洞庭湖地區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險評估

洪水災(zāi)害是一種常見的自然災(zāi)害。據(jù)國際災(zāi)害數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)資料顯示,自1974-2003年全世界共發(fā)生2156場水災(zāi),導(dǎo)致的死亡人數(shù)達(dá)206303人,影響的人群超過26億人,造成的經(jīng)濟(jì)損失超過3860億美元,約占同期所有自然災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失的1/3。自古以來我國就是洪澇災(zāi)害特別嚴(yán)重的國家,據(jù)統(tǒng)計(jì),全國每年因水災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失一般幾百億元,重災(zāi)年達(dá)1000億元以上。特別是21世紀(jì)以來,由于全球氣候變暖和人類改造地表環(huán)境活動的加劇,洪水災(zāi)害發(fā)生的頻率不斷上升;同時由于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,洪水災(zāi)害造成的損失亦呈上升趨勢。因此,對洪水災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行評估意義重大。1989年,由科技委、計(jì)委、經(jīng)貿(mào)委三委辦公廳共同批準(zhǔn)成立了自然災(zāi)害綜合研究組。組內(nèi)在1990年初步提出了全國減災(zāi)系統(tǒng)工程的框架。在該框架中,災(zāi)害風(fēng)險評估是鏈接災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報與防災(zāi)、抗災(zāi)、救災(zāi)的紐帶,可為災(zāi)害風(fēng)險管理與決策提供可靠的理論依據(jù)。本文以低濕地洪水災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)——湖南省洞庭湖地區(qū)為例,從災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)角度并結(jié)合GIS技術(shù)對區(qū)域洪水災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行評估,以期為洞庭湖地區(qū)洪水災(zāi)害管理及洪水災(zāi)害保險政策的制定提供一定的理論依據(jù)。1洪澇災(zāi)害風(fēng)險指標(biāo)21世紀(jì)以來,國際上已完成的自然災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)計(jì)劃主要有3個:災(zāi)害風(fēng)險指標(biāo)計(jì)劃(DRI)、多發(fā)區(qū)指標(biāo)計(jì)劃(Hotspots)和美洲計(jì)劃(AmericanProgramme)。國內(nèi)對災(zāi)害的研究起步較晚,史培軍認(rèn)為廣義的災(zāi)害風(fēng)險評估,是對災(zāi)害系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評估,即在對孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體分別進(jìn)行風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上,對災(zāi)害系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評估,表示如下Risk=E?H?V,(1)式中:Risk表示災(zāi)害風(fēng)險;E表示孕災(zāi)環(huán)境風(fēng)險性;H表示致災(zāi)因子風(fēng)險性;V表示承災(zāi)體風(fēng)險性,即承災(zāi)體脆弱性。毛德華從洞庭湖區(qū)洪澇危險性形成機(jī)制出發(fā),采用定性與定量相結(jié)合的方法,對洞庭湖區(qū)洪澇危險性進(jìn)行評價。魏一鳴等人認(rèn)為洪水災(zāi)害風(fēng)險管理系統(tǒng)由洪水危險性分析、洪水易損性分析和洪水災(zāi)害損失評估系統(tǒng)組成。葛全勝等人在對浙江省臺州市自然災(zāi)害風(fēng)險綜合評估中,把自然災(zāi)害風(fēng)險綜合評估分為綜合致災(zāi)危險性和受災(zāi)體脆弱性兩部分,其中綜合致災(zāi)危險性用區(qū)域?yàn)?zāi)害歷史、致災(zāi)因子強(qiáng)度和災(zāi)害發(fā)生頻率描述;受災(zāi)體脆弱性用受災(zāi)體內(nèi)在脆弱性和抗災(zāi)救災(zāi)能力描述。張婧等在GIS技術(shù)的支持下,對區(qū)域洪澇災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行了評估。張海玉等在GIS技術(shù)和模糊數(shù)學(xué)的支持下,對洪澇災(zāi)害經(jīng)濟(jì)易損性進(jìn)行了研究。張斌等對區(qū)域承災(zāi)體脆弱性指標(biāo)體系與精細(xì)量化模型進(jìn)行了研究。莫建飛等以災(zāi)害學(xué)理論為基礎(chǔ),GIS、RS為技術(shù)支持對廣西洪澇災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性進(jìn)行了研究。洪水災(zāi)害系統(tǒng)由于受天、地、人等多種因素共同影響,是一個復(fù)雜的系統(tǒng),因此,本文綜合文獻(xiàn)[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]的理論及方法,以災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體共同作用的系統(tǒng)為基礎(chǔ),對洞庭湖地區(qū)進(jìn)行洪水災(zāi)害風(fēng)險評估,其中致災(zāi)因子用暴雨及以上降雨的加權(quán)頻次來描述,孕災(zāi)環(huán)境用地形和河網(wǎng)密度來描述,承災(zāi)體脆弱性用內(nèi)在脆弱性和抗災(zāi)救災(zāi)能力來描述。1.1災(zāi)因危險性等級劃分洞庭湖地區(qū)洪水災(zāi)害主要是由暴雨引起。因此,選取暴雨頻次作為洪水致災(zāi)因子危險性評估指標(biāo)。以縣級行政單元為尺度整理1949-2008年60年來洞庭湖地區(qū)暴雨及以上降雨頻次[15,16,17,18,19,20,21,22,23,24],并由式(2)、(3)得到洞庭湖地區(qū)20個縣(市、區(qū))致災(zāi)因子危險性等級劃分(表1)。h′i=0.5×F暴i+F大暴i+1.25×F特大暴i∑i=1n(0.5×F暴i)+∑i=1n(F大暴i)+∑i=1n(1.25×F特大暴i)?(n=1,2,?,n),(2)H′i=h′i?h′i?minh′i?max?h′i?min?(i=1,?,n)?(3)hi′=0.5×F暴i+F大暴i+1.25×F特大暴i∑i=1n(0.5×F暴i)+∑i=1n(F大暴i)+∑i=1n(1.25×F特大暴i)?(n=1,2,?,n),(2)Ηi′=h′i-h′i-minh′i-max-h′i-min?(i=1,?,n)?(3)式中:n表示研究區(qū)域縣級行政區(qū)數(shù)目;F暴i表示第i個地區(qū)暴雨頻次,F大暴i表示第i個地區(qū)大暴雨頻次,F特大暴i表示第i個地區(qū)特大暴雨頻次;且暴雨≥100mm(3d累計(jì)降雨量,下同),大暴雨≥200mm,特大暴雨≥250mm;H′i表示經(jīng)歸一化后第i個地區(qū)致災(zāi)因子強(qiáng)度。1.2試驗(yàn)指標(biāo)選取孕災(zāi)環(huán)境包括大氣、水文氣象環(huán)境及下墊面環(huán)境等,小區(qū)域洪水災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境主要受下墊面環(huán)境影響。在下墊面環(huán)境中,以地形對洪水災(zāi)害風(fēng)險影響最大,其次是河流網(wǎng)絡(luò)。因此,選取地形和河流網(wǎng)絡(luò)密度作為描述孕災(zāi)環(huán)境危險性評估指標(biāo),其中地形對洪水災(zāi)害作用為負(fù),河流網(wǎng)絡(luò)密度對洪水災(zāi)害作用為正。因此,地形高程數(shù)值越大則洪水災(zāi)害危險性小,河流網(wǎng)絡(luò)密度數(shù)值越大則洪水災(zāi)害危險性大。1.2.1地形危險性等級劃分根據(jù)洞庭湖地區(qū)主要水文站點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)選取閾值,在ArcMap中對地形危險性進(jìn)行等級劃分。水位高程數(shù)據(jù)如表2所示,等級劃分結(jié)果如圖1所示。由圖1得出洞庭湖地區(qū)地形危險性等級如表3所示(等級值越大表示危險性越高)。1.2.2緩沖參數(shù)設(shè)置在ArcMap中通過對洞庭湖地區(qū)河網(wǎng)湖泊進(jìn)行緩沖區(qū)分析,其中河網(wǎng)、湖泊的緩沖區(qū)參數(shù)均為1km,如圖2所示。通過統(tǒng)計(jì)每個行政單元的河流網(wǎng)絡(luò)密度,得出洞庭湖地區(qū)河流網(wǎng)絡(luò)危險性等級,如表3所示。對地形危險性等級和河流網(wǎng)絡(luò)危險性等級疊加,得出洪水災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境危險性等級劃分,如表3所示。1.3致災(zāi)因子的影響承災(zāi)體是各種致災(zāi)因子作用的對象,是人類及其活動所在的社會與各種資源的集合。當(dāng)人類接觸到自然災(zāi)害才使其具有風(fēng)險性。因此,承災(zāi)體主要劃分為人口、財產(chǎn)、資源和環(huán)境等。致災(zāi)因子在一定的環(huán)境下作用在承災(zāi)體上對承災(zāi)體產(chǎn)生影響的大小取決于承災(zāi)體對災(zāi)害的敏感程度,亦即承災(zāi)體的脆弱性大小。承災(zāi)體脆弱性評估包括承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性和抗災(zāi)救災(zāi)能力。在本文中,抗災(zāi)救災(zāi)能力用堤防因子描述,且堤防分為一級、二級和三級堤防;承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性表示如下S=L/H,(4)式中:S表示承災(zāi)體的內(nèi)在脆弱性;L表示因?yàn)?zāi)造成的損失;H表示致災(zāi)因子強(qiáng)度。1.3.1等級值越大時h由式(2)～(4)得出承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性等級劃分,結(jié)果如表4所示(等級值越大表示脆弱性越大),其中H由第1.1節(jié)給出;L包括農(nóng)業(yè)損失、倒塌房屋損失、工業(yè)損失和死亡人口4個指標(biāo),對這4個指標(biāo)進(jìn)行預(yù)處理并由熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)值,進(jìn)而得到綜合災(zāi)情損失L。1.3.2不同形成分級的防洪工程的相對權(quán)重洞庭湖地區(qū)堤防分布如圖3所示。統(tǒng)計(jì)每個地區(qū)的河流網(wǎng)絡(luò)密度并進(jìn)行等級劃分,其中一級堤防、二級堤防、三級堤防的相對權(quán)重分別為1、0.5、0.2。劃分結(jié)果如表4所示。對承災(zāi)體內(nèi)在脆弱性等級和抗災(zāi)救災(zāi)能力等級進(jìn)行疊加,得出洞庭湖地區(qū)承災(zāi)體脆弱性等級劃分,結(jié)果如表4所示。1.4洪水災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域分布格局由式(1)對致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境危險性和承災(zāi)體脆弱性進(jìn)行疊加,得出洞庭湖地區(qū)洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險等級劃分(表5),風(fēng)險等級劃分圖如圖4所示。由表5和圖4可知,沿長江地區(qū)、湘江入湖地區(qū)和澧水河入湖地區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險高;其次是沿洞庭湖周圍地區(qū)風(fēng)險較高;洞庭湖地區(qū)邊緣風(fēng)險較低;其中,君山區(qū)、湘陰縣和岳陽樓區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險等級最高;安鄉(xiāng)縣、岳陽縣和云溪區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險等級較高;漢壽縣、華容縣、南縣、武陵區(qū)和沅江市洪水災(zāi)害等級為中等;鼎城區(qū)、赫山區(qū)、澧縣、臨湘市和汨羅市洪水災(zāi)害風(fēng)險較低;臨澧縣、津市市、望城縣和資陽縣洪水災(zāi)害風(fēng)險最低。由此,可根據(jù)每個地區(qū)的風(fēng)險等級大小制定相關(guān)的防災(zāi)、減災(zāi)、抗災(zāi)等災(zāi)害管理及災(zāi)害保險的政策及措施。2洪水災(zāi)害風(fēng)險等級區(qū)評估本文在對當(dāng)前災(zāi)害風(fēng)險評估理論分析與總結(jié)的基礎(chǔ)上,針對洞庭湖地區(qū)的洪水災(zāi)害風(fēng)險評估,提出了各子風(fēng)險系統(tǒng)的描述因子,即致災(zāi)因子強(qiáng)度用暴雨及以上降雨的加權(quán)頻次來描述,孕災(zāi)環(huán)境用地形和河網(wǎng)密度來描述,承災(zāi)體脆弱性用內(nèi)在脆弱性和抗災(zāi)救災(zāi)能力來描述。由此得出洞庭湖地區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險的各子系統(tǒng)等級及區(qū)域綜合風(fēng)險等級區(qū)劃圖。評估結(jié)果與實(shí)際