2021-4-9 | 自然災害論文
洪水災害基本單元提取方法,在GIS的支持下,為確保空間數據的連續性和準確性,對洪水災害各組成要素數據進行了預處理(空間校正、銳化、點數據(或線數據)插值柵格化等)。經預處理后,洪水災害各組成要素數據主要為兩種:①直接獲得的柵格數據,如遙感影像;②由點數據(或線數據)按一定規則(克里金插值、多項式插值等)插值生成的等值柵格數據,如雨量站降水數據插值柵格化等。獲取柵格數據后,即可提取洪水災害基本單元,具體步驟如下(圖1,圖略)。步驟1根據數據的精度和風險區劃要求確定空間尺度。步驟2根據確定的空間尺度對遙感影像進行分類,并對連續變化的柵格數據進行等級劃分,從而確定每個等級范圍。步驟3對洪水災害各組成要素柵格數據進行空間疊加分析。查和過小范圍合并處理。
洪水災害風險評估指標模型(1)洪水災害風險評估指標。洪水災情是孕災環境、致災因子和承災體相互作用的結果[7],同時洪水災害風險涉及多種自然與社會經濟因素。因此為實現洪水災害評估的定量化、模型化和標準化,需采用定性與定量指標對孕災環境、致災因子和承災體的各組成因子進行描述,根據研究區域對洪水災害的影響程度,選取具體因子建立洪水災害風險評估體系,以對洪水災害風險進行評估和管理。(2)數據標準化處理。由于各評估指標中存在不同的量綱,且屬性值的變化范圍也相差較大,因此需對評估指標數據進行標準化處理,具體公式為:xi=(xi-xmin)/(xmax-xmin) (1)式中,xi為評估指標屬性值,經標準化后xi取值介于0~1之間;xmax、xmin分別為評估指標屬性值最大值和最小值。(3)采用層次分析法確定因子權重。由于孕災環境、致災因子和承災體對洪水災害的影響不同,因此具體因子對洪水災害的影響也各不一樣,因而需根據實際情況賦予不同的權重[8]。根據研究區域具體情況給出每兩個因子之間的影響權重,然后根據層次分析法[9]確定每個因子對洪水災害風險的貢獻權重[10]。具體步驟如下。步驟1構建洪水災害評估體系的層次結構。步驟2建立各層次因子的成對比較矩陣。步驟3計算各因子的相對權重。步驟4進行一致性檢驗。步驟5計算組合權重。(4)指標模型方法。指標模型是洪水災害風險區劃分析的主要方法之一,著重從洪災形成的機理和環境角度對影響洪水形成的各因子進行具體分析,并按一定原則賦予每個因子權重,進而得到綜合分區[3]。具體計算公式為:P(洪水災害)=f(孕災環境指標,致災因子指標,承災體指標)(2)式中,P(洪水災害)為洪水災害風險程度值,洪水災害風險區劃是由每個基本單元中的P(洪水災害)值來決定洪水災害風險程度的。
圍場縣洪水災害風險區劃,研究區概況圍場縣地處內蒙古高原和冀北山地的過渡帶,地勢西北高、東南低。西北壩上高原地勢平緩開闊、丘陵起伏、湖淖相間分布;東南壩下山區地勢陡峻、山巒重疊、溝谷縱橫。圍場縣地處高寒山區,水系發達,是灤河與遼河的發源地之一。河流受地形影響,河床坡度陡、落差大、源短流急。圍場縣屬大陸性季風型高原山地氣候,河流徑流年內分配相差懸殊(多集中于汛期),河水暴漲暴落。縣內廣泛分布褐土、風沙土等土壤,土層土性疏松、抗蝕能力較差、易風化,且河流中下游植被破壞嚴重,易造成水土流失、抬高和堵塞河道,這些條件均易導致洪水災害的發生。而圍場縣的農業、住宅、工商業、運輸系統、公共設施等均建于山谷低洼處和主要河流旁邊,一旦發生洪水災害,易造成嚴重的經濟損失。
構建圍場縣洪水災害評估指標體系根據圍場縣的實際情況,建立了洪水災害評估指標體系(圖2,圖略)。將圍場縣洪水災害因子進行疊加分析即可提取洪水災害基本單元。其中,地形因子主要包括高程數據DEM和坡度;水系因子主要包括緩沖區和小流域。此外,洪水災害因子還包含土壤、植被、耕地、多年平均降水等值線、居民地、行政區等因子。首先將圍場縣洪水災害因子的空間分布圖進行聚類或重分類,然后進行疊加分析和合理性分析,最后就可得到圍場縣洪水災害基本單元。(1)孕災環境指標因子。主要根據圍場縣的下墊面情況分別提取孕災環境指標因子[11]。其中,平均高程和坡度標準化后作為地形因子(圖3,圖略);由于基本單元包含小流域信息,所以將河網密度作為水系因子(圖3,圖略);將植被種類和植被覆蓋度標準化后作為植被因子(圖3,圖略);根據土壤的蓄水情況,給每種土壤賦值以作為土壤因子(圖3(d))。(2)致災因子。圍場縣暴雨多集中在7、8月份,一次暴雨持續時間約為3d。對圍場縣37個雨量站的1958~2008年51年降雨數據進行統計,可獲 得圍 場縣最大3d降水 量 最大為130mm、最小為50mm。
為了更好地定量反映降水對洪水災害的影響,采用線性公式將最大3d暴雨量的空間分布轉換為洪水危險程度的影響度,即:P(致災因子)=0 R≤30mmR/(200-30)30mm<R≤200mm1 R>???睿玻埃埃恚恚ǎ常┦街校?校ㄖ略忠蜃櫻┪?略忠蜃傭院樗?趾Φ撓跋於齲ㄍ跡矗?悸裕?唬椅?畬螅常潯┯炅俊#ǎ常┏性痔逯副暌蜃印S捎諍樗?趾Φ難現厙榭鲇氳厙?木?謾⑷絲凇⒕用竦睪團┯玫叵⑾⑾喙兀? 此 選 取 區 域 年GDP作 為 經 濟 因 子 (圖5,圖略)、人口密度作為人口因子(圖5,圖略)、居民地空間分布作為居民地因子(圖5,圖略)、農用地空間分布作為農用地因子(圖5(c))。采用專家評價及一致性檢驗和數學處理,并多次反饋和征求意見形成判斷矩陣,結合圍場縣的歷史洪水資料確定了各因子的權重(圖2)。根據所得權重,可得到圍場縣洪水災害區劃計算公式為:P(洪水災害)=0.0981×地形因子+0.1329×水系因子+0.0506×植被因子+0.0292×土壤因子+0.1958×降水因子+0.1927×經濟因子+0.1362×人口因子+0.0964×居民地因子+0.0681×農用地因子 (4)洪水災害風險區劃基于對各洪水災害因子的分析,對每個因子進行標準化,然后根據式(4)計算出各基本單元對洪水災害風險影響的大小,從而得到圍場縣洪水災害風險區劃圖見圖6。由圖可看出,洪水災害風險從西北到東南呈逐漸增大的趨勢,在圍場鎮附近風險最高;壩上地區洪水災害風險較低,高風險區集中在伊遜河流域。分析其原因在于:①雖然壩上地區降雨較東南丘陵地區多,但其地勢較高,且湖泊星羅密布、水系發達,一場暴雨過后,雨水能迅速通過小灤河、伊遜河匯集到東南丘陵地區。圍場縣歷史洪水災害資料也表明,洪水災害較少發生在壩上地區。②伊遜河匯水流域面積大,且位于東南丘陵地區,同時是圍場縣經濟發展最好的地區,因此人類活動頻繁、植被破壞最為嚴重,此外主要居民地、城鎮均分布在伊遜河邊,從而導致伊遜河流域成為洪水災害高風險區。