基于GIS可视化的中国大陆沿海城市自然灾害风险评估

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基于GIS可视化的中国大陆沿海城市自然灾害风险评估

2024-07-14 22:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

沿海城市是世界上人口、经济和社会发展的集聚中心,也是自然灾害易发和频发的区域,面临海平面上升及多种自然灾害的威胁。在自然灾害预防、防备和减灾工作中,预防工作最为重要,而灾害风险评估是灾害预防的重要工具[1, 2]。本文开展中国大陆沿海城市主要自然灾害风险及脆弱性评估研究,将为该区域制定综合自然灾害风险管理范式、应急控制预案和可持续发展模式提供理论基础和科学依据。

1 研究区域与数据来源 1.1 研究区域

沿海地区是指有海岸线(大陆岸线和岛屿岸线)的地区。中国大陆沿海地区处于亚欧大陆东部、太平洋西岸,北起辽宁省,南到海南省。根据《中国海洋统计年鉴》,目前中国大陆沿海地区包括9个沿海省及自治区和上海、天津两个直辖市,拥有海岸线18 000 km, 总面积为125万km2,占陆地总面积的13%。本文将研究区域界定在与大陆海岸线相邻的11个沿海省(自治区、直辖市)的53个沿海城市。

1.2 数据来源

在查阅国内外文献并进行调研的基础上,结合研究区概况和数据获取的难易、详尽程度,选取25个二级指标。自然灾害指标数据主要来源于《中国海洋灾害公报》、《中国海洋环境质量公报》、《中国气象灾害大典》和相关文献。社会经济暴露度二级指标为2014年统计数据,来源于《中国城市统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》、人口普查公报等。建立了中国大陆沿海海岸带自然灾害风险评估指标体系,并根据层次分析法[3]求得各自权重,如表 1所示。

表 1(Tab.1) 表 1 自然灾害综合风险评估指标体系 Tab.1 Indexes System for Comprehensive Risk Assessment of Natural Disasters 表 1 自然灾害综合风险评估指标体系 Tab.1 Indexes System for Comprehensive Risk Assessment of Natural Disasters 一级指标 二级指标 权重 生态环境(孕灾环境) 自然条件U1 坡度U11 0.287 7 高程U12 0.275 3 海平面上升速率U13 0.197 8 平均潮差U14 0.110 2 海水水质U15 0.052 3 海岸侵蚀U16 0.076 7 自然灾害(致灾因子) 海洋灾害U2 风暴潮指数①U21 0.232 9 海浪指数②U22 0.138 6 海冰冰情U23 0.080 5 赤潮指数③U24 0.048 0 其他自然灾害U3 热带气旋平均影响次数U31 0.050 0 年干旱频率U32 0.050 0 年雨涝频率U33 0.050 0 地质灾害风险U34 0.050 0 年高温日数U35 0.050 0 社会经济(暴露度) 经济水平U4 人均GDP U41 0.188 6 经济密度U42 0.104 0 农业占地区生产总值比重U43 0.057 3 人口因素U5 人口密度U51 0.194 2 性别比U52 0.088 1 受教育人口比例U53 0.033 8 万人医生数量U54 0.033 8 城市形态U6 建成区占城区面积百分比U61 0.086 3 建成区绿化覆盖率U62 0.062 4 道路面积率U63 0.121 9 废水直排入海U64 0.029 4 注:①风暴潮指数,由1990~2014年期间风暴潮灾害的受灾人口、死亡失踪人数、农作物受灾面积、海水养殖受灾面积、损毁房屋、损毁海岸工程长度、损毁船只数量和直接经济损失原始数据的标准化数值加和得到。②海浪指数,由2000~2014年期间海浪灾害中死亡失踪人数、损毁船只数量和直接经济损失原始数据经标准化后加和得到。③赤潮指数,由1979~2009年期间累计赤潮发生次数和累计发现赤潮面积原始数据经标准化后加和得到。 2 研究方法

通过对各个二级指标的因子属性进行等级区划,见表 2。各评价单元被赋1、3、5、7、9的特征等级值再乘以相应的权重后相加得到生态环境脆弱性及气候影响风险性评价指数。沿海城市经济社会暴露性评价采用模糊综合评判的数学模型。原始数据进行标准化处理[4],具体流程如下:

表 2(Tab.2) 表 2 生态环境指标脆弱性及气候影响风险性指标等级划分标准 Tab.2 Grading Standards of Vulnerability Indicators and Hazard Indicators 表 2 生态环境指标脆弱性及气候影响风险性指标等级划分标准 Tab.2 Grading Standards of Vulnerability Indicators and Hazard Indicators 二级指标 低(1) 较低(3) 中(5) 较高(7) 高(9) 坡度(%) >3.0 2.0~3.0 1.0~2.0 0.5~1.0 ≤0.5 高程(m) >15 10~15 5~10 1~5 4.0 平均潮差(m) ≤1.0 1.0~2.0 2.0~3.0 3.0~4.0 >4.0 海水水质 一类水质 二类水质 三类水质 四类水质 超四类水质 海岸侵蚀(m/a) ≤0 0~3.0 3.0~6.0 6.0~9.0 >9.0 风暴潮指数 ≤0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~5.0 >5.0 海浪指数 ≤0.1 0.1~0.5 0.5~1.0 1.0~2.0 5.0 热带气旋平均影响次数 ≤0.5 0.5~2.0 2.0~4.0 4.0~8.0 >8.0 年干旱频率 ≤20 20~40 40~50 50~60 >60 年雨涝频率 ≤20 20~30 30~50 50~70 >70 年高温日数 ≤5 5~10 10~15 15~20 >20 地质灾害风险 低 较低 中 较高 高

1) 建立因素集U。具有两层结构:

U={U4, U5, U6}=(U41,U42,U43,U51,U52,U53,U54,U61,U62,U63,U64)

2) 建立评价集V。结合当地实际情况、咨询专家的综合评判以及目前相关研究成果,采用中位数法和平均值法确定社会经济暴露性评价指标等级划分的标准[5],并将表征沿海城市经济社会暴露度指标同样划分为5个等级,即评价集V={V1, V2, V3, V4, V5}={低脆弱性, 较低脆弱性, 中度脆弱性, 较高脆弱性, 高脆弱性}。各评价因子的等级划分标准见表 3。

表 3(Tab.3) 表 3 中国大陆沿海城市社会经济暴露性评价指标分级标准 Tab.3 Grading Standards for Evaluating the Socioeconomic Exposure Indicators of Coastal Cities 表 3 中国大陆沿海城市社会经济暴露性评价指标分级标准 Tab.3 Grading Standards for Evaluating the Socioeconomic Exposure Indicators of Coastal Cities 指标 V1 V2 V3 V4 V5 U41 0.420 0.590 0.750 0.835 0.950 U42 0.007 0.022 0.037 0.060 0.220 U43 0.070 0.210 0.350 0.550 0.700 U51 0.049 0.115 0.163 0.228 0.430 U52 0.275 0.430 0.537 0.600 0.647 U53 0.160 0.300 0.430 0.600 0.830 U54 0.513 0.731 0.810 0.900 0.963 U61 0.070 0.160 0.229 0.335 0.600 U62 0.690 0.780 0.810 0.835 0.900 U63 0.590 0.710 0.790 0.840 0.950 U64 0.000 0.0001 0.004 0.023 0.190

3) 建立权重集W。权重分配如表 1所示。

4) 隶属函数的构建。本文选取升、降半梯形和三角形来确定各等级的隶属度函数[6],具体隶属函数公式参见文献[7],最终求得整个因子集内诸因子的隶属度矩阵R

5) 模糊综合评判。根据以上4个步骤,(UVR)构成了一个模糊评价模型,根据模型集理论的综合评价结果B=W×R,以最大隶属度原则得到各个沿海城市社会暴露性的最终评定结果。

本文采用自然灾害风险定义及一般表达式[8], 即风险=脆弱性×危险性×暴露性。以中国大陆沿海地级市为基本单元,按上述表达式计算得到评价单元的综合风险度。根据自然间断点分级方法,借助ArcGIS10.1软件实现自然灾害综合风险空间分布可视化, 如图 1所示。颜色越暖,代表该区域自身脆弱性越高、面临灾害时风险性越高。

图 1(Fig.1) 图 1 中国大陆沿海城市自然灾害风险评价结果 Fig.1 Assessment Map of Risk of Natural Disasters in Coastal Cities 3 结束语

1) 本文基于灾害系统理论,从自然灾害的孕灾环境、致灾因子和承灾体的暴露度出发,分别构建了中国大陆沿海城市生态环境脆弱性、气候影响风险性及社会经济暴露性等3个评价体系,采用GIS空间分析技术得到相应评价图。

2) 沿海海岸带地区生态高脆弱区集中在辽东湾盘锦、营口沿岸,渤海湾、莱州湾、江苏沿岸及杭州湾以北地区。生态环境高脆弱区是典型的海岸高程低、坡度平缓的平原海岸地带,容易受到海岸侵蚀、海水入侵等地质灾害,存在一定的灾害风险,更容易受到海平面上升的影响。此外,上述地区沿岸的部分海域污染严重,极易出现海水富营养化及赤潮灾害,使得沿海地带生态环境受到极大威胁。较高脆弱区分布在丹东部分沿岸,珠江口沿岸;中度脆弱区分布在滨州、杭州湾以南、台州南部、汕头沿岸;其他大部分为低脆弱区。

3) 气候影响的高风险区分布在杭州湾嘉兴、杭州、绍兴沿岸,福建南部泉州、漳州沿岸,广东省大部分沿海海岸带及海南海口市沿岸。较高风险区分布在辽宁锦州、营口,山东滨州、东营、潍坊沿岸,闽浙一带地区。中度风险地区主要为辽东半岛、山东半岛、福建莆田及广西钦州、防城港地区。气候变化危险性越高,地区受到灾害越频繁,气候高风险区不仅是干旱、雨涝、霜冻等气象灾害受灾区,也是风暴潮、海浪等海洋灾害的频发区。

4) 社会经济暴露性空间分布呈现明显的差异,这与沿海城市社会经济发展的不平衡性及政府政策导向有很大的相关性。综合考量经济水平及人口因素所展现的暴露性,同时考虑这些城市的道路、医疗等基础设施建设水平、防灾减灾能力及恢复力,可以看出经济暴露性高的地区主要分布在辽东半岛、长三角、珠三角及雷州半岛等经济发达地区。同时,一些经济发达水平一般、社会医疗、教育、基础设施建设均处于较低水平的城市如钦州、粤东地区,承灾能力低,也表现出社会经济高脆弱性。

5) 沿海城市海岸带自然灾害综合风险评估的高风险区集中在辽东湾、莱州湾杭州湾、浙江部分沿岸、粤东地区、珠三角、海南海口沿岸。这些地区不仅自然生态环境呈现较高脆弱性,同时还是气候变化影响的高危险区,容易遭受更严重的自然灾害。



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