浙江省台风灾害风险区划研究
2018-08-29周小梅杜清运
周小梅，杜清运,2,3,4，彭 瑞
（1.武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079； 2.武汉大学 地理信息系统教育部重点实验室，湖北 武汉 430079；3.武汉大学 数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室，湖北 武汉 430079；4.武汉大学 地球空间信息技术协同创新中心，湖北 武汉 430079；5. 浙江省地理信息中心，浙江 杭州 310012）
气候变化引起的极端天气灾害已经成为科学家、政府和公众广泛关注的全球性问题[1]。自然灾害风险管理是灾害学科的重要研究领域[2]，而台风灾害是影响我国沿海地区的主要自然灾害之一。在台风灾害风险管理过程中，台风灾害风险区划是台风风险管理的重要依据，是防御台风灾害的基础[3]。
台风灾害往往是多因素驱动结果，台风灾害风险评估常用的方法主要包括基于历史数据的资料分析法、基于指标体系的评估模型法、基于数值模拟的危险性分析法和情景分析法等[4]。总体而言，数学方法应用及风险定量化表达已成灾害风险评估趋势[5]。从自然灾害系统的角度出发，考虑到致灾因子危险性，孕灾环境脆弱性和承灾体暴露度的求解综合风险度指标的研究数量逐年上升[6]，这表明，基于指标体系的模型评估法在台风风险评价和风险区划研究中占主导地位。
对于处于我国东部沿海的浙江省来说，台风灾害是造成经济损失和制约社会发展的主要自然灾害之一。本文根据灾害理论建立评价模型对浙江省台风灾害风险评估并进行风险区划，评价因子覆盖时序台风强度、较短时间内无明显变化空间环境以及人文社会经济等因素，其全面性使得评价结果更能符合灾害管理的需要，更能为浙江省台风灾害风险区划提供参考。
1 资料和方法
1.1 资料来源
本文中台风（1949～2002年进入20°N以北，128°E以西范围或者在海南登陆的台风）、河网、地质灾害易发生程度、植被覆盖度与耕地面积、防汛物资仓库、堤防、海塘以及浙江省行政区划等数据来源于浙江省地理信息中心； DEM数据来源于STRM（http://srtm.csi.cgiar.org）（由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量）；人口、GDP等统计数据（2012）来源于浙江省统计局。
1.2 研究方法
1.2.1 灾害研究理论
史培军[7]等的灾害理论仍是当今台风灾害风险评价的主要理论。结合该理论，将台风灾害系统划分为致灾因子，孕灾环境和承灾体三大子系统。灾害风险表示如下[8]：
式中，Rist表示灾害风险；E表示孕灾环境风险性；H表示致灾因子风险性；V表示承灾体脆弱性。
据此，本文中致灾因子风险性、孕灾环境风险性、承灾体脆弱性分别用不同的因素来综合描述，如图1所示。
图1 台风灾害评估结构
1.2.2 权重确定方法
本文中各指标对于台风灾害风险的贡献程度不同，用层次分析法确定指标权重。层次分析法（AHP， Analytic Hierarchy Process）被广泛运用于决策分析中[9]，能够解决将定性风险因素定量化的问题，在自然灾害风险识别研究中具有重要的理论意义和广泛的应用价值[10]。
利用层次分析法计算图1中各指标权重，得出上层评价指标（致灾因子风险性、地形风险性、孕灾环境风险性、内在脆弱性、防灾减灾能力、承灾体脆弱性、台风灾害风险）的随机一致性比率CR值分别为（0,0,0.030,0.034,0.003,0,0.016），均小于等于0.1，通过一致性检验，对应的权重分别如表1所示。
表1 指标权重（指标/权重）
2 浙江省台风灾害风险评估
2.1 致灾因子各因子影响指数
以台风中心附近的最大风速来表示台风大风的强度，并用路径宽度来表示其相对大小（图2a）。计算台风移动路径面在区域内所占的面积比率，归一化后得出台风大风指数（图2b）。利用同时间段内归一化的台风过境时的降雨量与台风影响时长（单位：d）的乘积之和表示台风暴雨的强度指数（图2c）。
图2 致灾因子各因子及其影响指数
2.2 孕灾环境各因子影响指数
2.2.1 地形风险指数
地形风险利用高程和相对高程差（度量一个地区相邻范围内的地形起伏的指标）来描述。高程和相对高程差越小则遭受台风暴雨的影响越大。对DEM数据运算得出平均高程（图3a1）与平均相对高程差（图3b1），并分区计算平均值，归一化后分别得出风险指数（图 3a2、3b2）。
2.2.2 河网风险指数
洪水是台风暴雨带来的主要次生灾害之一，离河道越近一般遭受洪水灾害的可能性越大。用河网密度来描述一个地区的河网风险指数。分区统计各地河网（图3c1）密度，归一化后得出河网风险指数（图 3c2）。
2.2.3 地质灾害易发程度指数
将地质灾害相对易发生程度分布（图3d1）分区统计，计算相对地质灾害易发生程度（图3e1），即各地区归一化的不同级别地质灾害易发生程度的区域面积与权重乘积之和，其中，0～4级地质灾害易发生程度的区域的权重分别为5、4、3、2、1。
2.2.4 植被覆盖程度指数
根据土地利用情况（图3e1）计算各地区植被覆盖程度，归一化后得到植被覆盖程度指数（图3e2）。
图3 孕灾环境各因子指数
2.3 承灾体各指标影响指数
2.3.1 承灾体内在脆弱性指标
人口密度越大、经济越发达、农业发展水平越高的地区在台风过境过程中遭受的损失越多。利用人口密度、人均GDP、地均GDP、耕地面积比重、农业在国民经济中占比等因素描述承灾体内在脆弱性，分别归一化后得出各因素相关指数，如图4所示。
图4 承灾体内在脆弱性各因子影响指数
2.3.2 防灾救灾能力指标
防灾救灾能力即地区对台风灾害的抵抗能力，用防汛物资仓库密度、海塘、堤防等进行描述。对防汛物资仓库进行核密度分析，并计算平均防汛物资仓库密度（图5a），归一化后得出防汛物资仓库密度指数（图5b）；海塘和堤防指数（图5c、5d）用各地区归一化的不同级别海塘或堤防长度与权重乘积之和来表示，其中，1～5级海塘或堤防的权重分别为5、4、3、2、1。
图5 防灾救灾能力各因子及其影响指数
2.4 浙江省台风灾害风险区划
根据1.2.2中计算得出的权重以及2.2中计算得出的各指标影响指数，得出致灾因子风险性、孕灾环境风险性、承灾体脆弱性以及浙江省台风灾害风险区划如图6所示。
图6 台风灾害子系统风险性/脆弱性与浙江省台风灾害风险区划
3 结 语
本文以灾害研究理论为基础，综合历史台风数据和自然地理因素以及人文社会因素，对浙江省台风灾害进行了全面的风险评估，得出了更具有决策支持意义的台风灾害风险区划结果，可为台风灾害管理提供参考。从结果中得出：
1）浙江省台风灾害风险性存在地域性差异，总体上，从沿海到内陆变化趋势为逐渐递减。
2）从致灾因子、孕灾环境、承灾体3个方面来看，台风灾害风险性等级相同的地区，其灾害子系统风险性的相对大小对台风灾害总风险性的贡献不一。
以上结果可以作为台风灾害管理的依据。台风灾害存在地域性差异，为减少台风灾害造成的损失，宜根据地域风险性大小来合理分配灾害管理资源，以节约灾害管理成本。由于台风灾害是多因素共同作用下的结果，宜从灾害成因的角度制定合理的灾害管理方案，例如，承灾体脆弱性较强导致的台风灾害风险较大的地区，可以通过增加防灾减灾设施投资来预防和减少台风灾害；由于致灾因子和孕灾环境往往是自然形成的，致灾因子和孕灾环境风险性较大的地区，宜采取措施增加防范，同时在未来区域规划时考虑自然环境可能带来的灾害影响等。
