日本海濱地區(qū)千葉縣九十九里濱平原洪災評價研究

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)的洪澇災害更加嚴重。因此監(jiān)測地面沉降造成的高程變化，并分析和繪制洪災風險評價圖，對于保護地表環(huán)境和制定適當?shù)耐恋厥褂糜媱澯兄匾饬x。本研究以三個不同的時期（1970年，2004年和2013年）為基礎進行了洪澇危險性評價，并運用地理信息系統(tǒng)（GIS）建立了多準則決策分析模型（MCDA）。每個時期的危險性評價圖均通過線性加權(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：洪澇災害；地面沉降；地理信息系統(tǒng)；多準則決策分析法；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 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0265-03

0 引言

沿海洪澇災害經(jīng)常造成十分嚴重的經(jīng)濟損失和人身傷害，是最具毀滅性的自然災害之一[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的影響使得該地區(qū)發(fā)生洪澇災害的風險更高。與此同時，人們越來越意識到人為因素的影響和洪澇災害具有積極/消極的反饋作用[3]。人類定居的快速擴張增加了很多地區(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一步的工程活動改變了地面高程、河道坡度及徑流。另一方面，例如緩沖池的建造等活動能減緩水流的流速，達到降低洪澇發(fā)生的風險。所有與洪澇災害有關(guān)的因素由于受到空間和時間的限制而一直在變化，這也給進行精確的洪澇災害危險評價增加了許多難度。

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道[4]。這些事件的發(fā)生或多或少會增加洪澇災害發(fā)生的風險。所以，繪制不同時期的洪災危害地圖，對于九十九里濱平原未來合理的土地使用計劃是十分有意義的。

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降雨數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，下墊面的5個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)洪澇災害的主要因素。利用雷達降雨的數(shù)據(jù)制作降雨分布圖，并給每一個因素圖層賦予相應的權(quán)重。層次分析法[7]則被應用到這個賦值過程（如表 1）。

2 結(jié)果與分析

如圖 3 所示，每個要素制作時都分為三個時期，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，因為在這兩個時期并沒有發(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)；所以洪澇災害下墊面圖和評價圖只計算了2004年和 2013年[8]（圖 4）。

在圖4中，更高的值意味著發(fā)生洪澇災害具有更高的可能性。在洪澇災害評價圖上，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等級，即為“非常高，高，中等，低，非常低”。評價圖（圖 4）顯示了調(diào)查區(qū)域的東南部、東北部和中部是發(fā)生洪澇災害可能性最高的區(qū)域。當?shù)夭块T[9] [10]報道的真實發(fā)生洪澇災害的區(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區(qū)都位于極高發(fā)生可能性的洪澇災害區(qū)。

3 討論與總結(jié)

①通過比較三個不同時期（從 1970年到 2013年）的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)城市地區(qū)顯著地擴張，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，因為降雨分布往往存在很大的空間差異，而且數(shù)據(jù)處理時也會有一定偏差。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；而這些變化在評價圖上較難比較。

②發(fā)生洪澇災害最高可能性的區(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增加洪澇災害發(fā)生的可能性。對本文提及的三個不同時期的洪澇災害地圖能夠幫助決議制定者或策劃者評價該調(diào)查研究區(qū)域，同時思考不同因素引起的時空變化；即這份調(diào)查研究可應用于洪澇問題的初步評價。

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

參考文獻：

[1]Doornkamp， J. C.， 1998. Coastal flooding， global warming and environmental management[J]. Journal of Environmental Management. 52， 327-333.

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[6]Chen， H.L.， Ito， Y.， Sawamukai， M.， Tokunaga， T.， 2015. Flood hazard assessment in the Kujukuri Plain of Chiba Prefecture， Japan， based on GIS and multicriteria decision analysis. Natural Hazards. DOI： 10.1007/s11069-015- 1699-5.

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[8]周雨露，楊永峰，袁偉影，等.基于GIS的濟南小清河流域生態(tài)敏感性分析與評價[J].西北林學院學報，2016，31（3）：50-56.

[9]Chiba Prefecture， 2005.Flooding report in Chiba Prefecture. （日語）.

[10]Chiba Prefecture， 2013.Flooding report in Chiba Prefecture. （日語）.