姚 鵬，何 俊，余 威，牛金龍，涂朝勇

(1.四川省成都市氣象局，四川 成都 610000；2.四川省巴中市氣象局，四川 巴中 636000)

基于GIS的成都西部沿山地區(qū)暴雨洪澇災害風險區(qū)劃初探

姚 鵬1，何 俊1，余 威1，牛金龍1，涂朝勇2

(1.四川省成都市氣象局，四川 成都 610000；2.四川省巴中市氣象局，四川 巴中 636000)

該文選取成都西部沿山大邑縣作為研究點，利用GIS技術(shù)進行暴雨洪澇災害風險分析，繪制區(qū)劃圖，完善了基層防災減災體系，增強了防災減災能力，得到結(jié)論如下：①大邑縣1級暴雨強度頻次以≥6.3次/10 a為最多，2級和3級分布特點比較類似，為中間高，東西兩頭低，2級以2.9次/10 a～3.2次/10 a為最多，3級以1.8次/10 a～2.1次/10 a為最多，4級以小頻次為主，5級分布為東部高西部低。②大邑縣暴雨洪澇致災危險性等級由東向西依次遞減，承災體易損性從東往西逐漸降低，孕災環(huán)境敏感性總體趨勢為東高西低，縣境東部和中部的防災減災能力大于西部。③縣境東部地區(qū)由于人口密度大，耕地比重大，地勢平坦，敏感性高，易損性強，抗災性弱，容易發(fā)生洪澇災害，屬于暴雨洪澇災害較高風險區(qū)；而西部與東部相反，為暴雨洪澇災害較低風險區(qū)；中部為中等風險區(qū)。

暴雨洪澇災害；GIS；風險區(qū)劃

1 引言

近年來，成都地區(qū)氣象災害頻發(fā)，每年都會對工農(nóng)業(yè)、旅游、交通運輸?shù)葒窠?jīng)濟帶來損失，對人民的生命財產(chǎn)造成威脅。據(jù)統(tǒng)計，在成都地區(qū)及其西部沿山地區(qū)為重，尤其每年汛期，氣象災害對當?shù)馗鱾€方面均產(chǎn)生重大影響。同時氣象災害風險區(qū)劃工作是防災減災的一項基礎(chǔ)工作，有助于構(gòu)建、完善基層防災減災體系，切實提高基層防災減災能力。因此有必要開展暴雨洪澇氣象災害風險區(qū)劃的研究。

大邑縣位于成都平原西部，是成都平原向川西高原過渡的前沿地帶，為龍門山脈地系，地勢為西北部高，東南部低，階梯狀降低，依次為山區(qū)、丘陵和平原三種地形區(qū)，具有“七份山、一份水、二份田”的地貌結(jié)構(gòu)。同時，根據(jù)統(tǒng)計顯示，在氣象災害中，由暴雨引發(fā)的洪澇對大邑縣產(chǎn)生的危害最大，發(fā)生的頻次也為最高。因此選取大邑縣作為成都西部沿山地區(qū)暴雨洪澇災害風險區(qū)劃初步研究的代表站點。

近年來，很多學者在氣象災害對公路交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市化等產(chǎn)生的影響及其之間的相互關(guān)系進行了深入的分析[1-4]，在氣象災害風險評估和區(qū)劃方面也開展了許多研究，全面討論了氣象災害風險的評估與區(qū)劃方法[5-11]，提出了各種模型，開展了相關(guān)區(qū)劃工作[12-20]，取得了較好的成效。而成都西部沿山地區(qū)在這方面的起步較晚，至今相關(guān)研究較少。因此本文綜合國內(nèi)研究成果，根據(jù)災害區(qū)劃理論，利用GIS的空間分析技術(shù)，通過對致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、防災減災能力等4個因子綜合分析，確定因子對暴雨洪澇災害的權(quán)重，構(gòu)建評價模型，開展大邑縣暴雨洪澇災害風險區(qū)劃研究，為基層防災減災提供科學依據(jù)。

2 資料來源及處理方法

2.1 資料來源

氣象資料：四川盆地1961—2008年各氣象臺站的逐日降水數(shù)據(jù)。社會經(jīng)濟資料：2012年大邑縣統(tǒng)計年鑒，選用以鄉(xiāng)(鎮(zhèn))為單元的行政區(qū)土地面積、年末總?cè)丝?、耕地面積、國民生產(chǎn)總值(GDP)等數(shù)據(jù)。地理信息數(shù)據(jù)：四川省GIS數(shù)據(jù)(比例1∶50000)。災情數(shù)據(jù)：民政局統(tǒng)計上報為準。

2.2 處理方法

由于所采用指標的量綱有所差異，為了得到一致的量綱，需要對初始值采用標準化處理后，最終參與風險度的計算。資料歸一化處理方法：

對于正向指標

Yij=0.5+0.5(Xij-MinXij)/(MaxXij-minXij)

(1)

對于負向指標

Yij=0.5+0.5×(MaxXij-Xij)/(MaxXij-MinXij)

(2)

式中，i表示不同縣，j表示不同指標，Yij表示其歸一化值，Xij為初始值，MinXij和MaxXij分別對應其指標中初始值的最小和最大值。

3 研究方法及技術(shù)模型

氣象災害風險性與致災因子的危險性、災害環(huán)境的敏感性、承災體的易損性和當?shù)氐姆罏臏p災能力有著密切的關(guān)系。它的形成既取決于致災因子的強度與頻率，也取決于自然環(huán)境和當?shù)氐纳鐣h(huán)境、經(jīng)濟條件。開展大邑縣氣象災害風險區(qū)劃時，采用的原則有：從實情出發(fā)，考慮區(qū)域性氣象災害孕災環(huán)境的一致性和差異性，致災因子的組合類型、時空聚散、強度與頻度分布的一致性和差異性，確定主導因子以及可修正原則等。

由于災害區(qū)劃研究中涉及到大量的數(shù)據(jù)，GIS是收集整理、處理和空間數(shù)據(jù)顯示的常用基本工具，本文從氣候?qū)W、災害學、自然地理學等基本觀點和理論出發(fā)，結(jié)合災害風險管理，采用風險指數(shù)法、加權(quán)綜合評價法、反距離加權(quán)內(nèi)插法和GIS中自然斷點分級法等數(shù)量化方法，利用GIS技術(shù)形成氣象災害數(shù)據(jù)庫，建立風險分析與識別、風險評價與區(qū)劃的信息平臺，區(qū)劃技術(shù)流程如圖1。在該平臺的支持下，對大邑縣暴雨洪澇災害風險進行分析和評價，繪制氣象災害風險區(qū)劃圖。

圖1 氣象災害風險評估流程圖

4 暴雨洪澇災害風險評價指標及其分析

暴雨洪澇災害的風險區(qū)劃主要從致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、防災減災能力等4個方面進行綜合分析。

4.1 暴雨洪澇致災因子危險性分析

大邑的洪澇災害多為暴雨致災，縣境內(nèi)降雨豐富，主要集中在每年6—9月，期間大雨以上降雨頻繁，雨勢強、強度大，常常造成江河水位陡漲、公路橋梁和農(nóng)田水利設(shè)施損毀、房屋倒塌、農(nóng)作物受災；過程累積雨量大，土壤飽和，洼地積水形成內(nèi)澇。因此在對致災因子危險性進行分析時，主要選取暴雨頻次和暴雨強度作為致災因子進行具體分析。具體方法是：①將1d、2d、……10d(≥10d)的暴雨過程降水量分別作為一個序列，計算出第98、95、90、80、60百分位數(shù)分別對應的降水量值；②按照百分位數(shù)將暴雨強度分為5個等級，具體如表1所示；③計算本站在不同暴雨等級中的暴雨過程頻次(見表2)，得到大邑縣各級暴雨強度頻次分布圖(圖2)。一般來說暴雨等級越高，其頻次則越低，但大邑3級暴雨的頻次高于2級。

表1 四川盆地不同等級暴雨強度雨量范圍 (單位：mm)

注：資料時限：1961—2008年；單位：次/10 a

表2 大邑縣不同等級暴雨洪澇頻次表

注：資料時限：1966—2012年；單位：次/10 a

大邑縣暴雨強度頻率分布特點：1級暴雨強度頻次以縣境內(nèi)中部寬廣的山區(qū)與平原過渡帶的暴雨強度頻次最高并為最多，≥6.3次/10 a，東部平原地區(qū)和西部西嶺鎮(zhèn)的廣泛山區(qū)則屬于低頻次區(qū)域，東部地區(qū)頻次最低，低于5.3次/10 a。2級暴雨強度頻次以2.9次/10 a～3.2次/10 a之間最多，幾乎為全縣的90%以上，晉原鎮(zhèn)以及花水灣的西南部分的暴雨頻次最高，≥3.2次/10 a。3級暴雨強度頻次分布特點和2級分布特點比較類似，強度仍然是中間高，東西兩頭低。以1.8次/10 a～2.1次/10 a之間最多，晉原鎮(zhèn)全境、悅來鎮(zhèn)、鶴鳴鎮(zhèn)、王泗鎮(zhèn)、青霞鎮(zhèn)的大部分地方是頻次最高的地區(qū)，≥2.1次/10 a。4級暴雨強度頻次以小頻次為主，安仁、上安的大部及其東部為高值區(qū)，≥1.09次/10 a。大邑5級暴雨強度頻次呈現(xiàn)東高西低的分布形勢。

圖2 大邑縣暴雨強度頻次分布圖(次/10 a)(a)1級；(b)2級；(c)3級；(d)4級；(e)5級

洪澇發(fā)生發(fā)展與暴雨強度等級有很大的相關(guān)性，等級越高越有利于形成洪澇。按照此原則，將5級、4級、3級、2級和1級暴雨強度的權(quán)重按照5∶4∶3∶2∶1的比例進行取值，用加權(quán)綜合評價法、反距離加權(quán)內(nèi)插法和GIS自然斷點分級法，同時由于受縣轄區(qū)域面積有限，將其危險性指數(shù)按3個等級進行劃分，得到致災因子危險性指數(shù)區(qū)劃圖(圖3)：大邑暴雨洪澇致災危險性等級主要位于較高危險區(qū)至中等危險區(qū)之間；暴雨洪澇致災危險性等級由東向西依次遞減，東部為較高危險區(qū)，中部為中等危險區(qū)，西部小部分地方為較低危險區(qū)。

圖3 大邑縣暴雨洪澇致災危險區(qū)劃圖

4.2 暴雨洪澇孕災環(huán)境敏感性分析

地形和水系對暴雨洪澇孕災環(huán)境敏感性起關(guān)鍵作用，分析時從GIS數(shù)據(jù)中提取相關(guān)數(shù)據(jù)，主要考慮水系分布和地形起伏變化，分別采用河網(wǎng)密度指數(shù)和高程標準差表示。根據(jù)大邑地形地貌特點，本文采用的地形指數(shù)組合賦值如表3所示，進行規(guī)范化處理后分別得到大邑地形影響指數(shù)分布圖(圖4)和暴雨洪澇災害規(guī)范化河網(wǎng)密度指數(shù)分布圖(圖5)：①大邑縣地形屬于東低西高型，西部山區(qū)容易形成山洪、滑坡、泥石流等，東部容易形成內(nèi)澇。由于地處龍門山脈地區(qū)，也屬于山地和平原的過渡帶，由于地形的抬升作用，地形對于暴雨的形成具有促進作用。由于地勢的原因，又有利于向東排水，故在大邑縣的中東部暴雨的地形影響指數(shù)相對偏高，大于等于0.66。②蘇家鎮(zhèn)和三岔鎮(zhèn)以西的地區(qū)屬于水系因子影響較低的地區(qū)，東部屬于水系因子影響的較高地區(qū)。

表3 地形高程及高程標準差的組合賦值

圖4 大邑縣地形影響指數(shù)分布圖

圖5 大邑縣水系因子分布圖

綜合專家意見，考慮到水系和地形對敏感性的影響程度相當，將兩個因子權(quán)重均設(shè)為0.5，利用GIS自然斷點法，將其敏感性劃分為3個等級，得到區(qū)劃圖如圖6所示：暴雨洪澇災害孕災環(huán)境敏感性總體趨勢為東高西低，主要原因是大邑山區(qū)以及丘陵地帶都分布在中西部，由于地勢較高，雖然水系較多，但地形又有利于洪水的排放，故不易形成洪澇，為暴雨洪澇災害相對較低敏感區(qū)域。而東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)由于是平壩地區(qū)，故為暴雨洪澇災害的較高敏感區(qū)域。晉原、王泗、蘇家、三岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為中等敏感區(qū)域。

圖6 大邑縣暴雨洪澇災害孕災環(huán)境敏感性區(qū)劃圖

4.3 暴雨洪澇承災體易損性分析

大邑縣人口自東往西依次遞減，人口密度最大為晉原鎮(zhèn)，密度大于1 000人/km2，西嶺的人口密度最小，為12.17人/km2。耕地面積比重為東大西小，大值區(qū)位于平壩區(qū)，最大值和最小值之間差異較大，最大值位于王泗鎮(zhèn)以東，為35%以上，王泗、晉原、新場的部分地方面積比重為20%～35%，西嶺、霧山、斜源、出江等地的比重最低，小于10%。縣南部和東南部的人均GDP的分布相對較高，北部和中部最低，其余區(qū)域介于之間。

承災體的易損性主要考慮人口密度、GDP密度和耕地面積比重，根據(jù)專家打分，分別權(quán)重取為0.3、0.3和0.4，基于GIS計算出大邑縣暴雨洪澇災害承災體易損性和區(qū)劃圖，分為3個等級，如圖7所示。由圖可見：大邑縣境內(nèi)的易損性從東往西逐漸降低，較高易損區(qū)位于王泗鎮(zhèn)、新場鎮(zhèn)和晉原鎮(zhèn)的偏東部分地方，以及縣境東部的其他地區(qū)，晉原鎮(zhèn)、王泗鎮(zhèn)以及新場鎮(zhèn)大部分地方為中等易損區(qū)，其余部分(縣境以西)均為較低易損性。

圖7 大邑縣暴雨洪澇災害承載體易損性區(qū)劃圖

4.4 暴雨洪澇防災減災能力分析

防災減災能力是一種工程和非工程措施，考慮實際情況，本文主要采用人均GDP和防洪除澇面積，根據(jù)專家意見，將其權(quán)重分布取值0.5和0.5。根據(jù)加權(quán)綜合法，算出鄉(xiāng)鎮(zhèn)防災減災能力，利用GIS自然斷點法，得到大邑縣暴雨洪澇防災減災能力區(qū)劃圖(見圖8)。從圖中可得：總體而言，縣境東部和中部的防災減災能力大于西部，最高位于晉原鎮(zhèn)和安仁鎮(zhèn)，最低為霧山鄉(xiāng)、斜源鎮(zhèn)和出江鎮(zhèn)。

圖8 大邑縣暴雨洪澇災害防災減災能力區(qū)劃圖

5 大邑縣暴雨洪澇災害風險分析及其區(qū)劃

氣象災害風險區(qū)劃是為了反映不同地區(qū)氣象災害風險的差異性，通過對致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、防災減災能力的分析，根據(jù)風險指數(shù)大小，進行風險區(qū)域等級劃分。大邑縣暴雨洪澇風險指數(shù)計算公式如下：

FDRI=VHWHVEWEVSWS(10-VR)WR

(3)

其中，F(xiàn)DRI：暴雨洪澇災害風險指數(shù)，其與災害風險程度為正相關(guān)；VH：致災因子危險性指數(shù)×10，WH：權(quán)重；VE：孕災環(huán)境敏感性指數(shù)×10，WE：權(quán)重；VS：承災體易損性指數(shù)×10，WS：權(quán)重；VR：防災減災能力指數(shù)×10，WR：權(quán)重。

由于一個縣的暴雨洪澇致災危險性指數(shù)是從單點的氣象資料計算而來的，因此其代表性受到一定的局限，在致災危險性指數(shù)比較均一的情況下，自然條件對暴雨洪澇的風險更為敏感。與專家討論后，用暴雨洪澇災害風險評估模型計算風險指數(shù)時，將WH、WE、WS、WR分別取值為0.4、0.4、0.1、0.1，利用GIS自然斷點分級法將指數(shù)按較高風險區(qū)、中等風險區(qū)、較低風險區(qū)3個等級進行劃分，繪制出大邑縣暴雨洪澇災害風險區(qū)劃圖(圖9)。

圖9 大邑縣暴雨洪澇災害風險區(qū)劃圖

從圖中可得：總體而言，大邑縣暴雨洪澇災害風險性從東往西逐漸降低。最高風險區(qū)位于蘇家鎮(zhèn)、三岔鎮(zhèn)及縣境以東其他地區(qū)，抗災性較弱，主要由于人口密度大，耕地比重也較大，暴雨洪澇災害的易損性強，而且上述區(qū)域地勢平坦，當出現(xiàn)暴雨時，容易發(fā)生洪澇災害；中等風險區(qū)主要位于晉原鎮(zhèn)、王泗鎮(zhèn)、新場鎮(zhèn)，以及鶴鳴鄉(xiāng)和悅來鎮(zhèn)的大部，青霞鎮(zhèn)和金星鄉(xiāng)的部分地方；其余地方均為較低風險區(qū)，抗災性較強，主要為縣境以西的山區(qū)和部分中部的丘陵地區(qū)，由于地勢相對較高，人口密度小，暴雨洪澇災害的敏感脆弱性相對較低，同時上述區(qū)域暴雨洪澇的易損程度也較低，因而暴雨洪澇的風險也較低。

6 結(jié)論與討論

近年來，成都西部沿山地區(qū)氣象災害頻發(fā)，尤其每年汛期氣象災害對當?shù)馗鱾€方面均產(chǎn)生重大影響。本文選取大邑縣作為研究站點，利用GIS技術(shù)開展成都西部沿山地區(qū)暴雨洪澇災害風險區(qū)劃分析，繪制出了區(qū)劃圖，完善了基層防災減災體系，增強了防災減災能力，分析得到的結(jié)論如下：

①大邑縣1級暴雨強度頻次以縣境內(nèi)中部寬廣的山區(qū)與平原過渡帶的暴雨強度頻次最高，≥6.3次/10 a，并為最多；2級暴雨強度頻次分布為中間高，東西兩頭低，以2.9次/10 a～3.2次/10 a之間最多，所占百分比幾乎為全縣的90%以上；3級暴雨強度頻次分布特點和2級分布特點比較類似，仍然是中間高，東西兩頭低，以1.8次/10 a～2.1次/10 a之間最多；4級暴雨強度頻次以小頻次為主；5級暴雨頻次呈現(xiàn)東高西低的分布形勢。

②大邑縣暴雨洪澇致災危險性等級主要位于較高危險區(qū)至中等危險區(qū)之間；暴雨洪澇致災危險性等級由東向西依次遞減，東部為較高危險區(qū)，中部為中等危險區(qū)，西部小部分地方為較低危險區(qū)。

③大邑暴雨洪澇災害孕災環(huán)境敏感性總體趨勢為東高西低，中西部為暴雨洪澇災害相對較低敏感區(qū)域，東部的蔡場、韓場、沙渠等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為暴雨洪澇災害的較高敏感區(qū)域。晉原、王泗、蘇家、三岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為中等敏感區(qū)域。

④大邑縣暴雨洪澇災害承災體易損性從東往西逐漸降低，較高易損區(qū)位于王泗鎮(zhèn)、新場鎮(zhèn)和晉原鎮(zhèn)的偏東部分地方，以及縣境東部的其他地區(qū)，晉原鎮(zhèn)、王泗鎮(zhèn)以及新場鎮(zhèn)大部分地方為中等易損區(qū)，其余部分(縣境以西)均為較低易損性。

⑤大邑縣東部和中部暴雨洪澇災害防災減災能力大于西部，最高位于晉原鎮(zhèn)和安仁鎮(zhèn)，最低為霧山鄉(xiāng)、斜源鎮(zhèn)和出江鎮(zhèn)。

⑥大邑縣暴雨洪澇災害風險區(qū)劃：縣境東部地區(qū)人口密度大，耕地比重較大，地勢平坦，出現(xiàn)暴雨時，敏感性高、易損性強，抗災性弱，容易發(fā)生洪澇災害，屬于暴雨洪澇災害較高風險區(qū)；中等風險區(qū)主要位于晉原鎮(zhèn)、王泗鎮(zhèn)、新場鎮(zhèn)，以及鶴鳴鄉(xiāng)和悅來鎮(zhèn)的大部，青霞鎮(zhèn)和金星鄉(xiāng)的部分地方；其余地方主要為山區(qū)和丘陵地區(qū)，人口密度小，地勢較高，敏感性較低，抗災性較強，易損程度低，為暴雨洪澇災害較低風險區(qū)。

由于暴雨洪澇災害問題涉及到自然、社會的諸多方面，是一個非常復雜的系統(tǒng)，加之資料的局限性，本文所用的評估指標和判斷模型是對成都西部沿山地區(qū)暴雨洪澇災害風險評價的一個初步嘗試，定量評估分析還不完善，有待于今后更深入的研究。

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GIS-based rainstorm and flood disasters risk zoning along the west mountain areas of Chengdu City

YAO Peng1，HE Jun1，YU Wei1，NIU Jinlong1，TU Chaoyong2

(1.Chengdu Meteorological Bureau，Chengdu，610072；2.Bazhongg Meteorological Bureau，Bazhong，636000)

Choosed DaYi county as the site and based on the GIS technology，this paper tries to analyze the rainstorm and flood disaster in DaYi and maps the zoning， which improves the system of disaster prevention and mitigation at the grass-roots level and improves the ability to prevent and mitigate natural disasters， the conclusions are as follows：①The most frequency of rainstorm intensity at level 1 is greater than or equal to 6.3 times/10 a.The characteristic at level 2 and level 3 is similar， the frequency of rainstorm intensity in the middle area is higher than that in both sides.The most frequency of rainstorm intensity at level 2 is from 2.9 times/10a to 3.2times/10 a， and that at level 3 is between 1.8 times/10 a to 2.1 times/10 a，and also that is given priority to with small frequency at level 4，higher in the west than its in the east at level 5.②The risk of rainstorm and flood disasters in DaYi is diminishing from east to west， and the same distribution we can see in the vulnerability of the bearing body.Disaster environment sensitivity is higher in the east than that in the west.The capacity of disaster prevention and mitigation in the east and middle is stronger than that in the west.③Due to the dense populations、the huge of arable land、low-relief surface，the sensitivity and vulnerability in the eastern of DaYi is higher，the ability of disaster relief is lower，and then the eastern of DaYi is more susceptible to bad effects，which has a higher risk of rainstorm and flood disasters.On the contrary，the western of DaYi has a lower risk of rainstorm and flood disasters，which is in the medium level in the middle region.

Rainstorm and flood disaster；GIS；Zoning

2015-02-03

姚鵬(1986—)，女，助工，主要從事氣象服務(wù)和天氣預報工作。

1003-6598(2015)04-0001-07

P426.616

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