云南大学 建筑与规划学院 云南昆明 650504
摘要：洪水灾害风险评估是对可能发生不同危险程度洪水灾害下对研究区所造成的损失进行综合评价，对于减灾防灾决策和管理十分重要。论文基于GIS方法的应用，以2010.6.18福建省泰宁城区洪灾为研究对象，利用指标分析法进行了洪水灾害风险研究。
关键字 ：GIS 洪水灾害 风险评估 福建泰宁
0.引言
洪水灾害是一种突发性强、发生频率高、分布区域广，具有严重危害的自然灾害。我国一直以来是受洪水危害最严重的国家之一，泰宁地区是大规模洪水侵袭的高发区，据统计，6.18洪水导致泰宁县全县受灾人口10.1万人，重灾人口4.8万人，直接经济损失达19.1亿元。累计倒塌1513户6368间，损坏4563户13615间，其中上青乡东山村39户人口的上溪头自然村全部被泥石流冲毁、片瓦无存，一些家具、电器、衣物以及汽车等钱物被洪水席卷而走。全县新增地质灾害点33个，加上原有的共97个，严重威胁着群众的生命安全[1]。因此，对其进行洪水灾害风险性评价研究具有典型意义，可为泰宁及其他地区的洪水灾害风险性研究及灾后重建提供借鉴经验。
目前，也有很对学者进行了洪涝灾害风险的研究。施国庆[2]最早对洪灾损失率及其确定方法进行了探讨，陈秀万等[3]对洪水脆弱性评价中灾损率的确定过程进行了系统分析等。
本文应用GIS技术，相比于传统方法来确定水深及淹没范围，它在空间数据的分析和管理上具有强大的优势，可以快速精确的确定洪水淹没深度及范围，对洪水灾害的风险性分析起到良好的支持和辅助作用。
1.研究区域与方法
1.1研究区域
本文选择福建省泰宁县城区作为研究区域，研究区区域面积4.1Km2，居民5万人，临杉溪两岸而建，城区杉津桥以上集水面积977 Km2，河长56 km。主要支流有朱溪、北溪、黄溪。朱溪发源于邵武市广平村，流经邵武市和平镇、大埠岗镇、肖家坊镇以及泰宁县的朱口镇 、上青乡、杉城镇；北溪发源于闽赣交界的茶花隘南麓，流经新桥乡、杉城镇；黄溪发源于将乐县余坊乡兴隆村，向西流入泰宁杉城镇，3条支流在泰宁城区汇合形成杉溪。地处中国东南沿海典型的中山、低山丘陵地区，是山地丘陵型洪水频发区。在每年4-6月汛期，泰宁城区主河杉溪水位就会在短时间内暴涨，泰宁古城地势沿河低洼，人口和经济相对聚集，因此会受洪水灾害影响较大，造成巨大损失。
1.2研究方法
由于洪水灾害受众多复杂因素的影响，具有风险性、地域性、不确定性、差异性等特征，洪水灾害系统是十分复杂，不同的评价方法评价结果可能不同。本文采用指标模型法从两方面对泰宁城区进行洪水灾害风险的综合评价，一方面是洪水灾害的危险性研究评价，另一方面是洪水灾害的易损性研究评价。
即洪水风险评价模型[4]为：
洪水风险灾害=F（洪水灾害危险性，洪水灾害易损性）（1）
其中，危险性评价是指通过考虑致灾因子和孕灾环境，评估研究区遭洪水影响的强度和频度，我们以水深淹没程度作为评价指标研究泰宁县城区洪水灾害的危险度。易损性评价指对承灾体进行研究，我们以人口密度、建筑物结构和土地利用作为评价指标，评估遭受不同程度洪水后所造成的损失程度。
同时，基于GIS软件对矢量数据和栅格数据具有强大的空间分析处理能力，我们借助于ArcGIS软件平台对研究区的评价指标进行分析制图。利用GIS空间分析模块功能，将泰宁县城区的数字高程模型与实测洪水水位相结合进行淹没分析，得出洪水淹没范围，并计算淹没水深分布。根据不同的水深指标，应用GIS工具完成洪水灾害危险分区；然后利用实地灾损调查数据中的建筑物数据，土地利用中的用地分类数据和根据总户数所推算出的人口数据，得出建筑结构、土地利用和人口密度分布图，结合三者进行易损性评价，最终通过GIS空间分析的叠置分析功能完成洪水灾害风险评价。
2.数据来源
本文所用的数据来源主要有三种：
（1）主要通过对泰宁县城区洪水灾害的实地考察、当地居民的实地访谈以及网络信息资源等途径获得数据。比如泰宁县城区的土地利用情况和灾损情况，其中灾损调查包括室内水深、积水时长、房屋损坏、财产损失、损失物品、房屋用途等属性信息。另外还调查了建筑物信息，按照国家有关建筑标准，从用途、建筑结构、建筑年份、层数、住户数、门槛和台阶高度等方面进行属性调查。
（2）利用泰宁县城区2009年AutoCAD格式1:500地形图，提取高程数据，经过误差检验和格式转换，在ArcGIS中空间插值得到5m分辨率的DEM数据。
（3）利用已有数据进行推算，获取所需数据。我们用实地调查得来的总住户数来推算人口，然后基于ArcGIS得出人口密度分布情况，为之后讨论洪灾的损失与风险打下基础。
3.洪灾风险研究
3.1基于GIS的泰宁城区洪水危险性评价
3.1.1泰宁DEM数据获取
基于1:500地形图提取泰宁县城区的高程点集。然后利用ArcGIS软件中的地统计模块，采用泛克里格法对高程点进行插值，获得研究区域5 m分辨率DEM栅格图（图1）。
由图不难发现，泰宁县城区地形总体呈现南北两侧高，中间低，且自东向西倾斜，最高点高程为375.55m，最低点为271.56m，高程差104m。
3.1.2洪水淹没调查
为分析和评价泰宁城区的洪水危险性，我们对泰宁城区“6.18”洪水淹没情况进行了全面系统的调查。通过实际测量、询问当地居民等，获取了122个受灾调查数据，包含室内洪水淹没深度和时间数据。
3.1.3洪水灾害危险性评价
通过野外洪水痕迹调查，利用DEM数据，结合GIS空间分析中的逆距离加权插值功能，得出研究区域的淹没范围和淹没水深，如图2所示。采集的样本点122个，并且在空间上随机分布，能够满足空间插值的需要。洪水淹没深度计算原理是洪水的水位与各点高程值之差即为淹没点的水深。
即： h=G-F（2）
G=H+D+W(3)
(2)(3)式中：h为洪水淹没深度（米）；
G为洪水淹没点高程值（米）；
H为地面高程（米）；
D为房屋台阶高度（米）；
W为室内洪水淹没深度（米）；
F为水深为0的洪水水位（视洪水水面为水平面）（米）。
由图得出，“2010.6.18”洪水泰宁主城区受淹面1.5 km2,占主城区的35.0％。城区受灾人口2.0万人 ,占城区4.2万人的47％。淹没区域主要集中于杉溪沿岸、以及城中红卫村、尚书第、状元街等地势低洼的老城区，淹没深度最大达3.0m，这与黄福星的2010年福建泰宁县城区受淹情况及成因分析中得到的结果相一致[5]。且离河道愈近的地方，遭遇洪水侵袭的可能性愈大，洪水危险性愈高。
3.2基于GIS的泰宁城区洪水易损性评价
洪水灾害是致灾因子和孕灾环境与承灾体相互作用的结果[6]。同样强度的洪水 ,对不同地区造成的损失往往是不一样的,这与不同地区的承灾体属性密切相关。因此,通过对承灾体评价分析进行洪水灾害易损性评估是必不可少的。根据本文研究对象为城镇洪水灾害易损性，因此在承灾体属性特征指标选取上要既能反映易损性基本内容，又能反映城镇特征的因子。城镇承灾体主要是房屋建筑、用地类型和密集人口[7]。综上考虑,本文易损性分析则选择人口密度、用地类型和建筑结构作为研究指标。
3.2.1 人口密度与洪水灾害易损性
图3为泰宁县城区人口密度分布情况。其中总人口的估算方法是，假设所调查的每户家庭为3人，那么总人口=户数*3。经检验，得出的总人口4.2万人与2010年全国普查数据泰宁县城镇总人口数是相一致的。得出泰宁县城区人口分布密度的原理是首先利用栅格数据空间分析模块提供的区域分配功能提取人口的槽域范围（假定人口活动范围分布满足以采样点为中心的泰森多边形），然后用理论最大槽域面积（假定是半径为500m的圆，面积为3.1415926*500*500m）除以所提取的人口实际槽域面积，作为采样点的加权值，最后利用GIS空间分析中的核密度分析工具得出结果[8]。
3.2.2建筑结构与洪水灾害易损性
针对泰宁“2010.6.18”洪水致灾情况进行调查，得到受淹区域房屋1846幢[9]。其建筑结构主要有土木结构、砖木结构、砖混结构、钢混结构四类，其易损性依次降低（表1）。
3.2.4 洪水灾害易损性评价模型
综合考虑研究区人口密度、用地类型和建筑结构等因子分别赋以权重，建立洪水灾害易损性模型，
即：
洪水灾害易损性=e*人口密度影响+g*用地类型影响+f*建筑结构影响 （4）
其中，e+g+f=1，e、g、f分别为人口密度影响度、用地类型影响度和建筑结构影响度在洪水灾害易损性中的权重。这里，我们综合考虑其影响度，分别将e、g、f赋相同权重。
接着利用 ArcGIS软件的空间分析功能 ,便可得出研究区洪水灾害易损性分布情况,进而生成洪水灾害易损性图层（图6）。图层相应包含5类易损度，依次分别为低易损度、较低易损度、中易损度、较高易损度、高易损度。
在基于洪水灾害危害性和易损性的研究基础上，对两者进行叠置分析，最终得出泰宁洪水灾害的风险评估图（图7）。
4.结论与讨论
（1）本文以泰宁县城区为例，基于GIS和指标分析法进行洪水灾害风险评价研究。利用2010年“6.18”历史洪水灾害资料，以洪水淹没作为危险性指标，绘制出泰宁DEM图和洪水灾害水深淹没图。
（2）本文通过将泰宁城区的人口密度、土地利用和建筑结构做为洪水灾害易损性指标，采用实地调研及历史资料等数据，建立易损度等级分类，得出泰宁城区易损度性图，评估和模拟不同情况对各承灾体的影响程度、范围、及造成的损失。
（3）本文基于泰宁城区洪水危险性和易损性研究，构建风险评估模型，建立风险型等级分类，得出泰宁城区的风险评价图，由图可清楚的判断泰宁县城区各个地方受洪水灾害影响的风险程度。淹没区域主要集中于杉溪沿岸、以及城中红卫村、尚书第、状元街等地势低洼的老城区，淹没深度最大达3.0m，且离河道愈近的地方，遭遇洪水侵袭的可能性愈大，洪水危险性愈高。
5.不足之处
GIS在洪水灾害风险评价中的应用得到了广泛开展，但可靠性还有待提高。对洪水灾害风险性的研究缺少对洪水灾害危险性和易损性的综合评价。对危险性和易损性的影响因子考虑较为简陋，本文只对人口密度、房屋建筑及建筑结构3个影响因子进行了研究，不够全面。此外，洪水灾害易损性和风险性评价模型中影响因子在叠置分析汇中的权重分配主观因素太多，缺乏一定的科学性，这些都需要进一步的提高。
文献参考：
[1] 泰宁县特大洪灾情况汇报.泰宁县人民政府，2010.
[2]施国庆.洪水灾害风险分析的理论与方法研究[D].中国科学院地理研究所，1999.
[3]陈万秀.洪水灾害损失评估系统——遥感与GIS技术应用研究[M].北京：水利水电出版社，1992.
[4] 周成虎,万庆,黄诗峰.基于GIS的洪水灾害风险区划研究[J].地理学报，2000，55（1）：15-23
[5] 黄福星.2010年福建泰宁县城区受淹情况及成因分析[J].中国防汛抗旱，2012，22（3）：58-61
[6刘国庆,徐刚,刘颖.基于GIS的区域洪水灾害风险评价研究[J].安徽农业科学,2009,37(22):10562-10564.
[7] 傅春梅.基于GIS的城镇洪水灾害风险评价研究[D].西南大学,2011.
[8]汤国安.ArcGIS空间分析教程[M].北京：科学出版社，2006.
[9] 李卫江，温家洪，吴燕娟. 基于PGIS的社区洪涝灾害概率风险评估-以福建省泰宁县城区为例[J].地理研究，2014，33（1）：31-42.
作者简介：方硕（1993-），女，河南，云南大学研究生，城市防灾减灾方向。
论文作者:方硕,马程伟,储帅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/11
标签：洪水论文; 泰宁县论文; 泰宁论文; 灾害论文; 城区论文; 易损论文; 风险论文; 《防护工程》2017年第19期论文;