基于GIS近35年邢臺市大風災害風險區劃

孫晶?趙志楠?李迪?何凱

摘要 大風災害是我國發生率高、損失嚴重的氣象災害，嚴重制約著我國國民經濟發展，威脅人民生命財產安全。利用邢臺市基礎地理信息數據、社會經濟數據、35年大風氣象數據資料及近5年歷史災情資料，運用ArcGIS強大的數據功能，建立邢臺大風災害風險數據庫，構建大風災害風險評估模型。通過全面分析和綜合評估數據，得到邢臺市大風災害綜合風險區劃。

關鍵詞 大風災害;邢臺市;風險區劃;ArcGIS技術

中圖分類號：P425.61 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）06–0082–03

我國大風造成的氣象災害非常嚴重，河北省是大風災害頻繁發生的地區之一，由大風災害造成經濟損失和人員傷亡中，95%涉及農村，研究大風災害風險區劃對薄弱地區災害防御工作意義重大。一些學者在風險評估研究中取得了很大進展，李蘭等[1]研究湖北省大風災害的影響因素，分析了大風災害發生頻率及人民財產損失等特征，用災情中的受災人口、成災面積等評估指標給出了大風災害的風險級別;王春乙等[2]通過綜合分析農業氣象災害風險評估理論方法，歸納了研究中使用的指標綜合評估方法、數據概率評估方法和情景模擬評估方法。

通過綜合考慮氣象條件、社會經濟、人民生活、自然環境以及地形地貌等，研究了致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力，利用GIS技術建立氣象災害風險評估模型，對邢臺市大風災害進行綜合風險區劃。

1 研究區域資料來源

1.1 研究區域概況

邢臺市位于河北省中南部，地處太行山脈和華北平原交匯處，地形自西向東由山地、丘陵、平原呈階梯狀分布。邢臺市土地利用類型復雜多樣，其中城市用地、耕地和農村居民點用地占用比例較大。

1.2 數據來源

選取邢臺市1982—2016年國家站的大風資料（選取日最大風速6級及以上），邢臺市1：50 000分辨率的DEM數據、行政區劃圖、土地利用分布圖，近5年邢臺市大風災情信息，2016年邢臺市統計年鑒社會經濟數據。

2 研究方法

根據自然災害風險理論，建立大風災害風險評估模型：致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力，對邢臺市大風災害進行風險評估。

2.1 大風災害評估價指標的標準化

大風災害的危險性、敏感性、易損性和防災減災能力4個評估因子中，包含不同評估指標，且不同評估指標的單位和數量級不同，對不同評估指標數據進行標準化處理，方便各個評估之間的比較和計算。標準化公式如下：

公式中，Dij是j評估指標第i個指標的標準化值，Aij是j評估指標第i個指標值，mini和maxi分別是第i個指標值中的最小值和最大值。

2.2 大風災害綜合風險評估模型構建

加權綜合評價法是指綜合考慮各個因子對總體的影響程度，把各個具體的指標作用綜合起來，用一個數量化指標加以集中，表示整個評價對象的優劣[3]。利用加權綜合評價法，計算致災因子的危險性指數、孕災環境的敏感性指數、承災體的易損性指數和防災減災能力指數：

公式中，Rj表示大風災害各個評價因子中評估指數的總和，i是不同評價因子，j是不同評價要素，n是評價因子個數，Wi是評價因子i的權重，Dij是評價因子i經上述公式（1）（2）計算后的標準化值[4]。

綜合 4個大風災害的影響因子：致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體脆弱性和防災減災能力，建立邢臺市大風災害風險指數評估模型：

其中：DRI是各災種災害風險指數，致災因子危險性指數（H）、孕災環境敏感性指數（S）、承災體易損性指數（V）和防災減災能力指數（C），Rk是指標k量化后的值，wh、ws、wv、wc相應地表示其權重，Wk為指標k的權重。

2.3 ArcGIS空間分析方法

研究邢臺市大風受災風險程度的差異規律，涉及大風頻次、地形、土地利用、社會經濟、自然環境等，空間分布差異大，利用ArcGIS軟件的強大空間分析和空間數據處理功能計算數據。

2.4 大風災害風險評估指標權重確定方法

權重是不同評價指標對各個影響因子的相對重要程度，也是各個影響因子對大風災害的相對重要程度。結合邢臺市近幾年的災情資料和Delphi法，對每個風險評估指數賦予權重，危險性、敏感性、易損性和防災減災能力的權重分別為0.4、0.3、0.2、0.1，建立如下權重體系（圖1）。

2.4.1 致災因子危險性評估因子權重的確定 大風發生的頻次是對致災因子危險性影響最大的評估因子。大風災害的發生常常沒有規律性，尤其是局地大風災害的發生，但是統計大風發生頻率可以直接看出大風發生的地域性特點。大風頻發地區相應的致災造成危險性的可能性較大，根據大風發生頻次評估致災因子危險性并進行等級分類。大風災害致災因子危險性指數：

其中：M為致災因子變異強度即大風強度，P為致災因子發生的頻率即大風頻次。

2.4.2 孕災環境敏感性評估因子權重的確定 孕災環境是自然與人類社會彼此影響相互制約形成的，選取2個評估因子：高程和耕地面積。在大風災害中地形地貌的影響較大，如山區常常由于熱力原因產生大風，特別是夏季，加上適當的水汽條件會形成強對流天氣，導致超級單體下沉氣流合并形成災害性大風;平原由于缺少丘陵、山地對大風的阻擋和削弱，同時平原地區多為農用地，大風對農作物的影響更加嚴重，容易成災。征求專家組意見，兩個因子的權重系數均為0.5。

2.4.3 承災體易損性評估因子權重的確定 承災體易損性是指某地災后的損失和毀壞程度，主要由當地的自然環境、城鎮及人口分布、土地利用類型等多種方面因素共同影響產生，選取土地利用類型和地均人口作為評估因子。

人口和財產集中的地區在大風災害影響時，造成的損失和形成災害風險較大。土地利用的不同類型導致大風災害易損性系數不同，邢臺市有6種不同的土地利用類型，根據層次分析法研究不同土地利用類型在大風災害下的易損性系數，與實際相結合分別確定影響系數（表1）。人口分布和土地利用對大風災害的影響是緊密相連的。經研究討論，對地均人口和土地利用類型均取0.5的評價系數。

2.4.4 防災減災能力評價因子權重的確定 防災減災能力主要是指災區的抗災能力，包含防災減災設施、政府的決策指揮、社會組織的防御行動水平等。選取了最主要最直觀的影響因素，即人均GDP和設施農面積。人均GDP越大，經濟發展水平越高，災前防御意識越強，災后重建能力越強。同時，設施農面積越大，防風措施能力較強，能在一定程度上減少大風災害帶來的農業損失。因此，經征求專家組意見，對人均GDP和設施農面積兩個因子的權重系數分別為0.6和0.4。

3 邢臺市大風災害綜合風險區劃

3.1 致災因子危險性區劃

根據邢臺市氣象資料，結合大風歷史災情數據資料統計大風頻次。由于大風頻次高低和大風災害嚴重程度成正相關性，運用公式（1）將大風頻次標準化，再使用公式（5）得到致災因子危險性指數（H），然后運用ArcGIS中反距離權重法進行差值分析，用自然斷點分級法分為5個等級，得出邢臺市大風致災因子危險性區劃圖（圖2）。

將危險性指數由低到高劃分為5個等級：低危險性、較低危險性、中危險性、較高危險性和高危險性。其中，邢臺縣、內丘、平鄉、廣宗處于高危險區內，極易受到大風災害，可能造成的損失會最多;臨城、威縣、清河、沙河、任縣、柏鄉處于較高危險區和中等危險區。

3.2 孕災環境敏感性區劃

地形分布對大風產生的區域有極高的相關性，且有多方面的影響。利用邢臺地區高程和耕地數據進行空間運算，運用公式（1）得到標準化無量綱數據，根據圖1的權重分配，通過公式（3）計算敏感性指數，運用ArcGIS空間分析法對敏感性指數進行空間分析、劃分區劃等級，得出邢臺市大風災害孕災環境敏感性區劃圖（圖3）。

大風災害孕災環境的敏感性由低到高分為：低敏感性、較低敏感性、中敏感性、較高敏感性和高敏感性。臨城、柏鄉、南和和威縣位于中敏感性地區，任縣、巨鹿、新河和臨西位于較高敏感性區，寧晉、隆堯和南宮位于高敏感性區。政府應高度重視該地區大風災害防御工作，在大范圍大風天氣來臨時，盡量減少經濟損失。

3.3 承災體易損性區劃

承災體易損性包括脆弱性和暴露度兩個方面。承災主體的脆弱性即承災能力和恢復能力綜合體現了承災體的特點，承災體的影響因子包括人類社會主體的各個方面。承災體的暴露度指環境、人員、社會等方面在災害的不利影響，災害產生影響的最大程度。利用邢臺市各地區人口密度和土地利用類型系數，使用公式（1）對數據進行無量綱標準化，然后根據圖1的權重分配，通過公式（3）計算出易損性指數，通過ArcGIS空間分析得出圖4。

承災體易損性被劃分為5個等級，邢臺西部地區多為丘陵山地，不適宜居住和生產生活，人口密度小且社會經濟水平落后，下墊面突起阻擋大風，一定程度上減弱風力。邢臺中東部人口密度相對密集，城鎮分布集中，耕地面積較大，土地利用類型多為城市建設用地和農用地。在同等大風天氣發生的條件下，西部山區經濟損失遠小于中東部地區。

3.4 防災減災能力區劃

防災減災能力評估是指評估災前防御和災后恢復的能力，以人均GDP和設施農業面積2個指標評估大風災害的防災減災能力。利用公式（1）將數據無量綱化，根據對邢臺市歷史災情的分析，得出災后重建能力和大風災害防御兩部分的權重系數;通過公式（3）計算出防災減災能力指數，即防災減災能力指數=人均GDP×0.6+設施農面積×0.4。然后，采用自然斷點分級法對邢臺市的防災減災能力區劃劃分等級。寧晉、沙河為2個高防災減災能力中心，區劃等級縱向分布，由南北兩端逐向中部地區遞減（圖5）。

3.5 邢臺市大風災害綜合風險區劃

根據邢臺市大風災害4個影響因子對災害的影響力，利用Delphi法與實際相結合直接給予致災因子、孕災環境、承災體、防災減災4個指標的權重，分別為0.4、0.3、0.2、0.1。將4個災害風險指數和權重代入風險模型（4）中，運用ArcGIS技術進行空間疊加分析，利用自然斷電法劃分區劃等級，最后得出邢臺市大風災害風險區劃圖（圖6）。

從圖6可以看出，邢臺市50%以上地區大風災害風險等級較高。邢臺市西北部和中南部地區都為高風險區和較高風險區，邢臺市轄區、南和、隆堯和新河相連的帶狀區域及臨西和個別地區屬于低風險區和較低風險區。風險區呈離散的點狀分布區域多為城鎮或集中生活區。邢臺縣、平鄉、廣宗、內丘屬高風險區，臨城、任縣、巨鹿、寧晉、柏鄉、威縣、南宮等地區屬于較高危險區，大風天氣集中，土地利用類型多為耕地，受到大風災害侵襲時，出現嚴重災害的可能性大，政府應重點關注這些風險地區的災害防御工作。

4 結論

（1）結合邢臺市民政部門災情統計數據，邢臺市2014—2018年各地區受大風災害造成經濟損失中，邢臺縣直接經濟損失和農業損失分布占總體的24%和23.8%。邢臺縣大部分地區，巨鹿、內丘部分地區，廣宗、威縣、臨城個別地區大風災害造成的經濟損失較高。邢臺市大風災害風險區劃與邢臺市民政部門災情數據顯示的情況基本一致，邢臺縣、巨鹿、內丘、廣宗、威縣、寧晉等地區大風災害較嚴重，政府應重點關注這些風險地區的災害防御工作，提高防御能力。

（2）氣象災害系統理論構建的大風災害風險評估模型符合邢臺大風災害風險客觀實際，選取的評價因子及對其分配的權重是符合氣象災害系統理論的。

（3）通過分析與研究區土地利用，區分不同土地利用類型的影響系數，使大風災害風險區劃變得更精細，為精細化氣象服務及靶向提供防災減災措施具有重大指導意義。

參考文獻

[1] 李蘭，周月華，陳波.湖北省大風災害及其風險度[J]. 氣象科技， 2009， 37（2）： 205-208.

[2] 王春乙，張繼權，霍治國，等.農業氣象災害風險評估研究進展與展望[J].氣象學報， 2015， 73（1）： 1-19.

[3] 張麗娟，陳紅，張金峰，等.黑龍江省雷暴災害損失風險評估與區劃[J].自然災害學報， 2011， 20（6）： 117-123.

[4] 李迪，張巧玉，孫東磊，等.基于GIS的河北省核桃花期凍害風險評估與區劃[J].山東農業大學學報：自然科學版， 2019， 50（2）： 191-196.

責任編輯：黃艷飛

Abstract Gale disasters are disasters with a high incidence and serious losses in our country， which seriously restrict the development of our national economy and the safety of peoples lives and property. This paper uses Xingtai Citys basic geographic information data， socio-economic data， 35 years of gale weather data and recent 5 years of historical disaster data， and uses the powerful data functions of ArcGIS to establish a Xingtai gale disaster risk database and build a gale disaster risk assessment model. Analyze and comprehensively evaluate， and get the comprehensive risk zoning of gale disaster in Xingtai City.

Key words Gale disaster; Xingtai City; Risk zoning; ArcGIS technology