劉偉康 張 慧

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030)

基于GIS和RS的哈爾濱淹沒經(jīng)濟損失風(fēng)險評估

劉偉康 張 慧

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030)

基于地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)構(gòu)建數(shù)字高程模型，采用平面模擬方法參照120.89 m水位對哈爾濱市淹沒風(fēng)險預(yù)測，運用地理信息系統(tǒng)GIS與遙感RS技術(shù)相結(jié)合的方法獲取了哈爾濱市區(qū)土地利用現(xiàn)狀空間分布信息，并用其將社會經(jīng)濟信息進行空間展布，對淹沒區(qū)產(chǎn)業(yè)類型分布圖和淹沒深度進行矢量疊加分析，并依據(jù)經(jīng)濟信息進行淹沒經(jīng)濟損失風(fēng)險評估。評估結(jié)果顯示，淹沒經(jīng)濟風(fēng)險最高的區(qū)域主要分布在道里區(qū)和道外區(qū)，其次為松北區(qū)、呼蘭區(qū)和香坊區(qū)。

地理信息系統(tǒng);空間展布模型;經(jīng)濟損失風(fēng)險;評估

引言

松花江水資源豐富，洪澇災(zāi)害頻繁，極大地影響著沿岸城市的經(jīng)濟發(fā)展。哈爾濱市位于松花江沿岸，是黑龍江省省會，是中國東北北部政治、經(jīng)濟和文化的中心，也是中國省轄市中面積最大、人口居第二位的特大城市，淹沒風(fēng)險較高。對哈爾濱市進行洪災(zāi)經(jīng)濟損失風(fēng)險評價能夠為防洪工作提供重要參考。

洪水災(zāi)害風(fēng)險評估主要包括洪水危險性評價、洪水易損性評價、洪水損失評估、洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險評估等，是對洪水災(zāi)害危險性、易損性等方面的綜合評價與分析。開展洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估對于加強災(zāi)害預(yù)警，規(guī)避洪澇風(fēng)險，發(fā)展洪澇保險具有重要基礎(chǔ)作用，是進行洪澇災(zāi)害風(fēng)險管理及決策的重要科學(xué)依據(jù)?；贕IS洪災(zāi)損失分析技術(shù)是一種將GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、淹沒范圍及淹沒深度模擬、遙感信息獲取與分析、資產(chǎn)評價與預(yù)測分析相結(jié)合的基于空間分析技術(shù)的洪災(zāi)損失評價模式。它的優(yōu)勢就是將GIS空間分析技術(shù)引入到淹沒損失評估系統(tǒng)中，實現(xiàn)定量、定位地進行淹沒損失評價，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計評估相比，能更好地服務(wù)于抗災(zāi)救災(zāi)和減災(zāi)規(guī)劃中。

對洪水災(zāi)害損失風(fēng)險評估的研究，國外一些發(fā)達國家比較早，洪水保險普及也比較早，評估所需的基本資料相對較完整，并在防洪減災(zāi)、土地利用開發(fā)與保護中發(fā)揮重要的作用。我國洪災(zāi)損失評估研究始于20世紀(jì)80年代末期，近年隨著RS和GIS技術(shù)的集成應(yīng)用的逐步發(fā)展，洪水損失評估也有了較大進展。

中國對洪水災(zāi)害損失評價的研究起步較晚，基礎(chǔ)資料薄弱，研究方法和預(yù)測模型不夠成熟。近年來，隨著GIS和RS技術(shù)的集成應(yīng)用的逐步發(fā)展，該技術(shù)被應(yīng)用到洪水淹沒范圍模擬和經(jīng)濟損失預(yù)測研究中，并取得較好效果。陳秀萬等利用洪水時遙感水體提取模型計算淹沒范圍，孫海等基于DEM模擬洪水淹沒范圍，較好地反映了水體的淹沒范圍，王艷艷等構(gòu)建了基于洪水模擬演進的洪水災(zāi)害評價模型，通過洪水的水情信息模擬淹沒范圍;在評價單元的選取上，丁志雄提出了以空間信息格網(wǎng)為評價單元，李紀(jì)人提出利用空間展布的方式將社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)展布到研究區(qū)內(nèi)土地利用類型數(shù)據(jù)上從而完成淹沒區(qū)域經(jīng)濟損失的預(yù)測，較以行政區(qū)為單位，利用傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法得到的經(jīng)濟損失結(jié)果在準(zhǔn)確性上有很大提高。

一、研究區(qū)概況

哈爾濱市位于黑龍江省南部，松花江干流中游江畔，地跨松花江南北兩岸，松花江干流由西向東貫穿哈爾濱市地區(qū)中部，成為全市灌溉量最大的河，市區(qū)主要分布在松花江形成的三級階地上，境內(nèi)的大小河流均屬于松花江水系和牡丹江水系，使得哈爾濱水資源具有過境水量大，并且時空分布不均的特點，形成了哈爾濱防洪的嚴(yán)峻形勢。

松花江是黑龍江最大的支流，流經(jīng)黑龍江、內(nèi)蒙古、吉林三省(區(qū))，溝通了哈爾濱、佳木斯、齊齊哈爾、吉林等主要工業(yè)城市及黑龍江、烏蘇里江國際界河。全長1 900公里，流域面積54.56萬平方公里，占東北三省總面積69.32%。流域年平均降水量比較充沛，水資源較豐富。

哈爾濱市自開阜以來，多次遭受洪水侵襲。從1898年有水文資料記載至今的百年間共發(fā)生超過4 500秒立方米的洪水30次，相當(dāng)于三至四年發(fā)生一次;超過8 500秒立方米的大洪水10次，相當(dāng)于十年發(fā)生一次。其中，1932年洪水水位為119.72米，23.8萬人受災(zāi)，占當(dāng)年市區(qū)人口38萬人的近2/3，損失慘重。1957年洪水水位為120.30米，還原洪峰流量為146 000秒立方米，超過1932年最高水位0.58米，高水位持續(xù)了20多天。這次洪水造成直接經(jīng)濟損失5 000萬元。1998年松花江發(fā)生了超一百五十年一遇的特大洪水。最高洪水位為120.89米，最大洪峰流量為17 400秒立方米。哈爾濱市11個縣市，132個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1030個自然村受災(zāi)。1998年特大洪水全市累計上堤搶險66 514萬人次，搶險投入經(jīng)費約10億，外洪內(nèi)澇和抗洪搶險給全市造成的經(jīng)濟損失約40億元。

二、研究方法與研究步驟

基于GIS和RS技術(shù)對洪災(zāi)損失預(yù)測與基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析的預(yù)測相比，能更好地實現(xiàn)災(zāi)害損失的空間定位。本研究采用數(shù)字高程模型進行洪水淹沒范圍模擬，并疊加以淹沒深度數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，進行離散化處理，利用空間展布模型進行淹沒區(qū)經(jīng)濟損失風(fēng)險評估。

1.數(shù)字高程模型的構(gòu)建

以1∶5萬地形圖為底圖對等高線進行矢量化，并進行等高線內(nèi)插，生成基礎(chǔ)高程為109.89 m，等高距為1m的等高線地形圖。

2.洪水淹沒風(fēng)險分級

洪水淹沒區(qū)水面是一個復(fù)雜曲面，它的模擬方法主要包括三種:平面模擬、斜平面模擬和曲面模擬。平面模擬在這三種方法中是最簡捷的，也是最容易實現(xiàn)與土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)疊加分析的方法。

造成洪水淹沒的原因有多種，主要包括當(dāng)?shù)亟邓蜕嫌蝸硭?。按照洪水淹沒的成因，可以將洪水淹沒分為兩大類:無源淹沒和有源淹沒?！盁o源淹沒”指由降水造成的水位上升，凡是高程低于給定水位的區(qū)域都為淹沒區(qū)。“有源淹沒”指由于上游來水造成的淹沒，即洪水只淹沒它能流到的地方，與水源不連通的低洼地不構(gòu)成淹沒。本研究區(qū)的淹沒原因多為上游來水淹沒，因此與松花江不連通的洼地不在淹沒范圍內(nèi)。

本研究采用對松花江淹沒水面進行有源淹沒的平面模擬。按照淹沒區(qū)域單位面積的經(jīng)濟損失累計分布頻率的20%、40%、60%、80%、100%將經(jīng)濟風(fēng)險分為5級。

3.淹沒區(qū)土地利用類型信息獲取

本研究采用4景2009年夏季中巴資源衛(wèi)星影像，空間分辨率為19.5 m。在ERDAS軟件平臺上，利用1∶5萬地形圖，對遙感圖像進行幾何精校正和配準(zhǔn)。

利用Arcgis軟件，對預(yù)處理后的遙感影像進行解譯。首先，依據(jù)遙感影像特征建立解譯標(biāo)志;然后，采取主成分分析和傅里葉變換等遙感影像增強方法，并結(jié)合解譯標(biāo)志與野外踏察進行綜合分析，進行圖斑的矢量化與屬性賦值。本文依據(jù)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析和洪水淹沒經(jīng)濟損失預(yù)測的需要，將土地利用類型分為農(nóng)用地、工業(yè)用地、第三產(chǎn)業(yè)用地、農(nóng)村居住用地、城鎮(zhèn)居住用地和其他土地。

4.社會經(jīng)濟信息空間展布

通常統(tǒng)計部門公布的社會經(jīng)濟信息是以行政單位為統(tǒng)計單元，很難體現(xiàn)信息在行政單元內(nèi)部的空間分布的不均勻性。本研究采用了空間展布模型，該模型是將社會經(jīng)濟信息展布到產(chǎn)生或影響該信息的地塊上，以獲得社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)空間分布密度，然后再通過社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的空間分布密度將社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)落實到每一塊圖斑。

本文的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來自于《哈爾濱年鑒2010》《2010年哈爾濱市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，以及哈爾濱市統(tǒng)計局相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)。依據(jù)已獲取的土地利用數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟資料計算各區(qū)不同產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟指標(biāo)的分布密度，計算公式如下:

式中Pi為某產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值(元)，Ai為某產(chǎn)業(yè)用地總面積(m2);Di為該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的空間分布密度(元.m－2)，i為與土地利用類型相對應(yīng)的某產(chǎn)業(yè)類型。

按照行政區(qū)和產(chǎn)業(yè)類型分別將社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)分布密度乘以地類圖斑面積，得到每塊圖斑上承擔(dān)的經(jīng)濟數(shù)據(jù)。依據(jù)淹沒區(qū)范圍，分別對淹沒區(qū)范圍內(nèi)的呼蘭區(qū)、松北區(qū)、道里區(qū)、道外區(qū)和香坊區(qū)的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)按照產(chǎn)業(yè)類型進行空間展布。

5.淹沒區(qū)經(jīng)濟損失風(fēng)險評估

淹沒區(qū)的經(jīng)濟損失風(fēng)險通過單位面積的經(jīng)濟損失來體現(xiàn)。

通常洪災(zāi)造成的經(jīng)濟損失主要包括直接經(jīng)濟損失、間接經(jīng)濟損失和搶險救災(zāi)費用三部分。直接經(jīng)濟損失主要指由于洪災(zāi)造成的財產(chǎn)破壞、損毀和由于產(chǎn)業(yè)停產(chǎn)、減產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。間接經(jīng)濟損失指本身并未與洪水直接接觸，而是由于存在同直接受災(zāi)的對象有著生產(chǎn)上或其他方面聯(lián)系而受到的經(jīng)濟損失。由于間接經(jīng)濟損失是與直接經(jīng)濟損失派生出的相關(guān)聯(lián)的損失，且與直接損失存在一定比例關(guān)系，國際較為通用的方法是采用經(jīng)驗系數(shù)法進行估算。

本研究中預(yù)測的經(jīng)濟損失包括直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失兩部分，不包括防洪和搶險救災(zāi)方面造成的經(jīng)濟損失。借鑒國內(nèi)外間接經(jīng)濟損失經(jīng)驗系數(shù)，并依據(jù)哈爾濱市的實際情況，確定不同行業(yè)和部門的間接損失率分別為農(nóng)業(yè)17%，工業(yè)25%，第三產(chǎn)業(yè)30%，住宅區(qū)17%。

間接經(jīng)濟損失的計算公式如下:

式中，Sj為某產(chǎn)業(yè)間接經(jīng)濟損失(元);Dj某產(chǎn)業(yè)直接經(jīng)濟損失(元);K為反映間接損失與直接損失的相關(guān)系數(shù);j為某產(chǎn)業(yè)類型。

淹沒區(qū)地類圖斑的洪災(zāi)經(jīng)濟損失風(fēng)險具體計算公式可表示為如下形式:

式中M為淹沒區(qū)地類圖斑的經(jīng)濟損失風(fēng)險(級);式中β表示直接經(jīng)濟損失率(%)，即洪災(zāi)區(qū)財富損失與原有財富總值之比;i為某產(chǎn)業(yè)類型，j為某行政分區(qū)，d為淹沒深度(米);A為承擔(dān)的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)(元);K為間接經(jīng)濟損失與直接經(jīng)濟損失的相關(guān)系數(shù)。

本研究以1998年各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟損失為參考，在綜合統(tǒng)計淹沒區(qū)的分類資產(chǎn)的基礎(chǔ)上，建立直接經(jīng)濟損失率與各產(chǎn)業(yè)類型和淹沒風(fēng)險關(guān)系表，以確定k值。

圖1 哈爾濱市淹沒經(jīng)濟風(fēng)險圖

三、經(jīng)濟損失風(fēng)險評估

綜合淹沒風(fēng)險和社會經(jīng)濟信息因素對哈爾濱市的淹沒經(jīng)濟損失風(fēng)險進行評估得出以下結(jié)論:

(1)哈爾濱市區(qū)范圍內(nèi)淹沒經(jīng)濟風(fēng)險最高區(qū)域主要分布在道里區(qū)和道外區(qū)，其次分布在松北區(qū)、呼蘭區(qū)和香坊區(qū)，南崗區(qū)、平房區(qū)和阿城區(qū)淹沒經(jīng)濟風(fēng)險最低。

(2)對哈爾濱市各區(qū)的總經(jīng)濟損失進行匯總統(tǒng)計。其中，松北區(qū)總經(jīng)濟損失最高，占整個淹沒區(qū)經(jīng)濟損失的39%。在其損失的構(gòu)成中，該區(qū)城鎮(zhèn)住宅與家財損失相對于其他各區(qū)處于較低水平，其他各產(chǎn)業(yè)類型經(jīng)濟損失均處于最高水平;總經(jīng)濟損失處于第二和第三位的是呼蘭區(qū)和道外區(qū)，分別占整個淹沒區(qū)經(jīng)濟損失的27%和20%;香坊區(qū)的經(jīng)濟損失最小，僅占淹沒區(qū)總經(jīng)濟損失的2%(圖2)。

圖2 哈爾濱市各區(qū)洪災(zāi)經(jīng)濟

四、結(jié)論與討論

通過對洪水淹沒經(jīng)濟損失風(fēng)險的評估，可以看出，道里區(qū)和道外區(qū)的單位面積經(jīng)濟損失風(fēng)險高于其他各區(qū)，應(yīng)為哈爾濱市的防洪重點區(qū)域，呼蘭區(qū)和松北區(qū)地勢相對較低，又是正在建設(shè)的新城區(qū)，淹沒風(fēng)險較高區(qū)域的土地利用類型又主要以耕地為主，因此洪水來臨時可以考慮作為泄洪區(qū)。

在今后的研究中，應(yīng)圍繞如何合理調(diào)整用地布局，以及合理制定防災(zāi)、減災(zāi)等各項規(guī)劃展開。目前，松北區(qū)是正在建設(shè)的新區(qū)，在城市規(guī)劃和建設(shè)的過程中應(yīng)充分考慮防洪因素，盡量減少在可能發(fā)生洪災(zāi)的區(qū)域建設(shè)密集商業(yè)區(qū)和大型居民點，以減少該區(qū)內(nèi)生命和財產(chǎn)損失;道里區(qū)和道外區(qū)是歷史悠久的老城區(qū)，減少該區(qū)的經(jīng)濟損失可以通過對該區(qū)進行合理地用地布局調(diào)整和加強防洪工程建設(shè)來實現(xiàn)。

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The Assessment of Economic Risk Submerged in Harbin City Based on GIS RS

Liu Weikang，Zhang Hui
(Northeast Agricultural University，Harbin Heilongjiang 150030)

Base on the GIS to build the digital elevation model，referencing the water level of 120.89m，the writer uses the plane simulation method to simulate flood risk of Harbin city.Combining GIS with RS technology，we acquire the spatial information of urban land use and the spatial distribution of the socio－economic information in Harbin，overlay analysis industrial type of flood zone maps and flood depth，and assess the economic risk submerged.The result shows that the area of the highest economic risk submerged is located in Dao Li area and Dao Wai area，flowed by Song Bei area，Hu Lan area and Xiang Fang area.

GIS，the model of spatial distribution，economic risk submerged，assessment

C912.3

A

1672-3805(2012)01-0068-05

2011－09－26

劉偉康(1974－)，男，吉林人，黑龍江省農(nóng)墾總局黨委委員，組織部部長，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀博士;研究方向:農(nóng)業(yè)遙感與土地利用