王慧彥，耿貴珍，帥 紅，薛 輝

(1.防災科技學院，河北 三河 065201;2.湖南師范大學資源與環(huán)境科學學院，湖南 長沙 410081)

0 引言

干旱是我國主要自然災害之一，約占我國氣象災害的50%左右。特別是近些年來，旱災出現(xiàn)頻率增高、范圍擴大、區(qū)域性明顯、持續(xù)時間長，災害損失不斷增大的趨勢，對國民經(jīng)濟特別是對鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)造成巨大影響［1－2］。目前，國外對干旱的研究較為成熟，多側重于對農(nóng)業(yè)和氣象方面進行風險管理、風險損失評估研究，但對區(qū)域綜合旱災的相關研究不多。旱災風險評估是進行旱災檢測及預報的研究重點，也是制定區(qū)域旱災風險管理的有利依據(jù)，目前已經(jīng)得到廣泛關注。風險區(qū)劃是風險管理技術的有效方法之一，近年來得到廣泛應用并取得很多科研成果，黃崇福等利用模糊數(shù)學和信息擴散理論對農(nóng)業(yè)干旱災害風險進行研究，并提出自然災害風險區(qū)劃的研究方向［3］;趙靜等基于網(wǎng)格GIS技術對豫北地區(qū)干旱災害風險進行區(qū)劃［4］;楊豐政等利用 GIS技術建立氣象數(shù)據(jù)庫對河北保定徐水縣進行災害風險評估，完成干旱災害風險區(qū)劃［5］。

本文以灤縣為例，依據(jù)災害系統(tǒng)理論，從孕災環(huán)境、致災因子的自然屬性和承災體的社會屬性兩個方面入手，基于多年灤縣統(tǒng)計局正式公布的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)、《灤縣水資源綜合規(guī)劃報告》等相關資料，分別統(tǒng)計12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的自然環(huán)境(孕災環(huán)境、致災因子)、社會經(jīng)濟(承災體)等系列資料，作為綜合評價水旱災害風險的基礎數(shù)據(jù);從干旱災害形成的機理出發(fā)建立表征干旱災害危險性和易損性評價指標體系，利用GIS技術建立干旱災害風險評估模型，得到灤縣旱災綜合風險評價等級區(qū)劃圖，在此基礎上對評價結果進行分析，找岀導致灤縣水旱災害風險的主導因素，為水旱災害防御工程布局與配置提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

灤縣位于河北省東部，燕山南麓，灤河西岸，行政區(qū)劃隸屬于唐山(118°16'～118°49'E，39°35'～39°58'N)?？偯娣e1 028 km2，轄 12 個鎮(zhèn) 504個行政村，總人口約56萬人。屬于暖溫帶半濕潤的季風型大陸性氣候區(qū)。主要的氣象災害有旱澇、大風、冰雹、霜凍、雷電、暴雪等，其中旱災和風雹災危害最大，灤縣每年因氣象災害引起的損失可達國民生產(chǎn)總值的2%。旱災多屬秋冬連旱或冬春連旱災害，其中秋冬連旱災害約占總旱災次數(shù)的55%，而冬春連旱災害約占總旱災次數(shù)的45%，甚至有些年份如1976年、2006年發(fā)生了四季連旱的異常現(xiàn)象。重旱災多發(fā)生在古馬鎮(zhèn)、雷莊鎮(zhèn)、響嘡鎮(zhèn)、油榨鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，輕旱災和小旱災一般發(fā)生在西部及西北部的山丘地區(qū)，如楊柳莊鎮(zhèn)、九百戶等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 災害風險評估原理

有關災害風險的概念有很多，目前，很多研究者偏向于聯(lián)合國 ISDR的風險表達［6］，即風險主要由危險性(H)與脆弱性(V)共同構成。其表達式為:

式中，D為災害風險;H為致災因子危險性;V為承載體易損性。

據(jù)此，本文將依據(jù)灤縣地區(qū)旱災風險評價指標體系構建旱災風險評價模型。

2.1.2 加權綜合評價法(WCA)

旱災主要評價因子(致災因子危險性指數(shù)、承載體易損性指數(shù))的計算采用加權綜合評價法［7］:

式中，Vj為評價因子指數(shù)，j為評價因子個數(shù)，Dij為對于因子j的指標i的歸一化處理值;n為評價指標個數(shù);Wi為指標i的權重，它是綜合考慮各指標對評價因子的影響程度，其求解方法很多，本文采用AHP法結合當?shù)貙嶋H情況確定。

2.1.3 層次分析法(AHP)

層次分析法(AHP)主要是對一些較為模糊、復雜問題做出決策的簡單易用方法，當問題難于完全做定量分析時往往考慮用此方法。AHP層次結構模型分為目標層、準則層和指標層。本研究將目標層定義為干旱災害風險指數(shù)，準則層選取危險性、脆弱性2個指標為干旱災害風險評價因子，指標層選取多年平均干旱指數(shù)、缺水率、降水量、人口密度、GDP密度等指標為子因子［8］。

2.1.4 GIS空間分析方法

為了對灤縣地區(qū)干旱災害風險評估及區(qū)劃進行空間格局的分析，需要對灤縣的干旱特征、地理地貌及社會經(jīng)濟等采用空間屬性進行描述，因此，采用GIS技術可以為灤縣干旱災害風險研究提供空間分析的平臺。本文主要采用ArcGIS空間分析模塊中的插值法、柵格運算、自然斷點分級等方法［9］，對灤縣旱災致災因子危險性及脆弱性進行分析，完成灤縣旱災風險區(qū)劃，并繪制干旱災害風險等級區(qū)劃圖。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文的鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象數(shù)據(jù)來源于灤縣氣象局提供的1959—2011年氣象資料、《灤縣水資源綜合規(guī)劃報告》等相關資料;社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于灤縣統(tǒng)計局提供的《1999—2011年灤縣統(tǒng)計年鑒》;部分數(shù)據(jù)來自灤縣遙感圖。

3 干旱災害風險綜合評價

3.1 旱災危險性綜合評價

3.1.1 評價指標體系的建立

旱災危險性包括了致災因子和孕災環(huán)境的影響因素，根據(jù)灤縣特定的自然環(huán)境及基礎數(shù)據(jù)的可取性，選取如下3項指標度量旱災危險性。指標數(shù)據(jù)來源于灤縣下轄的灤州鎮(zhèn)、東安各莊鎮(zhèn)、響嘡鎮(zhèn)、榛子鎮(zhèn)、油榨鎮(zhèn)、雷莊鎮(zhèn)、古馬鎮(zhèn)、小馬莊鎮(zhèn)、王店子鎮(zhèn)、九百戶鎮(zhèn)、茨榆坨鎮(zhèn)和楊柳莊鎮(zhèn)，共計12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

(1)多年平均干旱指數(shù):該指數(shù)是氣象學中用來反映氣候干旱程度及用作氣候分區(qū)的指標;干旱指數(shù)(γ)=年蒸發(fā)能力(E)/年降水量(P)。

(2)缺水率:缺水率 =(需水量 －供水量)/需水量。

(3)降水量(2000～2010年多年降水量的平均值)。

3.1.2 各評價因子對旱災危險性的影響度分析

首先將表征灤縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)旱災危險性數(shù)據(jù)錄入ArcGIS，以自然間隔法為基礎并根據(jù)實際情況，確定多年平均干旱指數(shù)、缺水率、降水量對旱災的影響度標準，如表1。

3.1.3 旱災危險性綜合評價及區(qū)劃

根據(jù)多年平均干旱指數(shù)越大、缺水率越高對干旱災害形成所作的貢獻越大，以及降水量越多對干旱災害形成所作的貢獻越小的原則，對上述各個影響因子賦予相應的權重即運用AHP與相關專家打分相結合的方法，確定各評價因子的權重為W1=0.4，W2=0.4，W3=0.2，并進行疊加，由加權綜合評價法可得旱災危險性綜合評價的模型為:

旱災危險性 =多年平均干旱指數(shù) ×W1+缺水率 ×W2－降水量 ×W3

表1 旱災危險性影響因子影響度標準Table 1 Effect Size Criterion of Drought Disaster Risk Effect Factor

利用ArcMap綜合多年平均干旱指數(shù)、缺水率、降水量3個圖層，得到灤縣的旱災危險性綜合評價等級分布圖(圖1)。

圖1 灤縣旱災危險性評價等級分布圖Fig.1 Risk Assessment Grades Distribution of Drought Disaster in Luan Couty

從灤縣旱災危險性評價等級分布圖可知，古馬鎮(zhèn)的旱災危險性最高;響嘡鎮(zhèn)、雷莊鎮(zhèn)和東安各莊鎮(zhèn)的旱災危險性較高;灤州鎮(zhèn)的旱災危險性中等;油榨鎮(zhèn)、小馬莊鎮(zhèn)、王店子鎮(zhèn)、榛子鎮(zhèn)、楊柳莊鎮(zhèn)的旱災危險性較低;茨榆坨鎮(zhèn)和九百戶鎮(zhèn)的旱災危險性最低。

3.2 旱災易損性綜合評價

3.2.1 評價指標體系的建立

旱災易損性，或脆弱度的評價，主要取決于承載體的社會經(jīng)濟屬性，同等級的旱災在不同的地方造成的損失程度不同。一般認為在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，由于人口城鎮(zhèn)密集，財富集中，國內(nèi)生產(chǎn)總值高等所造成的損失要遠遠大于經(jīng)濟落后地區(qū)。于是選取如下四項指標表征灤縣旱災的易損性:

(1)人口密度:人口密度=人口(人)/國土面積(km2)。

(2)GDP密度:GDP密度=GDP(萬元)/國土面積(km2)。

(3)單位面積年糧食產(chǎn)量:單位面積年糧食產(chǎn)量=年糧食產(chǎn)量(噸)/播種面積(km2)。

(4)水資源量:它反映了一個時期內(nèi)，人類在當時技術經(jīng)濟條件下對水資源開發(fā)利用的水平。水資源量(108m3)=多年平均地表水資源可利用量+淺層地下水資源可開采量－地表地下重復計算量。鑒于目前技術條件的限制，故將深層地下水資源可開采量排除在外。

數(shù)據(jù)選取灤縣下轄灤州鎮(zhèn)、東安各莊鎮(zhèn)、響嘡鎮(zhèn)、榛子鎮(zhèn)、油榨鎮(zhèn)、雷莊鎮(zhèn)、古馬鎮(zhèn)、小馬莊鎮(zhèn)、王店子鎮(zhèn)、九百戶鎮(zhèn)、茨榆坨鎮(zhèn)和楊柳莊鎮(zhèn)，共計12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的旱災易損性指標值。

3.2.2 各評價因子對旱災易損性的影響度分析

首先將表征灤縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)旱災易損性數(shù)據(jù)錄入ArcGIS，以自然間隔法為基礎，并根據(jù)實際情況，分別確定人口密度、GDP密度、單位面積年糧食產(chǎn)量和水資源對旱災易損性的影響程度，如表2。

3.2.3 旱災易損性綜合評價及區(qū)劃

根據(jù)人口密度越大、GDP密度越大、單位面積年糧食產(chǎn)量越大對干旱災害形成所作的貢獻越大，水資源越多對干旱災害形成所作的貢獻越小的原則，對上述影響因子賦予相應的權重，并進行疊加。由加權綜合評價法可得旱災易損性綜合評價的模型為:

旱災易損性綜合評價 =人口密度 ×W1+GDP密度×W2+糧食產(chǎn)量×W3－水資源×W4

對上述各個影響因子賦予相應的權重即運用AHP與相關專家打分相結合的方法，確定各評價因子的權重為 W1=0.35，W2=0.25，W3=0.25，W4=0.15。

據(jù)此，利用 ArcMap綜合人口密度、GDP密度、單位面積糧食產(chǎn)量和水資源四個圖層，將各權重值帶入旱災易損性綜合評價模型，利用ArcGIS的柵格計算功能并分級［10－11］，可獲得灤縣的旱災易損性綜合風險評價等級分布圖(圖2)。

表2 旱災易損性影響因子影響度標準Table 2 Effect Size Criterion of Drought Disaster Vulnerability Effect Factor

圖2 灤縣旱災易損性評價等級分布圖Fig.2 Vulnerability Assessment Grades Distribution of Drought Disaster in Luan Couty

根據(jù)疊置分析得出的旱災易損性評價結果可知:王店子鎮(zhèn)、油榨鎮(zhèn)、古馬鎮(zhèn)以及響嘡鎮(zhèn)為易損性風險最高區(qū)域;灤州鎮(zhèn)為易損性風險較高區(qū)域;榛子鎮(zhèn)、東安各莊鎮(zhèn)、雷莊鎮(zhèn)為易損性風險中等區(qū)域;茨榆坨鎮(zhèn)、楊柳莊鎮(zhèn)和小馬莊鎮(zhèn)為易損性風險較低區(qū)域;九百戶鎮(zhèn)為易損性風險最低區(qū)域。

4 灤縣旱災風險綜合評估及區(qū)劃

采用上述災害風險評估原理，采用加權綜合評價法，依據(jù)旱災風險指標體系建立灤縣旱災風險模型:

旱災風險度 =危險度(H)×易損度(V)(3)對灤縣進行干旱災害風險評價，依據(jù)公式(3)計算得到灤縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的旱災風險指數(shù)，利用GIS中自然斷點分級法將旱災風險指數(shù)按5等級劃分(高風險區(qū)、較高風險區(qū)、中等風險區(qū)、較低風險區(qū)、低風險區(qū))，并基于GIS繪制干旱災害風險等級區(qū)劃圖(圖3)。

圖3 灤縣旱災綜合風險評價等級圖Fig.3 Integrated Risk Assessment Grades of Drought Disaster in Luan Couty

根據(jù)圖3分析得出的旱災綜合風險評價結果可知:灤縣整體上屬旱災較高風險地區(qū)。其中:(1)東安各莊鎮(zhèn)、古馬鎮(zhèn)為旱災高風險區(qū);(2)響嘡鎮(zhèn)為旱災較高風險區(qū);(3)灤州鎮(zhèn)、油榨鎮(zhèn)、雷莊鎮(zhèn)、王店子鎮(zhèn)、榛子鎮(zhèn)、楊柳莊鎮(zhèn)為旱災中等風險區(qū);(4)小馬莊鎮(zhèn)為旱災較低風險區(qū);(5)九百戶鎮(zhèn)和茨榆坨鎮(zhèn)為旱災低風險區(qū)。

5 結束語

本文選取唐山市灤縣12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究對象，依據(jù)自然災害風險形成原理，采用加權綜合評價法，結合旱災風險指標體系，借助GIS技術建立灤縣干旱災害風險模型，將基礎地理數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等有機集成，繪制出灤縣干旱災害風險區(qū)劃圖，并對灤縣干旱災害風險進行了科學有效的評估，這不僅為灤縣綜合防災減災規(guī)劃、科學預測與預防等提供了技術支撐，更為其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象災害風險區(qū)劃研究提供參考。

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