基于GIS的廣西溪河洪水型山洪溝空間分布特征

莫建飛 ， 鐘仕全 ， 羅永明 黃永璘 陳燕麗 ， 孫明

（1．廣西氣象減災研究所，南寧 530022；2．國家衛(wèi)星氣象中心遙感應用試驗基地，南寧 530022；3．廣西高校西江流域生態(tài)環(huán)境與一體化發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530022）

廣西地處亞熱帶季風區(qū)，境內(nèi)江河縱橫，水系發(fā)達，河流總長 3．4萬 km，水域面積約 4700km2，約占總面積的2%。江河分屬四大流域、五大水系。以西江水系的紅水河、柳江、黔江、郁江、潯江、桂江、賀江為主，西江水系集水面積達20．2萬km2，其流域面積約占廣西總面積的86%。全區(qū)集水面積在50km2以上的河流有937條，1000km2以上的河流有79條。河流大部分屬山溪性河流，每年汛期受強降雨影響，洪水暴漲暴落、洪災頻繁、危害重、影響大。廣西已成為全國7個山洪災害多發(fā)區(qū)之一［1］。為了提高廣西溪河洪水監(jiān)測預警、防災減災能力，本文以DEM數(shù)據(jù)，水文數(shù)據(jù)、山洪災害信息數(shù)據(jù)為基礎數(shù)據(jù)，在GIS技術(shù)支持下，提取廣西溪河洪水型山洪溝邊界，基于行政區(qū)域、地形地貌類型、溪河已發(fā)生災害次數(shù)，分析廣西溪河洪水型山洪溝空間分布規(guī)律，掌握廣西溪河流域面積、主溝長度、河床比降等屬性特征，為開展廣西中小河流洪澇災害監(jiān)測預警以及災損評估、精細化暴雨洪澇災害風險普查提供基礎數(shù)據(jù)，對提高全區(qū)中小流域科技防洪減災能力、降低人民生命財產(chǎn)安全損失、保障全區(qū)人民生命財產(chǎn)安全、提升全區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平將會產(chǎn)生較大的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)據(jù)與處理

地理信息資料采用國家基礎地理信息中心提供的1：25萬廣西基礎地理背景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為ARC／INFO的E00格式。采用GIS技術(shù)，對E00資料進行格式轉(zhuǎn)換、拼接、重采樣、分層、裁剪、空間分析等一系列處理，獲得了廣西省、地市級行政邊界矢量數(shù)據(jù)，水系矢量數(shù)據(jù)。廣西溪河洪水災害資料從廣西水利信息網(wǎng)獲取。

在1：5萬的DEM數(shù)據(jù)基礎上，首先根據(jù)廣西地形地貌特點，參考黃杏元等［2－3］的地形分類標準，按照自動提取地形類型信息過程，獲得廣西的中山、低山、丘陵、平原等4類地形類型，然后基于TM遙感數(shù)據(jù)，采用增強比值植被指數(shù)法建立石漠化指數(shù)模型，提取石漠化信息，獲得了廣西喀斯特地貌類型［4］，最后采用GIS空間疊置分析，獲得了廣西中山、低山、丘陵、喀斯特石山、平原等5類地形類型。

2 溪河流域山洪溝及類型劃分

依據(jù)水總是沿斜坡最陡方向流動的原理，參考前人研究成果［5－8］，采用 D8 算法，利用 GIS 水文分析模型，首先填平DEM數(shù)據(jù)，然后計算DEM中每一個高程數(shù)據(jù)點水流方向，根據(jù)高程數(shù)據(jù)點的水流方向數(shù)據(jù)計算每一個高程數(shù)據(jù)點的上游積累量，再根據(jù)上游積累量的高程數(shù)據(jù)，用閾值法確定屬于水系的高程數(shù)據(jù)點，最后，根據(jù)水流方向數(shù)據(jù)，從水系源頭開始將整個水系追索出來，得到比較小區(qū)域的集水區(qū)。借助1：25萬水系數(shù)據(jù)、山洪災害隱患點數(shù)據(jù)，通過人工經(jīng)驗判斷對較小的集水區(qū)按水系級別進行合并處理，劃分中小流域、山洪溝等流域邊界，其中，山洪溝為6級及6級以下水系的集水區(qū)，其流域面積小于等于200km2，且經(jīng)常發(fā)生山洪災害的小流域（圖1）。最終，將廣西劃分出275個中小流域，2033個山洪溝（圖2，見彩圖）。

在前人研究基礎上［9］，根據(jù)山洪溝流域面積、主溝長度、溝床比降等流域?qū)傩蕴卣?，將廣西溪河洪水型山洪溝劃分為大型（Ⅰ）、中小型（Ⅱ）、無明顯溝道型（Ⅲ）3種山洪溝類型，其中，大型山洪溝的流域面積＞100km2，主溝長度＞20km，平均河床比降為15／1000，中小型山洪溝的流域面積＜100km2，主溝長度＜20km，平均河床比降為 35／1000，其余為無明顯溝道型山洪溝，平均河床比降為10／1000。

圖1 技術(shù)路線

3 山洪溝空間分布特征分析

在GIS技術(shù)支持下，利用多邊形疊置分析功能，將山洪溝邊界與行政區(qū)域邊界、地形地貌類型邊界、流域特征屬性進行空間疊加，分析廣西溪河洪水型山洪溝空間分布特征。

3．1 基于行政區(qū)域的山洪溝空間分布

按地級市行政區(qū)域劃分，廣西溪河洪水型山洪溝面積，占山洪溝總面積的10%以上的主要集中百色市、河池市、桂林市等3個市，分別為19．5%、12．5%、10．0%，其中，百色市以大型山洪溝為主，占市山洪溝總面積的41．6%，河池市、桂林市以中小型山洪溝為主，分別占市山洪溝總面積的49．0%、39．2%；占山洪溝總面積的5%～10%的主要分布在南寧市、崇左市、柳州市、梧州市、賀州市、玉林市等6 個市，分別為 9．6%、8．4%、7．5%、6．2%、6．1%、5．4%，其中，南寧市、崇左市、柳州市、玉林市以大型山洪溝為主， 分別占市山洪溝總面積的 37．3%、46．7%、43．7%、42．2%，梧州市、賀州市以中小型山洪溝為主，分別占市山洪溝總面積的 55．4%、67．0%；占市占山洪溝總面積的5%以下的主要分布在來賓市、欽州市、防城港市、貴港市、北海市等5個市，分別只占4．7%、4．0%、3．3%、2．4%、0．3%，其中，防城港市以大型山洪溝為主，占市山洪溝總面積的38．1%，來賓市、欽州市、貴港市以中小型山洪溝為主，分別占市山洪溝總面積的 48．3%、56．5%、56．6%， 北海市則以無明顯溝道山洪溝為主，占市山洪溝總面積的60．9%（圖 2、表 1）。

表1 廣西各地級市山洪溝面積及所占比例

3．2 基于地形地貌類型的山洪溝空間分布

按廣西地形地貌類型劃分，廣西溪河洪水型山洪溝空間分布主要集中在低山、丘陵、平原地區(qū)，分別占山洪溝總面積的33.1%、24.5%、20.0%，其中，低山、丘陵主要以大型山洪溝和中小型山洪溝為主，分別占其地貌類型面積的76.4%、78.5%，平原主要以中小型山洪溝為主，占其地貌類型面積的46.2%；中山、喀斯特石山分布較少，分別占山洪溝總面積的15.9%、8.5%，其中，中山主要以大型山洪溝為主，占其地貌類型面積的37.5%，石山主要以中小型山洪溝為主，占其地貌類型面積的36.3%（圖3，見彩圖；表2）。

表2 廣西各地形類型山洪溝面積及所占比例

3.3 基于已發(fā)山洪災害次數(shù)的山洪溝空間分布

根據(jù)已發(fā)生山洪災害次數(shù)統(tǒng)計，廣西溪河洪水型山洪溝災害主要發(fā)生在中小型山洪溝，占70.3%。已發(fā)生災害在5次以下有1869條，其中，大型山洪溝有241條，中小型山洪溝有1354條，無明顯道溝有274條；已發(fā)災害5～10次的山洪溝有112條，其中，大型山洪溝有29條、中小型山洪溝有53條、無明顯道溝30條，主要分布在桂北河池市刁江流域、小環(huán)江流域；已發(fā)災害10次以上的山洪溝有52條，其中，大型山洪溝有16條、中小型山洪溝有23條、無明顯道溝13條，主要分布在桂東南玉林市楊梅河流域中濁水河、黎村河、靈山河等，泗羅河流域中的松山河、務底河、榕木河等，桂中來賓市羅秀河流域中的大樟河，黔江流域中的東鄉(xiāng)河、馬來河等，桂東北柳州市融江流域中的黃金河、雅瑤河、泗頂河等，桂西南防城港市北侖河流域中的那作河、黃關(guān)河等，桂西北百色市南盤江流域中的者浪河、長發(fā)河、扁牙河等（圖 4，見彩圖；表 3）。

表3 廣西山洪溝災害統(tǒng)計

4 結(jié)論

（1）廣西溪河洪水型山洪溝空間分布特征，按地域，主要分布在桂西北的百色市、桂北的河池市、桂東北的桂林市，大型的溪河洪水型山洪溝主要分布在百色市、南寧市、崇左市、柳州市、玉林市、防城港市等6市，中小型的溪河洪水型山洪溝主要分布在河池市、桂林市、梧州市、賀州市、來賓市、欽州市、貴港市等7市，無明顯溝道的山洪溝主要分布在北海市；按地形地貌，廣西溪河洪水型山洪溝主要分布在低山、丘陵、平原地區(qū)，中山、喀斯特石山分布較少，大型的溪河洪水型山洪溝主要分布在中山地區(qū)，中小型的溪河洪水型山洪溝主要分布在低山、石山、丘陵、平原地區(qū)；根據(jù)已發(fā)生山洪災害次數(shù)統(tǒng)計，廣西溪河洪水型山洪溝已發(fā)生災害大部分在5次以下，已發(fā)生災害次數(shù)較多的主要分布在桂北河池市刁江流域、小環(huán)江流域，桂東南玉林市楊梅河流域、桂中來賓市羅秀河流域、黔江流域、桂東北柳州市融江流域、桂西南防城港市北侖河流域、桂西北百色市南盤江流域等中小型山洪溝。

（2）海拔相對低、坡度大的地方越容易孕育山洪災害。廣西中小型溪河洪水山洪溝海拔在200～800m之間，平均河床比降為35／1000，由于地形陡峭，易于快速匯集徑流而形成山洪，并引發(fā)山體滑坡、泥石流等次生災害，尤其在低山、丘陵的四周以及與平原相鄰的地區(qū)，如有開闊的谷地、盆地，也容易造成山洪災害。

（3）基于DEM數(shù)據(jù)，水文數(shù)據(jù)、山洪災害信息數(shù)據(jù)，獲得了廣西溪河洪水型山洪溝空間分布，借助GIS空間分析技術(shù)，獲得了廣西大型、中小型、無明顯溝道型的溪河洪水型山洪空間分布規(guī)律、災害分布特點，可為有關(guān)部門對廣西山洪災害的監(jiān)測預警、抗洪救災提供基礎數(shù)據(jù)，為山洪災害防治措施提供科學依據(jù)。

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