城市山洪灾害风险评价_以云南省文山县城为例

第29卷 第4期2010年4月地 理 研 究GEOGRAPH ICAL RESEARCH Vol 129,No 14Apr 1,2010收稿日期:2009208217;修订日期:2009212222基金项目:国家自然科学基金(40371018)和教育部高校博士点基金(20060616003)作者简介:朱静(19642),女,副教授,云南大学景观生态学专业在读博士生。

主要从事自然灾害、生态环境评价和GIS 应用研究。

E 2m ail:zhujing@cdut 1edu 1cn 城市山洪灾害风险评价)))以云南省文山县城为例朱 静1,2(11云南大学生命科学学院,昆明650091;21成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都610059)摘要:山洪灾害风险评价对于减灾防灾决策和管理非常重要。

本文介绍基于遥感和GIS 方法的应用,探讨一种快速、简便而且较为准确的城市山洪灾害风险评价方法。

以发生于1998年7月26日文山城20年一遇山洪灾害为实例,将GIS 的数字高程模型与实测的山洪水位和洪峰流量结合进行淹没分析,研究表明采用该方法可以模拟准确山洪泛滥范围,并计算淹没水深分布。

根据不同水深指标,应用GIS 工具完成了山洪灾害危险分区。

本研究利用高分辨率遥感影像提供承灾体类型的可靠和准确数据用于易损性分析和期望损失评估的价值计算。

根据典型区财产损失的抽样调查,建立了不同承灾体类型与水深的关系,并确定其损失率;应用GIS 空间数据处理和分析的集成方法完成了复杂的损失评估。

在此基础上,按期望损失程度进行分区划分而完成山洪风险评价。

研究结果表明基于GIS 和RS 方法进行山洪风险评价效果良好,值得推广应用于其他洪水泛滥区。

关键词:城市山洪;地理信息系统;危险分区;损失评估;风险评价文章编号:100020585(2010)0420655210目前,不同的学者对自然灾害风险的认识有所不同,例如Maskr ey 认为风险是自然灾害发生后所造成的总损失[1];T obin 等认为风险是灾害发生概率和期望损失的乘积[2];Deyler 等认为风险是灾害发生概率与灾害发生后果的规模的结合[3]。

联合国人道主义事务部(UNDH A)将自然灾害风险定义为是由于自然灾害引起的人民生命财产和经济活动的期望损失值,其风险表达式为[4]:风险(risk)=危险(hazard)@易损性(vulnerability)这一表达较为全面地反映了风险的本质特征,危险度反映了灾害的自然属性,易损度反映了灾害的社会属性,这一定义已得到了国内外许多学者和国际组织机构的认同[5];因此,对于自然灾害的/风险0应该包含有三方面的内容:即:灾害风险是由风险源、风险载体和人类社会的防减灾措施等3方面因素相互作用而形成的。

灾害具有自然与社会双重属性,灾害是自然灾变(或致灾因子)与脆弱的承灾体相互作用的产物[6]。

本文将山洪的危险性作为其自然属性的体现,将承灾体的价值和损失率作为其社会属性的体现,进行山洪灾害风险评价。

由于山洪风险评价中涉及的自然属性和社会属性具有地理空间信息和属性信息特征,而遥感技术和GIS 软件又具有功能齐全的处理地理空间信息的能力和良好656地理研究29卷的模型结合与处理效果,GIS和RS集成技术在山洪灾害风险评价中的应用,可以大大提高评价的精度和速度。

近20年来,遥感技术更加广泛用于洪灾泛滥范围确定和损失评估[7~9]。

GIS作为功能强大的空间分析工具,在洪水灾害分析、风险评价和管理决策受到高度重视[10~14]。

目前利用GIS技术方法分析洪水泛滥范围和计算强度指标开始得到重视和应用,例如李发文等根据数学形态学原理,利用/膨胀算子0分析洪水淹没区域的连通性,运用GIS栅格数据格式建立淹没区内离散的高程数据,最后根据体积法原理,计算出洪水淹没区水深和淹没范围[15];刘仁义等基于GIS的数字地形模型数据,采用栅格图像种子蔓延算法,建立了GIS的洪水淹没区计算模型,计算给定洪水水位下的淹没区[16];葛小平等采用GIS与水力演进模型,结合三维模拟技术和对象关系模型数据库,完成了洪水淹没范围数字模拟实验[17]。

丁志雄等提出了基于种子蔓延算法的淹没区计算方法,即有源淹没和无源淹没,其淹没区计算精度主要取决于空间数据精度的优劣,种子蔓延算法及探测分辨率决定了整个模型的效率[18]。

上述的方法为城市山洪泛滥空间范围推理与识别提供了重要的技术途径。

本文以云南省文山县城为研究区,针对城市山洪孕灾环境、致灾因子和承灾体的社会经济状况,探讨一套基于GIS和RS的从数据采集y空间属性数据库建立y评价指标体系选择y山洪危险性和易损性分析y风险评价的技术路线,建立快速、简便而且较为准确的城市山洪风险评价的方法体系。

1研究区概况文山县是云南省滇东南经济区、云南省出省出海大通道以及连接越南国际大通道上重要的中心城市之一。

文山县城是文山州府所在地,城区总人口21万,面积20km2。

长期以来文山城受到山洪灾害的严重威胁,从康熙十一年(1672年)至2007年,336年间共发生洪灾65次,平均512年发生一次,每次洪灾都给当地造成严重的经济损失,对城市的发展产生巨大的影响。

最近一次相当于20年一遇的山洪灾害发生在1998年7月26日,文山城区48小时降雨量达13714mm,穿越城区中心的盘龙河洪峰流量达409m3/s,洪灾造成沿河两岸农田受淹,受灾面积达46950亩,成灾24300亩,文山城内的居民972户3045人受灾,造成直接经济损失1亿多元。

因此,文山城被确定为云南省16个有重要防洪任务的城市之一。

文山城区洪灾来源于盘龙河上游洪水泛滥,盘龙河发源于红河州蒙自县三道沟,源头海拔1910m,流域面积6497km2,河流全长25311km,落差1803m,河流平均坡降71124j,下游交泸江汇红河,归宿于南海北部湾海域。

盘龙河中游河段(从龙潭寨至迷洒段)河道贯穿文山城城区,河流从文山城西北方向流入,蜿蜒穿过文山城后从东南方向流出,形似盘龙,故称盘龙河。

该段河道全长4118km,总落差35m,河道底坡平缓,平均坡降0185j,据统计有大小河弯130多处,河道从上游带来的泥沙大都在这里淤积,河道行洪能力低,行洪标准偏低,洪水不能顺畅向下游渲泄。

此外,文山城防洪的蓄滞洪区的盘龙河上游流域水土流失严重,影响了蓄水工程和引水工程效益发挥,使蓄滞洪能力减弱。

尽管目前盘龙河中上游流域修建了9座小Å型水库,起到了一定的调节洪峰的作用,但由于没有形成防洪工程系统,文山城山洪灾害的易损性仍然较高,山洪对文山城区威胁的形势严峻。

4期朱静:城市山洪灾害风险评价)))以云南省文山县城为例6572评价方法城市山洪灾害风险评价目标是在山洪危险区划和易损性分析的基础上,计算以城市为研究区内可能发生的不同危险程度山洪给城市造成的期望损失。

基于此目标,本文探讨了以城市为承灾主体的山洪灾害风险评价方法,其技术路线和方法包括:山洪泛滥区的危险区划、承灾体易损性分析、期望损失评估和风险评价等内容,在方法上将GIS和RS技术贯穿于整个评价中,其基本思路见图1。

图1山洪灾害风险评价的基本思路Fig11Pr ocedur e for flash2flood r isk assessment211山洪泛滥范围的危险分区山洪危险分区是指根据山洪淹没深度、流速、历时等强度指标作出山洪危险概率分布的划分。

山洪是一个很复杂的过程,受多种因素的影响,其中山洪特性和受淹区的地形地貌是影响山洪淹没的主要因素。

山洪的淹没是一个动态的、变化的过程,山洪淹没的机理是由于水源区和被淹没区有通道和存在水位差,就会产生淹没过程,山洪淹没最终的结果是水位达到平衡状态,这个时候的淹没区就是最终的淹没区[18]。

基于水动力学模型的山洪演进模型可以将这一山洪淹没过程模拟出来,即可以模拟出不同时间山洪淹没的范围,并获得了较为满意的结果;同时在实际应用中也存在一些不足之处,例如对于一个决策支持系统强调的是对洪水灾害可能影响和风险管理的快速评价和决策,而应用水动力模型模拟通常需要更多的时间完成;此外,山洪演进建模过程复杂,应用2-D模型计算需要大量数据集成,而且满足研究的计算模型在推广应用中都受到很多的限制[19]。

采用GIS模拟方法可以解决山洪最终淹没范围和水深分布的问题,对最终的淹没结果与基于水动力学的山洪淹没的概化分析模型没有多大的区别[18],而且该方法具有快速、简便的特点,特别是模拟江河两侧大范围城市区域的洪水演进过程有较高的精度,并在实际研究中取得了满意的结果[15~18]。

山洪危险分区的指标应该包括水深、流速、持续时间等因素。

研究区一次20年一遇的洪水过程持续约7天,但考虑到其山洪泛滥的起涨历时不长(1~2天)、流速较低,其损失主要来源于淹没的水深。

此外也考虑到准确的山洪流速、持续时间等数据难于获取,在进行危险分区时以淹没水深为定量指标完成。

本文以1998年7月26日文山城20年一遇大山洪为实例,在给定山洪水位和给定洪水量两种条件下,采用丁志雄等[18]的GIS空658地理研究29卷间分析方法进行淹没分析,其基本方法如下:(1)给定山洪水位下的淹没分析选定文山城上游龙潭寨水文站为山洪源入口,将1998年7月26日文山城实测山洪的最大水位517m为设定水位值,选出山洪水位以下的三角单元,从山洪入口单元开始进行三角格网连通性分析,能够连通的所有单元即组成淹没范围,得到连通的三角单元,对连通的每个单元计算水深H,即得到山洪淹没水深分布。

(2)给定洪峰流量(Q)条件下的淹没分析选定文山城上游211km的龙潭寨水文站为山洪源入口,将水文站计算的1998年7月26日的三日洪量01594亿m3作为给定洪量值。

在前述山洪水位分析方法的基础上,通过不断给定山洪水位条件,求出对应淹没区域的容积与洪量的比较,利用二分法等逼近算法,求出与流量最接近的淹没区容积,容积对应的淹没范围和水深分布即为淹没分析结果。

基于上述研究方法和技术路线,采用1B5000比例尺的DEM数据,我们应用GIS技术完成了1998年7月26日文山城区山洪泛滥范围和水深分布的模拟,确定了研究区淹没水深数值,并与洪灾发生后的调查结果比对和验证,其模拟的淹没边界和水深分布与实际情况基本拟合。

将淹没范围的水深划分为>110m、110~012m和<012m三个区域,分别作为划分高、中、低危险区的界限,其评价结果叠置在全色0161m高分辨率的Quickbird遥感图象上,这样得到不同山洪淹没水深及不同危险区的城市特征和山洪承灾体的空间分布。

图2反映了研究区山洪危险分区受淹没范围与城市山洪承灾体的叠合情况,高危险区主要沿河流两岸50~200m距离分布,中、低危险区则分布在城区地形相对低洼部位;计算结果表明研究区20年一遇山洪淹没范围为5172km2,其中高危险区面积为1131km2、中危险区面积为2118km2、低危险区的面积为2123km2。