GIS技术支持下的海南岛暴雨灾害危险性评价

李 香，赵志忠，张京红，李鹏山

（1.海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158；2.海南省气象科学研究所，海南 海口 570203）

GIS技术支持下的海南岛暴雨灾害危险性评价

李 香1，2，赵志忠1*，张京红2，李鹏山1

（1.海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158；2.海南省气象科学研究所，海南 海口 570203）

基于GIS技术，从致灾因子和孕灾环境两方面进行分析，选取降水、地形、水系（河流、湖泊和水库）3个因素，并利用自然灾害指数法和百分位数法对海南岛暴雨灾害进行了危险性评价.结果表明：海南岛暴雨灾害危险性受地形的影响较大，其危险程度从四周沿海向中部山区递减，且北部比南部危险性高，东部比西部危险性高；高危险地区主要分布在四周沿海地区，中部地区多为低危险区和次低危险区.

海南岛；暴雨灾害；危险性评价；GIS

我国自然灾害发生频率高、分布广、损失大，是世界上自然灾害最为严重的国家之一.其中由气象灾害造成的经济损失占所有自然灾害造成经济总损失的70％以上［1］.因此，我国学者对干旱、洪涝、台风、暴雨、冰雹等气象灾害进行了大量的研究［2-8］.特别是近年来，随着气候的异常变化，气象灾害的发生日趋频繁，灾害造成的损失急剧增加，对气象灾害的研究也正不断地加深.因此，随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术的发展，为灾害研究提供了更多新的研究方法和手段.

本文以海南岛为研究对象，在GIS技术支持下对暴雨灾害危险性的致灾因子和孕灾环境进行分析和评价，以提高人们对暴雨灾害的科学认识；加强对暴雨灾害的预测和评价，通过增强抗灾减灾能力来减轻灾害所造成的损失.

1 研究区概况

海南岛位于中国最南端.地处北纬18°10′～20° 10′，东经108°37′～111°03′.属热带季风气候，长夏无冬，光温充足，雨量充沛，东湿西干.年平均气温在22～26℃，年日照时数1 780～2 600 h.海南岛雨量充沛，年平均降雨量为1639 mm.但地区分布不均衡，东部和东北部多雨，西部及西南部少雨，形成区域性缺水.此外，时间分布也不均匀，有明显的多雨季和少雨季，每年的5～10月份是多雨季.

海南岛四周低平，中间高耸，以五指山、鹦歌岭为隆起核心，向外围逐级下降，由山地、丘陵、台地、平原构成环形层状地貌梯级结构明显.山地和丘陵是海南岛地貌的核心，占全岛面积的38.7％，山地主要分布在岛中部偏南地区，丘陵主要分布在岛内陆和西北、西南部等地区.在山地丘陵周围，广泛分布着宽窄不一的台地和阶地，占全岛总面积的49.5％.环岛多为滨海平原，占全岛总面积的11.2％.

由于海南岛地势中部高四周低，比较大的河流大都发源于中部山区，组成辐射状水系.全岛独流入海的河流共154条，其中集水面积超过100 km2的有38条.南渡江、昌化江、万泉河为海南岛三大河流，集水面积均超过3 000 km2，三大河流流域面积占全岛总面积的47％.

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

采用的气象数据为海南岛18个气象站1963～2007年的逐日降水数据，来源于海南省气象局；地理信息数据采用1：50 000的海南省政区图、海南岛水系图，其中含河流、湖泊和水库与海南岛数字高程模型.

2.2 研究方法

主要采用自然灾害风险指数法和百分位数法，充分运用GIS技术的图形分析、地图代数等功能，对降水因子、地形影响因子和水系影响因子的权重分布进行频率组合和评价，并划分每个栅格的危险度，从而得到海南岛暴雨灾害危险性评价的等级.

3 结果与讨论

3.1 评价指标的选取

暴雨灾害危险性分析是对区域暴雨致灾的孕灾环境和致灾因子的各种自然属性特征的概率分布做出的评价［9］.影响暴雨致灾的因素众多，而降水和下垫面因素是影响暴雨致灾的主要因素.短时间内的暴雨是洪水形成的前提条件，下垫面因素以地形及河流、水库和湖泊的分布对暴雨致洪的危险性影响最大，故本文主要通过考虑降水、地形、水系（河流、湖泊和水库）3个因素来进行危险性评价.

3.2 降水时空分布及其对暴雨灾害的影响

降水是导致暴雨灾害发生的前提条件也是致灾的主要因子.降水历时越长，降水强度越大，年暴雨日数越多，对暴雨致灾形成的贡献也越大.本文利用多年逐日降水量作为降水影响因子分析的基本资料.为了定量地反映降水对海南岛暴雨灾害的影响关系，选取暴雨过程频次和强度作为海南岛暴雨灾害的致灾因子，采用百分位数法确定出降水对暴雨灾害形成的影响度标准（见表1），由此得到海南岛暴雨总频次分布图（见图1）.

由图1可见，海南岛暴雨过程总频次呈现出东部多，西北部少，由东向西递减.其原因是东部多受台风影响，从文昌到万宁一线暴雨较多，以万宁最为明显，每10 a平均暴雨次数超过39次.此外，中部山区的琼中中部地区也是暴雨次数最多的地方.

根据暴雨强度等级越高，对暴雨致灾形成所起的作用越大的原则，确定降水致灾因子权重（见表2），然后利用加权综合评价法、反距离加权内插法和GIS中自然断点分级法，将致灾因子危险性指数按5个等级进行区划，以Arc/Info软件为平台，利用100 m×100 m格网，得到海南岛暴雨强度图（见图2）.

由图2可以看出，总的来说，海南岛暴雨致灾危险性呈现出南部地区高于北部的特点，强度由南部沿海逐渐向内陆递减的趋势.了相邻栅格的高程变化程度，而影响暴雨危险程度大小的是一定范围内的地形变化.所以本文借鉴洪水坡度的表示方法，利用Arcmap空间分析模块里的NeighboodStatistics中的Standard Deviation计算栅格周围8×8邻域内65个栅格（包括其自身）的高程标准差作为表征该处地形变化程度的定量指标，标准差越小，表明该处附近地形变化越小，越容易遭遇暴雨灾害，并把地形高程标准差分成5级：一级（0～10 m）、二级（10～30 m）、三级（30～50 m）、四级（50～70m）、五级（＞70 m）.

表1 不同等级暴雨强度雨量范围Tab.1 Range of different levels of rainstorMintensity

表2 暴雨强度赋值表Tab.2 Weights of rainstorMintensity

根据地形因子中，绝对高程越高、相对高程标准差越小，危险程度越高的原则，确定出综合地形因子影响程度（0～1）划分标准.运用GIS地图叠加功能将地形高程与地形相对高程标准差的栅格图层进行叠加，并根据表3确定的综合地形因子影响度的划分标准，得到综合地形因子影响度栅格图（见图3）.

3.3 地形特征及其对暴雨灾害的影响

地形是控制暴雨危害的重要因素.具体表现在两个方面：地形高程及地形变化程度.地形高程越低，地形变化越小，越容易发生洪水［10］.因此，如何很好的描述与地形高程及地形变化程度就显的尤为重要.在GIS中绝对高程可用数字高程模型来表达；而地形变化程度常用坡度表示，但坡度仅考虑

表3 综合地形因子影响度的划分标准Tab.3 Dividing standard of the affecting degrees of integrated topographic factors

从图3可以看到，海南岛地形整体上来说，海拔较高和地形变化较大的地区主要集中在中部，四周海拔较低、地形变化较小，并且北部比南部、西部比东部地势要平坦地形变化要小.

3.4 河网分布及其对暴雨灾害的影响

距离江、河、湖、库等越近，则暴雨灾害危险程度越高；河流级别越高，水域面积越大，其影响范围也就越大.本文通过对不同的河网建立缓冲区来表征河网对暴雨灾害危险性的影响程度，不同的缓冲区宽度代表不同地段受暴雨致洪的难易程度.缓冲区的宽度则综合考虑河流的级别，如长江、汉江属于一级河流，其他支流与河流属于二级河流.由于本研究区没有长江、黄河等一级河流，所以只对二级河流进行划分.同时海南岛特殊的地形对水系影响巨大，所以还考虑了地形的影响作用.具体等级的划定以及宽度的确定见表4、表5.

从ArcGIS空间分析模块里的Command框里选择 Buffer wizard进行计算，得到河流、湖泊（水库）缓冲区，再利用其提供的栅格化（GRID）功能，以100 m×100 m为栅格单元的大小，把相应的矢量文件转换为栅格文件，并按缓冲区级别再分类，得到综合缓冲区分布.根据距离河流、湖泊（水库）越近，洪水危险性越大的原则，可确定各级缓冲区对暴雨致洪危险性的影响度：一级缓冲区为0.9，二级缓冲区为0.8，非缓冲区为0.5 ，得到河网（河流、湖泊和水库）缓冲区图（见图4）.

表4 湖泊和水库缓冲区等级和宽度的划分标准Tab.4 Dividing standard of the buffer zone ranks and Widths of lakes and reservoirs km

表5 河流缓冲区等级和宽度的划分标准Tab.5 Dividing standard of the buffer zone ranks and Widths of rivers km

从图4可以看到，海南岛河流对暴雨灾害危险影响较大，并且一级缓冲区的影响面积较广，东北部的缓冲区危险程度高于其他地区.

3.5 海南岛暴雨灾害危险性评价

综合考虑致灾因子和孕灾环境对海南暴雨灾害的影响，将计算得出的降水影响度、地形影响度和水系影响度栅格图，利用Arc/Info的地图代数功能，将各因子图进行叠加，并对基本分析单元进行聚类，得到洪水危险性影响因子综合影响度图，再将危险等级因子属性进行划分，分别按数值5、4、3、2、1代表高危险区、较高危险区、中等危险区、较低危险区、低危险区限界赋值给每个评价单元（见表6），即得到海南岛暴雨灾害危险性评价图（见图5）.

从图5可以看出，由于受到地形的影响，海南岛暴雨灾害危险性由外向内不断递减，高危险地区主要是分布在四周沿海地区，中部地区多为低危险区和次低危险区.并且东北部和东部危险性高于其他地区，这是由于东北部和东部位于台风多发区，台风的到来带来大量的降水，导致区域水灾危险程度增强.

表6 危险性等级划分标准Tab.6 Dividing standard of hazard grades

4 结论

通过以上分析，可以得出如下结论：

1）海南岛暴雨降水过程频次东部多，西北少，由东向西逐渐递减.由于东部沿海受台风影响较大，降水次数较多，主要集中在琼海、文昌、万宁及中部的琼中地区.在西部和西北部的乐东、东方、儋州、临高及澄迈和海口的北部降水次数较少.总体上来说，海南岛的暴雨强度南部高于北部，东部高于西部，南部大部分地区降水强度都在中等以上，降水最强的区域在五指山，主要与地形有关，其次是五指山周边的地区.北部地区降水强度大部分为低强度和较低强度.

2）海南岛暴雨灾害危险性四周高于中部，高危险地区主要分布在四周沿海地区，中部地区多为低危险区和次低危险区，并且东北部和东部危险性高于其他地区，这是由于东北部和东部位于台风多发区，台风带来大量的降水，导致区域水灾危险程度增强.另外，暴雨灾害危险性程度的分布与距离水系的远近也密切相关，越靠近水系的地方暴雨致洪的危险性越大.由于海南岛沿海是各河流的入海口，这在一定程度上增加了沿海地区的危险性程度.

［1］陈君，陈秋波.海南岛主要气象灾害分析及防灾减灾对策[J].华南热带农业大学学报，2007，13（2）：24-28.

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［3］金冬梅.吉林省城市干旱缺水风险评价指标体系与模型研究[D].长春：东北师范大学，2006.

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［5］冯丽文，郑景云.我国气象灾害综合区划[J].自然灾害学报，1994，3（4）：49-56.

［6］罗培.区域气象灾害风险评估[D].重庆：西南师范大学，2005.

［7］王晓静.广州主要气象灾害及其影响研究[D].广州：广州大学，2007.

［8］冯丽文，郑景云.我国气象灾害综合区划[J].自然灾害学报，1994，3（4）：49-56.

［9］唐川，朱静.基于GIS的山洪灾害风险区划[J].地理学报，2005，60（1）：87-93.

［10］何报寅，张海林.基于GIS的湖北省洪水灾害危险性评价[J].自然灾害学报，2002，11（4）：85-91.

责任编辑：黄 澜

Hazard Assessment of RainstorMDisaster in Hainan Island Based on GIS Techniques

LI Xiang1，2，ZHAO Zhizhong1*，ZHANG Jinghong2，LI Pengshan1
（1.College of Geography and Tourism，Hainan Normal University，Haikou 571158，China；2.Hainan Institute of Meteorological Sciences，Haikou 570203，China）

Based on GIS，disaster-inducing factors and disaster-pregnant environment were analyzed，three factors including precipitation，topography，river net（rivers，lakes and reservoirs）were selected，and the hazard of rainstorMdisaster were evaluated using Natural disaster risk index and percentiles methods in Hainan Island.The results shoWthat：the hazard rainstorMdisaster in Hainan Island was much more influenced by topography，the danger level of the rainstorMin all around was higher than that in the middle，and the north was more dangerous than the south，the east was more dangerous than the west；the higher danger areas were mainly distributed around the coastal areas；the middle areas were lowly or sub-lowly dangerous areas.

Hainan Island；rainstorMdisaster；hazard assessment；GIS

X 43

A

1674-4942（2010）02-0193-05

2010-03-11

海南师范大学重点学科“地图学与地理信息系统”资助项目

⋆通讯作者