采用核密度分析方法对山洪灾害风险区划进行研究

袁凤萍 毛燕清 傅玮佳

（1.江西省矿产资源保障服务中心 江西南昌 330009；2.江西省自然资源测绘与监测院 江西南昌 330002；3.江西核工业测绘院集团有限公司 江西南昌 330006）

1 引言

山洪是指发生在山区溪流中速度快、强度大的地表径流，突发性强、水量集中，冲刷破坏力大，常造成局部性灾害[1-2]。国内外众多学者开展了山洪灾害的研究分析工作，包括成因及特征分析、风险评估与制图、防治和预警预报等方面[3-4]，较多学者主要研究构建灾害易损性指标体系，主要包括人口密度、房屋资产、耕地面积比重等人口与经济财产条件。本文主要利用2013年-2017年的山洪灾害调查评价成果数据，进行空间集聚性分析及山洪灾害风险区划研究，研究成果可进一步指导山洪防治工作。

江西地处东亚季风区，多年平均降水量为1400mm～1900mm,省内以山区、丘陵为主，溪河密集，山洪灾害频发，几乎每年都有不同程度的山洪灾害发生[2]。编制省级山洪灾害调查评价成果图，有利于防汛工作人员直观地了解各地的山洪灾害防治情况、山洪灾害分布情况和非工程措施建设情况，有利于对山洪灾害的内在规律和空间分布形成更为清晰的认识。本文运用ArcGIS 提取基础与专题GIS 数据，将GIS 数据与山洪灾害风险评估相结合，制作山洪灾害调查评价成果图。

2 研究方法

制作省级山洪灾害调查评价成果图，采用ArcGIS 软件,提取山洪灾害调查评价成果危险区、水利工程、自动监测站点、历史山洪灾害点等作为专题数据，提取最新年度基础性地理国情监测数据、省地图集等道路、河流、行政区作为基础数据，将数据格式转换、空间坐标统一，转换为CorelDraw 格式文件，搭配与山洪灾害防治主题相适宜的业务图表和文字说明，形成大版图数据。

3 技术路线

山洪灾害调查评价成果图制作的步骤包括：资料收集与分析、施工方案及施工组织设计编写、开展技术培训、各类数据资料预处理检查合格后进行要素取舍与制图综合、风险评价示意图制作，检查合格后打印、送审，根据送审意见修改后申请验收，验收通过后提交成果,如图1。

图1 技术路线图

编制洪水风险评价图需收集较大比例尺的普通底图数据及危险区、河道地形等专题数据，基本资料收集了最新的江西省基础性地理国情监测成果数据，比例尺为1∶10000，成果中的水系、居民地、交通、境界等要素，适用于地理底图的编制。收集了2008年中国地图出版社出版的《江西省地图集》普通地图大版图数据，用于地理底图的编制，工作底图的制作是洪水风险评价图编制的基础。

专题要素部分主要表示水利工程、危险区、高危险区、极高危险区、危险区分布高密度区、危险区分布中密度区、山洪灾害基本情况统计表、柱状图、文字说明等专题要素。

4 风险评价图编制

风险评价图包括工作底图加工、专题数据整合、危险区聚集程度图生成、柱状图、山洪灾害调查评价成果说明文字表示，危险区情况统计表资料整理、制作与整饰，其中专题数据整合和危险区聚集程度图的生成是关键。

4.1 工作底图加工

采用1∶10000 地理国情监测数据库，将区域内所有县（市、区）及其相邻县域的GDB 数据分层合并，将水系、道路、铁路层按属性字段进行融合，使得同一条水系或者交通线路连成一条线。按照区域境界外扩50mm（图上距离）后按矩形框进行裁切。将水系、道路等各种数据按照GB 字段分类导出，各种类型的道路、水系等数据分开并分出相应的层。最终导出DXF 文件，根据图幅比例尺大小自由导出CorelDraw 文件，大大减少地理底图数据制作的工作量。

4.2 专题要素的批量导入

在ArcGIS 中将专题要素按照坐标展点，生成SHP 格式的点文件。将专题要素以及境界一起导入吉威软件，使用属性转注记功能将需要标注的要素转出注记，然后将所有图层一起导出DXF 格式的文件,再根据图幅比例尺大小自由导出CorelDraw 文件，根据导入的境界与原图的境界进行套合即可将专题要素放到图中相应的位置。在CorelDraw 软件中根据设计书设定的符号和注记的大小及用色批量转换符号及注记。

4.3 危险区聚集程度图制作

危险区数据的表示是山洪灾害风险评价图的重点，根据山洪灾害洪水风险调查评价成果数据，我省有9352 个危险区，密集分布在全省各个区域，将危险区数据进行核密度分析，直观反映危险区空间分布及聚集程度。

核密度分析是根据输入的要素数据集计算每个输出像元周围的点要素的密度，生成结果为一个连续的密度表面，通过数据聚集情况直观反映指标的分布情况，能用来显示地理数据活动发生的高密度或高聚集区域。核密度的计算公式如下：

式中，h为带宽，主要是为了控制核密度估计的平滑程度，其选取原则是均方误差最小，一般可由作图软件自动选择；n为观测值的个数；Kern 为核密度函数。

归一化处理在于将不同指标的绝对数值转化成相对值，消除计量单位的影响并使各指标具有同等的数量级。归一化公式为：

式中：xi为归一化前指标值；Xmin为某一指标数据中的最小值;Xmax为某一指标数据中的最大值，Xi为归一化后的指标值。

将研究区域内的危险区作为评价指标，危险区的定义如表1 所示，设置合理的搜索半径，经核密度分析、归一化处理后生成高密度风险区区域及中密度风险区区域。经过等值线分析计算后，高密度风险区区域为1794.97km2,占全省总面积的1.07%；中密度风险区区域为24118.5km2，占全省总面积的14.43%，如表2 所示。高密度风险区区域采用红色表示，中密度风险区区域为橘色，低风险区域留白表示，如图2。风险区主要聚集在景德镇市、上饶市东北、宜春市西部区域，符合该区域地形地貌特征及山洪灾害调查实际情况。

表1 危险区定义

表2 危险区分布统计

图2 危险区核密度分析图

5 结论

5.1 基础资料的准确性

本文选用了现势性强、内容详实、权威、可靠的基础性地理国情监测数据作为底图数据，确保基础资料准确。

5.2 明确地图展示的内容

江西省山洪灾害调查评价成果危险区分布图上明确了地图展示的内容，考虑图幅载荷量，表示了乡镇及以上政府驻地，选择表示危险区周边的企事业单位；表示了高速公路、铁路、国道、省道；表示了河流大中型水库；表示了机场、山峰；使得图面清晰可读。

5.3 提高地图制作的可行性

风险分布图的制作目的在于准确表达山洪灾害重点关注区，本文引入的空间核密度分析方法能有效地展示出山洪灾害分布特征，通过数据分析、制图表达，搭配统计表、柱状图，山洪灾害调查评价成果说明文字表示，危险区情况统计表制作；其中柱状图表示遇到图中个别行政区的数值同其他的行政区相差巨大，采用了柱状断层图来表示，清晰明了地展示了各专题要素。