田光文

(南鄭縣氣象局，陜西漢中 723000)

暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃既可以為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和土地資源綜合利用提供參考，也是政府部門(mén)制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃的依據(jù)。南鄭縣暴雨災(zāi)害頻發(fā)，查閱1986—2016年民政部門(mén)的災(zāi)情統(tǒng)計(jì)資料，南鄭縣全縣境內(nèi)平均每年出現(xiàn)暴雨4次，幾乎每次暴雨過(guò)程都有鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生泥石流、滑坡等次生災(zāi)害；從經(jīng)濟(jì)損失上來(lái)看，相比于其他氣象災(zāi)害，暴雨造成的災(zāi)害最為嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失動(dòng)輒上億，甚至經(jīng)常發(fā)生人員傷亡。近幾年南鄭縣暴雨災(zāi)害越來(lái)越多。對(duì)于不同的區(qū)域，往往一次暴雨過(guò)程的降雨量不盡相同，有時(shí)相去甚遠(yuǎn)，造成的災(zāi)害也不相同。因此在防災(zāi)減災(zāi)工作中迫切需要對(duì)暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精細(xì)區(qū)劃。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS)作為獲取、存儲(chǔ)、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具和技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種規(guī)劃設(shè)計(jì)和區(qū)劃計(jì)算[1-5]。暴雨災(zāi)害評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的地學(xué)多源信息綜合分析過(guò)程，運(yùn)用GIS技術(shù)可以較真實(shí)地再現(xiàn)空間地質(zhì)實(shí)體，這也是GIS技術(shù)優(yōu)于其它同類(lèi)技術(shù)之處[6-7]。

1 資料與方法

1.1 資料選取

資料分為三部分：降雨資料包括南鄭國(guó)家一般氣象站1971—2016年的降雨資料和南鄭縣轄區(qū)內(nèi)28個(gè)區(qū)域自動(dòng)站2012—2016年降雨資料；GIS資料采用南鄭縣1∶25萬(wàn)DEM高程數(shù)據(jù)和區(qū)域站、國(guó)家站的站點(diǎn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料采用2016年南鄭縣以鎮(zhèn)為單位的土地面積、GDP、總?cè)丝谝约案孛娣e等數(shù)據(jù)。

1.2 方法

基于氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制[8]及暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論，由降雨資料得到暴雨致災(zāi)因子分布，由GIS資料得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性因子分布，由社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料得到承載體易損性因子分布，給這3個(gè)因子賦以不同權(quán)重，使用Arcgis對(duì)3個(gè)因子進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，繪制出暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。

2 結(jié)果分析

2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性

暴雨災(zāi)害的強(qiáng)度和頻次往往可以體現(xiàn)暴雨致災(zāi)的程度，因此，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性可用暴雨災(zāi)害的強(qiáng)度和發(fā)生頻次來(lái)表征。

2.1.1 臨界致災(zāi)雨量的確定 氣象上對(duì)于暴雨的定義為：24 h降雨量≥50 mm。研究中涉及降雨序列的時(shí)間較長(zhǎng)，因此暴雨過(guò)程定義為：一次降雨過(guò)程至少持續(xù)一日以上，且至少有一日降雨量≥50 mm，則認(rèn)為該次降雨過(guò)程為一次暴雨過(guò)程；出現(xiàn)無(wú)降雨日或微量降雨日，則認(rèn)為本次暴雨過(guò)程結(jié)束。該次過(guò)程的降雨量即為暴雨過(guò)程降雨量。

由于國(guó)家一般氣象站的完整降雨序列較長(zhǎng)，首先利用該站降雨資料確定不同暴雨等級(jí)的臨界雨量。對(duì)南鄭國(guó)家一般氣象站1971—2016年的暴雨過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，剔除不合理數(shù)據(jù)。由于南鄭暴雨過(guò)程最多持續(xù)5 d，持續(xù)6 d及以上的過(guò)程幾乎沒(méi)有，故分級(jí)時(shí)只考慮統(tǒng)計(jì)1～5 d的暴雨過(guò)程降雨量。分別統(tǒng)計(jì)過(guò)程持續(xù)日數(shù)為1、2、3、4、5 d(含5 d以上)的暴雨過(guò)程降雨量，根據(jù)暴雨過(guò)程持續(xù)日數(shù)，建立5個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度的暴雨過(guò)程序列。

暴雨分級(jí)使用百分位法。首先，分別查找出每個(gè)序列的4個(gè)百分位數(shù)(第50百分位數(shù)、第80百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、第95百分位數(shù))對(duì)應(yīng)的降雨量和每個(gè)序列的最小降雨量，將其確定為臨界致災(zāi)雨量；其次，將最小降雨量至第50百分位數(shù)對(duì)應(yīng)的降雨量定為1級(jí)暴雨，第50百分位數(shù)對(duì)應(yīng)的降雨量至第80百分位數(shù)對(duì)應(yīng)的降雨量定為2級(jí)暴雨，依次類(lèi)推確定其他3個(gè)暴雨等級(jí)，并得出南鄭縣各等級(jí)暴雨的臨界雨量(表1)。

表1 南鄭縣各等級(jí)暴雨的臨界雨量 mm

其次，利用全部降雨資料確定暴雨發(fā)生頻次。根據(jù)表1確定的臨界雨量，利用2012—2016年28個(gè)區(qū)域自動(dòng)站降雨資料和1971—2016年南鄭國(guó)家一般站的降雨資料，分別統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)不同等級(jí)暴雨的發(fā)生頻次，得到南鄭縣各站點(diǎn)不同等級(jí)暴雨發(fā)生頻次表(表2)。近似認(rèn)為2012—2016年各區(qū)域站年平均暴雨頻次反映的是各區(qū)域站點(diǎn)的歷史年平均暴雨頻次。

2.1.2 暴雨致災(zāi)因子權(quán)重的確定 暴雨強(qiáng)度與洪澇的形成是正相關(guān)的關(guān)系，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，確定暴雨致災(zāi)因子的權(quán)重[8]。1～5級(jí)暴雨的權(quán)重分別考慮為1/15、2/15、3/15、4/15、5/15。

表2 南鄭縣各站點(diǎn)不同等級(jí)暴雨發(fā)生頻次 次/a

2.1.3 暴雨致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃 根據(jù)表2，通過(guò)插值分別繪制出1至5級(jí)暴雨頻次分布圖，使用ArcGIS對(duì)各級(jí)暴雨頻次分布圖加權(quán)求和，得到暴雨致災(zāi)因子危險(xiǎn)性分布圖。利用自然斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行分級(jí)，得到暴雨致災(zāi)因子危險(xiǎn)性區(qū)劃圖(圖略)。

2.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性

孕災(zāi)環(huán)境是影響暴雨分布的重要指標(biāo)之一。因南鄭縣境內(nèi)地形較為復(fù)雜(分為三種地形)，同時(shí)水系并不發(fā)達(dá)，因此近似認(rèn)為孕災(zāi)環(huán)境敏感性只受到地形影響，根據(jù)地形的高程差和高程標(biāo)準(zhǔn)差的組合賦值來(lái)對(duì)其進(jìn)行研究。使用1∶25萬(wàn)DEM高程數(shù)據(jù)，以每個(gè)像元為單位，用ArcGIS對(duì)每個(gè)像元進(jìn)行鄰域分析，計(jì)算高程差及高程標(biāo)準(zhǔn)差。因陡坡和低洼地帶容易導(dǎo)致暴雨洪澇災(zāi)害而引發(fā)泥石流等災(zāi)害，因此根據(jù)高程差和高程標(biāo)準(zhǔn)差的組合(表3)，對(duì)每個(gè)像元賦值，得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性分布圖。利用自然斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行分級(jí)，得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性區(qū)劃圖(圖略)。

表3 南鄭縣地形高程和高程標(biāo)準(zhǔn)差(σ)組合賦值

2.3 承災(zāi)體易損性

暴雨災(zāi)害造成的危害往往與承受氣象災(zāi)害的載體(即承災(zāi)體)也有密切關(guān)系，因此，利用各鎮(zhèn)(辦)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況(經(jīng)濟(jì)、人口、耕地的分布等)來(lái)分析承災(zāi)體易損性。

2.3.1 承災(zāi)體易損性權(quán)重確定 社會(huì)資料中每個(gè)因子在不同地區(qū)受暴雨災(zāi)害的影響程度不同。根據(jù)南鄭縣2016年年鑒，南鄭縣大部分區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)丘陵，總?cè)丝?6萬(wàn)人，而農(nóng)耕人口達(dá)到了31萬(wàn)人，因此暴雨災(zāi)害的主要承災(zāi)體是耕地和人口。故將耕地比重因子的權(quán)重確定為0.6，地均人口因子權(quán)重確定為0.3，地均GDP因子權(quán)重確定為0.1。

2.3.2 承災(zāi)體易損性區(qū)劃 類(lèi)似于暴雨致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的處理方法。通過(guò)插值分別繪制耕地比重、地均人口、地均GDP的分布圖，使用ArcGIS對(duì)三者進(jìn)行加權(quán)求和，得到承災(zāi)體易損性的分布圖。利用自然斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行分級(jí)，得到承災(zāi)體易損性區(qū)劃圖(圖略)。

2.4 暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)受孕災(zāi)環(huán)境敏感性、致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和承載體易損性3個(gè)因子共同影響，因此，要得到暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，需要同時(shí)考慮這3個(gè)因子的影響。

首先，需要確定3個(gè)因子的權(quán)重。由于各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子所起的作用不同，權(quán)重的大小依據(jù)各因子對(duì)氣象災(zāi)害的影響程度而定，綜合考慮南鄭常年降雨豐沛，地形復(fù)雜等實(shí)際情況，確定敏感性因子占0.3，危險(xiǎn)性因子占0.5，易損性因子占0.2。

其次，根據(jù)下面的加權(quán)計(jì)算公式求算氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[8]

I=VhWh+VeWe+VsWs，

(1)

式中，I為暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，用于表示風(fēng)險(xiǎn)程度，其值越大，表示暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度越大；Ve、Vh、Vs分別表示風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中的暴雨致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境的敏感性和承災(zāi)體的易損性等評(píng)價(jià)因子；We、Wh、Ws是各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

根據(jù)公式1計(jì)算得到暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布圖，同樣利用自然斷點(diǎn)分級(jí)法進(jìn)行分級(jí)，得到南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖(圖1)。

圖1 南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

2.5 區(qū)劃評(píng)述

從南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖可見(jiàn)，南部、東南部主要為次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，中部主要為中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，北部主要為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2.5.1 高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū) 該區(qū)域暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在59～295之間，地處米倉(cāng)山沿線及南鄭縣南部，主要分布在福成鎮(zhèn)、碑壩鎮(zhèn)、黎坪鎮(zhèn)、黃官鎮(zhèn)南部、小南海鎮(zhèn)南部和法鎮(zhèn)南部。這一區(qū)域暴雨出現(xiàn)頻次最高，降雨強(qiáng)度最大，年均暴雨頻次在4.5～4.9次之間。區(qū)域自動(dòng)站資料顯示，該區(qū)域最大暴雨過(guò)程降雨量超過(guò)500 mm，但由于該區(qū)域以山區(qū)為主，人口稀少，因此，暴雨造成的災(zāi)害并不是非常嚴(yán)重。

2.5.2 中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū) 該區(qū)域暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在6～59之間，處于南鄭縣中部低山丘陵區(qū)，主要分布在牟家壩鎮(zhèn)、湘水鎮(zhèn)、圣水鎮(zhèn)、高臺(tái)鎮(zhèn)，小南海鎮(zhèn)北部、黃官鎮(zhèn)北部。這一區(qū)域暴雨頻次較高，降雨強(qiáng)度較強(qiáng)，年均暴雨頻次在3.7～4.0次之間，區(qū)域自動(dòng)站資料顯示，該區(qū)域最大暴雨過(guò)程雨量超過(guò)250 mm，該區(qū)暴雨強(qiáng)度雖然不是最高，但由于平原地區(qū)較多，暴雨對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大，造成的災(zāi)害較為嚴(yán)重。

2.5.3 次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū) 該區(qū)域暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較小，處于南鄭縣北部平原區(qū)，主要分布在梁山鎮(zhèn)、協(xié)稅鎮(zhèn)、大河坎鎮(zhèn)、濂水鎮(zhèn)、青樹(shù)鎮(zhèn)、新集鎮(zhèn)等北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)。這一區(qū)域暴雨頻次較低，降雨強(qiáng)度相對(duì)較小，年均暴雨頻次3.4～3.7次之間。該區(qū)域自動(dòng)站資料顯示，該區(qū)域最大暴雨降雨過(guò)程超過(guò)200 mm。該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，有較健全的防災(zāi)減災(zāi)體系，但由于人口密集，有部分工業(yè)產(chǎn)業(yè)，因此暴雨仍會(huì)產(chǎn)生一定的災(zāi)害影響。

3 區(qū)劃結(jié)果驗(yàn)證

將1986—2016年民政部門(mén)的災(zāi)情統(tǒng)計(jì)資料與暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果對(duì)比分析，南鄭縣暴雨風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖基本反映了南鄭縣暴雨災(zāi)害的分布特征，區(qū)劃結(jié)果與暴雨災(zāi)害較為吻合，使用GIS技術(shù)所做的暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃充分體現(xiàn)了精細(xì)化的特點(diǎn)。

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