风险评估体系,对广东省暴雨洪涝灾害进行风险区划,为暴雨洪涝灾害的减灾防灾工作提供指导意义。

1 区域概况

广东省位于我国大陆南端,地处北纬20°08′～25°32′、东经109°40′～117°20′之间,全省国土面积179 638 km2,约占全国总面积的2.2%。地势大体是北高南低,东西向腹部倾斜。地形变化复杂,山地、丘陵、台地、谷地、盆地、平原相互交错。境内山地、丘陵广布,海拔500 m以上的山地占31.7%,丘陵占28.5%,台地占16.1%,平原占23.7%。

广东省境内水系发育、河流众多。以珠江流域(东、西、北江和珠江三角洲)及属于珠江流域片的河系(韩江流域及粤东、粤西沿海诸小河系)为主,占全省面积99.81%,另有属长江水系的韶关南雄市和始兴县的桃江和章江以及清远市连山县的禾洞水等,面积共339 km2。

2 评价体系的构建和方法

2.1 评价体系

根据《暴雨洪涝灾害风险区划技术规范》,形成暴雨洪涝灾害必须具有以下条件：①存在诱发暴雨洪涝灾害的因素(致灾因子)及其形成洪涝灾害的环境(孕灾因子)；②暴雨洪涝影响区有人类的居住或分布有社会财产(承灾因子 )；③人们在潜在的或现实的暴雨洪涝灾害威胁面前,采取回避、适应或防御洪涝的对策措施(防灾减灾能力)。

基于自然灾害风险形成理论,本研究暴雨洪涝灾害风险的评估体系由致灾因子、孕灾因子、承灾因子和防灾减灾能力4部分共同形成的(见图1)。

图1 暴雨洪涝灾害评估体系示意

2.2 研究方法

1) 加权综合评价方法

加权综合评价法综合考虑各个具体指标对评价因子的影响程度,是把各个具体指标的作用大小综合起来,用一个数量化指标加以集中,计算公式为:

(1)

式中 V是评价因子的值,Wi是指标i 的权重,Di是指标i 的规范化值; n 是评价指标个数。权重Wi的确定可由各评价指标对所属评价因子的影响程度重要性,根据专家意见,结合当地实际情况讨论确定。

2) 归一化方法

暴雨洪涝灾害的致灾因子、孕灾因子、承灾因子 和防灾减灾能力4个评价因子又各包含若干个指标,为了消除各指标的量纲和数量级的差异,需对每一个指标值进行规范化处理。各个指标规范化计算采用公式:

(2)

式中Dij是j区第i个指标的规范化值,Aij是j区第i个指标值,mini和maxi分别是第i个指标值中的最小值和最大值。

3) 自然断点分级法

自然断点分级法用统计公式来确定属性值的自然聚类。公式的功能就是减少同一级中的差异、增加级间的差异。其公式为

(3)

也可表示为：

(4)

式中 A是一个数组(数组长度为N),meani-j每个等级中的平均值。

3 指标分析

3.1 致灾因子分析

降水是引发洪水灾害的直接原因,降水量越大,降水时间越长,降水面积越广,对洪水灾害形成的影响越大。本文利用广东省最大10min、60min、6h、24h、3d点雨量均值等值线图[1-2]对广东省降雨的空间分布进行研究。通过对等值线图进行矢量化后插值得到面雨量,综合考虑广东省的降雨情况,对不同时段的暴雨面雨量进行归一化处理后,进行加权叠加分析,其中24h、6h的权重分别为0.3,60min为0.2,10min和3d的权重分别为0.1,综合加权叠加后得降水致灾危险性指数,利用arcgis10.2中的自然断点分级法[3]对洪水灾害致灾因子危险性进行区划,得到致灾因子危险性指数区划图(见图2)。

图2 暴雨洪涝灾害致灾危险性区划示意

由图2中可以看出,高危险区域在北部的暴雨中心清远附近区域、东部沿海的潮汕地区和西部沿海的阳江市附近区域。

3.2 孕灾因子分析

孕灾因子分析指受到灾害威胁的区域外部环境对灾害的敏感程度。在同等强度的灾害下,敏感程度越高,灾害所造成的破坏越严重,灾害的风险也越大。通过洪灾的形成分析,下垫面的情况是影响洪灾形成的重要因素,本文主要从地面高程、坡度、水系3个方面研究下垫面的对洪灾形成的敏感性分布,地势越低、地形变化越小的平坦地区不利于洪水的排泄,容易积水成涝。河网越密集,距离河流、湖泊、大型水库等越近的区域遭受洪水灾害的风险越大。

参考相关文献研究[4-6]的结果,对地面高程、坡度和水系3大因子进行权重划分,分别取0.3、0.4、0.3,之后采用加权综合评价法得到广东省孕灾因子敏感性分布区划图(见图3)。由图3可知,敏感性较大的区域多集中在珠三角河网区,粤东粤西少量区域和韶关清远部分区域。这主要是因为珠三角区域河网密集,地形平坦。

图3 暴雨洪涝灾害孕灾敏感性区划示意

3.3 承灾因子分析

承灾因子指可能受到灾害威胁的所有人员和财产的破坏程度。一个区域人口和财产越集中,易损性越高,可能遭受潜在损失越大,灾害风险也越大。

暴雨灾害造成的危害与承受暴雨洪涝灾害的载体有关,它造成的损失大小一般取决于当地的经济、人口密集程度。根据广东省2012年的社会经济统计数据(以县为单元的行政区域土地面积、GDP、年末总人口、耕地面积)得到地均GDP、地均人口、耕地面积比重3个易损性评价指标。对这些指标进行归一化处理后进行加权综合分析(参考相关文献[7-9]得到这3个指标的权重分别为0.3,0.4,0.3),通过加权综合评价得广东省暴雨灾害承灾因子易损区划图(见图4),从图4可知,珠三角区域易损性较高,主要因为其经济发展较好,人口较为密集,北部山区易损性较低,主要是因为当地人口密度较小,经济发展较落后。

3.4 防灾减灾能力

防灾减灾能力主要反映受灾区域对洪涝灾害的抵御恢复程度。包括应急管理能力、减灾投入资源准备等。防灾减灾能力越高,可能遭受的潜在损失越小,灾害风险越小。防灾减灾能力为应对暴雨洪涝灾害所造成的损害而进行的工程和非工程措施。这些措施和工程的建设必须要有当地政府的经济支持,因此防灾减灾能力主要通过人均GDP进行反映。由2012年各县人均GDP得暴雨洪涝灾害防灾减灾能力区划图(见图5)。

从图5可知,珠三角区域的抗灾能力较强,湛江、云浮、清远、韶关、梅州和揭阳等区域抗灾能力较弱。

图5 暴雨洪涝灾害防灾减灾能力区划示意

3.5 暴雨洪涝灾害风险区划

综合考虑致灾因子、孕灾因子、承灾因子和防灾减灾能力4个指标对暴雨洪涝灾害风险的构成所起作用的不同,参考已有相关研究[5-8]的层次分析法和专家打分法的结果,结合广东省的历史灾情,对各个因子进行权重划分,分别为0.35、0.35、0.15和0.15,综合加权叠加后结果见图6。可见,广东省暴雨洪灾主要发生在粤东、粤西沿海区域。北江下游清远附近也是受灾较为严重的区域,全省的危险区域分别由南至北减弱,主要是因为南部沿海区域受台风暴雨影响大,且沿海区域河网密集,地形平坦,易于发生内涝,同时沿海区域较北区山区经济发生水平高,人口密集,受灾损失较大。珠江三角洲区域由于其防灾减灾能力较强,其风险较粤东粤西沿海区域小。

图6 暴雨洪涝灾害风险区划示意

4 结论和讨论

本文基于ArcGIS,对暴雨洪涝灾害的致灾因子、孕灾因子、承灾因子和防灾减灾能力进行分析,考虑4个评价因子的综合作用,得到广东省暴雨洪涝灾害的风险区划。从风险区划的初步结果可以看出,广东省暴雨洪灾主要发生在粤东、粤西沿海区域和北江中下游清远附近区域。

暴雨洪涝灾害的影响因子较多,鉴于资料的局限性,本文只采用了4个评级因子进行评估区划,在以后的实际运用和研究中可进一步优化评价模型,增加评价因子,提高风险区划的精度。

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(本文责任编辑 王瑞兰)

Preliminary Study about Guangdong Flood Disaster Risk Based on ArcGIS

LIN Rongxuan ,WANG Xin

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute,Guangzhou 510635,China)

The flood disaster risk evaluation system was built with four index which is flood hazard-form factors, flood hazard-breeding circumstance, flood hazard-bear circumstance and the capacity of flood resistant. ArcGIS was used to evaluate the flood Disaster risk in Guangdong. The result showed that the high risk regions were Qingyuan and the coastal area in the eastern and western of Guangdong.

rain； flood disaster；risk evaluation；ArcGIS

2016-05-10;

2016-06-15

林蓉璇(1987),女，本科，工程师，从事水利规划设计工作。

P208.2；P426.616

A

1008-0112(2016)05-0041-05