基于GIS的成都西部沿山地区暴雨洪涝灾害风险区划初探

姚 鹏，何 俊，余 威，牛金龙，涂朝勇

(1.四川省成都市气象局，四川 成都 610000；2.四川省巴中市气象局，四川 巴中 636000)

基于GIS的成都西部沿山地区暴雨洪涝灾害风险区划初探

姚 鹏1，何 俊1，余 威1，牛金龙1，涂朝勇2

(1.四川省成都市气象局，四川 成都 610000；2.四川省巴中市气象局，四川 巴中 636000)

该文选取成都西部沿山大邑县作为研究点，利用GIS技术进行暴雨洪涝灾害风险分析，绘制区划图，完善了基层防灾减灾体系，增强了防灾减灾能力，得到结论如下：①大邑县1级暴雨强度频次以≥6.3次/10 a为最多，2级和3级分布特点比较类似，为中间高，东西两头低，2级以2.9次/10 a～3.2次/10 a为最多，3级以1.8次/10 a～2.1次/10 a为最多，4级以小频次为主，5级分布为东部高西部低。②大邑县暴雨洪涝致灾危险性等级由东向西依次递减，承灾体易损性从东往西逐渐降低，孕灾环境敏感性总体趋势为东高西低，县境东部和中部的防灾减灾能力大于西部。③县境东部地区由于人口密度大，耕地比重大，地势平坦，敏感性高，易损性强，抗灾性弱，容易发生洪涝灾害，属于暴雨洪涝灾害较高风险区；而西部与东部相反，为暴雨洪涝灾害较低风险区；中部为中等风险区。

暴雨洪涝灾害；GIS；风险区划

1 引言

近年来，成都地区气象灾害频发，每年都会对工农业、旅游、交通运输等国民经济带来损失，对人民的生命财产造成威胁。据统计，在成都地区及其西部沿山地区为重，尤其每年汛期，气象灾害对当地各个方面均产生重大影响。同时气象灾害风险区划工作是防灾减灾的一项基础工作，有助于构建、完善基层防灾减灾体系，切实提高基层防灾减灾能力。因此有必要开展暴雨洪涝气象灾害风险区划的研究。

大邑县位于成都平原西部，是成都平原向川西高原过渡的前沿地带，为龙门山脉地系，地势为西北部高，东南部低，阶梯状降低，依次为山区、丘陵和平原三种地形区，具有“七份山、一份水、二份田”的地貌结构。同时，根据统计显示，在气象灾害中，由暴雨引发的洪涝对大邑县产生的危害最大，发生的频次也为最高。因此选取大邑县作为成都西部沿山地区暴雨洪涝灾害风险区划初步研究的代表站点。

近年来，很多学者在气象灾害对公路交通、农业生产、城市化等产生的影响及其之间的相互关系进行了深入的分析[1-4]，在气象灾害风险评估和区划方面也开展了许多研究，全面讨论了气象灾害风险的评估与区划方法[5-11]，提出了各种模型，开展了相关区划工作[12-20]，取得了较好的成效。而成都西部沿山地区在这方面的起步较晚，至今相关研究较少。因此本文综合国内研究成果，根据灾害区划理论，利用GIS的空间分析技术，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等4个因子综合分析，确定因子对暴雨洪涝灾害的权重，构建评价模型，开展大邑县暴雨洪涝灾害风险区划研究，为基层防灾减灾提供科学依据。

2 资料来源及处理方法

2.1 资料来源

气象资料：四川盆地1961—2008年各气象台站的逐日降水数据。社会经济资料：2012年大邑县统计年鉴，选用以乡(镇)为单元的行政区土地面积、年末总人口、耕地面积、国民生产总值(GDP)等数据。地理信息数据：四川省GIS数据(比例1∶50000)。灾情数据：民政局统计上报为准。

2.2 处理方法

由于所采用指标的量纲有所差异，为了得到一致的量纲，需要对初始值采用标准化处理后，最终参与风险度的计算。资料归一化处理方法：

对于正向指标

Yij=0.5+0.5(Xij-MinXij)/(MaxXij-minXij)

(1)

对于负向指标

Yij=0.5+0.5×(MaxXij-Xij)/(MaxXij-MinXij)

(2)

式中，i表示不同县，j表示不同指标，Yij表示其归一化值，Xij为初始值，MinXij和MaxXij分别对应其指标中初始值的最小和最大值。

3 研究方法及技术模型

气象灾害风险性与致灾因子的危险性、灾害环境的敏感性、承灾体的易损性和当地的防灾减灾能力有着密切的关系。它的形成既取决于致灾因子的强度与频率，也取决于自然环境和当地的社会环境、经济条件。开展大邑县气象灾害风险区划时，采用的原则有：从实情出发，考虑区域性气象灾害孕灾环境的一致性和差异性，致灾因子的组合类型、时空聚散、强度与频度分布的一致性和差异性，确定主导因子以及可修正原则等。

由于灾害区划研究中涉及到大量的数据，GIS是收集整理、处理和空间数据显示的常用基本工具，本文从气候学、灾害学、自然地理学等基本观点和理论出发，结合灾害风险管理，采用风险指数法、加权综合评价法、反距离加权内插法和GIS中自然断点分级法等数量化方法，利用GIS技术形成气象灾害数据库，建立风险分析与识别、风险评价与区划的信息平台，区划技术流程如图1。在该平台的支持下，对大邑县暴雨洪涝灾害风险进行分析和评价，绘制气象灾害风险区划图。

图1 气象灾害风险评估流程图

4 暴雨洪涝灾害风险评价指标及其分析

暴雨洪涝灾害的风险区划主要从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力等4个方面进行综合分析。

4.1 暴雨洪涝致灾因子危险性分析

大邑的洪涝灾害多为暴雨致灾，县境内降雨丰富，主要集中在每年6—9月，期间大雨以上降雨频繁，雨势强、强度大，常常造成江河水位陡涨、公路桥梁和农田水利设施损毁、房屋倒塌、农作物受灾；过程累积雨量大，土壤饱和，洼地积水形成内涝。因此在对致灾因子危险性进行分析时，主要选取暴雨频次和暴雨强度作为致灾因子进行具体分析。具体方法是：①将1d、2d、……10d(≥10d)的暴雨过程降水量分别作为一个序列，计算出第98、95、90、80、60百分位数分别对应的降水量值；②按照百分位数将暴雨强度分为5个等级，具体如表1所示；③计算本站在不同暴雨等级中的暴雨过程频次(见表2)，得到大邑县各级暴雨强度频次分布图(图2)。一般来说暴雨等级越高，其频次则越低，但大邑3级暴雨的频次高于2级。

表1 四川盆地不同等级暴雨强度雨量范围 (单位：mm)

注：资料时限：1961—2008年；单位：次/10 a

表2 大邑县不同等级暴雨洪涝频次表

注：资料时限：1966—2012年；单位：次/10 a

大邑县暴雨强度频率分布特点：1级暴雨强度频次以县境内中部宽广的山区与平原过渡带的暴雨强度频次最高并为最多，≥6.3次/10 a，东部平原地区和西部西岭镇的广泛山区则属于低频次区域，东部地区频次最低，低于5.3次/10 a。2级暴雨强度频次以2.9次/10 a～3.2次/10 a之间最多，几乎为全县的90%以上，晋原镇以及花水湾的西南部分的暴雨频次最高，≥3.2次/10 a。3级暴雨强度频次分布特点和2级分布特点比较类似，强度仍然是中间高，东西两头低。以1.8次/10 a～2.1次/10 a之间最多，晋原镇全境、悦来镇、鹤鸣镇、王泗镇、青霞镇的大部分地方是频次最高的地区，≥2.1次/10 a。4级暴雨强度频次以小频次为主，安仁、上安的大部及其东部为高值区，≥1.09次/10 a。大邑5级暴雨强度频次呈现东高西低的分布形势。

图2 大邑县暴雨强度频次分布图(次/10 a)(a)1级；(b)2级；(c)3级；(d)4级；(e)5级

洪涝发生发展与暴雨强度等级有很大的相关性，等级越高越有利于形成洪涝。按照此原则，将5级、4级、3级、2级和1级暴雨强度的权重按照5∶4∶3∶2∶1的比例进行取值，用加权综合评价法、反距离加权内插法和GIS自然断点分级法，同时由于受县辖区域面积有限，将其危险性指数按3个等级进行划分，得到致灾因子危险性指数区划图(图3)：大邑暴雨洪涝致灾危险性等级主要位于较高危险区至中等危险区之间；暴雨洪涝致灾危险性等级由东向西依次递减，东部为较高危险区，中部为中等危险区，西部小部分地方为较低危险区。

图3 大邑县暴雨洪涝致灾危险区划图

4.2 暴雨洪涝孕灾环境敏感性分析

地形和水系对暴雨洪涝孕灾环境敏感性起关键作用，分析时从GIS数据中提取相关数据，主要考虑水系分布和地形起伏变化，分别采用河网密度指数和高程标准差表示。根据大邑地形地貌特点，本文采用的地形指数组合赋值如表3所示，进行规范化处理后分别得到大邑地形影响指数分布图(图4)和暴雨洪涝灾害规范化河网密度指数分布图(图5)：①大邑县地形属于东低西高型，西部山区容易形成山洪、滑坡、泥石流等，东部容易形成内涝。由于地处龙门山脉地区，也属于山地和平原的过渡带，由于地形的抬升作用，地形对于暴雨的形成具有促进作用。由于地势的原因，又有利于向东排水，故在大邑县的中东部暴雨的地形影响指数相对偏高，大于等于0.66。②苏家镇和三岔镇以西的地区属于水系因子影响较低的地区，东部属于水系因子影响的较高地区。

表3 地形高程及高程标准差的组合赋值

图4 大邑县地形影响指数分布图

图5 大邑县水系因子分布图

综合专家意见，考虑到水系和地形对敏感性的影响程度相当，将两个因子权重均设为0.5，利用GIS自然断点法，将其敏感性划分为3个等级，得到区划图如图6所示：暴雨洪涝灾害孕灾环境敏感性总体趋势为东高西低，主要原因是大邑山区以及丘陵地带都分布在中西部，由于地势较高，虽然水系较多，但地形又有利于洪水的排放，故不易形成洪涝，为暴雨洪涝灾害相对较低敏感区域。而东部乡镇由于是平坝地区，故为暴雨洪涝灾害的较高敏感区域。晋原、王泗、苏家、三岔等乡镇为中等敏感区域。

图6 大邑县暴雨洪涝灾害孕灾环境敏感性区划图

4.3 暴雨洪涝承灾体易损性分析

大邑县人口自东往西依次递减，人口密度最大为晋原镇，密度大于1 000人/km2，西岭的人口密度最小，为12.17人/km2。耕地面积比重为东大西小，大值区位于平坝区，最大值和最小值之间差异较大，最大值位于王泗镇以东，为35%以上，王泗、晋原、新场的部分地方面积比重为20%～35%，西岭、雾山、斜源、出江等地的比重最低，小于10%。县南部和东南部的人均GDP的分布相对较高，北部和中部最低，其余区域介于之间。

承灾体的易损性主要考虑人口密度、GDP密度和耕地面积比重，根据专家打分，分别权重取为0.3、0.3和0.4，基于GIS计算出大邑县暴雨洪涝灾害承灾体易损性和区划图，分为3个等级，如图7所示。由图可见：大邑县境内的易损性从东往西逐渐降低，较高易损区位于王泗镇、新场镇和晋原镇的偏东部分地方，以及县境东部的其他地区，晋原镇、王泗镇以及新场镇大部分地方为中等易损区，其余部分(县境以西)均为较低易损性。

图7 大邑县暴雨洪涝灾害承载体易损性区划图

4.4 暴雨洪涝防灾减灾能力分析

防灾减灾能力是一种工程和非工程措施，考虑实际情况，本文主要采用人均GDP和防洪除涝面积，根据专家意见，将其权重分布取值0.5和0.5。根据加权综合法，算出乡镇防灾减灾能力，利用GIS自然断点法，得到大邑县暴雨洪涝防灾减灾能力区划图(见图8)。从图中可得：总体而言，县境东部和中部的防灾减灾能力大于西部，最高位于晋原镇和安仁镇，最低为雾山乡、斜源镇和出江镇。

图8 大邑县暴雨洪涝灾害防灾减灾能力区划图

5 大邑县暴雨洪涝灾害风险分析及其区划

气象灾害风险区划是为了反映不同地区气象灾害风险的差异性，通过对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力的分析，根据风险指数大小，进行风险区域等级划分。大邑县暴雨洪涝风险指数计算公式如下：

FDRI=VHWHVEWEVSWS(10-VR)WR

(3)

其中，FDRI：暴雨洪涝灾害风险指数，其与灾害风险程度为正相关；VH：致灾因子危险性指数×10，WH：权重；VE：孕灾环境敏感性指数×10，WE：权重；VS：承灾体易损性指数×10，WS：权重；VR：防灾减灾能力指数×10，WR：权重。

由于一个县的暴雨洪涝致灾危险性指数是从单点的气象资料计算而来的，因此其代表性受到一定的局限，在致灾危险性指数比较均一的情况下，自然条件对暴雨洪涝的风险更为敏感。与专家讨论后，用暴雨洪涝灾害风险评估模型计算风险指数时，将WH、WE、WS、WR分别取值为0.4、0.4、0.1、0.1，利用GIS自然断点分级法将指数按较高风险区、中等风险区、较低风险区3个等级进行划分，绘制出大邑县暴雨洪涝灾害风险区划图(图9)。

图9 大邑县暴雨洪涝灾害风险区划图

从图中可得：总体而言，大邑县暴雨洪涝灾害风险性从东往西逐渐降低。最高风险区位于苏家镇、三岔镇及县境以东其他地区，抗灾性较弱，主要由于人口密度大，耕地比重也较大，暴雨洪涝灾害的易损性强，而且上述区域地势平坦，当出现暴雨时，容易发生洪涝灾害；中等风险区主要位于晋原镇、王泗镇、新场镇，以及鹤鸣乡和悦来镇的大部，青霞镇和金星乡的部分地方；其余地方均为较低风险区，抗灾性较强，主要为县境以西的山区和部分中部的丘陵地区，由于地势相对较高，人口密度小，暴雨洪涝灾害的敏感脆弱性相对较低，同时上述区域暴雨洪涝的易损程度也较低，因而暴雨洪涝的风险也较低。

6 结论与讨论

近年来，成都西部沿山地区气象灾害频发，尤其每年汛期气象灾害对当地各个方面均产生重大影响。本文选取大邑县作为研究站点，利用GIS技术开展成都西部沿山地区暴雨洪涝灾害风险区划分析，绘制出了区划图，完善了基层防灾减灾体系，增强了防灾减灾能力，分析得到的结论如下：

①大邑县1级暴雨强度频次以县境内中部宽广的山区与平原过渡带的暴雨强度频次最高，≥6.3次/10 a，并为最多；2级暴雨强度频次分布为中间高，东西两头低，以2.9次/10 a～3.2次/10 a之间最多，所占百分比几乎为全县的90%以上；3级暴雨强度频次分布特点和2级分布特点比较类似，仍然是中间高，东西两头低，以1.8次/10 a～2.1次/10 a之间最多；4级暴雨强度频次以小频次为主；5级暴雨频次呈现东高西低的分布形势。

②大邑县暴雨洪涝致灾危险性等级主要位于较高危险区至中等危险区之间；暴雨洪涝致灾危险性等级由东向西依次递减，东部为较高危险区，中部为中等危险区，西部小部分地方为较低危险区。

③大邑暴雨洪涝灾害孕灾环境敏感性总体趋势为东高西低，中西部为暴雨洪涝灾害相对较低敏感区域，东部的蔡场、韩场、沙渠等乡镇为暴雨洪涝灾害的较高敏感区域。晋原、王泗、苏家、三岔等乡镇为中等敏感区域。

④大邑县暴雨洪涝灾害承灾体易损性从东往西逐渐降低，较高易损区位于王泗镇、新场镇和晋原镇的偏东部分地方，以及县境东部的其他地区，晋原镇、王泗镇以及新场镇大部分地方为中等易损区，其余部分(县境以西)均为较低易损性。

⑤大邑县东部和中部暴雨洪涝灾害防灾减灾能力大于西部，最高位于晋原镇和安仁镇，最低为雾山乡、斜源镇和出江镇。

⑥大邑县暴雨洪涝灾害风险区划：县境东部地区人口密度大，耕地比重较大，地势平坦，出现暴雨时，敏感性高、易损性强，抗灾性弱，容易发生洪涝灾害，属于暴雨洪涝灾害较高风险区；中等风险区主要位于晋原镇、王泗镇、新场镇，以及鹤鸣乡和悦来镇的大部，青霞镇和金星乡的部分地方；其余地方主要为山区和丘陵地区，人口密度小，地势较高，敏感性较低，抗灾性较强，易损程度低，为暴雨洪涝灾害较低风险区。

由于暴雨洪涝灾害问题涉及到自然、社会的诸多方面，是一个非常复杂的系统，加之资料的局限性，本文所用的评估指标和判断模型是对成都西部沿山地区暴雨洪涝灾害风险评价的一个初步尝试，定量评估分析还不完善，有待于今后更深入的研究。

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GIS-based rainstorm and flood disasters risk zoning along the west mountain areas of Chengdu City

YAO Peng1，HE Jun1，YU Wei1，NIU Jinlong1，TU Chaoyong2

(1.Chengdu Meteorological Bureau，Chengdu，610072；2.Bazhongg Meteorological Bureau，Bazhong，636000)

Choosed DaYi county as the site and based on the GIS technology，this paper tries to analyze the rainstorm and flood disaster in DaYi and maps the zoning， which improves the system of disaster prevention and mitigation at the grass-roots level and improves the ability to prevent and mitigate natural disasters， the conclusions are as follows：①The most frequency of rainstorm intensity at level 1 is greater than or equal to 6.3 times/10 a.The characteristic at level 2 and level 3 is similar， the frequency of rainstorm intensity in the middle area is higher than that in both sides.The most frequency of rainstorm intensity at level 2 is from 2.9 times/10a to 3.2times/10 a， and that at level 3 is between 1.8 times/10 a to 2.1 times/10 a，and also that is given priority to with small frequency at level 4，higher in the west than its in the east at level 5.②The risk of rainstorm and flood disasters in DaYi is diminishing from east to west， and the same distribution we can see in the vulnerability of the bearing body.Disaster environment sensitivity is higher in the east than that in the west.The capacity of disaster prevention and mitigation in the east and middle is stronger than that in the west.③Due to the dense populations、the huge of arable land、low-relief surface，the sensitivity and vulnerability in the eastern of DaYi is higher，the ability of disaster relief is lower，and then the eastern of DaYi is more susceptible to bad effects，which has a higher risk of rainstorm and flood disasters.On the contrary，the western of DaYi has a lower risk of rainstorm and flood disasters，which is in the medium level in the middle region.

Rainstorm and flood disaster；GIS；Zoning

2015-02-03

姚鹏(1986—)，女，助工，主要从事气象服务和天气预报工作。

1003-6598(2015)04-0001-07

P426.616

A