南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃研究

田光文

(南鄭縣氣象局，陜西漢中 723000)

暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃既可以為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和土地資源綜合利用提供參考，也是政府部門制定防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃的依據(jù)。南鄭縣暴雨災(zāi)害頻發(fā)，查閱1986—2016年民政部門的災(zāi)情統(tǒng)計資料，南鄭縣全縣境內(nèi)平均每年出現(xiàn)暴雨4次，幾乎每次暴雨過程都有鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生泥石流、滑坡等次生災(zāi)害；從經(jīng)濟損失上來看，相比于其他氣象災(zāi)害，暴雨造成的災(zāi)害最為嚴重，直接經(jīng)濟損失動輒上億，甚至經(jīng)常發(fā)生人員傷亡。近幾年南鄭縣暴雨災(zāi)害越來越多。對于不同的區(qū)域，往往一次暴雨過程的降雨量不盡相同，有時相去甚遠，造成的災(zāi)害也不相同。因此在防災(zāi)減災(zāi)工作中迫切需要對暴雨災(zāi)害風(fēng)險進行精細區(qū)劃。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)作為獲取、存儲、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具和技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種規(guī)劃設(shè)計和區(qū)劃計算[1-5]。暴雨災(zāi)害評價是一個復(fù)雜的地學(xué)多源信息綜合分析過程，運用GIS技術(shù)可以較真實地再現(xiàn)空間地質(zhì)實體，這也是GIS技術(shù)優(yōu)于其它同類技術(shù)之處[6-7]。

1 資料與方法

1.1 資料選取

資料分為三部分：降雨資料包括南鄭國家一般氣象站1971—2016年的降雨資料和南鄭縣轄區(qū)內(nèi)28個區(qū)域自動站2012—2016年降雨資料；GIS資料采用南鄭縣1∶25萬DEM高程數(shù)據(jù)和區(qū)域站、國家站的站點經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；社會經(jīng)濟資料采用2016年南鄭縣以鎮(zhèn)為單位的土地面積、GDP、總?cè)丝谝约案孛娣e等數(shù)據(jù)。

1.2 方法

基于氣象災(zāi)害風(fēng)險形成機制[8]及暴雨災(zāi)害風(fēng)險理論，由降雨資料得到暴雨致災(zāi)因子分布，由GIS資料得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性因子分布，由社會經(jīng)濟資料得到承載體易損性因子分布，給這3個因子賦以不同權(quán)重，使用Arcgis對3個因子進行加權(quán)計算，繪制出暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖。

2 結(jié)果分析

2.1 致災(zāi)因子危險性

暴雨災(zāi)害的強度和頻次往往可以體現(xiàn)暴雨致災(zāi)的程度，因此，致災(zāi)因子危險性可用暴雨災(zāi)害的強度和發(fā)生頻次來表征。

2.1.1 臨界致災(zāi)雨量的確定 氣象上對于暴雨的定義為：24 h降雨量≥50 mm。研究中涉及降雨序列的時間較長，因此暴雨過程定義為：一次降雨過程至少持續(xù)一日以上，且至少有一日降雨量≥50 mm，則認為該次降雨過程為一次暴雨過程；出現(xiàn)無降雨日或微量降雨日，則認為本次暴雨過程結(jié)束。該次過程的降雨量即為暴雨過程降雨量。

由于國家一般氣象站的完整降雨序列較長，首先利用該站降雨資料確定不同暴雨等級的臨界雨量。對南鄭國家一般氣象站1971—2016年的暴雨過程進行統(tǒng)計，剔除不合理數(shù)據(jù)。由于南鄭暴雨過程最多持續(xù)5 d，持續(xù)6 d及以上的過程幾乎沒有，故分級時只考慮統(tǒng)計1～5 d的暴雨過程降雨量。分別統(tǒng)計過程持續(xù)日數(shù)為1、2、3、4、5 d(含5 d以上)的暴雨過程降雨量，根據(jù)暴雨過程持續(xù)日數(shù)，建立5個時間長度的暴雨過程序列。

暴雨分級使用百分位法。首先，分別查找出每個序列的4個百分位數(shù)(第50百分位數(shù)、第80百分位數(shù)、第90百分位數(shù)、第95百分位數(shù))對應(yīng)的降雨量和每個序列的最小降雨量，將其確定為臨界致災(zāi)雨量；其次，將最小降雨量至第50百分位數(shù)對應(yīng)的降雨量定為1級暴雨，第50百分位數(shù)對應(yīng)的降雨量至第80百分位數(shù)對應(yīng)的降雨量定為2級暴雨，依次類推確定其他3個暴雨等級，并得出南鄭縣各等級暴雨的臨界雨量(表1)。

表1 南鄭縣各等級暴雨的臨界雨量 mm

其次，利用全部降雨資料確定暴雨發(fā)生頻次。根據(jù)表1確定的臨界雨量，利用2012—2016年28個區(qū)域自動站降雨資料和1971—2016年南鄭國家一般站的降雨資料，分別統(tǒng)計各站點不同等級暴雨的發(fā)生頻次，得到南鄭縣各站點不同等級暴雨發(fā)生頻次表(表2)。近似認為2012—2016年各區(qū)域站年平均暴雨頻次反映的是各區(qū)域站點的歷史年平均暴雨頻次。

2.1.2 暴雨致災(zāi)因子權(quán)重的確定 暴雨強度與洪澇的形成是正相關(guān)的關(guān)系，根據(jù)這個關(guān)系，確定暴雨致災(zāi)因子的權(quán)重[8]。1～5級暴雨的權(quán)重分別考慮為1/15、2/15、3/15、4/15、5/15。

表2 南鄭縣各站點不同等級暴雨發(fā)生頻次 次/a

2.1.3 暴雨致災(zāi)因子危險性區(qū)劃 根據(jù)表2，通過插值分別繪制出1至5級暴雨頻次分布圖，使用ArcGIS對各級暴雨頻次分布圖加權(quán)求和，得到暴雨致災(zāi)因子危險性分布圖。利用自然斷點分級法進行分級，得到暴雨致災(zāi)因子危險性區(qū)劃圖(圖略)。

2.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性

孕災(zāi)環(huán)境是影響暴雨分布的重要指標之一。因南鄭縣境內(nèi)地形較為復(fù)雜(分為三種地形)，同時水系并不發(fā)達，因此近似認為孕災(zāi)環(huán)境敏感性只受到地形影響，根據(jù)地形的高程差和高程標準差的組合賦值來對其進行研究。使用1∶25萬DEM高程數(shù)據(jù)，以每個像元為單位，用ArcGIS對每個像元進行鄰域分析，計算高程差及高程標準差。因陡坡和低洼地帶容易導(dǎo)致暴雨洪澇災(zāi)害而引發(fā)泥石流等災(zāi)害，因此根據(jù)高程差和高程標準差的組合(表3)，對每個像元賦值，得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性分布圖。利用自然斷點分級法進行分級，得到孕災(zāi)環(huán)境敏感性區(qū)劃圖(圖略)。

表3 南鄭縣地形高程和高程標準差(σ)組合賦值

2.3 承災(zāi)體易損性

暴雨災(zāi)害造成的危害往往與承受氣象災(zāi)害的載體(即承災(zāi)體)也有密切關(guān)系，因此，利用各鎮(zhèn)(辦)的社會經(jīng)濟情況(經(jīng)濟、人口、耕地的分布等)來分析承災(zāi)體易損性。

2.3.1 承災(zāi)體易損性權(quán)重確定 社會資料中每個因子在不同地區(qū)受暴雨災(zāi)害的影響程度不同。根據(jù)南鄭縣2016年年鑒，南鄭縣大部分區(qū)域為山區(qū)丘陵，總?cè)丝?6萬人，而農(nóng)耕人口達到了31萬人，因此暴雨災(zāi)害的主要承災(zāi)體是耕地和人口。故將耕地比重因子的權(quán)重確定為0.6，地均人口因子權(quán)重確定為0.3，地均GDP因子權(quán)重確定為0.1。

2.3.2 承災(zāi)體易損性區(qū)劃 類似于暴雨致災(zāi)因子危險性的處理方法。通過插值分別繪制耕地比重、地均人口、地均GDP的分布圖，使用ArcGIS對三者進行加權(quán)求和，得到承災(zāi)體易損性的分布圖。利用自然斷點分級法進行分級，得到承災(zāi)體易損性區(qū)劃圖(圖略)。

2.4 暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

暴雨災(zāi)害風(fēng)險受孕災(zāi)環(huán)境敏感性、致災(zāi)因子危險性和承載體易損性3個因子共同影響，因此，要得到暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖，需要同時考慮這3個因子的影響。

首先，需要確定3個因子的權(quán)重。由于各風(fēng)險評價因子所起的作用不同，權(quán)重的大小依據(jù)各因子對氣象災(zāi)害的影響程度而定，綜合考慮南鄭常年降雨豐沛，地形復(fù)雜等實際情況，確定敏感性因子占0.3，危險性因子占0.5，易損性因子占0.2。

其次，根據(jù)下面的加權(quán)計算公式求算氣象災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)[8]

I=VhWh+VeWe+VsWs，

(1)

式中，I為暴雨災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)，用于表示風(fēng)險程度，其值越大，表示暴雨災(zāi)害風(fēng)險程度越大；Ve、Vh、Vs分別表示風(fēng)險評價模型中的暴雨致災(zāi)因子的危險性、孕災(zāi)環(huán)境的敏感性和承災(zāi)體的易損性等評價因子；We、Wh、Ws是各評價因子的權(quán)重。

根據(jù)公式1計算得到暴雨災(zāi)害風(fēng)險分布圖，同樣利用自然斷點分級法進行分級，得到南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖(圖1)。

圖1 南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

2.5 區(qū)劃評述

從南鄭縣暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖可見，南部、東南部主要為次高風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)，中部主要為中等風(fēng)險區(qū)，北部主要為低風(fēng)險區(qū)和次低風(fēng)險區(qū)。

2.5.1 高風(fēng)險區(qū)和次高風(fēng)險區(qū) 該區(qū)域暴雨災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)在59～295之間，地處米倉山沿線及南鄭縣南部，主要分布在福成鎮(zhèn)、碑壩鎮(zhèn)、黎坪鎮(zhèn)、黃官鎮(zhèn)南部、小南海鎮(zhèn)南部和法鎮(zhèn)南部。這一區(qū)域暴雨出現(xiàn)頻次最高，降雨強度最大，年均暴雨頻次在4.5～4.9次之間。區(qū)域自動站資料顯示，該區(qū)域最大暴雨過程降雨量超過500 mm，但由于該區(qū)域以山區(qū)為主，人口稀少，因此，暴雨造成的災(zāi)害并不是非常嚴重。

2.5.2 中等風(fēng)險區(qū) 該區(qū)域暴雨災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)在6～59之間，處于南鄭縣中部低山丘陵區(qū)，主要分布在牟家壩鎮(zhèn)、湘水鎮(zhèn)、圣水鎮(zhèn)、高臺鎮(zhèn)，小南海鎮(zhèn)北部、黃官鎮(zhèn)北部。這一區(qū)域暴雨頻次較高，降雨強度較強，年均暴雨頻次在3.7～4.0次之間，區(qū)域自動站資料顯示，該區(qū)域最大暴雨過程雨量超過250 mm，該區(qū)暴雨強度雖然不是最高，但由于平原地區(qū)較多，暴雨對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響較大，造成的災(zāi)害較為嚴重。

2.5.3 次低風(fēng)險區(qū)和低風(fēng)險區(qū) 該區(qū)域暴雨災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)較小，處于南鄭縣北部平原區(qū)，主要分布在梁山鎮(zhèn)、協(xié)稅鎮(zhèn)、大河坎鎮(zhèn)、濂水鎮(zhèn)、青樹鎮(zhèn)、新集鎮(zhèn)等北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)。這一區(qū)域暴雨頻次較低，降雨強度相對較小，年均暴雨頻次3.4～3.7次之間。該區(qū)域自動站資料顯示，該區(qū)域最大暴雨降雨過程超過200 mm。該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展較好，有較健全的防災(zāi)減災(zāi)體系，但由于人口密集，有部分工業(yè)產(chǎn)業(yè)，因此暴雨仍會產(chǎn)生一定的災(zāi)害影響。

3 區(qū)劃結(jié)果驗證

將1986—2016年民政部門的災(zāi)情統(tǒng)計資料與暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃結(jié)果對比分析，南鄭縣暴雨風(fēng)險區(qū)劃圖基本反映了南鄭縣暴雨災(zāi)害的分布特征，區(qū)劃結(jié)果與暴雨災(zāi)害較為吻合，使用GIS技術(shù)所做的暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃充分體現(xiàn)了精細化的特點。

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