洞庭湖地區(qū)洪水災害風險評估

洞庭湖地區(qū)洪水災害風險評估

洪水災害是一種常見的自然災害。據(jù)國際災害數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計資料顯示,自1974-2003年全世界共發(fā)生2156場水災,導致的死亡人數(shù)達206303人,影響的人群超過26億人,造成的經(jīng)濟損失超過3860億美元,約占同期所有自然災害造成經(jīng)濟損失的1/3。自古以來我國就是洪澇災害特別嚴重的國家,據(jù)統(tǒng)計,全國每年因水災造成的直接經(jīng)濟損失一般幾百億元,重災年達1000億元以上。特別是21世紀以來,由于全球氣候變暖和人類改造地表環(huán)境活動的加劇,洪水災害發(fā)生的頻率不斷上升;同時由于社會經(jīng)濟的發(fā)展,洪水災害造成的損失亦呈上升趨勢。因此,對洪水災害風險進行評估意義重大。1989年,由科技委、計委、經(jīng)貿(mào)委三委辦公廳共同批準成立了自然災害綜合研究組。組內(nèi)在1990年初步提出了全國減災系統(tǒng)工程的框架。在該框架中,災害風險評估是鏈接災害監(jiān)測、災害預報與防災、抗災、救災的紐帶,可為災害風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害高風險區(qū)——湖南省洞庭湖地區(qū)為例,從災害風險系統(tǒng)角度并結合GIS技術對區(qū)域洪水災害風險進行評估,以期為洞庭湖地區(qū)洪水災害管理及洪水災害保險政策的制定提供一定的理論依據(jù)。1洪澇災害風險指標21世紀以來,國際上已完成的自然災害風險評估指標計劃主要有3個:災害風險指標計劃(DRI)、多發(fā)區(qū)指標計劃(Hotspots)和美洲計劃(AmericanProgramme)。國內(nèi)對災害的研究起步較晚,史培軍認為廣義的災害風險評估,是對災害系統(tǒng)進行風險評估,即在對孕災環(huán)境、致災因子、承災體分別進行風險評估的基礎上,對災害系統(tǒng)進行風險評估,表示如下Risk=E?H?V,(1)式中:Risk表示災害風險;E表示孕災環(huán)境風險性;H表示致災因子風險性;V表示承災體風險性,即承災體脆弱性。毛德華從洞庭湖區(qū)洪澇危險性形成機制出發(fā),采用定性與定量相結合的方法,對洞庭湖區(qū)洪澇危險性進行評價。魏一鳴等人認為洪水災害風險管理系統(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害風險綜合評估中,把自然災害風險綜合評估分為綜合致災危險性和受災體脆弱性兩部分,其中綜合致災危險性用區(qū)域災害歷史、致災因子強度和災害發(fā)生頻率描述;受災體脆弱性用受災體內(nèi)在脆弱性和抗災救災能力描述。張婧等在GIS技術的支持下,對區(qū)域洪澇災害風險進行了評估。張海玉等在GIS技術和模糊數(shù)學的支持下,對洪澇災害經(jīng)濟易損性進行了研究。張斌等對區(qū)域承災體脆弱性指標體系與精細量化模型進行了研究。莫建飛等以災害學理論為基礎,GIS、RS為技術支持對廣西洪澇災害孕災環(huán)境敏感性進行了研究。洪水災害系統(tǒng)由于受天、地、人等多種因素共同影響,是一個復雜的系統(tǒng),因此,本文綜合文獻[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]的理論及方法,以災害風險系統(tǒng)是致災因子、孕災環(huán)境和承災體共同作用的系統(tǒng)為基礎,對洞庭湖地區(qū)進行洪水災害風險評估,其中致災因子用暴雨及以上降雨的加權頻次來描述,孕災環(huán)境用地形和河網(wǎng)密度來描述,承災體脆弱性用內(nèi)在脆弱性和抗災救災能力來描述。1.1災因危險性等級劃分洞庭湖地區(qū)洪水災害主要是由暴雨引起。因此,選取暴雨頻次作為洪水致災因子危險性評估指標。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)致災因子強度。1.2試驗指標選取孕災環(huán)境包括大氣、水文氣象環(huán)境及下墊面環(huán)境等,小區(qū)域洪水災害孕災環(huán)境主要受下墊面環(huán)境影響。在下墊面環(huán)境中,以地形對洪水災害風險影響最大,其次是河流網(wǎng)絡。因此,選取地形和河流網(wǎng)絡密度作為描述孕災環(huán)境危險性評估指標,其中地形對洪水災害作用為負,河流網(wǎng)絡密度對洪水災害作用為正。因此,地形高程數(shù)值越大則洪水災害危險性小,河流網(wǎng)絡密度數(shù)值越大則洪水災害危險性大。1.2.1地形危險性等級劃分根據(jù)洞庭湖地區(qū)主要水文站點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)選取閾值,在ArcMap中對地形危險性進行等級劃分。水位高程數(shù)據(jù)如表2所示,等級劃分結果如圖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)設置在ArcMap中通過對洞庭湖地區(qū)河網(wǎng)湖泊進行緩沖區(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)計每個行政單元的河流網(wǎng)絡密度,得出洞庭湖地區(qū)河流網(wǎng)絡危險性等級,如表3所示。對地形危險性等級和河流網(wǎng)絡危險性等級疊加,得出洪水災害孕災環(huán)境危險性等級劃分,如表3所示。1.3致災因子的影響承災體是各種致災因子作用的對象,是人類及其活動所在的社會與各種資源的集合。當人類接觸到自然災害才使其具有風險性。因此,承災體主要劃分為人口、財產(chǎn)、資源和環(huán)境等。致災因子在一定的環(huán)境下作用在承災體上對承災體產(chǎn)生影響的大小取決于承災體對災害的敏感程度,亦即承災體的脆弱性大小。承災體脆弱性評估包括承災體內(nèi)在脆弱性和抗災救災能力。在本文中,抗災救災能力用堤防因子描述,且堤防分為一級、二級和三級堤防;承災體內(nèi)在脆弱性表示如下S=L/H,(4)式中:S表示承災體的內(nèi)在脆弱性;L表示因災造成的損失;H表示致災因子強度。1.3.1等級值越大時h由式(2)～(4)得出承災體內(nèi)在脆弱性等級劃分,結果如表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,對這4個指標進行預處理并由熵權法計算各指標的權值,進而得到綜合災情損失L。1.3.2不同形成分級的防洪工程的相對權重洞庭湖地區(qū)堤防分布如圖3所示。統(tǒng)計每個地區(qū)的河流網(wǎng)絡密度并進行等級劃分,其中一級堤防、二級堤防、三級堤防的相對權重分別為1、0.5、0.2。劃分結果如表4所示。對承災體內(nèi)在脆弱性等級和抗災救災能力等級進行疊加,得出洞庭湖地區(qū)承災體脆弱性等級劃分,結果如表4所示。1.4洪水災害風險區(qū)域分布格局由式(1)對致災因子危險性、孕災環(huán)境危險性和承災體脆弱性進行疊加,得出洞庭湖地區(qū)洪水災害綜合風險等級劃分(表5),風險等級劃分圖如圖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)洪水災害風險高;其次是沿洞庭湖周圍地區(qū)風險較高;洞庭湖地區(qū)邊緣風險較低;其中,君山區(qū)、湘陰縣和岳陽樓區(qū)洪水災害風險等級最高;安鄉(xiāng)縣、岳陽縣和云溪區(qū)洪水災害風險等級較高;漢壽縣、華容縣、南縣、武陵區(qū)和沅江市洪水災害等級為中等;鼎城區(qū)、赫山區(qū)、澧縣、臨湘市和汨羅市洪水災害風險較低;臨澧縣、津市市、望城縣和資陽縣洪水災害風險最低。由此,可根據(jù)每個地區(qū)的風險等級大小制定相關的防災、減災、抗災等災害管理及災害保險的政策及措施。2洪水災害風險等級區(qū)評估本文在對當前災害風險評估理論分析與總結的基礎上,針對洞庭湖地區(qū)的洪水災害風險評估,提出了各子風險系統(tǒng)的描述因子,即致災因子強度用暴雨及以上降雨的加權頻次來描述,孕災環(huán)境用地形和河網(wǎng)密度來描述,承災體脆弱性用內(nèi)在脆弱性和抗災救災能力來描述。由此得出洞庭湖地區(qū)洪水災害風險的各子系統(tǒng)等級及區(qū)域綜合風險等級區(qū)劃圖。評估結果與實際