福建省臺風災害風險評估及區(qū)劃

福建省臺風災害風險評估及區(qū)劃

1臺風災害風險評估自然災害風險評估是指通過風險分析方法或外觀法評估和預測已發(fā)生的自然災害的影響因素和潛在影響，并對已發(fā)生的自然災害產(chǎn)生的影響進行評估和估計。風險分析技術(shù)在自然災害研究中的應用（黃崇福，2005）。孫紹騁(2001)認為,自然災害風險是對災害風險區(qū)不同強度災害的可能性及其可能造成的后果進行定量和評估。目前,國內(nèi)外都非常關注自然災害風險評估,也取得較大進展。有些學者提出了城市災害風險評價的兩極模型,并對城市地震災害進行評價,同時還提出了應用信息矩陣和信息分配等數(shù)學方法提取地震烈度和震級關系,對地震災害進行評價(黃崇福和史培軍,1995;黃崇福和白海玲,2000;黃崇福,2006);部分學者從災害系統(tǒng)角度對評價體系進行探討(儀垂祥和史培軍,1995;周寅康,1995)。目前對洪水災害系統(tǒng)風險評估研究比較成體系(萬慶,1999;周成虎,2000;向萬勝和李衛(wèi)紅,2001);對臺風災害則側(cè)重從大風和暴雨等致災因子進行統(tǒng)計分析與評價(丁燕和史培軍,2002;歐進萍,2002)?？梢?對自然災害風險評估主要集中在地震和洪水方面,而對臺風災害的風險評估從致災因子危險性評估較多,很少從災害系統(tǒng)角度,構(gòu)建一個集成化的指數(shù),結(jié)合具體區(qū)域進行分析評價。福建省地處東南沿海,靠近世界上最大的臺風源地(西北太平洋),是臺風災害較嚴重的省份之一(伍榮生,1999)。根據(jù)福建省臺風災害數(shù)據(jù)庫資料,臺風災害每年給福建造成近百人死亡和25億元的直接經(jīng)濟損失,是福建省危害最大、損失最嚴重的自然災害,已經(jīng)嚴重影響福建省經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。與相臨的廣東省和浙江省相比,因為受到中國臺灣島的屏障作用和福建省特殊的地形條件影響,福建省臺風災害有其獨特的致災因子和承災體特征,對福建省臺風災害進行風險評估與區(qū)劃,既可以補充中國自然災害風險區(qū)劃的完整性,也可為福建省經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和防災減災政策的制定提供科學依據(jù)。本文基于自然災害系統(tǒng)理論和GIS技術(shù),構(gòu)建臺風災害系統(tǒng)和臺風災害風險的形成原理,建立臺風災害風險評估指標和模型,提出用臺風災害風險指數(shù)法和綜合加權(quán)評價法對福建省臺風災害風險進行評估,并編制了福建省臺風災害風險區(qū)劃圖。2指數(shù)數(shù)量表臺風災害系統(tǒng)風險評估是一個復雜的問題,需要多種方法綜合應用。首先,臺風災害系統(tǒng)風險評估本文采用自然災害風險指數(shù)法(Davidson&Lamber,2001),因為在臺風災害風險形成過程中,致災因子危險性(VH)、孕災環(huán)境穩(wěn)定性(VE)、承災體脆弱性(VS)和防災減災能力(VR)4個因子缺一不可,是它們綜合作用的結(jié)果。臺風災害系統(tǒng)風險指數(shù)數(shù)學公式為:臺風災害風險度=穩(wěn)定性(VE)×危險性(VH)×脆弱性(VS)×防災減災能力(VR)(1)其次,臺風災害風險評估指標的選取和權(quán)重計算,主要采用層次分析法(AHP)求指標權(quán)重(王以彭等,1999),它是根據(jù)兩兩要素相對重要性的比較構(gòu)建判斷矩陣,綜合確定各要素的權(quán)重,以確定不同指標對同一因子的相對重要性。第三,臺風災害穩(wěn)定性、危險性、脆弱性和防災能力等各要素指數(shù)的計算則采用加權(quán)綜合評價法(WCA)(張繼權(quán)和魏民,1994),它是綜合考慮各個因子對總體對象的影響程度,把各個具體指標的優(yōu)劣綜合起來,用一個數(shù)量化指標加以集中表示整個評價對象的優(yōu)劣,計算公式為:Vj=∑i=1nWi?Dij(2)Vj=∑i=1nWi?Dij(2)式中:Vj是評價因子的總值;Wi是指標i的權(quán)重;Dij是對于因子j的指標i的歸一化值;n是評價指標個數(shù)。由于地理信息系統(tǒng)(GIS)在空間數(shù)據(jù)的分析和管理上具有強大的優(yōu)勢,而臺風災害的形成因素大風、暴雨和風暴潮等以及承災體的要素信息具有很強的空間差異性,可以用空間分布數(shù)據(jù)來表現(xiàn)。本文根據(jù)技術(shù)流程(圖1),基于GIS,利用因子分析法對福建省臺風災害風險進行評估與區(qū)劃。3建立臺風災害風險評估指數(shù)的過程3.1臺風孕災環(huán)境和承災體主要影響臺風災基于自然災害系統(tǒng)理論(史培軍,2002),臺風災害系統(tǒng)是由臺風產(chǎn)生和移動路徑及登陸地區(qū)孕災環(huán)境、臺風致災因子和登陸地區(qū)承災體相互作用共同組成的一個復雜的災害系統(tǒng)(圖2)。根據(jù)災害學基本理論,地球表層的孕災環(huán)境對災害系統(tǒng)的復雜程度、強度、災情程度以及災害系統(tǒng)的群聚與群發(fā)特征起著決定性作用(史培軍,1991)。臺風孕災環(huán)境主要受臺風產(chǎn)生和登陸地區(qū)的氣候條件、移動路徑和登陸地區(qū)地理條件、臺風登陸地區(qū)水文條件、土壤條件和植被條件等共同影響的,各影響因素又分為若干個子因子。這些環(huán)境條件與臺風配合,在一定程度上能加強或減弱臺風致災因子及次生災害,直接影響災情。臺風災害致災因子主要指臺風本身攜帶的大風、暴雨和風暴潮等因子,它們的強度、頻率和影響范圍等是臺風災害產(chǎn)生的先決條件和原動力。臺風災害承災體主要包括臺風影響地區(qū)人口、農(nóng)作物、工礦企業(yè)、水利設施系統(tǒng)和交通通訊生命線系統(tǒng)等,這些指標同樣包含若干個下一級因子,它們的數(shù)量與質(zhì)量組合(脆弱性強度)是臺風成災的主要原因和重要因素。臺風災害災情是臺風災害致災因子、孕災環(huán)境和承災體相互綜合作用的產(chǎn)物,主要包括人類生命傷亡、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)受損、水利設施破壞和交通通訊等生命線工程受損等。災情大小將直接影響整個社會經(jīng)濟系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。3.2災害風險的因素基于自然災害風險形成理論(黃崇福,2005)和構(gòu)建的臺風災害系統(tǒng)模式,臺風災害系統(tǒng)風險的形成原理見圖3。由圖3可知,臺風災害系統(tǒng)的風險是由穩(wěn)定性、危險性、脆弱性和防災減災能力4部分共同形成的。穩(wěn)定性表示臺風形成或影響區(qū)域環(huán)境要素及其變化特征,但對特定區(qū)域特定時段可以不考慮穩(wěn)定性的影響;危險性表示引起臺風災害的致災因子強度及概率特征;脆弱性表示受災區(qū)整個社會經(jīng)濟系統(tǒng)易于遭受臺風威脅和損失的性質(zhì)和狀態(tài);防災減災能力指受災區(qū)在遭受臺風災害襲擊后的恢復能力。3.3確定各兩兩權(quán)重根據(jù)綜合分析與主導因素相結(jié)合的原則,同時考慮資料的詳盡程度和易取得性,構(gòu)建了臺風災害風險評價指標體系(圖4)。指標權(quán)重的確定主要采用層次分析法(AHP)中的兩兩要素相對重要性的比較法構(gòu)建判斷矩陣,筆者咨詢17位專家,并請專家對所選指標進行重要性排序,構(gòu)建判斷矩陣求算、確定各要素的權(quán)重(圖4)。為了消除各指標的量綱差異,對每一個指標值進行歸一化處理。計算公式為:DIJ=Dij/∑Di式中:DIJ是J縣第I個指標的歸一化值;Dij是j縣第i個指標值;∑Di全部縣第i指標值總和。3.4臺風災害風險指數(shù)vh根據(jù)臺風災害風險指數(shù)數(shù)學式(1),結(jié)合臺風災害系統(tǒng)風險形成原理及評價指標體系,利用加權(quán)綜合評價法(WCA)式(2),建立臺風災害風險指數(shù)模型,計算公式為: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為臺風災害風險指數(shù),用于表示臺風災害風險程度,其值越大,則臺風災害風險程度越大;VH、VS、VR的值是表示根據(jù)式(4)加權(quán)綜合法計算的臺風災害危險性、脆弱性和防災減災能力各因子指數(shù),因為對于特定區(qū)域特定的時段,穩(wěn)定性可以不考慮;Wi為各評價指標因子的權(quán)重,Dij為j縣各指標i對應的歸一化值。在模型中,根據(jù)致災因子的危險性(WH)、承災體的脆弱性(WS)和防災減災能力(WR)3個因子對臺風災害風險的影響程度大小,分別賦予權(quán)重0.4、0.35和0.25。4福建臺風災害評估與區(qū)劃4.1建立臺風災害數(shù)據(jù)庫本文臺風災害數(shù)據(jù)主要采用福建省氣象臺提供的福建省災害性氣象年鑒(1980—1986年)和福建省氣候影響評價(1987—2005年),以縣域為單位,建立福建省臺風災害數(shù)據(jù)庫,包括大風等級與頻次、降水等級與頻次和臺風災害損失指標等;社會經(jīng)濟系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要采用福建省統(tǒng)計年鑒資料(1978—2005年),同樣建立了福建省社會經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)庫,包括人口、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、GDP、作物種植面積、財政收支比、郵電、交通通訊、教育等40個左右底層指標數(shù)據(jù)。4.2承災體脆弱性及災災因子特征分布福建臺風災害風險評估應該遵循臺風災害系統(tǒng)理論與臺風災害風險形成原理,應用GIS技術(shù),分別對形成臺風災害風險的因子要素——危險性、脆弱性和防災能力進行評估。危險性評估主要是評價福建省在特定時間遭受臺風致災因子如大風、暴雨和風暴潮的強度及概率分布,屬于風險識別和風險估計,危險性值越大,則越容易遭受臺風災害威脅,風險度也越大;脆弱性和防災減災能力屬于承災體易損性分析范疇,是指遭受臺風災害襲擊時,承災體易于遭受臺風致災因子的破壞、傷害的特性以及各種承災體對臺風災害的承受能力和防御恢復臺風災害的能力大小,脆弱性值越大,說明承災體越脆弱,抵御臺風災害能力越小,風險度越大;防災能力值越大,說明承災體遭受臺風災害襲擊后恢復能力越強,風險度越小。根據(jù)式(4)和圖4指標體系及權(quán)重,采用福建省臺風災害數(shù)據(jù)庫資料,應用GIS技術(shù),以縣域為單位編制了福建省臺風災害危險性分布圖(圖5);同樣,根據(jù)圖4的評價指標及權(quán)重和式(4)的評價模型,采用福建省社會經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)庫資料,以縣域為單位,選擇2005年(臺風災害嚴重年份)對福建省臺風災害承災體脆弱性和防災減災能力進行評估,并應用GIS技術(shù),編制了福建省臺風災害脆弱性和防災減災能力分布圖(圖5)。圖5表明,福建省臺風災害風險因子的分布有3個特點:1)致災因子危險性最大值分布在福建省東部沿海,這些地區(qū)靠近臺風源地,受臺風影響大,最低值分布在西部的三明、龍巖和南平等市,風險性從東南向西北減小;2)承災體脆弱性最高值分布在東部的福州、廈門、泉州、漳州、莆田和寧德沿海以及中部的三明、龍巖、南平等地級市轄區(qū),這些地區(qū)人口密集,經(jīng)濟發(fā)達,人地矛盾突出,易于遭受臺風災害的破壞和損失,而最低值分布在閩中的戴云山區(qū)和閩西武夷山區(qū)等人口較少,經(jīng)濟相對落后的地區(qū);3)防災減災能力的分布比較分散,最高值主要分布在閩南的漳州、廈門、同安,閩中的泉州沿海以及莆田與福州沿海地區(qū),另外還零散分布在福建中西部的龍巖、三明和南平等局部縣市,這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達,人均剩余額高,防御災害的能力和水平較高。4.3臺風災害風險分布根據(jù)臺風災害系統(tǒng)風險指數(shù)模型式(3),計算了福建省各縣域臺風災害系統(tǒng)的風險度,應用GIS技術(shù),編制了福建省臺風災害風險區(qū)劃圖(圖6),并對福建省臺風災害風險進行分析。綜合考慮各因子指數(shù)編制的福建省臺風災害風險分布有3個特點:1)位于福建省東南沿海的龍海、漳州、廈門、同安,泉州的東部沿海,莆田及福州的東部沿海和寧德的福鼎等地遭受臺風災害的風險最大,應該成為福建省防御臺風災害的重點;2)臺風災害風險次高值成片分布在整個東部沿海除最高值以外的地區(qū),這些地區(qū)靠近臺風源地,臺風災害危險性大,又因為這些地區(qū)人口密集,經(jīng)濟相對發(fā)達,承災體脆弱性較大,加上防災建設未跟上社會經(jīng)濟發(fā)展速度,所以臺風災害風險較大;3)廣大的中西部地區(qū),由于遠離臺風源,又有閩中的戴云山脈阻擋,人口相對較少,經(jīng)濟相對落后,所以臺風災害的風險度最小,但這些地區(qū)大多數(shù)是山地,臺風暴雨容易引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災害,所以,應該加強防范臺風次生災害的發(fā)生。5福建臺風災害風險區(qū)評估根據(jù)自然災害系統(tǒng)理論和自然災害風險評估理論,構(gòu)建了臺風災害系統(tǒng)模式和臺風災害風險形成原理。依據(jù)所構(gòu)件的臺風災害系統(tǒng)風險評價指標體系和評價模型,采用福建省臺風災害數(shù)據(jù)庫資料和福建省社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫資料(選擇臺風災害特別嚴重年份2005年數(shù)據(jù)),以縣域為單位,對福建省臺風災害系統(tǒng)風險進行評估并編制福建省臺風災害風險區(qū)劃圖(圖6)。福建東部沿海地區(qū)因靠近臺風源地,臺風災害危險性最大;東部沿海城市以及西部的地級市轄區(qū)因地勢低平、人口密集、人地矛盾激化等原因?qū)е鲁惺芘_風災害能力最低,承災體的脆弱性最高;閩南“金三角”、閩中的泉州、莆田和福州等局部縣市、閩西局部地級市因經(jīng)