洞庭湖地区洪水灾害风险评估

洞庭湖地区洪水灾害风险评估

洪水灾害是一种常见的自然灾害。据国际灾害数据库统计资料显示,自1974-2003年全世界共发生2156场水灾,导致的死亡人数达206303人,影响的人群超过26亿人,造成的经济损失超过3860亿美元,约占同期所有自然灾害造成经济损失的1/3。自古以来我国就是洪涝灾害特别严重的国家,据统计,全国每年因水灾造成的直接经济损失一般几百亿元,重灾年达1000亿元以上。特别是21世纪以来,由于全球气候变暖和人类改造地表环境活动的加剧,洪水灾害发生的频率不断上升;同时由于社会经济的发展,洪水灾害造成的损失亦呈上升趋势。因此,对洪水灾害风险进行评估意义重大。1989年,由科技委、计委、经贸委三委办公厅共同批准成立了自然灾害综合研究组。组内在1990年初步提出了全国减灾系统工程的框架。在该框架中,灾害风险评估是链接灾害监测、灾害预报与防灾、抗灾、救灾的纽带,可为灾害风险管理与决策提供可靠的理论依据。本文以低湿地洪水灾害高风险区——湖南省洞庭湖地区为例,从灾害风险系统角度并结合GIS技术对区域洪水灾害风险进行评估,以期为洞庭湖地区洪水灾害管理及洪水灾害保险政策的制定提供一定的理论依据。1洪涝灾害风险指标21世纪以来,国际上已完成的自然灾害风险评估指标计划主要有3个:灾害风险指标计划(DRI)、多发区指标计划(Hotspots)和美洲计划(AmericanProgramme)。国内对灾害的研究起步较晚,史培军认为广义的灾害风险评估,是对灾害系统进行风险评估,即在对孕灾环境、致灾因子、承灾体分别进行风险评估的基础上,对灾害系统进行风险评估,表示如下Risk=E⨂H⨂V,(1)式中:Risk表示灾害风险;E表示孕灾环境风险性;H表示致灾因子风险性;V表示承灾体风险性,即承灾体脆弱性。毛德华从洞庭湖区洪涝危险性形成机制出发,采用定性与定量相结合的方法,对洞庭湖区洪涝危险性进行评价。魏一鸣等人认为洪水灾害风险管理系统由洪水危险性分析、洪水易损性分析和洪水灾害损失评估系统组成。葛全胜等人在对浙江省台州市自然灾害风险综合评估中,把自然灾害风险综合评估分为综合致灾危险性和受灾体脆弱性两部分,其中综合致灾危险性用区域灾害历史、致灾因子强度和灾害发生频率描述;受灾体脆弱性用受灾体内在脆弱性和抗灾救灾能力描述。张婧等在GIS技术的支持下,对区域洪涝灾害风险进行了评估。张海玉等在GIS技术和模糊数学的支持下,对洪涝灾害经济易损性进行了研究。张斌等对区域承灾体脆弱性指标体系与精细量化模型进行了研究。莫建飞等以灾害学理论为基础,GIS、RS为技术支持对广西洪涝灾害孕灾环境敏感性进行了研究。洪水灾害系统由于受天、地、人等多种因素共同影响,是一个复杂的系统,因此,本文综合文献[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]的理论及方法,以灾害风险系统是致灾因子、孕灾环境和承灾体共同作用的系统为基础,对洞庭湖地区进行洪水灾害风险评估,其中致灾因子用暴雨及以上降雨的加权频次来描述,孕灾环境用地形和河网密度来描述,承灾体脆弱性用内在脆弱性和抗灾救灾能力来描述。1.1灾因危险性等级划分洞庭湖地区洪水灾害主要是由暴雨引起。因此,选取暴雨频次作为洪水致灾因子危险性评估指标。以县级行政单元为尺度整理1949-2008年60年来洞庭湖地区暴雨及以上降雨频次[15,16,17,18,19,20,21,22,23,24],并由式(2)、(3)得到洞庭湖地区20个县(市、区)致灾因子危险性等级划分(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表示研究区域县级行政区数目;F暴i表示第i个地区暴雨频次,F大暴i表示第i个地区大暴雨频次,F特大暴i表示第i个地区特大暴雨频次;且暴雨≥100mm(3d累计降雨量,下同),大暴雨≥200mm,特大暴雨≥250mm;H′i表示经归一化后第i个地区致灾因子强度。1.2试验指标选取孕灾环境包括大气、水文气象环境及下垫面环境等,小区域洪水灾害孕灾环境主要受下垫面环境影响。在下垫面环境中,以地形对洪水灾害风险影响最大,其次是河流网络。因此,选取地形和河流网络密度作为描述孕灾环境危险性评估指标,其中地形对洪水灾害作用为负,河流网络密度对洪水灾害作用为正。因此,地形高程数值越大则洪水灾害危险性小,河流网络密度数值越大则洪水灾害危险性大。1.2.1地形危险性等级划分根据洞庭湖地区主要水文站点的统计数据选取阈值,在ArcMap中对地形危险性进行等级划分。水位高程数据如表2所示,等级划分结果如图1所示。由图1得出洞庭湖地区地形危险性等级如表3所示(等级值越大表示危险性越高)。1.2.2缓冲参数设置在ArcMap中通过对洞庭湖地区河网湖泊进行缓冲区分析,其中河网、湖泊的缓冲区参数均为1km,如图2所示。通过统计每个行政单元的河流网络密度,得出洞庭湖地区河流网络危险性等级,如表3所示。对地形危险性等级和河流网络危险性等级叠加,得出洪水灾害孕灾环境危险性等级划分,如表3所示。1.3致灾因子的影响承灾体是各种致灾因子作用的对象,是人类及其活动所在的社会与各种资源的集合。当人类接触到自然灾害才使其具有风险性。因此,承灾体主要划分为人口、财产、资源和环境等。致灾因子在一定的环境下作用在承灾体上对承灾体产生影响的大小取决于承灾体对灾害的敏感程度,亦即承灾体的脆弱性大小。承灾体脆弱性评估包括承灾体内在脆弱性和抗灾救灾能力。在本文中,抗灾救灾能力用堤防因子描述,且堤防分为一级、二级和三级堤防;承灾体内在脆弱性表示如下S=L/H,(4)式中:S表示承灾体的内在脆弱性;L表示因灾造成的损失;H表示致灾因子强度。1.3.1等级值越大时h由式(2)～(4)得出承灾体内在脆弱性等级划分,结果如表4所示(等级值越大表示脆弱性越大),其中H由第1.1节给出;L包括农业损失、倒塌房屋损失、工业损失和死亡人口4个指标,对这4个指标进行预处理并由熵权法计算各指标的权值,进而得到综合灾情损失L。1.3.2不同形成分级的防洪工程的相对权重洞庭湖地区堤防分布如图3所示。统计每个地区的河流网络密度并进行等级划分,其中一级堤防、二级堤防、三级堤防的相对权重分别为1、0.5、0.2。划分结果如表4所示。对承灾体内在脆弱性等级和抗灾救灾能力等级进行叠加,得出洞庭湖地区承灾体脆弱性等级划分,结果如表4所示。1.4洪水灾害风险区域分布格局由式(1)对致灾因子危险性、孕灾环境危险性和承灾体脆弱性进行叠加,得出洞庭湖地区洪水灾害综合风险等级划分(表5),风险等级划分图如图4所示。由表5和图4可知,沿长江地区、湘江入湖地区和澧水河入湖地区洪水灾害风险高;其次是沿洞庭湖周围地区风险较高;洞庭湖地区边缘风险较低;其中,君山区、湘阴县和岳阳楼区洪水灾害风险等级最高;安乡县、岳阳县和云溪区洪水灾害风险等级较高;汉寿县、华容县、南县、武陵区和沅江市洪水灾害等级为中等;鼎城区、赫山区、澧县、临湘市和汨罗市洪水灾害风险较低;临澧县、津市市、望城县和资阳县洪水灾害风险最低。由此,可根据每个地区的风险等级大小制定相关的防灾、减灾、抗灾等灾害管理及灾害保险的政策及措施。2洪水灾害风险等级区评估本文在对当前灾害风险评估理论分析与总结的基础上,针对洞庭湖地区的洪水灾害风险评估,提出了各子风险系统的描述因子,即致灾因子强度用暴雨及以上降雨的加权频次来描述,孕灾环境用地形和河网密度来描述,承灾体脆弱性用内在脆弱性和抗灾救灾能力来描述。由此得出洞庭湖地区洪水灾害风险的各子系统等级及区域综合风险等级区划图。评估结果与实际