基于GIS近35年邢台市大风灾害风险区划

孙晶?赵志楠?李迪?何凯

摘要 大风灾害是我国发生率高、损失严重的气象灾害，严重制约着我国国民经济发展，威胁人民生命财产安全。利用邢台市基础地理信息数据、社会经济数据、35年大风气象数据资料及近5年历史灾情资料，运用ArcGIS强大的数据功能，建立邢台大风灾害风险数据库，构建大风灾害风险评估模型。通过全面分析和综合评估数据，得到邢台市大风灾害综合风险区划。

关键词 大风灾害;邢台市;风险区划;ArcGIS技术

中图分类号：P425.61 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）06–0082–03

我国大风造成的气象灾害非常严重，河北省是大风灾害频繁发生的地区之一，由大风灾害造成经济损失和人员伤亡中，95%涉及农村，研究大风灾害风险区划对薄弱地区灾害防御工作意义重大。一些学者在风险评估研究中取得了很大进展，李兰等[1]研究湖北省大风灾害的影响因素，分析了大风灾害发生频率及人民财产损失等特征，用灾情中的受灾人口、成灾面积等评估指标给出了大风灾害的风险级别;王春乙等[2]通过综合分析农业气象灾害风险评估理论方法，归纳了研究中使用的指标综合评估方法、数据概率评估方法和情景模拟评估方法。

通过综合考虑气象条件、社会经济、人民生活、自然环境以及地形地貌等，研究了致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力，利用GIS技术建立气象灾害风险评估模型，对邢台市大风灾害进行综合风险区划。

1 研究区域资料来源

1.1 研究区域概况

邢台市位于河北省中南部，地处太行山脉和华北平原交汇处，地形自西向东由山地、丘陵、平原呈阶梯状分布。邢台市土地利用类型复杂多样，其中城市用地、耕地和农村居民点用地占用比例较大。

1.2 数据来源

选取邢台市1982—2016年国家站的大风资料（选取日最大风速6级及以上），邢台市1：50 000分辨率的DEM数据、行政区划图、土地利用分布图，近5年邢台市大风灾情信息，2016年邢台市统计年鉴社会经济数据。

2 研究方法

根据自然灾害风险理论，建立大风灾害风险评估模型：致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力，对邢台市大风灾害进行风险评估。

2.1 大风灾害评估价指标的标准化

大风灾害的危险性、敏感性、易损性和防灾减灾能力4个评估因子中，包含不同评估指标，且不同评估指标的单位和数量级不同，对不同评估指标数据进行标准化处理，方便各个评估之间的比较和计算。标准化公式如下：

公式中，Dij是j評估指标第i个指标的标准化值，Aij是j评估指标第i个指标值，mini和maxi分别是第i个指标值中的最小值和最大值。

2.2 大风灾害综合风险评估模型构建

加权综合评价法是指综合考虑各个因子对总体的影响程度，把各个具体的指标作用综合起来，用一个数量化指标加以集中，表示整个评价对象的优劣[3]。利用加权综合评价法，计算致灾因子的危险性指数、孕灾环境的敏感性指数、承灾体的易损性指数和防灾减灾能力指数：

公式中，Rj表示大风灾害各个评价因子中评估指数的总和，i是不同评价因子，j是不同评价要素，n是评价因子个数，Wi是评价因子i的权重，Dij是评价因子i经上述公式（1）（2）计算后的标准化值[4]。

综合 4个大风灾害的影响因子：致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性和防灾减灾能力，建立邢台市大风灾害风险指数评估模型：

其中：DRI是各灾种灾害风险指数，致灾因子危险性指数（H）、孕灾环境敏感性指数（S）、承灾体易损性指数（V）和防灾减灾能力指数（C），Rk是指标k量化后的值，wh、ws、wv、wc相应地表示其权重，Wk为指标k的权重。

2.3 ArcGIS空间分析方法

研究邢台市大风受灾风险程度的差异规律，涉及大风频次、地形、土地利用、社会经济、自然环境等，空间分布差异大，利用ArcGIS软件的强大空间分析和空间数据处理功能计算数据。

2.4 大风灾害风险评估指标权重确定方法

权重是不同评价指标对各个影响因子的相对重要程度，也是各个影响因子对大风灾害的相对重要程度。结合邢台市近几年的灾情资料和Delphi法，对每个风险评估指数赋予权重，危险性、敏感性、易损性和防灾减灾能力的权重分别为0.4、0.3、0.2、0.1，建立如下权重体系（图1）。

2.4.1 致灾因子危险性评估因子权重的确定 大风发生的频次是对致灾因子危险性影响最大的评估因子。大风灾害的发生常常没有规律性，尤其是局地大风灾害的发生，但是统计大风发生频率可以直接看出大风发生的地域性特点。大风频发地区相应的致灾造成危险性的可能性较大，根据大风发生频次评估致灾因子危险性并进行等级分类。大风灾害致灾因子危险性指数：

其中：M为致灾因子变异强度即大风强度，P为致灾因子发生的频率即大风频次。

2.4.2 孕灾环境敏感性评估因子权重的确定 孕灾环境是自然与人类社会彼此影响相互制约形成的，选取2个评估因子：高程和耕地面积。在大风灾害中地形地貌的影响较大，如山区常常由于热力原因产生大风，特别是夏季，加上适当的水汽条件会形成强对流天气，导致超级单体下沉气流合并形成灾害性大风;平原由于缺少丘陵、山地对大风的阻挡和削弱，同时平原地区多为农用地，大风对农作物的影响更加严重，容易成灾。征求专家组意见，两个因子的权重系数均为0.5。

2.4.3 承灾体易损性评估因子权重的确定 承灾体易损性是指某地灾后的损失和毁坏程度，主要由当地的自然环境、城镇及人口分布、土地利用类型等多种方面因素共同影响产生，选取土地利用类型和地均人口作为评估因子。

人口和财产集中的地区在大风灾害影响时，造成的损失和形成灾害风险较大。土地利用的不同类型导致大风灾害易损性系数不同，邢台市有6种不同的土地利用类型，根据层次分析法研究不同土地利用类型在大风灾害下的易损性系数，与实际相结合分别确定影响系数（表1）。人口分布和土地利用对大风灾害的影响是紧密相连的。经研究讨论，对地均人口和土地利用类型均取0.5的评价系数。

2.4.4 防灾减灾能力评价因子权重的确定 防灾减灾能力主要是指灾区的抗灾能力，包含防灾减灾设施、政府的决策指挥、社会组织的防御行动水平等。选取了最主要最直观的影响因素，即人均GDP和设施农面积。人均GDP越大，经济发展水平越高，灾前防御意识越强，灾后重建能力越强。同时，设施农面积越大，防风措施能力较强，能在一定程度上减少大风灾害带来的农业损失。因此，经征求专家组意见，对人均GDP和设施农面积两个因子的权重系数分别为0.6和0.4。

3 邢台市大风灾害综合风险区划

3.1 致灾因子危险性区划

根据邢台市气象资料，结合大风历史灾情数据资料统计大风频次。由于大风频次高低和大风灾害严重程度成正相关性，运用公式（1）将大风频次标准化，再使用公式（5）得到致灾因子危险性指数（H），然后运用ArcGIS中反距离权重法进行差值分析，用自然断点分级法分为5个等级，得出邢台市大风致灾因子危险性区划图（图2）。

将危险性指数由低到高划分为5个等级：低危险性、较低危险性、中危险性、较高危险性和高危险性。其中，邢台县、内丘、平乡、广宗处于高危险区内，极易受到大风灾害，可能造成的损失会最多;临城、威县、清河、沙河、任县、柏乡处于较高危险区和中等危險区。

3.2 孕灾环境敏感性区划

地形分布对大风产生的区域有极高的相关性，且有多方面的影响。利用邢台地区高程和耕地数据进行空间运算，运用公式（1）得到标准化无量纲数据，根据图1的权重分配，通过公式（3）计算敏感性指数，运用ArcGIS空间分析法对敏感性指数进行空间分析、划分区划等级，得出邢台市大风灾害孕灾环境敏感性区划图（图3）。

大风灾害孕灾环境的敏感性由低到高分为：低敏感性、较低敏感性、中敏感性、较高敏感性和高敏感性。临城、柏乡、南和和威县位于中敏感性地区，任县、巨鹿、新河和临西位于较高敏感性区，宁晋、隆尧和南宫位于高敏感性区。政府应高度重视该地区大风灾害防御工作，在大范围大风天气来临时，尽量减少经济损失。

3.3 承灾体易损性区划

承灾体易损性包括脆弱性和暴露度两个方面。承灾主体的脆弱性即承灾能力和恢复能力综合体现了承灾体的特点，承灾体的影响因子包括人类社会主体的各个方面。承灾体的暴露度指环境、人员、社会等方面在灾害的不利影响，灾害产生影响的最大程度。利用邢台市各地区人口密度和土地利用类型系数，使用公式（1）对数据进行无量纲标准化，然后根据图1的权重分配，通过公式（3）计算出易损性指数，通过ArcGIS空间分析得出图4。

承灾体易损性被划分为5个等级，邢台西部地区多为丘陵山地，不适宜居住和生产生活，人口密度小且社会经济水平落后，下垫面突起阻挡大风，一定程度上减弱风力。邢台中东部人口密度相对密集，城镇分布集中，耕地面积较大，土地利用类型多为城市建设用地和农用地。在同等大风天气发生的条件下，西部山区经济损失远小于中东部地区。

3.4 防灾减灾能力区划

防灾减灾能力评估是指评估灾前防御和灾后恢复的能力，以人均GDP和设施农业面积2个指标评估大风灾害的防灾减灾能力。利用公式（1）将数据无量纲化，根据对邢台市历史灾情的分析，得出灾后重建能力和大风灾害防御两部分的权重系数;通过公式（3）计算出防灾减灾能力指数，即防灾减灾能力指数=人均GDP×0.6+设施农面积×0.4。然后，采用自然断点分级法对邢台市的防灾减灾能力区划划分等级。宁晋、沙河为2个高防灾减灾能力中心，区划等级纵向分布，由南北两端逐向中部地区递减（图5）。

3.5 邢台市大风灾害综合风险区划

根据邢台市大风灾害4个影响因子对灾害的影响力，利用Delphi法与实际相结合直接给予致灾因子、孕灾环境、承灾体、防灾减灾4个指标的权重，分别为0.4、0.3、0.2、0.1。将4个灾害风险指数和权重代入风险模型（4）中，运用ArcGIS技术进行空间叠加分析，利用自然断电法划分区划等级，最后得出邢台市大风灾害风险区划图（图6）。

从图6可以看出，邢台市50%以上地区大风灾害风险等级较高。邢台市西北部和中南部地区都为高风险区和较高风险区，邢台市辖区、南和、隆尧和新河相连的带状区域及临西和个别地区属于低风险区和较低风险区。风险区呈离散的点状分布区域多为城镇或集中生活区。邢台县、平乡、广宗、内丘属高风险区，临城、任县、巨鹿、宁晋、柏乡、威县、南宫等地区属于较高危险区，大风天气集中，土地利用类型多为耕地，受到大风灾害侵袭时，出现严重灾害的可能性大，政府应重点关注这些风险地区的灾害防御工作。

4 结论

（1）结合邢台市民政部门灾情统计数据，邢台市2014—2018年各地区受大风灾害造成经济损失中，邢台县直接经济损失和农业损失分布占总体的24%和23.8%。邢台县大部分地区，巨鹿、内丘部分地区，广宗、威县、临城个别地区大风灾害造成的经济损失较高。邢台市大风灾害风险区划与邢台市民政部门灾情数据显示的情况基本一致，邢台县、巨鹿、内丘、广宗、威县、宁晋等地区大风灾害较严重，政府应重点关注这些风险地区的灾害防御工作，提高防御能力。

（2）气象灾害系统理论构建的大风灾害风险评估模型符合邢台大风灾害风险客观实际，选取的评价因子及对其分配的权重是符合气象灾害系统理论的。

（3）通过分析与研究区土地利用，区分不同土地利用类型的影响系数，使大风灾害风险区划变得更精细，为精细化气象服务及靶向提供防灾减灾措施具有重大指导意义。

参考文献

[1] 李兰，周月华，陈波.湖北省大风灾害及其风险度[J]. 气象科技， 2009， 37（2）： 205-208.

[2] 王春乙，张继权，霍治国，等.农业气象灾害风险评估研究进展与展望[J].气象学报， 2015， 73（1）： 1-19.

[3] 张丽娟，陈红，张金峰，等.黑龙江省雷暴灾害损失风险评估与区划[J].自然灾害学报， 2011， 20（6）： 117-123.

[4] 李迪，张巧玉，孙东磊，等.基于GIS的河北省核桃花期冻害风险评估与区划[J].山东农业大学学报：自然科学版， 2019， 50（2）： 191-196.

責任编辑：黄艳飞

Abstract Gale disasters are disasters with a high incidence and serious losses in our country， which seriously restrict the development of our national economy and the safety of peoples lives and property. This paper uses Xingtai Citys basic geographic information data， socio-economic data， 35 years of gale weather data and recent 5 years of historical disaster data， and uses the powerful data functions of ArcGIS to establish a Xingtai gale disaster risk database and build a gale disaster risk assessment model. Analyze and comprehensively evaluate， and get the comprehensive risk zoning of gale disaster in Xingtai City.

Key words Gale disaster; Xingtai City; Risk zoning; ArcGIS technology