基于精細(xì)網(wǎng)格的區(qū)域承災(zāi)體脆弱性評(píng)估研究

基于精細(xì)網(wǎng)格的區(qū)域承災(zāi)體脆弱性評(píng)估研究

災(zāi)難（以下簡稱自然災(zāi)害）是指人類生存和生產(chǎn)環(huán)境因素的異常變化對(duì)人類及其社會(huì)都會(huì)造成災(zāi)難。災(zāi)害中的災(zāi)害源和承災(zāi)體是相互關(guān)聯(lián)、相輔相成的。災(zāi)害損失的嚴(yán)重程度由致災(zāi)環(huán)境的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的脆弱性,以及區(qū)域的應(yīng)急能力決定,大量的災(zāi)害案例表明承災(zāi)體的脆弱性是導(dǎo)致災(zāi)害產(chǎn)生巨大損失的重要原因,基于災(zāi)前的承災(zāi)體脆弱性指標(biāo)的確定則成為區(qū)域減災(zāi)的首要任務(wù)。承災(zāi)體脆弱性評(píng)估指標(biāo)指導(dǎo)決策部門對(duì)區(qū)域規(guī)劃進(jìn)行宏觀調(diào)整,以達(dá)到降低可能發(fā)生的災(zāi)害損失的目的。結(jié)合致災(zāi)環(huán)境的危險(xiǎn)性與區(qū)域的應(yīng)急能力,在橫向比較中確定不同區(qū)域的脆弱性程度,為有關(guān)部門合理、公正地進(jìn)行減災(zāi)投資提供定量化依據(jù),同時(shí),在縱向比較中通過預(yù)測(cè)分析揭示社會(huì)在發(fā)展或防災(zāi)減災(zāi)等管理方面存在或?qū)⒁霈F(xiàn)的問題,既有利于應(yīng)急管理,也有利于決策部門對(duì)下一步經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局進(jìn)行調(diào)整,促進(jìn)其協(xié)調(diào)發(fā)展。承災(zāi)體脆弱性指各種承災(zāi)體應(yīng)對(duì)外部致災(zāi)因子打擊的固有敏感性,通過對(duì)承災(zāi)體脆弱性的分析來反映區(qū)域在遇到災(zāi)害時(shí)可能受到的損失程度[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。目前,在災(zāi)害學(xué)研究中,對(duì)脆弱性有多種不同的理解。2004年ISDR將脆弱性定義為“一種狀態(tài),這種狀態(tài)決定于一系列能夠?qū)е律鐣?huì)群體對(duì)災(zāi)害影響的敏感性增加的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素或者過程”。UNDP將脆弱性界定為“由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素而導(dǎo)致的社會(huì)群體的一種狀態(tài)和過程,決定了群體受害的可能性和受害程度”。葛全勝等(2008)給出了以下定義:承災(zāi)體在面對(duì)潛在的災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性時(shí),由于自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素的作用,所表現(xiàn)出來的物理暴露性、應(yīng)對(duì)外部打擊的固有敏感性及與承災(zāi)體相伴的人類防抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。本文更傾向于ISDR(2004)年的觀點(diǎn),承災(zāi)體脆弱性是指一定社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化背景下,區(qū)域容易受到傷害或損傷的程度大小,也就是承災(zāi)體對(duì)災(zāi)害的暴露程度、敏感性等,某孕災(zāi)環(huán)境區(qū)域內(nèi)特定承災(zāi)體對(duì)某種致災(zāi)因子表現(xiàn)出的易于受到傷害和損失的性質(zhì)。這種性質(zhì)是區(qū)域自然孕災(zāi)環(huán)境與各種人類活動(dòng)相互作用的綜合產(chǎn)物。本文綜合考慮人口、經(jīng)濟(jì)、土地利用類型等脆弱性衡量因素。1自然災(zāi)害承擔(dān)狀況的脆弱性分析承災(zāi)體脆弱性受承災(zāi)體的暴露程度、應(yīng)對(duì)打擊的敏感性、結(jié)構(gòu)性脆弱,以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響有不同的表現(xiàn)形式。1.1承災(zāi)體暴露的原因承災(zāi)體的暴露是指暴露在致災(zāi)因子影響范圍之內(nèi)的承災(zāi)體(如人口、房屋、道路、室內(nèi)財(cái)產(chǎn)等)數(shù)量或者價(jià)值,它是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)存在的必要條件,承災(zāi)體的暴露取決于致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性和區(qū)域內(nèi)承災(zāi)體總量。暴露既是脆弱性的表現(xiàn)形式,又是脆弱性的影響因素。暴露使得承災(zāi)體的脆弱性發(fā)生變化,在易受災(zāi)地區(qū),暴露于災(zāi)害的人口和財(cái)產(chǎn)的比例上升,是災(zāi)害損失增加的一個(gè)重要原因。暴露是以社會(huì)和物質(zhì)生活的地理分布以及人們集中活動(dòng)的地點(diǎn)來描述的?？梢允羌彝ァ⒐S、道路、水域、生命線系統(tǒng)、農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)作物等各種類型。1.2要素對(duì)人類活動(dòng)的敏感性承災(zāi)體敏感性是指由承災(zāi)體本身的物理特性決定的接受一定強(qiáng)度的打擊后受到損失的難易程度,是由承災(zāi)體自身性質(zhì)決定的脆弱性。比如,不同要素如溫度、降水、風(fēng)、水陸接觸在界面處形成的水平梯度較大的區(qū)域,要素變化急劇,對(duì)人類活動(dòng)干擾非常敏感,系統(tǒng)表現(xiàn)出內(nèi)在的脆弱性。再如老人、孩子、殘疾者,或正在從其他災(zāi)害中恢復(fù)的人,對(duì)各種災(zāi)害的抗御能力顯著地低于正常人,而在各種災(zāi)害中成為主要的受害者。某些類型的植被在干旱、炎熱的天氣下常常容易發(fā)生火災(zāi);某些土地類型易受臺(tái)風(fēng)、暴雨等災(zāi)害的打擊;木質(zhì)房屋在地震后易發(fā)生火災(zāi)等次生災(zāi)害等等。1.3國家的脆弱性結(jié)構(gòu)性脆弱與社會(huì)不利條件有關(guān),諸如沒有土地,城市過分擁擠,缺乏接受培訓(xùn)和教育的機(jī)會(huì),沒有高收入的工作及利用各種資源和服務(wù)的權(quán)力等。這種脆弱性產(chǎn)生于社會(huì)生活結(jié)構(gòu),而不是致災(zāi)條件或偶然變化。從某種程度上說,財(cái)富與安全成正比相關(guān)。因?yàn)槌渥愕馁Y金為防災(zāi)減災(zāi)投入提供了保障。發(fā)達(dá)國家可以依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、雄厚的資金,修建一系列現(xiàn)代化的防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施,將人員傷亡降低到最低。盡管他們的財(cái)產(chǎn)損失絕對(duì)值巨大,但相對(duì)于其國民生產(chǎn)總值來說只占很小比例,因而具有很強(qiáng)的恢復(fù)力。貧窮落后地區(qū)則相反,即存在脆弱性“綜合癥”現(xiàn)象。1.4社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素在社會(huì)-經(jīng)濟(jì)因素方面,承災(zāi)體脆弱性具體因素可以分為人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、居民建筑物及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)用地、公共基礎(chǔ)設(shè)施等幾個(gè)方面:(1)農(nóng)村農(nóng)村的保護(hù)失衡城市人口眾多,密度較大,因而災(zāi)害造成的人員傷亡的人數(shù)和比例都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了農(nóng)村。另外,對(duì)于漸發(fā)性災(zāi)害(如干旱),人在災(zāi)害中的敏感性主要通過人體的忍耐力表現(xiàn);對(duì)于突發(fā)性災(zāi)害,因其持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短,人在這種災(zāi)害中的敏感性主要取決于應(yīng)急自救的能力。(2)城市的社會(huì)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,既帶來社會(huì)的進(jìn)步、人類對(duì)自然環(huán)境改造的能力、人類物質(zhì)和生活條件的改善,同時(shí)也造成人口不斷增長和膨脹、資源的大量消耗、環(huán)境的污染、自然生態(tài)環(huán)境的破壞,造成城市承災(zāi)能力降低。值得指出的是,城市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件是一把雙刃劍,一方面,社會(huì)財(cái)富的集中會(huì)加劇城市的災(zāi)害損失,另一方面,充足的財(cái)源有利于改善社會(huì)的防災(zāi)減災(zāi)體制,增強(qiáng)社會(huì)的防災(zāi)減災(zāi)能力。這里從經(jīng)濟(jì)密度增加承災(zāi)體脆弱性方面討論經(jīng)濟(jì)因素,認(rèn)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)密度越高,在同等致災(zāi)因子條件下,受災(zāi)地區(qū)的社會(huì)財(cái)富越多越集中,災(zāi)害損失的絕對(duì)值就大。(3)對(duì)農(nóng)地資源的風(fēng)險(xiǎn)居民建筑物是城市災(zāi)害的主要承災(zāi)體。城市的建筑物數(shù)量越多,密度越大,所造成的損失就可能越大。發(fā)生某種災(zāi)害后,極易造成連續(xù)多家住戶遭受損失的后果。對(duì)于地震災(zāi)害來說,建筑密度大,城市空曠地帶少,也會(huì)給地震后的人員疏散和安置問題帶來不利影響。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)用地的類型很大程度了決定了針對(duì)某種特定災(zāi)害的易損情況。比如,低溫災(zāi)害對(duì)果園、茶葉用地的打擊尤為明顯,臺(tái)風(fēng)災(zāi)害對(duì)魚塘、大棚等用地的打擊明顯。(4)完善路網(wǎng),保證城市基礎(chǔ)設(shè)施在災(zāi)后重建的程度公共基礎(chǔ)設(shè)施是指交通、供水、供電、供氣等與城市運(yùn)轉(zhuǎn)緊密相關(guān)的系統(tǒng)工程。這些系統(tǒng)一旦遭到破壞,不僅會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)本身的破壞,還會(huì)引起次生災(zāi)害,加重災(zāi)害的程度?；A(chǔ)設(shè)施在災(zāi)后的完善程度,對(duì)于災(zāi)后的救護(hù)和城市功能的恢復(fù)發(fā)揮著重要作用。例如,交通系統(tǒng)的完善對(duì)于區(qū)域疏散起到非常關(guān)鍵的作用,一般災(zāi)害發(fā)生或者在預(yù)報(bào)狀態(tài)下將要發(fā)生,那么對(duì)于疏散轉(zhuǎn)移來說路網(wǎng)疏散難易程度對(duì)于生命財(cái)產(chǎn)的轉(zhuǎn)移都是非常重要的;另外完善的交通系統(tǒng)能夠使救災(zāi)物資及時(shí)地被運(yùn)往災(zāi)區(qū),保證醫(yī)療、救助和搶險(xiǎn)的順利進(jìn)行,從而可以大大縮短災(zāi)后的恢復(fù)時(shí)間,降低災(zāi)害損失。2自然災(zāi)害綜合脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇根據(jù)以上對(duì)自然災(zāi)害承災(zāi)體脆弱性因素分析,區(qū)域承災(zāi)體綜合脆弱性指標(biāo)選取如下所示。2.1區(qū)域內(nèi)人口總數(shù)基于卷1區(qū)域人口密度指數(shù)計(jì)算公式為:Pd=POPS,(1)Ρd=ΡΟΡS,(1)式中:POP為區(qū)域內(nèi)人口總數(shù);S為區(qū)域總面積(km2)。人口密度指數(shù)越高,說明人群越容易受到災(zāi)害影響,承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)水平越高。2.2ge及保護(hù)總體指數(shù)ge人口年齡結(jié)構(gòu)指數(shù)計(jì)算公式為:Pvul(age)=POPelder+POPchildPOP,(2)Ρvul(age)=ΡΟΡelder+ΡΟΡchildΡΟΡ,(2)式中:Pvul(age)為區(qū)域人口體能指數(shù);POPelder為區(qū)域內(nèi)老年(≥65歲)人口數(shù);POPchild為區(qū)域內(nèi)兒童(≤14歲)人口數(shù);POP為區(qū)域人口總?cè)藬?shù)。人口年齡結(jié)構(gòu)指數(shù)越高,說明該區(qū)域人口中老年人和兒童所占比例越高,他們的承災(zāi)能力就越差。2.3區(qū)域經(jīng)濟(jì)總量gdp區(qū)域經(jīng)濟(jì)密度指數(shù)計(jì)算公式為:Ed=GDPS,(3)Ed=GDΡS,(3)式中:GDP為區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)總量;S為區(qū)域總面積(km2)。經(jīng)濟(jì)密度指數(shù)越高,說明區(qū)域越容易受到災(zāi)害影響,承災(zāi)體脆弱性就越高,但是經(jīng)濟(jì)密度在災(zāi)害防御能力中起到正面的降低風(fēng)險(xiǎn)的作用。2.4建筑物面積shs建筑物密度指數(shù)計(jì)算公式為:Hd=ShS,(4)Ηd=ShS,(4)式中:Sh為區(qū)域內(nèi)建筑物總面積;S為區(qū)域總面積(km2)。建筑密度指數(shù)越高,其承災(zāi)能力越差,越容易受到損害。2.5敏感性指標(biāo)公路的敏感性主要表現(xiàn)為路基和路面抵抗各種外部沖擊力、抗冰凍等的能力,這與公路的等級(jí)密切相關(guān),高速公路抵抗能力最強(qiáng),其次為國道、省道……因此可以采用公路等級(jí)作為其敏感性指標(biāo)。對(duì)于某一個(gè)評(píng)估單元而言,內(nèi)部一般具有多種等級(jí)的公路,可以采用低等級(jí)公路長度占公路總長度的比例作為公路的敏感性指標(biāo),數(shù)值越大表示公路敏感性越高,越容易受到損失,其計(jì)算公式如下:Rvul=KlowK,(5)Rvul=ΚlowΚ,(5)式中:Klow和K分別為被評(píng)估區(qū)域的低等級(jí)公路(三級(jí)以下)長度和各級(jí)公路的總長度。2.6區(qū)域內(nèi)既的侵害區(qū)域的侵害后果對(duì)于一個(gè)評(píng)估單元而言,內(nèi)部生命線(水、電、氣、熱)越密集,相對(duì)來說該區(qū)域的生命線越脆弱,計(jì)算公式如下:Lvul=LlengthSarea,(6)Lvul=LlengthSarea,(6)式中:Llength和Sarea分別為區(qū)域內(nèi)生命線的總長度和區(qū)域總面積。2.7散能力的測(cè)定區(qū)域疏散脆弱性指數(shù)通過區(qū)域路網(wǎng)和人口密度來體現(xiàn),區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)越發(fā)達(dá)、人口密度越低則疏散能力越強(qiáng)。區(qū)域疏散脆弱性指數(shù)計(jì)算公式如下:Ev=i?llengthPOPd?S,(7)Ev=i?llengthΡΟΡd?S,(7)式中:i為區(qū)域內(nèi)道路的等級(jí);Llength為區(qū)域內(nèi)某等級(jí)道路的長度;POPd為區(qū)域內(nèi)人口密度;S為區(qū)域總面積(km2)。2.8區(qū)域內(nèi)種多氣回用地物作為災(zāi)害的主要承災(zāi)對(duì)象,其不同的類型針對(duì)不同的災(zāi)害具有不同程度的易損性。其易損指數(shù)計(jì)算公式如下:Kland=k1S1+k2S2+?+knSnS,(8)Κland=k1S1+k2S2+?+knSnS,(8)式中:某區(qū)域內(nèi)存在n種地物類型;kn為第n種地物針對(duì)某一災(zāi)害類型易損系數(shù);Sn表示第n種地物在區(qū)域內(nèi)的面積;S表示區(qū)域總面積(km2)。3土地利用類型的易損性分析承災(zāi)體脆弱性量化是在建立各指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)指標(biāo)值確定出區(qū)域在該指標(biāo)方面的脆弱性量化程度。目前,隨著承災(zāi)體脆弱性研究的深入,脆弱性評(píng)價(jià)或計(jì)算方法也日益多樣化、復(fù)雜化。承災(zāi)體脆弱性評(píng)價(jià)不僅要對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的脆弱性程度給出科學(xué)合理的度量,同時(shí)還要將這種定量評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為指導(dǎo)實(shí)踐的有用信息傳達(dá)給決策者。這就要求評(píng)價(jià)者必須要在數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和評(píng)價(jià)結(jié)果的解釋之間作到合理的平衡。此外,承災(zāi)體脆弱性評(píng)價(jià)的客體都是具有動(dòng)態(tài)開放性的多結(jié)構(gòu)、多層次、多形態(tài)的高度復(fù)雜的系統(tǒng),但脆弱性評(píng)價(jià)不能面面俱到,需要抓住復(fù)雜系統(tǒng)脆弱性產(chǎn)生的關(guān)鍵過程。近幾年來,隨著GIS技術(shù)的日益普及和完善,應(yīng)用GIS技術(shù)評(píng)估自然災(zāi)害承災(zāi)體脆弱性已呈上升趨勢(shì)。圖層疊置法就是基于GIS技術(shù)發(fā)展起來的一種脆弱性評(píng)價(jià)方法,其思路是將脆弱性構(gòu)成要素圖層間的疊置。這種方法能夠反映區(qū)域?yàn)?zāi)害承災(zāi)體脆弱性的空間差異,還能反映區(qū)域受災(zāi)害影響的風(fēng)險(xiǎn)性、敏感性等的空間差異。本文在GIS平臺(tái)上,將所有的數(shù)據(jù)落實(shí)到1km×1km的格網(wǎng)上進(jìn)行處理(圖1)。承災(zāi)體脆弱性以100m×100m網(wǎng)格為單元進(jìn)行計(jì)算量化。以浙江省德清縣自然災(zāi)害區(qū)劃為例進(jìn)行試驗(yàn)。選取2007、2008年德清縣各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù),各經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)、建筑物、道路、生命線,以及選取德清精細(xì)化土地利用類型,根據(jù)土地利用類型數(shù)據(jù)來量化區(qū)域承災(zāi)體的脆弱性。土地利用類型數(shù)據(jù)包含21種:21林地、22灌木林地、23疏林地、24其他林地、31高覆蓋草地、32中覆蓋草地、33低覆蓋草地、41河渠、42湖泊、43水庫、51城鎮(zhèn)用地、52居民用地、53工交建設(shè)用地、66裸巖、111山區(qū)水田、112丘陵水田、113平原水田、121山區(qū)旱地、122丘陵旱地、123平原旱地(以上數(shù)字為類型代碼)。根據(jù)土地利用類型的一級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)以及德清的實(shí)際情況,將以上分為居民用地(52、53)、城鎮(zhèn)用地(51)、水域(41、42、43)、旱地(121、122、123)、林地(21、22、23、24)、草地(31、32、33)、水田(111、112、113)。下面就將上述指標(biāo)中的精細(xì)化土地類型易損指數(shù)做個(gè)量化計(jì)算。在自然災(zāi)害中,針對(duì)不同的災(zāi)害類型,不同的土地利用類型很大程度上決定了其承災(zāi)體脆弱性的程度。在德清縣區(qū)域內(nèi),定義某土地類型針對(duì)某一災(zāi)害的最大值潛在易損性為1,其最小值潛在易損性為0(表1),不同土地類型針對(duì)不同災(zāi)害的潛在易損性因子。如圖2所示,研究區(qū)域按照土地利用類型可劃分為多個(gè)多邊形區(qū)域,各區(qū)的屬性信息見圖例?，F(xiàn)將研究區(qū)域劃分為1km×1km的格網(wǎng)狀區(qū)域。不可避免地,網(wǎng)格化后得到的格網(wǎng)區(qū)域可能有落在多個(gè)源區(qū)域的情況。目前,我們采用面積權(quán)重內(nèi)插法來實(shí)現(xiàn)最大限度地合理推定這些格網(wǎng)區(qū)域上的屬性值(可通過一定的線性規(guī)則轉(zhuǎn)化為該格網(wǎng)區(qū)域的承災(zāi)體脆弱程度)。此方法根據(jù)規(guī)則格網(wǎng)區(qū)域內(nèi)各源區(qū)域所占面積的百分比來確定格網(wǎng)區(qū)域的屬性數(shù)值。主要步驟如下:①找出落在各個(gè)規(guī)則格網(wǎng)區(qū)域上的源區(qū)域;②確定各個(gè)源區(qū)域與規(guī)則格網(wǎng)區(qū)域相交部分的面積,并計(jì)算其占格網(wǎng)區(qū)域面積的百分比;③按照面積比例的多少來分配屬性值。圖3為一個(gè)格網(wǎng)單位,A、B、C、D為此格網(wǎng)內(nèi)的土地利用類型。由表1得,針對(duì)某一種特定災(zāi)害而言,不同土地利用類型的相應(yīng)潛在易損性因子為IA、IB、IC、ID。格網(wǎng)中A、B、C、D的面積為SA、SB、SC、SD。其單元格網(wǎng)內(nèi)的精細(xì)化土地類型易損指數(shù)量化值(I)可表達(dá)為:I=IASA+IBSB+ICSC+IDS