APP下载

气候变化背景下济南市长清区干旱灾害风险评价研究

2017-02-15田家波+耿大伟

湖北农业科学 2016年20期

田家波+耿大伟

摘要:综合干旱类型,从致灾因子的危险性、敏感性、易损性及防灾减灾能力4个指标出发,分析气候变化背景下的山东省济南市长清区干旱灾害风险变化。结果表明,长清区干旱危险性分布特征总体表现为由西北向东南递减的趋势;干旱灾害孕灾体敏感性总体呈现出由西南向东北递减的趋势;干旱灾害易损性分布基本以行政区为单位,高易损性分布在除平安街道办事处外的西部地区;干旱灾害的防灾减灾能力总体呈现东北高、西南低的分布特征;干旱综合风险性呈现西南高、东北低的分布规律。

关键词:长清区;区域干旱灾害;风险评价研究

中图分类号:P429;S423 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2016)20-5233-05

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.017

Abstract: According to drought types, using 4 indicators of hazard, sensitivity, vulnerability and disaster prevention and mitigation capacity, the change of drought disaster risk was analyzed in the context of climate change in changqing district, Ji′nan city, Shandong province. The results showed that, in changqing district, drought hazard overall decreased from the northwest to the southeast. Sensitivity decreased from southwest to northeast. Distribution of vulnerability was based on the administrative area as a unit, high vulnerability distributed in western region except Ping′an street. Disaster prevention and mitigation capacity of drought disaster was higher in the northeast and lower in southwest. Drought comprehensive risk was higher in southwest and lower in Northeast.

Key words:changqing district; regional drought disaster; risk assessment research

近幾十年来,世界各地的自然灾害频繁发生,大范围的异常气候事件时有出现,给人民的生命财产和社会经济带来严重损失,也给世界的粮食、水资源和能源安全造成了一系列危机。其中干旱、洪涝是气象灾害中最严重的,尤其是干旱,因其出现频率高、持续时间长、波动范围大等,对国民经济特别是对农业生产有严重影响,历来受到人们的广泛关注。干旱及灾害的危害不容忽视,在对历史干旱分析的基础上,了解和掌握干旱及灾害的规律、进行灾害风险评估以及灾害预测预警来积极应对频繁发生的干旱灾害、减少旱灾损失是一项十分重要且很有意义的研究工作,这也是以保证水资源安全来达到保证粮食安全和经济社会快速发展需求的目的。本研究从致灾因子的危险性、敏感性、易损性及防灾减灾能力4个指标出发,分析气候变化背景下的山东省济南市长清区干旱灾害风险变化。

1 研究方法

1.1 灾害风险评估原理

基于自然灾害风险形成理论,气象灾害风险是由危险性(致灾因子)、敏感性(孕灾环境)、易损性(承灾体)和抗灾能力4部分共同形成[1]。每个因子又是由一系列子因子组成。其表达式为:

灾害风险=f[危险性(可能导致灾害的因素均可称为致灾因子)、敏感性(大气环流和天气系统、水文系统、土壤因素、地形地貌、植被)、易损性(致灾因子作用的对象,是蒙受灾害的实体)、防灾减灾能力(防御和减轻气象灾害的各种管理措施和对策,包括管理能力、减灾投入、资源准备等)] (1)

1.2 因子标准化

由于所选因子的量纲不同,因此要将因子进行标准化[1,2]。本研究根据具体情况,采用极大值标准化和极差标准化方法。

极大值标准化:

极差标准化:由于研究中所选指标与因子成反比,且低温存在负值,对其标准化时将极差标准化方法进行修正,将原公式分子中的最小值修订为最大值,使得结果符合实际。

式中,Xij为第i个因子的第j项指标;X′ij为去量纲后的第i个因子的第j项指标;Xmin、Xmax为该指标的最小值和最大值。

1.3 加权综合评价法

加权综合评价法综合考虑了各个因子对总体对象的影响程度,是把各个具体指标的优劣综合起来,用一个数值化指标加以集中,表示整个评价对象的优劣,因此,这种方法特别适用于对技术、策略或方案进行综合分析评价和优选,是目前最为常用的计算方法之一[3]。

式中,Cvj为评价因子的总值,Qvij为对于因子j的指标i(Qij≥0),Wci为指标i的权重值(0≤Wci≤1),通过层次分析法(AHP)计算得出,m是评价指标个数。

对于综合风险指数,表达式为:

式中,Cv为综合风险指数,Cvj为危险性、敏感性和易损性风险因子,Cvk为f防灾减灾能力。

1.4 层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是对一些较为复杂、模糊的问题做出决策的简易方法,它特别适用于那些难于完全定量分析的问题[3,4]。它是美国运筹学家、匹兹堡大学Saaty教授于20世纪70年代初提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。层次分析法是一种定性与定量相结合的决策分析方法。决策法通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素,在各因素之间进行简单的比较和计算,就可以得出不同方案重要性程度的权重,为最佳方案的选择提供依据。

1.5 气象资料插值方法

根据实际情况,分别采用线性回归方法、趋势面拟合方法及Kriging插值方法。其中线性回归方法是对气象站中所缺省数据进行的插值,Kriging插值是对气象因子进行的GIS空间插值方法[5]。原理分别如下:

1.5.1 线性回归方法 线性回归模型描述两个要素之间的线性相关关系,如两个要素间存在显著的相关关系,就可以建立二者之间的线性回归方程,其表达式为:

1.5.2 趋势面拟合方法 趋势面分析是利用数学曲面模拟地理系统要素在空间上的分布及变化趋势的一种数学方法,实质上是通过回归分析原理,运用最小二乘法拟合一个二维非线性函数,模拟地理要素在空间上的分布规律,表达式为:

1.5.3 Kriging插值方法 Kriging就是根据一个区域内外若干信息样品的某些特征数据值,对该区域作出一种线性无偏和最小估计方差的估计方法。从数学角度来说,是一种求最优线性无偏内插估计量的方法。该方法的适用范围为区域化变量存在空间相关性,即如果变异函数和结构分析的结果表明区域化变量存在空间相关性,则可以利用Kriging方法进行内插或外推。其实质是利用区域化变量的原始数据和变异函数的结构特点,对未知样点进行线性无偏、最优估计。克里格方法是通过对已知样本点赋权重来求得未知样点的值,表示为:

式中,Z(x0)为未知样点的值,Z(x1)为未知样点周围的已知样本点的值,?棕i为第i个已知样本点对未知样点的权重,n为已知样本点的个数。与传统插值法最大的不同是,在赋权重时,克里格方法不仅考虑距离,而且通过变异函数和结构分析,考虑了已知样本点的空间分布及与未知样点的空间方位关系。

2 干旱灾害风险评价指标

长清区干旱灾害风险区划危险性、敏感性、易损性、防灾减灾能力4个指标[6-8]选取及权重值见图1,其权重值通过层次分析法(AHP)确定[4]。

在干旱灾害孕灾体敏感性研究中,根据土壤质地和土地利用类型对干旱的影响进行评分,评分见表1和表2。

3 干旱灾害危险性因子评价

干旱灾害危险性等级划分标准见表3。

由图2可知,干旱危险性分布特征总体表现为由西北向东南递减的趋势,危险性整体水平不高,高、中危险性面积不大,分别占2.73%、16.38%。北部的边缘带状区域基本属于高、中危险性地区。高危险性主要在孝里镇西南部;中危险性主要分布在孝里镇东北部,归德镇、文昌街道办事处和平安街道办事处的西部;轻、低危险性主要分布在长清区的中部和东部,分别占32.34%、48.55%,主要包括万德镇、张夏镇、五峰山街道办事处、马山镇、双泉乡、崮云湖街道办事处和归德镇、文昌街道办事处、平安街道办事处的东部。

4 干旱灾害孕灾环境敏感性评价

干旱孕灾环境敏感性等级划分标准见表4。

由图3可知,干旱灾害孕灾体敏感性总体呈现出由西南向东北递减的趋势,分布空间性较强,没有规则的分布界限。高孕灾体敏感性主要分布在西南部边缘地区,包括孝里镇、双泉乡南部、归德镇西南角,占长清区总面积的18.74%;马山镇、归德镇大部分地区、双泉乡北部、万德镇西部、张夏镇西南部以及文昌街道办事处局部地区为中敏感性区域,占长清区总面积的34.02%;长清区东北部为轻、低敏感性区域,轻敏感性区域主要分布在万德镇中部、五峰山街道办事处大部、张夏镇东部、崮云湖街道办事处西部和中部、平安街道办事处东南部,占长清区总面积的30.85%;低敏感性区域占长清区总面积的16.40%,主要分布在万德镇东部、张夏镇北部。崮云湖街道办事处东南部和平安街道办事处的局部地区。

5 干旱灾害承灾体易损性评价

干旱灾害承灾体易损性等级划分标准见表5。

由图4可知,干旱灾害易损性分布基本以行政区为单位。高易损性分布在除平安街道办事处外的西部地区,主要有文昌街道办事处、归德镇、孝里镇,占全区面积的31.29%;这些地区易损性高,其原因主要是由于这些地区的粮食和蔬菜的面积较大,人口密度较高。其他地区相比而言易损性较低。中易损性主要分布在平安街道办事处、张夏镇、万德镇,占全区面积的37.97%。中部地区的干旱灾害易损性相对较低,马山镇为低易损性,占全区面积的7.11%。崮云湖街道办事处、五峰山街道办事处、双泉乡属于轻易损性,占全区面积的23.64%。

6 干旱灾害防灾减灾能力

干旱灾害防灾减灾能力等级划分标准[9]见表6。

由图5可知,干旱灾害的防灾减灾能力总体呈现东北高、西南低分布特征,其中东部的平安街道办事处、文昌街道办事处、归德镇、万德镇防灾减灾能力最高,为高防灾减灾能力区,占46.60%;中防灾减灾能力区分布在崮云湖街道办事处、张夏镇,占全区的19.70%,这些地区相比弱、低防灾减灾能力地区应对干旱灾害的抵御、恢复能力强,潛在损失较小。弱防灾减灾能力区包括五峰山街道办事处、马山镇、孝里镇。双泉乡的防灾减灾能力最低。

7 干旱灾害综合风险评价

干旱灾害综合风险等级划分标准见表7。

由图5可知,干旱综合风险性呈现西南高、东北低的分布规律。孝里镇、双泉乡综合风险性最高,占全区面积的20.30%。这些地区发生干旱灾害的可能性最大,可能受到的潜在损失最大,恢复能力较差。中风险性分布在文昌街道办事处、五峰山街道办事处和归德镇的西南部局部地区,中风险性面积占23.17%;低风险性在全区分布面积占23.17%,主要分布在归德镇大部地区和张夏镇;轻风险性区域占34.25%,分布面积最大,主要分布在万德镇、崮云湖街道办事处、平安街道办事处。

8 小结与讨论

长清区干旱危险性分布特征总体表现为由西北向东南递减的趋势;干旱灾害孕灾体敏感性总体呈现出由西南向东北递减的趋势;干旱灾害易损性分布基本以行政区为单位,高易损性分布在除平安街道办事处外的西部地区;干旱灾害的防灾减灾能力总体呈现东北高、西南低的分布特征;干旱综合风险性呈现西南高、东北低的分布规律。

了解旱灾对社会经济和生态环境带来的损失,能为今后制定区域发展规划提供必要的支持,因而对旱灾损失进行快速、精确评价的要求日益迫切。对生态环境脆弱带的研究起步较晚,对外界干扰的抵抗能力较低、受到外力作用发生退化后恢复得较慢的地区,受人为和自然双重作用的强烈影响,构成了独特的孕灾环境。当前干旱灾害的风险评价方兴未艾,研究中还存在一些亟待解决的问题。通常各种自然灾害并非独立发生,而是在某一种自然灾害发生后诱发一种或几种自然灾害,而且彼此相互作用,形成复杂的灾害链或灾害群,这就是自然灾害的群发性。因此,进行风险评估时,不仅要对单灾种进行研究,更重要的是从系统的角度综合研究区域灾害,通过运用灾害风险评价原理、因子标准化、加权综合评价法、层次分析法、气象资料插值系统的研究讨论,提高干旱灾害风险评价的可操作性。

参考文献:

[1] 罗 培.基于GIS的重庆市干旱灾害风险评估与区划[J].中国农业气象,2007,28(1):100-104.

[2] 李 艳.河南省干旱承险脆弱性综合评价研究[D].郑州:郑州大学,2011.

[3] 林 霞.辽宁省气象灾害风险评价[D].辽宁大连:辽宁师范大学,2009.

[4] 杨帅英,郝芳华,宁大同.干旱灾害风险评估的研究进展[J].安全与环境学报,2004,4(2):79-82.

[5] 苏占胜,陈晓光,黄 峰,等.基于GIS的宁夏气候要素推算及农业气候资源分析[J].干旱地区农业研究,2008,26(4):242-248.

[6] 唐 明.旱灾风险分析的理论探讨[J].中国防汛抗旱,2008(1):38-40.

[7] 赵 静,张继权,严登华,等.基于格网GIS的豫北地区干旱灾害风险区划[J].灾害学,2012,27(1):55-58.

[8] 楊丰政,景元书.基于GIS的徐水县干旱灾害风险区域[J].气象与减灾研究,2012,35(1):54-58.

[9] 张 会,张继权,韩俊山.基于GIS技术的洪涝灾害风险评估与区划研究——以辽河中下游地区为例[J].自然灾害学报,2005, 14(6):141-146.

[10] GB/T20481-2006,气象干旱等级[S].