李 香，趙志忠，張京紅，李鵬山

（1.海南師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院，海南 ?？?571158；2.海南省氣象科學(xué)研究所，海南 ?？?570203）

GIS技術(shù)支持下的海南島暴雨災(zāi)害危險性評價

李 香1，2，趙志忠1*，張京紅2，李鵬山1

（1.海南師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院，海南 海口 571158；2.海南省氣象科學(xué)研究所，海南 ?？?570203）

基于GIS技術(shù)，從致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境兩方面進行分析，選取降水、地形、水系（河流、湖泊和水庫）3個因素，并利用自然災(zāi)害指數(shù)法和百分位數(shù)法對海南島暴雨災(zāi)害進行了危險性評價.結(jié)果表明：海南島暴雨災(zāi)害危險性受地形的影響較大，其危險程度從四周沿海向中部山區(qū)遞減，且北部比南部危險性高，東部比西部危險性高；高危險地區(qū)主要分布在四周沿海地區(qū)，中部地區(qū)多為低危險區(qū)和次低危險區(qū).

海南島；暴雨災(zāi)害；危險性評價；GIS

我國自然災(zāi)害發(fā)生頻率高、分布廣、損失大，是世界上自然災(zāi)害最為嚴重的國家之一.其中由氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失占所有自然災(zāi)害造成經(jīng)濟總損失的70％以上［1］.因此，我國學(xué)者對干旱、洪澇、臺風(fēng)、暴雨、冰雹等氣象災(zāi)害進行了大量的研究［2-8］.特別是近年來，隨著氣候的異常變化，氣象災(zāi)害的發(fā)生日趨頻繁，災(zāi)害造成的損失急劇增加，對氣象災(zāi)害的研究也正不斷地加深.因此，隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）技術(shù)的發(fā)展，為災(zāi)害研究提供了更多新的研究方法和手段.

本文以海南島為研究對象，在GIS技術(shù)支持下對暴雨災(zāi)害危險性的致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境進行分析和評價，以提高人們對暴雨災(zāi)害的科學(xué)認識；加強對暴雨災(zāi)害的預(yù)測和評價，通過增強抗災(zāi)減災(zāi)能力來減輕災(zāi)害所造成的損失.

1 研究區(qū)概況

海南島位于中國最南端.地處北緯18°10′～20° 10′，東經(jīng)108°37′～111°03′.屬熱帶季風(fēng)氣候，長夏無冬，光溫充足，雨量充沛，東濕西干.年平均氣溫在22～26℃，年日照時數(shù)1 780～2 600 h.海南島雨量充沛，年平均降雨量為1639 mm.但地區(qū)分布不均衡，東部和東北部多雨，西部及西南部少雨，形成區(qū)域性缺水.此外，時間分布也不均勻，有明顯的多雨季和少雨季，每年的5～10月份是多雨季.

海南島四周低平，中間高聳，以五指山、鸚歌嶺為隆起核心，向外圍逐級下降，由山地、丘陵、臺地、平原構(gòu)成環(huán)形層狀地貌梯級結(jié)構(gòu)明顯.山地和丘陵是海南島地貌的核心，占全島面積的38.7％，山地主要分布在島中部偏南地區(qū)，丘陵主要分布在島內(nèi)陸和西北、西南部等地區(qū).在山地丘陵周圍，廣泛分布著寬窄不一的臺地和階地，占全島總面積的49.5％.環(huán)島多為濱海平原，占全島總面積的11.2％.

由于海南島地勢中部高四周低，比較大的河流大都發(fā)源于中部山區(qū)，組成輻射狀水系.全島獨流入海的河流共154條，其中集水面積超過100 km2的有38條.南渡江、昌化江、萬泉河為海南島三大河流，集水面積均超過3 000 km2，三大河流流域面積占全島總面積的47％.

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用的氣象數(shù)據(jù)為海南島18個氣象站1963～2007年的逐日降水數(shù)據(jù)，來源于海南省氣象局；地理信息數(shù)據(jù)采用1：50 000的海南省政區(qū)圖、海南島水系圖，其中含河流、湖泊和水庫與海南島數(shù)字高程模型.

2.2 研究方法

主要采用自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)法和百分位數(shù)法，充分運用GIS技術(shù)的圖形分析、地圖代數(shù)等功能，對降水因子、地形影響因子和水系影響因子的權(quán)重分布進行頻率組合和評價，并劃分每個柵格的危險度，從而得到海南島暴雨災(zāi)害危險性評價的等級.

3 結(jié)果與討論

3.1 評價指標的選取

暴雨災(zāi)害危險性分析是對區(qū)域暴雨致災(zāi)的孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子的各種自然屬性特征的概率分布做出的評價［9］.影響暴雨致災(zāi)的因素眾多，而降水和下墊面因素是影響暴雨致災(zāi)的主要因素.短時間內(nèi)的暴雨是洪水形成的前提條件，下墊面因素以地形及河流、水庫和湖泊的分布對暴雨致洪的危險性影響最大，故本文主要通過考慮降水、地形、水系（河流、湖泊和水庫）3個因素來進行危險性評價.

3.2 降水時空分布及其對暴雨災(zāi)害的影響

降水是導(dǎo)致暴雨災(zāi)害發(fā)生的前提條件也是致災(zāi)的主要因子.降水歷時越長，降水強度越大，年暴雨日數(shù)越多，對暴雨致災(zāi)形成的貢獻也越大.本文利用多年逐日降水量作為降水影響因子分析的基本資料.為了定量地反映降水對海南島暴雨災(zāi)害的影響關(guān)系，選取暴雨過程頻次和強度作為海南島暴雨災(zāi)害的致災(zāi)因子，采用百分位數(shù)法確定出降水對暴雨災(zāi)害形成的影響度標準（見表1），由此得到海南島暴雨總頻次分布圖（見圖1）.

由圖1可見，海南島暴雨過程總頻次呈現(xiàn)出東部多，西北部少，由東向西遞減.其原因是東部多受臺風(fēng)影響，從文昌到萬寧一線暴雨較多，以萬寧最為明顯，每10 a平均暴雨次數(shù)超過39次.此外，中部山區(qū)的瓊中中部地區(qū)也是暴雨次數(shù)最多的地方.

根據(jù)暴雨強度等級越高，對暴雨致災(zāi)形成所起的作用越大的原則，確定降水致災(zāi)因子權(quán)重（見表2），然后利用加權(quán)綜合評價法、反距離加權(quán)內(nèi)插法和GIS中自然斷點分級法，將致災(zāi)因子危險性指數(shù)按5個等級進行區(qū)劃，以Arc/Info軟件為平臺，利用100 m×100 m格網(wǎng)，得到海南島暴雨強度圖（見圖2）.

由圖2可以看出，總的來說，海南島暴雨致災(zāi)危險性呈現(xiàn)出南部地區(qū)高于北部的特點，強度由南部沿海逐漸向內(nèi)陸遞減的趨勢.了相鄰柵格的高程變化程度，而影響暴雨危險程度大小的是一定范圍內(nèi)的地形變化.所以本文借鑒洪水坡度的表示方法，利用Arcmap空間分析模塊里的NeighboodStatistics中的Standard Deviation計算柵格周圍8×8鄰域內(nèi)65個柵格（包括其自身）的高程標準差作為表征該處地形變化程度的定量指標，標準差越小，表明該處附近地形變化越小，越容易遭遇暴雨災(zāi)害，并把地形高程標準差分成5級：一級（0～10 m）、二級（10～30 m）、三級（30～50 m）、四級（50～70m）、五級（＞70 m）.

表1 不同等級暴雨強度雨量范圍Tab.1 Range of different levels of rainstorMintensity

表2 暴雨強度賦值表Tab.2 Weights of rainstorMintensity

根據(jù)地形因子中，絕對高程越高、相對高程標準差越小，危險程度越高的原則，確定出綜合地形因子影響程度（0～1）劃分標準.運用GIS地圖疊加功能將地形高程與地形相對高程標準差的柵格圖層進行疊加，并根據(jù)表3確定的綜合地形因子影響度的劃分標準，得到綜合地形因子影響度柵格圖（見圖3）.

3.3 地形特征及其對暴雨災(zāi)害的影響

地形是控制暴雨危害的重要因素.具體表現(xiàn)在兩個方面：地形高程及地形變化程度.地形高程越低，地形變化越小，越容易發(fā)生洪水［10］.因此，如何很好的描述與地形高程及地形變化程度就顯的尤為重要.在GIS中絕對高程可用數(shù)字高程模型來表達；而地形變化程度常用坡度表示，但坡度僅考慮

表3 綜合地形因子影響度的劃分標準Tab.3 Dividing standard of the affecting degrees of integrated topographic factors

從圖3可以看到，海南島地形整體上來說，海拔較高和地形變化較大的地區(qū)主要集中在中部，四周海拔較低、地形變化較小，并且北部比南部、西部比東部地勢要平坦地形變化要小.

3.4 河網(wǎng)分布及其對暴雨災(zāi)害的影響

距離江、河、湖、庫等越近，則暴雨災(zāi)害危險程度越高；河流級別越高，水域面積越大，其影響范圍也就越大.本文通過對不同的河網(wǎng)建立緩沖區(qū)來表征河網(wǎng)對暴雨災(zāi)害危險性的影響程度，不同的緩沖區(qū)寬度代表不同地段受暴雨致洪的難易程度.緩沖區(qū)的寬度則綜合考慮河流的級別，如長江、漢江屬于一級河流，其他支流與河流屬于二級河流.由于本研究區(qū)沒有長江、黃河等一級河流，所以只對二級河流進行劃分.同時海南島特殊的地形對水系影響巨大，所以還考慮了地形的影響作用.具體等級的劃定以及寬度的確定見表4、表5.

從ArcGIS空間分析模塊里的Command框里選擇 Buffer wizard進行計算，得到河流、湖泊（水庫）緩沖區(qū)，再利用其提供的柵格化（GRID）功能，以100 m×100 m為柵格單元的大小，把相應(yīng)的矢量文件轉(zhuǎn)換為柵格文件，并按緩沖區(qū)級別再分類，得到綜合緩沖區(qū)分布.根據(jù)距離河流、湖泊（水庫）越近，洪水危險性越大的原則，可確定各級緩沖區(qū)對暴雨致洪危險性的影響度：一級緩沖區(qū)為0.9，二級緩沖區(qū)為0.8，非緩沖區(qū)為0.5 ，得到河網(wǎng)（河流、湖泊和水庫）緩沖區(qū)圖（見圖4）.

表4 湖泊和水庫緩沖區(qū)等級和寬度的劃分標準Tab.4 Dividing standard of the buffer zone ranks and Widths of lakes and reservoirs km

表5 河流緩沖區(qū)等級和寬度的劃分標準Tab.5 Dividing standard of the buffer zone ranks and Widths of rivers km

從圖4可以看到，海南島河流對暴雨災(zāi)害危險影響較大，并且一級緩沖區(qū)的影響面積較廣，東北部的緩沖區(qū)危險程度高于其他地區(qū).

3.5 海南島暴雨災(zāi)害危險性評價

綜合考慮致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境對海南暴雨災(zāi)害的影響，將計算得出的降水影響度、地形影響度和水系影響度柵格圖，利用Arc/Info的地圖代數(shù)功能，將各因子圖進行疊加，并對基本分析單元進行聚類，得到洪水危險性影響因子綜合影響度圖，再將危險等級因子屬性進行劃分，分別按數(shù)值5、4、3、2、1代表高危險區(qū)、較高危險區(qū)、中等危險區(qū)、較低危險區(qū)、低危險區(qū)限界賦值給每個評價單元（見表6），即得到海南島暴雨災(zāi)害危險性評價圖（見圖5）.

從圖5可以看出，由于受到地形的影響，海南島暴雨災(zāi)害危險性由外向內(nèi)不斷遞減，高危險地區(qū)主要是分布在四周沿海地區(qū)，中部地區(qū)多為低危險區(qū)和次低危險區(qū).并且東北部和東部危險性高于其他地區(qū)，這是由于東北部和東部位于臺風(fēng)多發(fā)區(qū)，臺風(fēng)的到來帶來大量的降水，導(dǎo)致區(qū)域水災(zāi)危險程度增強.

表6 危險性等級劃分標準Tab.6 Dividing standard of hazard grades

4 結(jié)論

通過以上分析，可以得出如下結(jié)論：

1）海南島暴雨降水過程頻次東部多，西北少，由東向西逐漸遞減.由于東部沿海受臺風(fēng)影響較大，降水次數(shù)較多，主要集中在瓊海、文昌、萬寧及中部的瓊中地區(qū).在西部和西北部的樂東、東方、儋州、臨高及澄邁和海口的北部降水次數(shù)較少.總體上來說，海南島的暴雨強度南部高于北部，東部高于西部，南部大部分地區(qū)降水強度都在中等以上，降水最強的區(qū)域在五指山，主要與地形有關(guān)，其次是五指山周邊的地區(qū).北部地區(qū)降水強度大部分為低強度和較低強度.

2）海南島暴雨災(zāi)害危險性四周高于中部，高危險地區(qū)主要分布在四周沿海地區(qū)，中部地區(qū)多為低危險區(qū)和次低危險區(qū)，并且東北部和東部危險性高于其他地區(qū)，這是由于東北部和東部位于臺風(fēng)多發(fā)區(qū)，臺風(fēng)帶來大量的降水，導(dǎo)致區(qū)域水災(zāi)危險程度增強.另外，暴雨災(zāi)害危險性程度的分布與距離水系的遠近也密切相關(guān)，越靠近水系的地方暴雨致洪的危險性越大.由于海南島沿海是各河流的入?？冢@在一定程度上增加了沿海地區(qū)的危險性程度.

［1］陳君，陳秋波.海南島主要氣象災(zāi)害分析及防災(zāi)減災(zāi)對策[J].華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，13（2）：24-28.

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責任編輯：黃 瀾

Hazard Assessment of RainstorMDisaster in Hainan Island Based on GIS Techniques

LI Xiang1，2，ZHAO Zhizhong1*，ZHANG Jinghong2，LI Pengshan1
（1.College of Geography and Tourism，Hainan Normal University，Haikou 571158，China；2.Hainan Institute of Meteorological Sciences，Haikou 570203，China）

Based on GIS，disaster-inducing factors and disaster-pregnant environment were analyzed，three factors including precipitation，topography，river net（rivers，lakes and reservoirs）were selected，and the hazard of rainstorMdisaster were evaluated using Natural disaster risk index and percentiles methods in Hainan Island.The results shoWthat：the hazard rainstorMdisaster in Hainan Island was much more influenced by topography，the danger level of the rainstorMin all around was higher than that in the middle，and the north was more dangerous than the south，the east was more dangerous than the west；the higher danger areas were mainly distributed around the coastal areas；the middle areas were lowly or sub-lowly dangerous areas.

Hainan Island；rainstorMdisaster；hazard assessment；GIS

X 43

A

1674-4942（2010）02-0193-05

2010-03-11

海南師范大學(xué)重點學(xué)科“地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)”資助項目

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