基于聚類分析的河北省自然災害區劃分

師藝華++田明中++李玉平++張義文

摘要：通過搜集各類災害研究數據，運用聚類分析方法，對河北省進行自然災害分區。結果顯示，河北省自然災害共分為六個區，即燕山山地丘陵災害區（Ⅰ區），冀北山地盆地、壩上高原災害區（Ⅱ區），濱海平原災害區（Ⅲ區），太行山山麓北部平原災害區（Ⅳ區），燕山山麓平原災害區（Ⅴ區），太行山山麓南部平原災害區（Ⅵ區）。在此基礎上，針對不同區域的災情特點提出相應的防災減災建議，以期積極防災，最大限度降低災后損失。

關鍵詞：聚類分析；相關分析；自然災害分區；建議；河北省

中圖分類號：S11+7；X43 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）13-3030-04

Clustering Analysis of Natural Disasters Distributions in Hebei Province

SHI Yi-hua1，TIAN Ming-zhong1，Li Yu-ping2，ZHANG Yi-wen3

（1. School of Earth Sciences and Resources， China University of Geosciences， Beijing 100083，China；

2. Department of Geography， Xingtai Institute， Xingtai 054001， Hebei，China；

3. College of Resources and Environment Sciences， Hebei Normal University， Shijiazhuang 050016， China）

Abstract： Because natural Disasters in Hebei province occur frequently， strengthening the prevention and controlling of natural disasters is an the important task to reduce disaster losses. All kinds of data of disaster studies were collected. Cluster analysis was used to divide natural disasters in Hebei province into six zones. Results showed that the six zones were ⅠYanshan hilly disaster area， Ⅱ Mountain， Basin and Dam plateau in north Hebei disaster area， Ⅲ coastal plain disaster area， Ⅳ Taihang piedmont plains of northern disaster area， Ⅴ Yanshan piedmont plain disaster area， Ⅵ southern Taihang piedmont plain disaster area. For each individual zone， its corresponding proposals and disaster-prevention-reduction measures were proposed to take active precautions against natural calamities， and to minimize reduce losses after a disaster.

Key words： clustering analysis； correlation analysis； natural calamity distribution； Hebei province

通常把“對人類社會系統引起的破壞，并且造成損失的事件或過程”稱之為自然災害。中國自然災害頻發，而河北省是自然災害嚴重的省份之一。河北省自然災害的特點是種類多樣、發生頻次高、地域分布廣、造成損失嚴重等。已發生過的地震、旱災、澇災等自然災害都給河北人民的生命財產帶來了巨大損失，給人民的生產和生活造成巨大影響。因此，研究河北省自然災害的分布與發生規律，并對各種自然災害進行分區，對河北不同區域進行防災減災具有重要意義[1，2]。

1 研究區域概況

河北省是一個面積遼闊、地形多樣、人口眾多、資源豐富的大省。因為各種地理環境復雜，并且潛伏著各種復雜多樣的致災因素，因此各種自然災害較多并有同時發生的可能。河北省屬多災省份之一，僅2010年一年，該省局部地區先后遭受相當嚴重的低溫、冰凍、滑坡泥石流、病蟲害等自然災害。全省累計有24.716萬hm2農作物絕收，因災造成的直接經濟損失達90.5億元人民幣，成為河北省經濟發展的直接障礙。但是因為致災環境不同和致災強度不同，使得各個區域內呈現出不同的自然災害特點。對自然災害系統進行分析，正確認識各地域內不同自然災害的發生、發展和演化規律，可以積極主動應對災情，盡量減少損失[3-5]。

2 研究方法

通過實地考察、查閱相關文獻，搜集并統計數據資料[6]，采用聚類分析方法[7-9]對研究區進行分析研究。

聚類分析是研究多要素事物分類問題的一種數量方法。對河北省11個地市級行政區常見的自然災害進行量化處理，并對每個樣本賦予特征值，運用數學方法依照其相關程度，對樣本進行劃分歸類。

由于在地理分類和分區研究中，被聚類的對象常常是由多個要素構成的。統計要素不同導致單位不一致且差異較大，因此，首先要進行數據處理。通過計算分類對象之間的距離或相關系數，并依據距離或相關系數的矩陣結構進行聚類。

運用直接聚類方法，將各個分類對象依次作相關數據分析，根據相似系數最大的原則，選出一對分類對象，組成新的分類。

具體方法如下：

1）采用極差標準化對原始數據進行處理。原始數據的極差標準化公式如下：

2）計算各區之間的距離系數或相似系數。采用相似系數中的相關系數，得出各區之間的相關系數矩陣。

3）歸類合并。如果一對分類對象其中一個分類對象已歸為一類，則把另一個也歸入該類；如果另外一對分類對象恰巧已經屬于已歸的兩類，則把這兩類合并劃分為一類。每一次歸類合并，都劃去該對象所在的列與列序相同的行。以此類推，經過m-1次就能將全部分類對象劃分為一個大類，從而根據歸類合并的先后次序，作出聚類譜系圖。

3 河北省自然災害分區結果

表1為河北省各地市多年各個災害要素分布狀況，其中暴雨洪澇日數以降水量≥50 mm雨日為評價標準，地震強度以歷史記錄最高震級為標準[10]，滑坡密度為平均每年各地市平均每縣（市、區）發生的滑坡次數，水土流失程度按照輕、中、強、極強、劇烈分別賦予2、4、6、8、10分[11]。將表1中的數據進行處理，通過計算相關系數得出相關系數矩陣如表2。 按照直接聚類方法得出聚類譜系圖如圖1。根據聚類結果可以將河北省劃分為六個災害區：Ⅰ區為以承德為主的燕山山地丘陵災害區；Ⅱ區為以張家口為主的冀北山地盆地、壩上高原災害區；Ⅲ區為以秦皇島、唐山為主的濱海平原災害區；Ⅳ區為以保定、石家莊為主的太行山山麓北部平原災害區；Ⅴ區為以廊坊、滄州為主的燕山山麓平原災害區；Ⅵ區為以衡水、邢臺、邯鄲為主的太行山山麓南部平原災害區（圖2）。

4 各災害區的特點及防災減災建議

河北省面積遼闊，每個區域在地理環境上各具特色，并且潛伏著各種復雜多樣的致災因素，加之各個區域的經濟發展水平不同，使得各個區域災害防控與減災工作的側重點各不相同[12]。

4.1 燕山山地丘陵災害區

燕山山地丘陵災害區主要包括承德地區。該區地處燕山地區，主要以山地、丘陵地貌為主。主要有洪澇、滑坡、泥石流、水土流失、霜凍等自然災害。由于燕山山地丘陵地區是河北省的多雨中心，年降水量為600～800 mm，且多以暴雨形式出現，在山高坡陡、植被較差地區，災害強度也較大；并且因受極地大陸氣團南下影響，晚秋作物常因大風寒潮危害影響而遭受損失，而且此區易發生春旱。

針對該區特點，應當堅持做好封山育林、育草、育灌工作。加強小流域綜合治理，依照各縣的土地利用情況，建設水土保持林、水源涵養林、薪炭林、山地草坡和經濟林等，宏觀規劃各種植被帶。同時也要做好計劃生育工作，減少人口數量，提高人口素質，要從根本上改變此區光山、惡水、人窮的面貌。

4.2 冀北山地盆地、壩上高原災害區

冀北山地盆地、壩上高原災害區主要位于張家口市。壩上高原區位于河北最北部，由于地理緯度偏北，海拔較高，且地表植被破壞嚴重，在春、秋、冬 三季，干冷的極地大陸氣團南移，寒潮、大風、霜凍成為此區主要的氣候災害；夏季，東南暖濕氣流受到山脈地形阻擋，難以到達此區，因此降水稀少，年降水量只有250～500 mm，年蒸發量卻高達1 300～2 100 mm，干旱為全區的主要氣候特征。此外，霜凍、風沙、冰雹亦為此區常見的自然災害。

冀北山地盆地自然災害主要有干旱、大風、水土流失、滑坡、泥石流、霜凍等，原因在于冬季西北干冷氣流流經壩上高原，沿途多大風寒潮，夏季受山地背風坡地形影響，降水稀少、干旱顯著，暴雨偶發。而且由于受萬全斷裂帶的影響，此區地震也具有潛在發生的可能。

為應對該區自然災害，應當積極營造防護林帶，抓好防風固沙工作，合理擴大人工草場建設面積；大力推廣旱作技術，有目的、有計劃地實施農、牧并舉政策；在山地地區，應當合理保護植被，做好退耕還林、還草工作，營造經濟林，在經濟發展基礎上做好生態保護工作。

4.3 濱海平原災害區

秦皇島、唐山位于濱海平原地區，屬于環渤海地區，平均海拔不足5 m，主要災害有大風、土壤鹽堿化。由于沿海地區氣候濕潤，一些多雨年份經常發生洪澇災害；唐山位于京津唐地震帶，地處燕山山前深大斷裂帶上，1976年唐山7.8級大地震曾經給唐山人民帶來深重災難。

為預防災害，此區應當加強農田防護林建設，合理開采地下水，應有效地預防海水倒灌；改良灌溉技術，采用噴灌、滴灌等，防止土壤鹽堿化，節約水源。我國已經加強了對地震災害的預測預報工作，依據國家對地震多發區地震強度區劃，測繪各個區域等震線圖，提高新建筑物防震等級，加固改造舊建筑，主動采取措施盡力減少人員傷亡及財產損失；另外要做好防震減害宣傳，努力提高人們自救意識及自我保護能力。

4.4 太行山山麓北部平原災害區

該區主要包括保定和石家莊，北與冀北山地盆地、壩上高原災害區相接。主要自然災害有洪澇、干旱、低溫連陰雨、水土流失等。由于太行山山體多為變質巖，區內石灰巖廣布，且分布較廣，地形較陡，土層較薄，加之區內人口數量多、密度大，植被破壞情況較為嚴重，導致暴雨洪澇、水土流失或者干旱少雨等自然災害頻發，導致生態環境極其脆弱。

此區應做好水利工程建設工作，健全排水設施，積極應對干旱、洪澇災害；此外應增加綠化面積，提高植被覆蓋率，防止水土流失，凈化空氣，提高環境質量，從而保持生態平衡，實現科學發展。

4.5 燕山山麓平原災害區

廊坊、滄州屬于燕山山麓地區，主要以平原地形為主，多洪澇、大風天氣，此外燕山山麓地區多干熱風、低溫凍害等自然災害。這主要因為此區位于或接近燕山山麓，受山地地形影響，初夏多干熱風，初春和秋末常受寒潮冷鋒侵襲。由于廊坊、滄州地區以平原為主，距海較近，土地鹽堿化、次生鹽堿化也較為嚴重。

此區應當加強農田防護林建設，采用排灌結合技術，合理利用地下水資源，增加灌溉面積，積極改造中低產田，同時也要加強水利設施建設，提高抗洪防旱能力。

4.6 太行山山麓南部平原災害區

該災害區位于太行山山麓南部，包括衡水、邢臺、邯鄲，主要以平原地形為主。自然災害有干旱、洪澇、干熱風、連陰雨、冰雹、地震等。由于太行山山前存在深大斷裂帶，因此此區極易引起斷裂帶活動而誘發生地震；該區降水的季節變化、年際變化較大，而且地下水超采嚴重，因此經常發生旱澇災害，其中春旱是威脅農作物生長的最大災害之一；由于干旱缺水，此區還經常發生作物病蟲害。

因此，應對氣象災情應當做好預報工作，提高灌溉技術，節約水源；此區還應當提高建筑物防震等級，預防地震危害；同時還應當加強生物病蟲害的預測、預報工作，推廣生物病蟲害防治技術，減少農業損失[13]。

5 小結

根據每個區域自然災害類型及災害強度，以行政區為單位進行自然災害分區，實現自然災害區域化，對加強區內自然災害的防治工作具有重要意義。通過自然災害分區，可以全面反映河北省自然災害分布情況。每個區域災害類型不同，根據不同地區災情具體情況，采取不同防治對策，從而制定相應的防災、減災規劃，保證各項措施有效進行。

本研究通過對河北省11個地市級行政區的干旱、暴雨、地震、滑坡、大風、水土流失等常見自然災害進行量化分析，并運用聚類分析方法，將河北省劃分為6個自然災害區。隨著對區內災害研究的深入，更多的影響因子及變量會豐富到災害分區研究當中，從而使聚類分析結果更加科學合理。

參考文獻：

[1] 張路路，張悅國，劉瑞卿，等.河北省糧食單產區域差異特征演變格局及動因分析[J].水土保持研究，2011，18（2）：192-197.

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[4] 齊雷杰.河北省下撥救災棉衣被和救災款助受災群眾御寒[EB/OL].http：//www.gov.cn/jrzg/2010-12/08/content_1761533.htm，2010-12-08.

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[11] 王汝正， 王正新.模糊聚類分析在區域自然災害區劃的應用——以四川省為例[J].災害學，1993，8（1）：6-12.

[12] 魏瑞江，張文宗，陳道紅，等.異常氣候下極端天氣事件對河北省農業的影響[J].干旱區資源與環境，2007，21（11）：35-38.

[13] 閆 峰，王艷姣，武建軍.基于Ts-EVI特征空間的春旱遙感監測——以河北省為例[J].干旱區地理，2009，32（5）：769-775.

4.6 太行山山麓南部平原災害區

該災害區位于太行山山麓南部，包括衡水、邢臺、邯鄲，主要以平原地形為主。自然災害有干旱、洪澇、干熱風、連陰雨、冰雹、地震等。由于太行山山前存在深大斷裂帶，因此此區極易引起斷裂帶活動而誘發生地震；該區降水的季節變化、年際變化較大，而且地下水超采嚴重，因此經常發生旱澇災害，其中春旱是威脅農作物生長的最大災害之一；由于干旱缺水，此區還經常發生作物病蟲害。

因此，應對氣象災情應當做好預報工作，提高灌溉技術，節約水源；此區還應當提高建筑物防震等級，預防地震危害；同時還應當加強生物病蟲害的預測、預報工作，推廣生物病蟲害防治技術，減少農業損失[13]。

5 小結

根據每個區域自然災害類型及災害強度，以行政區為單位進行自然災害分區，實現自然災害區域化，對加強區內自然災害的防治工作具有重要意義。通過自然災害分區，可以全面反映河北省自然災害分布情況。每個區域災害類型不同，根據不同地區災情具體情況，采取不同防治對策，從而制定相應的防災、減災規劃，保證各項措施有效進行。

本研究通過對河北省11個地市級行政區的干旱、暴雨、地震、滑坡、大風、水土流失等常見自然災害進行量化分析，并運用聚類分析方法，將河北省劃分為6個自然災害區。隨著對區內災害研究的深入，更多的影響因子及變量會豐富到災害分區研究當中，從而使聚類分析結果更加科學合理。

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4.6 太行山山麓南部平原災害區

該災害區位于太行山山麓南部，包括衡水、邢臺、邯鄲，主要以平原地形為主。自然災害有干旱、洪澇、干熱風、連陰雨、冰雹、地震等。由于太行山山前存在深大斷裂帶，因此此區極易引起斷裂帶活動而誘發生地震；該區降水的季節變化、年際變化較大，而且地下水超采嚴重，因此經常發生旱澇災害，其中春旱是威脅農作物生長的最大災害之一；由于干旱缺水，此區還經常發生作物病蟲害。

因此，應對氣象災情應當做好預報工作，提高灌溉技術，節約水源；此區還應當提高建筑物防震等級，預防地震危害；同時還應當加強生物病蟲害的預測、預報工作，推廣生物病蟲害防治技術，減少農業損失[13]。

5 小結

根據每個區域自然災害類型及災害強度，以行政區為單位進行自然災害分區，實現自然災害區域化，對加強區內自然災害的防治工作具有重要意義。通過自然災害分區，可以全面反映河北省自然災害分布情況。每個區域災害類型不同，根據不同地區災情具體情況，采取不同防治對策，從而制定相應的防災、減災規劃，保證各項措施有效進行。

本研究通過對河北省11個地市級行政區的干旱、暴雨、地震、滑坡、大風、水土流失等常見自然災害進行量化分析，并運用聚類分析方法，將河北省劃分為6個自然災害區。隨著對區內災害研究的深入，更多的影響因子及變量會豐富到災害分區研究當中，從而使聚類分析結果更加科學合理。

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