哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險空間演變模式

陳鵬張繼權(quán)孫瀅悅張立峰劉家福

摘要：[JP+1]由于洪災(zāi)突發(fā)性強、破壞性大、影響范圍廣，給居民生命安全、財產(chǎn)等造成重大損失，為了更好的預(yù)防洪災(zāi)及了解未來洪災(zāi)風(fēng)險演變模式，利用自然災(zāi)害風(fēng)險形成四因子理論，選取哈爾濱市區(qū)氣象、水文、經(jīng)濟及社會等18個指標(biāo)，構(gòu)建哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險評價模型，對哈爾濱市區(qū)2000年-2009年洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃，并通過GIS技術(shù)對哈爾濱市區(qū)2000年-2009年洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃分析，歸類風(fēng)險空間演變模式。結(jié)果為：哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險空間轉(zhuǎn)移升高模式包括邊緣接觸模式、擺動模式、內(nèi)部突增模式、跨越模式4種；洪災(zāi)風(fēng)險轉(zhuǎn)移降低模式包括邊緣退縮模式、片狀降低模式、內(nèi)部突降模式3種。研究結(jié)果可為減少洪災(zāi)對城市居民帶來的損失及城市防洪規(guī)劃提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險分析；演變模式；格網(wǎng)GIS；洪災(zāi)風(fēng)險；哈爾濱

中圖分類號：X45文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：16721683（2016）06002706

洪災(zāi)是較為常見的一種自然災(zāi)害，其特點是高發(fā)性、強破壞性及影響范圍廣，給人們生活造成嚴(yán)重影響，嚴(yán)重制約了我國城市可持續(xù)發(fā)展。哈爾濱市是我國東北北部的政治、文化、經(jīng)濟中心，也是國內(nèi)省轄市中陸地管轄面積最大、管轄總?cè)丝谳^多的特大城市。因哈爾濱市特殊的地理環(huán)境影響，每年受洪水災(zāi)害影響程度較大，僅2013年哈爾濱市因洪澇災(zāi)害造成經(jīng)濟損失達(dá)66億元，因此，對哈爾濱市洪災(zāi)風(fēng)險評價與演變模式研究是非常必要的，若采用科學(xué)的方法及遵循自然規(guī)律正確的對研究區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險及演變模式研究，并以洪災(zāi)風(fēng)險空間演變模式適時修訂防洪規(guī)劃，可減少城市居民的生命、財產(chǎn)損失，同時對城市經(jīng)濟及可持續(xù)發(fā)展起到保障作用。

目前，有不少學(xué)者對洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃及評價進行了深入的研究[12]，一部分學(xué)者研究著重從三個方面進行，即致災(zāi)因子的危險性、承災(zāi)體的暴露性與脆弱性三個方面來選取指標(biāo)，并構(gòu)建洪災(zāi)評價模型，該種評價方法在指標(biāo)選取上忽略了人對災(zāi)害防御方面的內(nèi)容[34]；另一部分學(xué)者則是先建立致災(zāi)因子強度與承災(zāi)體的脆弱性對應(yīng)關(guān)系，后通過擬合風(fēng)險曲線，建立綜合災(zāi)損模型并計算洪災(zāi)造成的損失，以此作為洪災(zāi)風(fēng)險，該種評價方法中的風(fēng)險曲線擬合需通過大量的災(zāi)害數(shù)據(jù)及調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合，所以在研究中相對獲取數(shù)據(jù)較為困難[58]，但此種方法對于洪災(zāi)保險方面研究具有重要意義[9]。而在近些年出現(xiàn)一種從綜合角度出發(fā)，對洪災(zāi)風(fēng)險進行評價方法。其中具有代表性的是從自然災(zāi)害風(fēng)險形成機理出發(fā)，以自然災(zāi)害風(fēng)險四因子為基礎(chǔ)，即從致災(zāi)因子的危險性、承災(zāi)體的暴露性與脆弱性及防災(zāi)減災(zāi)能力四個方面選取評價指標(biāo)，綜合構(gòu)建洪災(zāi)風(fēng)險評價模型，實現(xiàn)了洪災(zāi)風(fēng)險評價[1011]。但已有研究中僅對洪災(zāi)風(fēng)險進行了評價，并未考慮各年間風(fēng)險轉(zhuǎn)移規(guī)律。本研究在洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃基礎(chǔ)上，對哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險空間演變模式進行了研究，研究結(jié)果可為城市防洪提供決策依據(jù)。

1研究區(qū)概況

哈爾濱市地處E125°42′-130°10′、N44°04′-46°40′，全市土地面積為531萬km2，轄8區(qū)10縣（市）。總?cè)丝? 0635萬人，其中市區(qū)人口位587.9萬人。境內(nèi)的大小河流均屬于松花江水系和牡丹江水系，降雨多集中在6月-9月，易發(fā)洪水災(zāi)害。如在1932年曾發(fā)生過較大洪水災(zāi)害，哈爾濱整個城市被淹，造成幾十萬人受災(zāi)。

2研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1研究方法

[BT4]2.1.1自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)法

自然災(zāi)害風(fēng)險是指未來一段時間內(nèi)可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。公認(rèn)的自然災(zāi)害風(fēng)險是由四因子綜合構(gòu)成，即：致災(zāi)因子危險性、承災(zāi)體的暴露性及脆弱性、防災(zāi)減災(zāi)能力綜合作用的結(jié)果[12]，可用下面公式表達(dá)：

自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)=危險性×暴露性×脆弱性×防災(zāi)減災(zāi)能力1[JY]（1）

2.1.2網(wǎng)格GIS技術(shù)

[JP+2]網(wǎng)格GIS技術(shù)是由現(xiàn)有的網(wǎng)格技術(shù)、空間信息技術(shù)、地理信息技術(shù)綜合形成的空間信息管理與處理環(huán)境，是提高研究精度的重要工具[13]。目前，常用的網(wǎng)格劃分方法為規(guī)則網(wǎng)格與不規(guī)則網(wǎng)格兩種，網(wǎng)格精度（網(wǎng)格大小）受研究內(nèi)容影響，樣式比較靈活，是現(xiàn)代小尺度研究中常用的方法。本文將研究區(qū)按規(guī)則網(wǎng)格進行劃分，網(wǎng)格大小為5 km×5 km，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量為 2 260個。其中各研究指標(biāo)數(shù)據(jù)依據(jù)網(wǎng)格展布原理展布到研究區(qū)網(wǎng)格中。

2.2數(shù)據(jù)來源與處理

[JP+2]研究數(shù)據(jù)來源于哈爾濱市氣象局，主要為歷年降雨數(shù)據(jù)（2000年-2009年逐年降雨量），利用數(shù)學(xué)中頻率計算方法計算得到研究區(qū)降雨頻率；研究區(qū)地形數(shù)據(jù)空間分辨率90 m，來源于地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)STRM系統(tǒng)，包括DRM與遙感影像，其中下墊面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是利用GIS數(shù)字化技術(shù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，作為研究區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)；生成的規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)來源于ARCGIS軟件自動生成，生成網(wǎng)格為矢量數(shù)據(jù)，具有對應(yīng)的網(wǎng)格編號及其相應(yīng)屬性，利用ARCGIS軟件中的疊加、相交等功能實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)與研究區(qū)網(wǎng)格數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，使網(wǎng)格數(shù)據(jù)獲取下墊面基礎(chǔ)地理信息，以備后續(xù)研究使用；其它社會、經(jīng)濟等數(shù)據(jù)主要來源于《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》，主要包括居民數(shù)量、人口密度、工業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)林牧副漁總產(chǎn)量、小企業(yè)數(shù)量、受災(zāi)面積等，數(shù)據(jù)年份為2000年-2009年，按年份分別關(guān)聯(lián)到每個網(wǎng)格中，為自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)計算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3指標(biāo)選取、模型建立與洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃

3.1指標(biāo)選取與格網(wǎng)化

首先，從洪災(zāi)形成的四因子角度出發(fā)，選取洪災(zāi)的危險性、脆弱性、暴露性及防災(zāi)減災(zāi)能力四個方面出發(fā)，進行初步篩選 [14]；其次，在分析洪災(zāi)發(fā)生特點的基礎(chǔ)上選取了10個副因子及18個指標(biāo)數(shù)據(jù)；最后，利用指標(biāo)數(shù)據(jù)空間展布方法將指標(biāo)數(shù)據(jù)展布到網(wǎng)格中[15]。各指標(biāo)數(shù)據(jù)均采用歸一化方法進行處理，以避免數(shù)據(jù)單位不統(tǒng)一帶來的計算不便，各因子權(quán)重利用層次分析法確定，指標(biāo)體系與權(quán)重計算結(jié)果見表1。

3.2洪災(zāi)風(fēng)險模型建立

本研究中的洪災(zāi)風(fēng)險模型構(gòu)建方法是采用四因子法與加權(quán)綜合法構(gòu)建，其中引入防災(zāi)減災(zāi)能力以體現(xiàn)洪災(zāi)風(fēng)險綜合評估中的重要環(huán)節(jié)，這與以往研究中從致災(zāi)因子的危險性、承災(zāi)體的暴露性與脆弱性三個方面構(gòu)建洪災(zāi)風(fēng)險評價模型方法有著本質(zhì)區(qū)別。以自然災(zāi)害風(fēng)險數(shù)學(xué)表達(dá)式與洪災(zāi)發(fā)生特點為基礎(chǔ)，采用加權(quán)綜合法及層次分析法，綜合建立洪水災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)模型[1516]：

FFDR=（HWH）（EWE）（VWV）（0.1（1-a）R+a）[JY]（2）

H=WH1XH1+WH2XH2+WH3XH3+WH4XH4+WH5XH5[JY]（3）

E=WE1XE1+WE2XE2+WE3XE3+WE4XE4[JY]（4）

V=WV1XV1+WV2XV2+WV3XV3+WV4XV4[JY]（5）

R=WR1XR1+WR2XR2+WR3XR3+WR4XR4+WR5XR5[JY]（6）

式中：FFDR表示洪災(zāi)風(fēng)險指數(shù)，其值大小表征風(fēng)險大小；WHi、WEi、WVi、WRi分別表示洪災(zāi)風(fēng)險的危險性、暴露性、脆弱性及防災(zāi)減災(zāi)能力的權(quán)重值；H、E、V、R表示危險性、暴露性、脆弱性及防災(zāi)減災(zāi)能力值的大小。XHi、XEi、XVi、XRi分別代表各指標(biāo)量化后的值。

3.3哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃

[JP+2]利用建好的洪災(zāi)風(fēng)險評價模型，實現(xiàn)了研究區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險評價，并將評價結(jié)果劃分為五個等級，即：低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險及高等風(fēng)險，最高值為5，最低值為1[15]。研究區(qū)利用ARCGIS軟件生成規(guī)則網(wǎng)格，利用疊置分析、關(guān)聯(lián)分析等方法關(guān)聯(lián)屬性數(shù)據(jù)，并在洪災(zāi)風(fēng)險指數(shù)計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合繪制的網(wǎng)格及專題地圖制作功能，綜合繪制哈爾濱市區(qū)2000年-2009年的洪災(zāi)風(fēng)險指數(shù)及風(fēng)險等級圖（圖1），以此分析哈爾濱市洪水災(zāi)害風(fēng)險空間演變規(guī)律，為城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

4哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險空間演變模式分析

以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，利用ARCGIS中的空間分析功能，分析哈爾濱市2000年-2009年10年間的空間變化過程，包括哈爾濱市洪災(zāi)風(fēng)險變化在任意兩年間的風(fēng)險變化模式，并對分析結(jié)果進行了總結(jié)，得出哈爾濱市洪災(zāi)風(fēng)險在空間上的變化特征，并總結(jié)出洪災(zāi)風(fēng)險空間演變模式分別為升高模式與降低模式，具體見表2。

風(fēng)險升高模式中的邊緣接觸式較為明顯的為2008年-2009年，出現(xiàn)在道外區(qū)中部，主要原因為在孕災(zāi)環(huán)境不變的情況下，承災(zāi)體增多導(dǎo)致洪災(zāi)風(fēng)險將越來越大；內(nèi)部突變演變模式出現(xiàn)在2000年-2001年，主要原因為道外區(qū)在偏南部的孕災(zāi)環(huán)境與承災(zāi)體都發(fā)生了變化，另外由于下墊面的道路變?yōu)闉r青道路，一些綠地變?yōu)閺V場，導(dǎo)致下墊面滲透率減少、糙率變小及下墊面產(chǎn)匯流時間變短，加之承災(zāi)體數(shù)量增多，最終導(dǎo)致洪災(zāi)風(fēng)險呈現(xiàn)內(nèi)部突變式增長；而擺動式與跨越式洪災(zāi)風(fēng)險增長模式主要發(fā)生在道里區(qū)和道外區(qū)，其原因是由于道里區(qū)和道外區(qū)承災(zāi)體增多，導(dǎo)致洪災(zāi)風(fēng)險增大，但在下一年由于防災(zāi)減災(zāi)能力增加，反而導(dǎo)致洪災(zāi)風(fēng)險變小。在洪災(zāi)風(fēng)險降低模式[JP+1]原因，發(fā)現(xiàn)三種模式中導(dǎo)致洪災(zāi)風(fēng)險降低的原因相似，都是發(fā)生在道里區(qū)和道外區(qū)，因道里區(qū)和道外區(qū)是哈爾濱老城區(qū)，其孕災(zāi)環(huán)境相對變化不大，承災(zāi)體變化也相對穩(wěn)定，但政府部門防災(zāi)減災(zāi)能力逐年變強，導(dǎo)致道里區(qū)和道外區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險變小。上述洪災(zāi)風(fēng)險演變模式在不同年份間因各地的孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體及防災(zāi)減災(zāi)能力變化不同，造成了道里區(qū)和道外區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險演變模式不同。

綜上所述，洪災(zāi)風(fēng)險大小變化能夠體現(xiàn)不同年份間研究區(qū)孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體及防災(zāi)減災(zāi)能力的變化情況，該研究結(jié)果可為應(yīng)急管理部門在不同年份間采取不同應(yīng)急措施提供決策依據(jù)，同時也為掌握洪災(zāi)風(fēng)險轉(zhuǎn)移規(guī)律提供參考。

5結(jié)語

以5 km×5 km大小的網(wǎng)格作為洪災(zāi)風(fēng)險評價單元，采用自然災(zāi)害指數(shù)法、層次分析法并結(jié)合GIS技術(shù)，實現(xiàn)了哈爾濱市區(qū)洪災(zāi)風(fēng)險評價，并繪制了網(wǎng)格尺度下的哈爾濱市區(qū)2000年-2009年洪災(zāi)風(fēng)險區(qū)劃圖，實現(xiàn)了哈爾濱市區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險演變模式歸類。歸類結(jié)果分為兩種演變模式，其中升高模式包括邊緣接觸模式、內(nèi)部突增模式、擺動模式和跨越模式；降低模式包括邊緣退縮模式、內(nèi)部突降模式和片狀降低模式。由于研究中搜集的數(shù)據(jù)資料有限，且洪災(zāi)風(fēng)險空間演變受人文、社會及經(jīng)濟等因素綜合影響較大，因此，在進行指標(biāo)數(shù)據(jù)空間網(wǎng)格展布時存在誤差，需在今后的工作中尋求提高指標(biāo)網(wǎng)格化精度的方法，更加精確的表達(dá)洪災(zāi)空間演變模式，即提高時間和空間上各數(shù)據(jù)分辨率，使洪災(zāi)風(fēng)險演變模式歸類更為精確。研究結(jié)果可為城市防洪規(guī)劃、應(yīng)急等方面提供決策依據(jù)。

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