王菁菁

摘要：由于日本千叶县的九十九里滨平原地下水的开发、深层古海水中天然气的开采以及全新世层与垃圾填埋层的自然固结导致地面沉降的普遍发生，这使得原本就发生在该海滨地区的洪涝灾害更加嚴重。因此监测地面沉降造成的高程变化，并分析和绘制洪灾风险评价图，对于保护地表环境和制定适当的土地使用计划有重要意义。本研究以三个不同的时期（1970年，2004年和2013年）为基础进行了洪涝危险性评价，并运用地理信息系统（GIS）建立了多准则决策分析模型（MCDA）。每个时期的危险性评价图均通过线性加权各要素而获得，其中权重借助了层次分析法（AHP）的应用。

Abstract： Because of the exploitation of groundwater， the exploitation of natural gas in deep paleo-seawater and the natural consolidation of Holocene and landfill， land subsidence generally occurs in the ninety-nine mile plain， which may make the flood disaster in this coastal area more serious. Therefore， monitoring the elevation changes caused by land subsidence and analyzing and drawing flood risk maps are of great significance for protecting the surface environment and formulating appropriate land use plans. Based on three different periods （1970， 2004 and 2013）， a multi-criteria decision-making analysis model （MCDA） was established by using geographic information system （GIS）， which includes six factors： elevation， depression， River system， impervious area ratio， buffer pool and rainfall. The main data used include 10 m topographic data， airborne laser scanning data， leveling data， Land-Sat TM satellite data， two 1：30 000 River Basin maps， data from observation stations near the survey area and radar data. Risk assessment charts for each period are obtained by linear weighting of each element， and the weights are obtained by the application of analytic hierarchy process （AHP）.

关键词：洪涝灾害；地面沉降；地理信息系统；多准则决策分析法；沿海低地

Key words： flood disaster；land subsidence；geographic information system；multi criteria decision analysis；coastal lowlands

中图分类号：P333.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0265-03

0 引言

沿海洪涝灾害经常造成十分严重的经济损失和人身伤害，是最具毁灭性的自然灾害之一[1][2]。与别的区域不同，沿海低地区域由于受 到自然演变和人类活动的影响使得该地区发生洪涝灾害的风险更高。与此同时，人们越来越意识到人为因素的影响和洪涝灾害具有积极/消极的反馈作用[3]。人类定居的快速扩张增加了很多地区的不透水比率，而这又反过来增加了地表径流和洪峰流量；而地下水的过度开发引起的地面沉降或者进一步的工程活动改变了地面高程、河道坡度及径流。另一方面，例如缓冲池的建造等活动能减缓水流的流速，达到降低洪涝发生的风险。所有与洪涝灾害有关的因素由于受到空间和时间的限制而一直在变化，这也给进行精确的洪涝灾害危险评价增加了许多难度。

日本千叶县的九十九里滨平原长期饱受洪涝灾害的影响。在这平原上，沉积物和/或河床的侵蚀等自然演变和诸如农业的发展、城市工业的发展、排水系统模式的改变等人类活动都正在或已改变了平原的地表环境；该平原地区的地下水开发、深层古海水中天然气开采、全新世层与垃圾填埋层的自然固结和普遍发生的地面沉降均已被报道[4]。这些事件的发生或多或少会增加洪涝灾害发生的风险。所以，绘制不同时期的洪灾危害地图，对于九十九里滨平原未来合理的土地使用计划是十分有意义的。

1 方法

由于本次工作调查区域某些数据的缺乏，半定量法被选来研究洪涝灾害评估[6]。图 2 展示了此调查研究中数据收集、GIS 操作处理和多准则决策分析的步骤。

使用的主要数据是空载激光扫描数据、水准测量数据、陆地资源卫星数据、两张比例为1：30000 的河流域图以及雷达降雨数据。基于这些数据，下垫面的5个因素通过图形被绘制出来，即包括河流系统、高程、凹地、不透水地区比率和缓冲池。降雨是引发洪涝灾害的主要因素。利用雷达降雨的数据制作降雨分布图，并给每一个因素图层赋予相应的权重。层次分析法[7]则被应用到这个赋值过程（如表 1）。

2 结果与分析

如图 3 所示，每个要素制作时都分为三个时期，1970 年，2004 年和 2013 年。

由图3可见，2004年和2013年的河流系统数据十分相似，因为在这两个时期并没有发生重要变化。1970年数据同2004年、2013年数据相比，其数据质量相对较低，特别是高程和降雨数据；并且就缓冲池而言，1970年还未出现；所以洪涝灾害下垫面图和评价图只计算了2004年和 2013年[8]（图 4）。

在图4中，更高的值意味着发生洪涝灾害具有更高的可能性。在洪涝灾害评价图上，用一 种被称为“分位数法”的方法将调查研究区域分成了五组。这种方法将每组危害可能性等比例地分为五个等级，即为“非常高，高，中等，低，非常低”。评价图（图 4）显示了调查区域的东南部、东北部和中部是发生洪涝灾害可能性最高的区域。当地部门[9] [10]报道的真实发生洪涝灾害的区域与在此研究中绘制的地图之间的比较显示了大部分洪涝灾区都位于极高发生可能性的洪涝灾害区。

3 讨论与总结

①通过比较三个不同时期（从 1970年到 2013年）的研究结果，可以发现城市地区显著地扩张，缓冲池的影响范围也变得很大，而河流系统、凹地、高程等因素变化则很小。对于降雨来说，这些因素是很难比较的，因为降雨分布往往存在很大的空间差异，而且数据处理时也会有一定偏差。如从表2的下垫面数据处理中，可以发现从2004年到2013年“高可能性”和“中等可能性”级别的百分比有细微地下降，但“非常高可能性”级别的百分比却在增加，其他级别没有明显差别；而这些变化在评价图上较难比较。

②发生洪涝灾害最高可能性的区域位于研究调查区域的东南部，东北部和中部。陆地表面的改变可能会增加洪涝灾害发生的可能性。对本文提及的三个不同时期的洪涝灾害地图能够帮助决议制定者或策划者评价该调查研究区域，同时思考不同因素引起的时空变化；即这份调查研究可应用于洪涝问题的初步评价。

③后續洪涝灾害仿真模型的建立，则可用来研究更多由地面沉降引起的洪涝灾害的细微变化。

参考文献：

[1]Doornkamp， J. C.， 1998. Coastal flooding， global warming and environmental management[J]. Journal of Environmental Management. 52， 327-333.

[2]Hunt，A.，Watkiss， P.，2011. Climate change impacts and adaptations in cities： A review of the literature. Climatic Change 104，13-49.

[3]IPCC，2013.Climate change 2013：The physical science basis.Cambridge：Cambridge University Press.

[4]Environmental and Community Affairs Department， Chiba Prefecture， 2007.

[5]Obanawa， H.， Tokunaga， T.， Rokugawa， S.， Deguchi， T.， Nakamura， T.， 2010. Land subsidence at the Kujukuri Plain in Chiba Prefecture， Japan： Evaluation and monitoring environmental impacts. IAHS Publ. 339， 17-22.

[6]Chen， H.L.， Ito， Y.， Sawamukai， M.， Tokunaga， T.， 2015. Flood hazard assessment in the Kujukuri Plain of Chiba Prefecture， Japan， based on GIS and multicriteria decision analysis. Natural Hazards. DOI： 10.1007/s11069-015- 1699-5.

[7]Saaty， T. L.， 1980. The Analytic Hierarchy Process. Mc Graw Hill Company， New York.

[8]周雨露，杨永峰，袁伟影，等.基于GIS的济南小清河流域生态敏感性分析与评价[J].西北林学院学报，2016，31（3）：50-56.

[9]Chiba Prefecture， 2005.Flooding report in Chiba Prefecture. （日语）.

[10]Chiba Prefecture， 2013.Flooding report in Chiba Prefecture. （日语）.