重慶地區(qū)洪澇災害的模糊評價模型

在自然災害中，氣象災害對經(jīng)濟的經(jīng)濟損失尤其嚴重。世界各國先后實施了一系列防災響應措施，在自然災害的成因、發(fā)生發(fā)展規(guī)律、新技術(shù)、綜合防災措施等方面取得了巨大成功。區(qū)域天氣影響評估在我國的災害救助中發(fā)揮著重要作用。這不僅是我們識別災害、預測災害發(fā)生、制定防治對策、評估損失、實施防災措施和管理制度的基礎(chǔ)，也是對風險區(qū)域土地的合理使用和投資、災害保險的建立、保險成本率的確定和政府的輔助決策非常重要。近年來，隨著評估內(nèi)容、規(guī)模、評價方法、技術(shù)、自然災害系統(tǒng)理論體系的建立，許多專家和科學家在不同角度上進行了研究，為我們對氣候變化的評價奠定了堅實的基礎(chǔ)。作者在前人災害評估方面取得的成果的基礎(chǔ)上，借鑒了目前相對成熟的災害風險評估方法，以重慶地區(qū)典型的洪水災害為例，從災害環(huán)境、災害可能性和承擔者脆弱性三個方面選擇了評價要素。采用macifoprofessional軟件和模糊評估方法，對區(qū)域天氣災害的評估和劃分進行了系統(tǒng)探討。1西部地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀重慶市東鄰湖北、湖南,南靠貴州,西接四川,北連陜西,地處較為發(fā)達的中東部地區(qū)和資源豐富的西部地區(qū)的結(jié)合部,是長江上游最大的經(jīng)濟中心、西南工業(yè)重鎮(zhèn)和水陸交通樞紐.轄區(qū)介于28°10′-32°13′N,105°17′-110°11′E,幅員面積82402.95km2,南北長450km,東西寬470km.區(qū)轄15個市轄區(qū)、4個縣級市和21個縣.1.1天氣系統(tǒng)及地貌從地勢上講,重慶位于我國第二級階梯上,屬于青藏高原東坡向長江中下游平原的過渡地帶,地勢由南北向長江河谷逐級降低,盆地內(nèi)眾多河流在這里匯集.重慶的洪災主要屬于暴雨洪災.因而暴雨是其形成的最重要因素.由于受西南低渦、高空槽、切變線等致雨的天氣系統(tǒng).四川盆地均處在以北川、江油為中心的盆西北邊緣山地大暴雨區(qū),雅安、滎經(jīng)為中心的盆西南大暴雨區(qū)和由四川旺蒼至重慶云陽、奉節(jié)一帶的盆東北邊緣山地大暴雨區(qū)等3個大暴雨區(qū)內(nèi),重慶位于暴雨區(qū)東南部,前二者是造成重慶過境洪水的主要原因,而后者則是本地暴雨洪水的主要來源.由于受亞熱帶季風氣候的影響,重慶的暴雨主要集中在6-9月.重慶市地貌形態(tài)復雜多樣,西北部和中部以丘陵、低山為主,東南部靠大巴山和武陵山兩座大山脈,幅員面積82403km2,其中,山地面積約占75.8%,丘陵約18.2%,臺地和平壩的面積分別占總面積的3.65%和2.4%,特殊的地貌造成洪澇災害的空間分布不均.1.2重慶市中小企業(yè)資源水平和經(jīng)濟發(fā)展水平的基本現(xiàn)狀同其他自然災害一樣,洪澇災害的發(fā)生總是極端的自然現(xiàn)象作用于社會經(jīng)濟環(huán)境上,單有極端的自然現(xiàn)象不是災害.洪澇災害的發(fā)生除了具有必要極端氣候現(xiàn)象以外,人口密度、資源豐富程度,經(jīng)濟發(fā)展水平,還有受災體的抗災性能都是決定災害大小的重要因素.因此災害評估中對社會經(jīng)濟條件的研究是必要的.重慶市土地面積為82402.95km2,人口密度為378人/km2左右(2003年).市域內(nèi)各區(qū)縣的人口差異較大,西部和中部人口較密集,其他地區(qū)密度較小.就整體而言重慶市人口密度遠遠高于全國,但較其它三個直轄市比較小.就農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)人口構(gòu)成而言,2003年重慶農(nóng)業(yè)人口為2567萬人,非農(nóng)業(yè)人口為540萬人,分別占總?cè)丝诘?2.6%和17.4%,農(nóng)業(yè)人口的比例遠遠高于全國水平和其它三個直轄市.農(nóng)業(yè)人口比重的過大嚴重阻礙了經(jīng)濟的發(fā)展.在國民生產(chǎn)總值中,重慶市第一產(chǎn)業(yè)的比例是最高的,全國的比例是14.5%,重慶、北京、上海和天津分別是16.0%、3.1%、1.6%和4.1%.由于自然環(huán)境和歷史發(fā)展的差異,重慶市區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展極不平衡,各區(qū)縣的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展水平差異較大.重慶市整體經(jīng)濟水平的低下,造成重慶市防災抗災能力的低下,又由于洪澇災害主要的破壞對象是農(nóng)業(yè),而重慶農(nóng)業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)占有比重大的特點加劇了氣象災害對重慶市經(jīng)濟的破壞,由此看來對重慶市氣象災害防治的研究非常必要,再由于區(qū)域內(nèi)自然條件、經(jīng)濟環(huán)境的差異性,各個次一級區(qū)域發(fā)生災害的風險差異較大,因而對氣象災害的評估和區(qū)劃是氣象災害有效防治必不可少的步驟.2重慶地區(qū)洪水風險評價理論、方法和技術(shù)路線2.1重慶市預測洪水風險評估的理論基礎(chǔ)2.1.1澇災災害原因及區(qū)域差異洪澇災害具有以下一些基本特性:(1)災害的必然性.復雜的地形條件和氣候背景,是形成洪澇災害的主要原因;(2)災害的區(qū)域性.重慶地區(qū)洪澇災害具有局部性的特點;(3)災害的規(guī)律性和可防御性,重慶地區(qū)洪澇災害時空分布不均(見背景分析),但具有明顯的規(guī)律性,掌握其規(guī)律可以實現(xiàn)災害防治的低投入、高效益.這些基本特性反映了災害評估的必要性和可能性.2.1.2災害發(fā)生的風險要素根據(jù)洪澇災害承災過程和災情構(gòu)成,我們可把洪澇災害的災情基本要素歸納為以下幾個方面:第一,承災背景.承災背景主要包括自然和社會經(jīng)濟條件兩個方面.自然條件方面主要包括大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)、水文條件、地貌狀況、植被條件;社會經(jīng)濟條件:主要有人口數(shù)量、分布、密度,廠礦企業(yè)的分布,農(nóng)業(yè)、工業(yè)產(chǎn)值和總體經(jīng)濟水平,災害防治能力等.這些背景因素通常被理解為風險載體對破壞或損害的敏感性(susceptibility).第二,災變要素.災變要素主要反映災害本身的危險性程度,主要包括:災害種類、災害活動規(guī)模、強度、頻率、承災范圍、災變等級等.這些因素超常程度越大,那么它給人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)造成破壞的可能性就越大,造成的破壞就可能越強烈;相應地,人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)承受的來自該風險源的災害風險就可能越高.在災害研究中,風險源的這種性質(zhì),通常被描述為危險性.危險性的高低通常可用如下范式予以表達:H=f(M,P)式中:H,風險源的危險性;M,風險源的變異強度;P,災變發(fā)生的概率.第三,受災體特征要素.有危險性并不意味著災害就一定存在,因為災害是相對于行為主體—人類及其社會經(jīng)濟活動而言的,只有某風險源有可能危害某社會經(jīng)濟目標—某受災體后,對于一定的風險承擔者來說,才承擔了相對于該風險源和該風險載體的災害風險.受災體特征要素主要反映受災體的脆弱性、承災能力、和可恢復性,主要包括受災體的種類、范圍、數(shù)量、密度、價值等.在國外,風險載體的災害脆弱性被統(tǒng)一定義為“Vulnerability”,在地質(zhì)災害中一般被稱為“易損性”,易損性的高低通常可用下式予以表達:V=f(p,e……)式中:V,易損性;p,人口;e,經(jīng)濟.其次還有破壞損失要素,主要包括損失構(gòu)成、損毀程度、價值,經(jīng)濟損失、人員傷亡等;防治工程要素,包括洪澇災害防治工程措施、工程量、資金投入、防治效果和預期減災效益等.以上氣象災害災情基本要素,是開展包括洪澇在內(nèi)的氣象災害風險評估工作的基礎(chǔ).2.2重慶地區(qū)洪水風險評價的研究方法和技術(shù)路線2.2.1洪澇災害風險評估研究進展重慶市洪澇災害風險評估是一個區(qū)域性的災前評估,是對區(qū)域類各個單元類各個災害事件的危險程度、可能造成的損失程度以及防治工程效益進行預測性評價,因此該評估研究方法為:(1)選擇洪澇災害風險評估所需要的基礎(chǔ)圖件,建立相應的災害數(shù)據(jù)庫.(2)洪澇災害評估主要模型的構(gòu)件:孕災環(huán)境敏感度、致災體危險度和承災體易損性.以及指標選擇和各個指標的權(quán)重的確定.(3)在GIS的支持下,利用其空間疊加、分析、圖斑合并以及屬性數(shù)據(jù)庫操作功能,對洪澇災害風險進行評價,確定區(qū)劃單元,劃分災害區(qū)劃等級并進行災害區(qū)劃.2.2.2洪澇災害危險性分析技術(shù)路線是:在GIS軟件支持下,建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫;然后根據(jù)各個洪澇災害形成的背景條件建立孕災背景評估模型;在分析各個區(qū)縣洪澇災害活動程度和發(fā)生頻率基礎(chǔ)上建立危險性評價模型,確定洪澇災害成災的危險性大小;通過易損性(脆弱性)模型分析,核算各個單元內(nèi)受災體的可損毀程度;最后結(jié)合孕災背景和危險性評價,利用MapInfoProfessional等GIS軟件進行圖層的疊加、分割、萃取、合并等數(shù)據(jù)庫操作,并劃分風險等級,進行風險區(qū)劃.3數(shù)據(jù)庫建設(shè)3.1基本圖件把重慶市行政區(qū)劃圖、暴雨頻率圖、暴雨區(qū)劃圖、地形圖以及社會、經(jīng)濟的要素圖件作為基礎(chǔ)底圖,降水分布圖、水系分布圖等作為參考圖件.3.2主要影響因素選取評估參數(shù)主要指孕災環(huán)境敏感度、致災體危險度和承災體易損性評價等指標.在確定環(huán)境敏感度時,由于該地區(qū)氣候背景基本一致,本文選取地貌作為主要指標;在實際操作中,考慮到該地區(qū)主要屬于暴雨洪澇,致災體危險性指標主要考慮暴雨的頻率指標,并參考歷次暴雨的強度;受災體易損性指標所包含的社會經(jīng)濟指標主要是人口密度和經(jīng)濟密度等,由于氣象災害損失對象主要是農(nóng)村區(qū)域,該評估中經(jīng)濟密度指標所指的經(jīng)濟指標是農(nóng)村國民生產(chǎn)總值(GDP).3.3運行圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建3.3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容目前GIS軟件品種較多,如國外的Arc/Info、MapInfo等,國內(nèi)的MapGIS、Geostar以及一些科研院所自行開發(fā)的GIS應用軟件,根據(jù)該研究課題的需要、自己對各種軟件的熟練程度,本文選擇目前普遍使用的MapInfoProfessional7.0來建立數(shù)據(jù)庫以及各種圖件的編輯.MapInfoProfessional7.0是一種非常適合于PC上的桌面地理信息系統(tǒng),具有以下一些特點:(1)提供數(shù)據(jù)、思維可視化的決策支持模式;(2)支持C/S體系結(jié)構(gòu)和無縫圖層;(3)具有很強的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理RDBM功能;(4)直接讀/寫ODBC數(shù)據(jù)庫,建立屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián);(5)完備的SQL(StructuredQueryLanguage)查詢功能,和OLE嵌入功能.3.3.2數(shù)據(jù)庫的一體化屬性數(shù)據(jù)庫由描述空間實體特征的二維數(shù)據(jù)表組成.除了可以通過數(shù)據(jù)表DBASE、Excel、ASCII等建立外置數(shù)據(jù)庫外,由于MapInfoProfessional7.0具有內(nèi)置數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),不但支持SQL查詢,而且具有動態(tài)連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫功能,因此可以直接在MapInfoProfessional7.0內(nèi)部建立內(nèi)置數(shù)據(jù)庫,本文擬采用該方法建立數(shù)據(jù)庫,直接在每個圖層建立與圖形和分析相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)庫,從而實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)庫的一體化.3.3.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計。數(shù)據(jù)庫的建立圖形數(shù)據(jù)庫也就是空間數(shù)據(jù)庫,是用來表達和描述空間實體的數(shù)據(jù),地理空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的操作對象和管理內(nèi)容之一,主要描述空間實體的地理位置和幾何特征等.圖形數(shù)據(jù)庫的建立主要包括底圖的處理和掃描、數(shù)字化、矢量數(shù)據(jù)的編輯與處理.4重慶市洪澇災害風險評估4.1敏感度評價模型從屬于四川盆地的重慶地區(qū),其下屬各個區(qū)縣的大氣環(huán)流以及氣候狀況也沒有明顯的差異.但是該地區(qū)的地形地貌狀況非常復雜,導致重慶各個區(qū)縣范圍之內(nèi)在不同區(qū)域洪澇災害強度和頻率差異較大.本文在考慮孕災背景的敏感性時主要考慮地形地貌狀況,地貌對洪澇災害的影響主要表現(xiàn)在相對海拔高度、坡度等因素,因此可以把重慶地區(qū)的每一個地貌大區(qū)劃分為若干個有差異的小地貌,再根據(jù)每一個小地貌對洪澇災害形成的影響程度分別賦以權(quán)重,以每一個小地貌的面積與地貌區(qū)域的總面積的比作為敏感性指數(shù),每一個地貌大區(qū)的敏感度值為每一個小地貌的敏感性指數(shù)乘以權(quán)重并求和.敏感度模糊評價模型:(1)Sj=∑i=1n?θi?Qi(2)θi=Ci/Cj(1)Sj=∑i=1n?θi?Qi(2)θi=Ci/Cj式中:Sj,第j個地貌大區(qū)的敏感度;Qi,第i類地貌的作用權(quán)重;θi,第i類因素的敏感性指數(shù).Ci,第i類小地貌面積;Cj,第j類地形區(qū)域面積;Ci、Cj分別通過有關(guān)資料和空間數(shù)據(jù)庫的查詢獲得;Qi通過專家打分的方法獲得.其地形分類以及權(quán)重見表1.敏感度Sj的求取,通過在MapInfo軟件中建立內(nèi)置關(guān)系數(shù)據(jù)庫來自動實現(xiàn),主要包括二維數(shù)據(jù)表的建立.該表主要應包含小地貌面積Ci、地形區(qū)域面積Cj、地貌的作用權(quán)重Qi、敏感度值Sj、分等賦值等幾個字段.Cj的計算通過操作屬性數(shù)據(jù)庫的更新來自動完成.通過操作,得到洪澇災害的敏感度值,其最小值為0.153,最大值為0.25,平均值為0.202.然后根據(jù)需要對所得敏感度值劃分等級并賦值,見下表2.最后進行空間數(shù)據(jù)庫的操作,得到洪澇災害敏感度區(qū)劃圖,如圖1.4.2洪澇災害危險性指數(shù)洪澇災害的危險性評估,是以重慶市暴雨頻率圖和區(qū)劃圖作為主要基礎(chǔ)底圖參考洪澇的頻率指標和分區(qū)指標,在MapInfo軟件支持下完成的.洪澇災害的危險性評價模型:(1)Hj=∑i=1nhi?Qi(1)Ηj=∑i=1nhi?Qi式中:j,第j個測站洪澇災害危險性指數(shù);hi,第i種因素的危險性指數(shù);Qi,第i種因素的危險性權(quán)重;本文在選擇洪澇的危險性指標時,著重考慮了洪澇的頻率,因此只需要求出每一個站點頻率指數(shù),并以該指數(shù)作為危險性指標.其模型為:(2)hi=mi/m市式中:h,第i種因素的危險性指數(shù);mi,第i個站點的暴雨平均頻率;m市,各個站點洪澇災害平均頻率;根據(jù)洪澇頻率區(qū)劃圖,計算每個區(qū)域內(nèi)的平均頻率,再根據(jù)分區(qū)數(shù)目計算整個重慶各臺站的平均頻率,MapInfo軟件中建立內(nèi)置關(guān)系數(shù)據(jù)表,字段主要包括站點、站點頻率、平均頻率、危險性指標等.通過屬性數(shù)據(jù)庫操作,完成各個站點的危險性指標計算.再將已經(jīng)獲得的危險性指數(shù)進行等級劃分以及賦值,詳見最后進行圖形數(shù)據(jù)庫的操作,按照等級劃分結(jié)果,進行圖斑合并,得到洪澇災害危險性區(qū)劃圖,見圖2.4.3易損性指數(shù)含區(qū)域和指標的權(quán)重人類活動是構(gòu)成災害性的一個重要變量,評價區(qū)具體受災體數(shù)量和價值分布難以統(tǒng)計和具體分析,因此以社會經(jīng)濟發(fā)展水平和相應的統(tǒng)計資料間接地反應受災體的密集程度,可以顯示評價區(qū)的承災水平.作者選取人口密度、經(jīng)濟密度(GDP的密度)為基本要素;根據(jù)人口密度、經(jīng)濟密度計算每個區(qū)縣的人口密度指數(shù)和經(jīng)濟密度指數(shù),并根據(jù)它們的分布情況劃分等級,并賦予相應標度分值;結(jié)合這兩個因素對經(jīng)濟損失的影響程度,給予相應的權(quán)重.氣象災害的易損性指數(shù)為:(1)Vj=k∑i=1nQi?yi(2)yi=Pi/P(1)Vj=k∑i=1nQi?yi(2)yi=Ρi/Ρ市式中:Vj,第j個區(qū)縣的易損性指數(shù);k,修整系數(shù);Qi,第i類要素的作用權(quán)重;yi,第i類要素的指數(shù)值;Pi,單i個區(qū)縣的第i類要素的密度;P市,重慶市第i類因素的密度.以重慶市行政區(qū)劃圖為底圖,選擇重慶市2003年各區(qū)縣生產(chǎn)總值(GDP)、人口、土地面積作為基礎(chǔ)資料,計算出每個區(qū)縣內(nèi)的人口密度、人口密度指數(shù)以及經(jīng)濟密度、經(jīng)濟密度指數(shù),根據(jù)兩個因素對易損性的影響分別賦以權(quán)重0.5;在MapInfo軟件中建立內(nèi)置關(guān)系數(shù)據(jù)表,字段主要包括區(qū)縣、區(qū)縣人口密度、重慶市人口密度、人口密度指數(shù)、人口因素權(quán)重、區(qū)縣經(jīng)濟密度、重慶市經(jīng)濟密度、經(jīng)濟因素權(quán)重以及易損性指數(shù)等.通過屬性數(shù)據(jù)庫操作,完成各個區(qū)縣的易損性指數(shù)計算.再將易損性指數(shù)進行等級劃分以及賦值,見表4.根據(jù)災害易損性等級劃分,進行圖形數(shù)據(jù)庫操作,得到重慶市洪澇災害易損性區(qū)劃圖,如圖3.4.4風險評估綜合值在MapInfo軟件中將重慶市洪澇災害敏