基于ArcGIS的济南市灾害综合风险评估研究

赵 民， 胡文奎， 李 涛

(济南市勘察测绘研究院， 山东 济南 250000)

0 引言

新时代，济南汇聚“黄河流域生态保护和高质量发展战略、全国新旧动能转换起步区、中国(山东)自由贸易试验区”三大国家战略，面临全新的机遇与挑战，随着全市经济社会快速发展和城镇化进程不断加快，全市人口、产业、资源、信息、交通和基础设施高度集中，城市体量不断增加，风险不断积累，加之全球气候变化日益向极端化趋势发展，人为灾害与自然灾害风险交织叠加，城市安全发展面临重大挑战。

在充分分析自然地理格局及主要灾害的基础上，开展城市灾害综合风险评估，依托ArcGIS从空间角度对灾害风险进行识别，提出防灾减灾救灾策略和措施，对于尽快落实以韧性城市为基础的综合防灾减灾规划具有较高的科学价值与实践意义。

1 研究区域及数据

济南位于山东省的中部，辖十区两县，南依泰山，北跨黄河，四周与德州、滨州、淄博、泰安、聊城等市相邻，总面积10244km2，地势南高北低，依次为低山丘陵、山前倾斜平原和黄河冲积平原，属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明，日照充分，辖区内河流分属黄河、小清河、海河三大水系。

地震、地质灾害、洪涝灾害、气象灾害(暴雨、干旱)、火灾及重大危险源是影响济南的主要灾害。本文收集的数据主要来源于相关年鉴、网络与文献以及刊物，还包括各部门、区县的调研与咨询。

2 基于GIS的济南市灾害综合风险评估

2.1 指标体系建立

本文基于以往的城市灾害综合风险评估思路且在考虑城市韧性的前提下[1-5]，建立济南市灾害综合风险评估指标体系，由目标层、准则层、方案层构成。准则层由风险性、暴露性、脆弱性、恢复力等指标构成。

风险性在研究各灾害发生机理、频次、易发性等基础上，结合不同用地类别对灾害的承受程度差异化处理，得到各灾害风险性分布[6]。方案层的指标为地震灾害风险性、地质灾害风险性、洪涝灾害风险性[7]、气象灾害风险性、火灾及重大危险源风险性，如图 1所示。

图 1 风险性指标空间分布Fig.1 The spatial distribution of risk index

承载体暴露性方案层的指标为人口密度、经济密度、生命线系统密度(供水、供电、供气、供热)、建筑密度，如图 2所示。

脆弱性主要包含社会脆弱性和物理脆弱性[8]，其方案层对应的指标为第一产业比例(社会脆弱性)、老幼人口比例(物理脆弱性)，如图 3所示。

恢复力主要是指灾后的救援能力和减灾能力，其方案层的指标为应急疏散能力、应急供水能力、应急医疗能力[7]、应急消防能力、应急安置能力、居民村民委员会密度，如图 4所示。

图 3 承灾体脆弱性指标空间分布Fig.3 The spatial distribution of vulnerability indicators of carriers

图 4 恢复力指标空间分布Fig.4 The spatial distribution of restoring index

2.2 确定指标体系权重及标准化处理

本文采用层次分析法和德尔菲法确定各指标体系的权重，通过专家打分对济南市灾害综合风险评估指标体系中的各项指标进行权重赋值，得到指标体系如表 1所示。

将17个指标分成正向指标和逆向指标，恢复力方案层中的应急疏散能力、应急供水能力、应急医疗能力、应急安置能力、居民村民委员会密度等指标是逆向指标，即值越大，恢复力越强，抗灾能力越强，灾害风险越小； 其余指标为正向指标，即值越大，风险越高。

采用极值标准化方法对指标体系中的原始数据进行标准化处理：

(1)

(2)

式中，xij，yij分别为原始数据和标准化后的数据； max(xij)为最大值； min(xij)为最小值。

利用ArcGIS软件中ArcGIS Spatial Analyst模块中的模糊分类工具进行归一化处理，通过最大值和最小值之间的线性变换函数进行标准化赋值。

2.3 灾害综合风险评估

本研究采用的综合风险评价模型为：

(3)

式中，R为城市灾害综合风险指数；Fi为第i种指标标准化后的数值；Wi为第i种指标的权重。

根据式(3)对每个准则层对应的方案层进行叠加分析，得到致灾因子风险性、承载体暴露性、脆弱性、恢复力等4个准则层的空间分布，如图 5所示； 通过准则层的叠加计算，得到济南市灾害综合风险的空间分布，如图 6所示。

致灾因子风险性等级及占比如表 2所示，高风险区域仅占总面积的2.66%，中等及以下风险区域占84.66%； 东部的章丘区风险较高，致灾因子主要为地质灾害、洪涝灾害； 东南部的莱芜区和钢城区的高风险面积也较大，主要以地震风险及地质灾害风险为主。

承载体暴露性等级分布情况如表 3所示，主城区及卫星城的核心区域暴露性等级高，主要是因为这些区域经济密度、人口密度、各类管网等生命线密度、建筑密度等级均较高，总体上高暴露性面积占比较高，在遭遇灾害时可能更容易受到较大伤害。

图 6 济南市灾害综合风险分布Fig.6 Disaster comprehensive risk in Ji’nan city

表 2 致灾因子风险性等级分布Tab.2 The distribution of risk level of disaster causing factors

表 3 暴露性等级分布Tab.3 The distribution of exposure level

表 4 脆弱性等级分布Tab.4 The distribution of vulnerability level

表 5 恢复力等级分布Tab.5 The distribution of restoring level

表 6 灾害综合风险等级分布Tab.6 Distribution of disaster comprehensive risk level

脆弱性等级分布情况如表 4所示，高脆弱性主要集中在章丘区、历城区南部山区。章丘区的老幼人口比例相对较高，面对灾害时反应慢、应急水平较低； 历城区南部山区第一产业比例较高，灾害发生时，更容易产生较大损失。

恢复力等级分布情况如表 5所示，济南市的灾害恢复力处于中等偏下水平。主城区、卫星城的核心区域恢复力水平相对较高，这些区域的应急医疗、应急疏散和应急消防设施建设较为完善，在应对城市灾害时能够发挥应急救援作用，城市郊区的灾害恢复能力与城区差距明显，灾害发生时其恢复能力较差，应当加强该地区的应急能力建设。

济南市灾害综合风险等级分布情况如表 6所示，东部的章丘区是综合风险等级最高的集中区，该区域易受到洪涝、地震及地质灾害的影响，同时暴露性和脆弱性均处于高等级，灾害风险等级影响增加； 历下区、市中区、槐荫区、天桥区虽然暴露性和脆弱性等级较高，灾害风险也较大，但恢复力水平高于其他地区，总体上综合风险水平较低。

3 讨论

本文的风险评价指标因子受数据收集的限制，存在着一定的局限性，部分数据精度有待提高，在今后工作中应进一步强化理论研究与数据收集优化工作，并在更大范围进行专家咨询，完善风险评价指标体系。

在“韧性城市”等先进理念的指导下[9-12]，针对济南市灾害综合风险识别与评估的结果和未来风险发展趋势，遵照多灾种防灾功能综合共享的原则，整合各类资源，协调各项管控措施[13]，使得济南市的防灾从被动的工程性防御走向主动的系统性防御，安全和防灾逐步融入城市发展目标。

4 结论与展望

本文选取了济南市地震、地质、洪涝、气象、火灾及重大危险源等5个灾种，并结合济南市土地利用、道路、通信、卫生、人口和经济现状对济南市国土空间灾害综合风险进行了评估：总体上济南市灾害综合风险水平较低，高风险区主要在章丘区，长清区、历城区、莱芜区和市中区有零星分布。

本文以多灾种复合为背景，对承灾体面临的风险性、脆弱性、暴露性以及灾后恢复能力进行评估，解决了无法对各致灾因子进行统一量化评价的问题，但该评价体系只对济南市12个区县进行了横向的风险评估，而没有加入时间序列进行纵向分析，无法模拟灾害风险的发展演化趋势。在未来的研究中，需要结合城市发展格局和全球气候环境演变等，预测未来的灾害风险发展趋势，为提高济南市的灾害风险管理水平提供技术支撑。