王菁菁

摘要：由于日本千葉縣的九十九里濱平原地下水的開發(fā)、深層古海水中天然氣的開采以及全新世層與垃圾填埋層的自然固結(jié)導(dǎo)致地面沉降的普遍發(fā)生，這使得原本就發(fā)生在該海濱地區(qū)的洪澇災(zāi)害更加嚴(yán)重。因此監(jiān)測地面沉降造成的高程變化，并分析和繪制洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)圖，對于保護(hù)地表環(huán)境和制定適當(dāng)?shù)耐恋厥褂糜?jì)劃有重要意義。本研究以三個(gè)不同的時(shí)期（1970年，2004年和2013年）為基礎(chǔ)進(jìn)行了洪澇危險(xiǎn)性評價(jià)，并運(yùn)用地理信息系統(tǒng)（GIS）建立了多準(zhǔn)則決策分析模型（MCDA）。每個(gè)時(shí)期的危險(xiǎn)性評價(jià)圖均通過線性加權(quán)各要素而獲得，其中權(quán)重借助了層次分析法（AHP）的應(yīng)用。

Abstract： Because of the exploitation of groundwater， the exploitation of natural gas in deep paleo-seawater and the natural consolidation of Holocene and landfill， land subsidence generally occurs in the ninety-nine mile plain， which may make the flood disaster in this coastal area more serious. Therefore， monitoring the elevation changes caused by land subsidence and analyzing and drawing flood risk maps are of great significance for protecting the surface environment and formulating appropriate land use plans. Based on three different periods （1970， 2004 and 2013）， a multi-criteria decision-making analysis model （MCDA） was established by using geographic information system （GIS）， which includes six factors： elevation， depression， River system， impervious area ratio， buffer pool and rainfall. The main data used include 10 m topographic data， airborne laser scanning data， leveling data， Land-Sat TM satellite data， two 1：30 000 River Basin maps， data from observation stations near the survey area and radar data. Risk assessment charts for each period are obtained by linear weighting of each element， and the weights are obtained by the application of analytic hierarchy process （AHP）.

關(guān)鍵詞：洪澇災(zāi)害；地面沉降；地理信息系統(tǒng)；多準(zhǔn)則決策分析法；沿海低地

Key words： flood disaster；land subsidence；geographic information system；multi criteria decision analysis；coastal lowlands

中圖分類號：P333.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0265-03

0 引言

沿海洪澇災(zāi)害經(jīng)常造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害，是最具毀滅性的自然災(zāi)害之一[1][2]。與別的區(qū)域不同，沿海低地區(qū)域由于受 到自然演變和人類活動(dòng)的影響使得該地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)更高。與此同時(shí)，人們越來越意識(shí)到人為因素的影響和洪澇災(zāi)害具有積極/消極的反饋?zhàn)饔肹3]。人類定居的快速擴(kuò)張?jiān)黾恿撕芏嗟貐^(qū)的不透水比率，而這又反過來增加了地表徑流和洪峰流量；而地下水的過度開發(fā)引起的地面沉降或者進(jìn)一步的工程活動(dòng)改變了地面高程、河道坡度及徑流。另一方面，例如緩沖池的建造等活動(dòng)能減緩水流的流速，達(dá)到降低洪澇發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。所有與洪澇災(zāi)害有關(guān)的因素由于受到空間和時(shí)間的限制而一直在變化，這也給進(jìn)行精確的洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)評價(jià)增加了許多難度。

日本千葉縣的九十九里濱平原長期飽受洪澇災(zāi)害的影響。在這平原上，沉積物和/或河床的侵蝕等自然演變和諸如農(nóng)業(yè)的發(fā)展、城市工業(yè)的發(fā)展、排水系統(tǒng)模式的改變等人類活動(dòng)都正在或已改變了平原的地表環(huán)境；該平原地區(qū)的地下水開發(fā)、深層古海水中天然氣開采、全新世層與垃圾填埋層的自然固結(jié)和普遍發(fā)生的地面沉降均已被報(bào)道[4]。這些事件的發(fā)生或多或少會(huì)增加洪澇災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。所以，繪制不同時(shí)期的洪災(zāi)危害地圖，對于九十九里濱平原未來合理的土地使用計(jì)劃是十分有意義的。

1 方法

由于本次工作調(diào)查區(qū)域某些數(shù)據(jù)的缺乏，半定量法被選來研究洪澇災(zāi)害評估[6]。圖 2 展示了此調(diào)查研究中數(shù)據(jù)收集、GIS 操作處理和多準(zhǔn)則決策分析的步驟。

使用的主要數(shù)據(jù)是空載激光掃描數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)、陸地資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)、兩張比例為1：30000 的河流域圖以及雷達(dá)降雨數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，下墊面的5個(gè)因素通過圖形被繪制出來，即包括河流系統(tǒng)、高程、凹地、不透水地區(qū)比率和緩沖池。降雨是引發(fā)洪澇災(zāi)害的主要因素。利用雷達(dá)降雨的數(shù)據(jù)制作降雨分布圖，并給每一個(gè)因素圖層賦予相應(yīng)的權(quán)重。層次分析法[7]則被應(yīng)用到這個(gè)賦值過程（如表 1）。

2 結(jié)果與分析

如圖 3 所示，每個(gè)要素制作時(shí)都分為三個(gè)時(shí)期，1970 年，2004 年和 2013 年。

由圖3可見，2004年和2013年的河流系統(tǒng)數(shù)據(jù)十分相似，因?yàn)樵谶@兩個(gè)時(shí)期并沒有發(fā)生重要變化。1970年數(shù)據(jù)同2004年、2013年數(shù)據(jù)相比，其數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較低，特別是高程和降雨數(shù)據(jù)；并且就緩沖池而言，1970年還未出現(xiàn)；所以洪澇災(zāi)害下墊面圖和評價(jià)圖只計(jì)算了2004年和 2013年[8]（圖 4）。

在圖4中，更高的值意味著發(fā)生洪澇災(zāi)害具有更高的可能性。在洪澇災(zāi)害評價(jià)圖上，用一 種被稱為“分位數(shù)法”的方法將調(diào)查研究區(qū)域分成了五組。這種方法將每組危害可能性等比例地分為五個(gè)等級，即為“非常高，高，中等，低，非常低”。評價(jià)圖（圖 4）顯示了調(diào)查區(qū)域的東南部、東北部和中部是發(fā)生洪澇災(zāi)害可能性最高的區(qū)域。當(dāng)?shù)夭块T[9] [10]報(bào)道的真實(shí)發(fā)生洪澇災(zāi)害的區(qū)域與在此研究中繪制的地圖之間的比較顯示了大部分洪澇災(zāi)區(qū)都位于極高發(fā)生可能性的洪澇災(zāi)害區(qū)。

3 討論與總結(jié)

①通過比較三個(gè)不同時(shí)期（從 1970年到 2013年）的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)城市地區(qū)顯著地?cái)U(kuò)張，緩沖池的影響范圍也變得很大，而河流系統(tǒng)、凹地、高程等因素變化則很小。對于降雨來說，這些因素是很難比較的，因?yàn)榻涤攴植纪嬖诤艽蟮目臻g差異，而且數(shù)據(jù)處理時(shí)也會(huì)有一定偏差。如從表2的下墊面數(shù)據(jù)處理中，可以發(fā)現(xiàn)從2004年到2013年“高可能性”和“中等可能性”級別的百分比有細(xì)微地下降，但“非常高可能性”級別的百分比卻在增加，其他級別沒有明顯差別；而這些變化在評價(jià)圖上較難比較。

②發(fā)生洪澇災(zāi)害最高可能性的區(qū)域位于研究調(diào)查區(qū)域的東南部，東北部和中部。陸地表面的改變可能會(huì)增加洪澇災(zāi)害發(fā)生的可能性。對本文提及的三個(gè)不同時(shí)期的洪澇災(zāi)害地圖能夠幫助決議制定者或策劃者評價(jià)該調(diào)查研究區(qū)域，同時(shí)思考不同因素引起的時(shí)空變化；即這份調(diào)查研究可應(yīng)用于洪澇問題的初步評價(jià)。

③后續(xù)洪澇災(zāi)害仿真模型的建立，則可用來研究更多由地面沉降引起的洪澇災(zāi)害的細(xì)微變化。

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