福建省台风灾害风险评估及区划

福建省台风灾害风险评估及区划

1台风灾害风险评估自然灾害风险评估是指通过风险分析方法或外观法评估和预测已发生的自然灾害的影响因素和潜在影响，并对已发生的自然灾害产生的影响进行评估和估计。风险分析技术在自然灾害研究中的应用（黄崇福，2005）。孙绍骋(2001)认为,自然灾害风险是对灾害风险区不同强度灾害的可能性及其可能造成的后果进行定量和评估。目前,国内外都非常关注自然灾害风险评估,也取得较大进展。有些学者提出了城市灾害风险评价的两极模型,并对城市地震灾害进行评价,同时还提出了应用信息矩阵和信息分配等数学方法提取地震烈度和震级关系,对地震灾害进行评价(黄崇福和史培军,1995;黄崇福和白海玲,2000;黄崇福,2006);部分学者从灾害系统角度对评价体系进行探讨(仪垂祥和史培军,1995;周寅康,1995)。目前对洪水灾害系统风险评估研究比较成体系(万庆,1999;周成虎,2000;向万胜和李卫红,2001);对台风灾害则侧重从大风和暴雨等致灾因子进行统计分析与评价(丁燕和史培军,2002;欧进萍,2002)。可见,对自然灾害风险评估主要集中在地震和洪水方面,而对台风灾害的风险评估从致灾因子危险性评估较多,很少从灾害系统角度,构建一个集成化的指数,结合具体区域进行分析评价。福建省地处东南沿海,靠近世界上最大的台风源地(西北太平洋),是台风灾害较严重的省份之一(伍荣生,1999)。根据福建省台风灾害数据库资料,台风灾害每年给福建造成近百人死亡和25亿元的直接经济损失,是福建省危害最大、损失最严重的自然灾害,已经严重影响福建省经济持续发展。与相临的广东省和浙江省相比,因为受到中国台湾岛的屏障作用和福建省特殊的地形条件影响,福建省台风灾害有其独特的致灾因子和承灾体特征,对福建省台风灾害进行风险评估与区划,既可以补充中国自然灾害风险区划的完整性,也可为福建省经济持续发展和防灾减灾政策的制定提供科学依据。本文基于自然灾害系统理论和GIS技术,构建台风灾害系统和台风灾害风险的形成原理,建立台风灾害风险评估指标和模型,提出用台风灾害风险指数法和综合加权评价法对福建省台风灾害风险进行评估,并编制了福建省台风灾害风险区划图。2指数数量表台风灾害系统风险评估是一个复杂的问题,需要多种方法综合应用。首先,台风灾害系统风险评估本文采用自然灾害风险指数法(Davidson&Lamber,2001),因为在台风灾害风险形成过程中,致灾因子危险性(VH)、孕灾环境稳定性(VE)、承灾体脆弱性(VS)和防灾减灾能力(VR)4个因子缺一不可,是它们综合作用的结果。台风灾害系统风险指数数学公式为:台风灾害风险度=稳定性(VE)×危险性(VH)×脆弱性(VS)×防灾减灾能力(VR)(1)其次,台风灾害风险评估指标的选取和权重计算,主要采用层次分析法(AHP)求指标权重(王以彭等,1999),它是根据两两要素相对重要性的比较构建判断矩阵,综合确定各要素的权重,以确定不同指标对同一因子的相对重要性。第三,台风灾害稳定性、危险性、脆弱性和防灾能力等各要素指数的计算则采用加权综合评价法(WCA)(张继权和魏民,1994),它是综合考虑各个因子对总体对象的影响程度,把各个具体指标的优劣综合起来,用一个数量化指标加以集中表示整个评价对象的优劣,计算公式为:Vj=∑i=1nWi⋅Dij(2)Vj=∑i=1nWi⋅Dij(2)式中:Vj是评价因子的总值;Wi是指标i的权重;Dij是对于因子j的指标i的归一化值;n是评价指标个数。由于地理信息系统(GIS)在空间数据的分析和管理上具有强大的优势,而台风灾害的形成因素大风、暴雨和风暴潮等以及承灾体的要素信息具有很强的空间差异性,可以用空间分布数据来表现。本文根据技术流程(图1),基于GIS,利用因子分析法对福建省台风灾害风险进行评估与区划。3建立台风灾害风险评估指数的过程3.1台风孕灾环境和承灾体主要影响台风灾基于自然灾害系统理论(史培军,2002),台风灾害系统是由台风产生和移动路径及登陆地区孕灾环境、台风致灾因子和登陆地区承灾体相互作用共同组成的一个复杂的灾害系统(图2)。根据灾害学基本理论,地球表层的孕灾环境对灾害系统的复杂程度、强度、灾情程度以及灾害系统的群聚与群发特征起着决定性作用(史培军,1991)。台风孕灾环境主要受台风产生和登陆地区的气候条件、移动路径和登陆地区地理条件、台风登陆地区水文条件、土壤条件和植被条件等共同影响的,各影响因素又分为若干个子因子。这些环境条件与台风配合,在一定程度上能加强或减弱台风致灾因子及次生灾害,直接影响灾情。台风灾害致灾因子主要指台风本身携带的大风、暴雨和风暴潮等因子,它们的强度、频率和影响范围等是台风灾害产生的先决条件和原动力。台风灾害承灾体主要包括台风影响地区人口、农作物、工矿企业、水利设施系统和交通通讯生命线系统等,这些指标同样包含若干个下一级因子,它们的数量与质量组合(脆弱性强度)是台风成灾的主要原因和重要因素。台风灾害灾情是台风灾害致灾因子、孕灾环境和承灾体相互综合作用的产物,主要包括人类生命伤亡、工农业生产系统受损、水利设施破坏和交通通讯等生命线工程受损等。灾情大小将直接影响整个社会经济系统的持续发展。3.2灾害风险的因素基于自然灾害风险形成理论(黄崇福,2005)和构建的台风灾害系统模式,台风灾害系统风险的形成原理见图3。由图3可知,台风灾害系统的风险是由稳定性、危险性、脆弱性和防灾减灾能力4部分共同形成的。稳定性表示台风形成或影响区域环境要素及其变化特征,但对特定区域特定时段可以不考虑稳定性的影响;危险性表示引起台风灾害的致灾因子强度及概率特征;脆弱性表示受灾区整个社会经济系统易于遭受台风威胁和损失的性质和状态;防灾减灾能力指受灾区在遭受台风灾害袭击后的恢复能力。3.3确定各两两权重根据综合分析与主导因素相结合的原则,同时考虑资料的详尽程度和易取得性,构建了台风灾害风险评价指标体系(图4)。指标权重的确定主要采用层次分析法(AHP)中的两两要素相对重要性的比较法构建判断矩阵,笔者咨询17位专家,并请专家对所选指标进行重要性排序,构建判断矩阵求算、确定各要素的权重(图4)。为了消除各指标的量纲差异,对每一个指标值进行归一化处理。计算公式为:DIJ=Dij/∑Di式中:DIJ是J县第I个指标的归一化值;Dij是j县第i个指标值;∑Di全部县第i指标值总和。3.4台风灾害风险指数vh根据台风灾害风险指数数学式(1),结合台风灾害系统风险形成原理及评价指标体系,利用加权综合评价法(WCA)式(2),建立台风灾害风险指数模型,计算公式为:ITDR=(VHWH)(VSWS)((1-VR)WR)(3)V(H‚S‚R)=∑i=1nWi⋅Dij(4)V(Η‚S‚R)=∑i=1nWi⋅Dij(4)式中:ITDR为台风灾害风险指数,用于表示台风灾害风险程度,其值越大,则台风灾害风险程度越大;VH、VS、VR的值是表示根据式(4)加权综合法计算的台风灾害危险性、脆弱性和防灾减灾能力各因子指数,因为对于特定区域特定的时段,稳定性可以不考虑;Wi为各评价指标因子的权重,Dij为j县各指标i对应的归一化值。在模型中,根据致灾因子的危险性(WH)、承灾体的脆弱性(WS)和防灾减灾能力(WR)3个因子对台风灾害风险的影响程度大小,分别赋予权重0.4、0.35和0.25。4福建台风灾害评估与区划4.1建立台风灾害数据库本文台风灾害数据主要采用福建省气象台提供的福建省灾害性气象年鉴(1980—1986年)和福建省气候影响评价(1987—2005年),以县域为单位,建立福建省台风灾害数据库,包括大风等级与频次、降水等级与频次和台风灾害损失指标等;社会经济系统数据主要采用福建省统计年鉴资料(1978—2005年),同样建立了福建省社会经济指标数据库,包括人口、工农业产值、GDP、作物种植面积、财政收支比、邮电、交通通讯、教育等40个左右底层指标数据。4.2承灾体脆弱性及灾灾因子特征分布福建台风灾害风险评估应该遵循台风灾害系统理论与台风灾害风险形成原理,应用GIS技术,分别对形成台风灾害风险的因子要素——危险性、脆弱性和防灾能力进行评估。危险性评估主要是评价福建省在特定时间遭受台风致灾因子如大风、暴雨和风暴潮的强度及概率分布,属于风险识别和风险估计,危险性值越大,则越容易遭受台风灾害威胁,风险度也越大;脆弱性和防灾减灾能力属于承灾体易损性分析范畴,是指遭受台风灾害袭击时,承灾体易于遭受台风致灾因子的破坏、伤害的特性以及各种承灾体对台风灾害的承受能力和防御恢复台风灾害的能力大小,脆弱性值越大,说明承灾体越脆弱,抵御台风灾害能力越小,风险度越大;防灾能力值越大,说明承灾体遭受台风灾害袭击后恢复能力越强,风险度越小。根据式(4)和图4指标体系及权重,采用福建省台风灾害数据库资料,应用GIS技术,以县域为单位编制了福建省台风灾害危险性分布图(图5);同样,根据图4的评价指标及权重和式(4)的评价模型,采用福建省社会经济指标数据库资料,以县域为单位,选择2005年(台风灾害严重年份)对福建省台风灾害承灾体脆弱性和防灾减灾能力进行评估,并应用GIS技术,编制了福建省台风灾害脆弱性和防灾减灾能力分布图(图5)。图5表明,福建省台风灾害风险因子的分布有3个特点:1)致灾因子危险性最大值分布在福建省东部沿海,这些地区靠近台风源地,受台风影响大,最低值分布在西部的三明、龙岩和南平等市,风险性从东南向西北减小;2)承灾体脆弱性最高值分布在东部的福州、厦门、泉州、漳州、莆田和宁德沿海以及中部的三明、龙岩、南平等地级市辖区,这些地区人口密集,经济发达,人地矛盾突出,易于遭受台风灾害的破坏和损失,而最低值分布在闽中的戴云山区和闽西武夷山区等人口较少,经济相对落后的地区;3)防灾减灾能力的分布比较分散,最高值主要分布在闽南的漳州、厦门、同安,闽中的泉州沿海以及莆田与福州沿海地区,另外还零散分布在福建中西部的龙岩、三明和南平等局部县市,这些地区经济发达,人均剩余额高,防御灾害的能力和水平较高。4.3台风灾害风险分布根据台风灾害系统风险指数模型式(3),计算了福建省各县域台风灾害系统的风险度,应用GIS技术,编制了福建省台风灾害风险区划图(图6),并对福建省台风灾害风险进行分析。综合考虑各因子指数编制的福建省台风灾害风险分布有3个特点:1)位于福建省东南沿海的龙海、漳州、厦门、同安,泉州的东部沿海,莆田及福州的东部沿海和宁德的福鼎等地遭受台风灾害的风险最大,应该成为福建省防御台风灾害的重点;2)台风灾害风险次高值成片分布在整个东部沿海除最高值以外的地区,这些地区靠近台风源地,台风灾害危险性大,又因为这些地区人口密集,经济相对发达,承灾体脆弱性较大,加上防灾建设未跟上社会经济发展速度,所以台风灾害风险较大;3)广大的中西部地区,由于远离台风源,又有闽中的戴云山脉阻挡,人口相对较少,经济相对落后,所以台风灾害的风险度最小,但这些地区大多数是山地,台风暴雨容易引发滑坡、泥石流等地质灾害,所以,应该加强防范台风次生灾害的发生。5福建台风灾害风险区评估根据自然灾害系统理论和自然灾害风险评估理论,构建了台风灾害系统模式和台风灾害风险形成原理。依据所构件的台风灾害系统风险评价指标体系和评价模型,采用福建省台风灾害数据库资料和福建省社会经济数据库资料(选择台风灾害特别严重年份2005年数据),以县域为单位,对福建省台风灾害系统风险进行评估并编制福建省台风灾害风险区划图(图6)。福建东部沿海地区因靠近台风源地,台风灾害危险性最大;东部沿海城市以及西部的地级市辖区因地势低平、人口密集、人地矛盾激化等原因导致承受台风灾害能力最低,承灾体的脆弱性最高;闽南“金三角”、闽中的泉州、莆田和福州等局部县市、闽西局部地级市因经