吳安坤

(貴州省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，貴陽 550081)

0 引言

災(zāi)害風(fēng)險評價起源于20世紀(jì)30年代，美國田納西河流域管理局將風(fēng)險、風(fēng)險管理學(xué)與災(zāi)害學(xué)相結(jié)合，提出了洪水災(zāi)害風(fēng)險評價的理論方法； 隨后20世紀(jì)70年代，逐步由定性化評價向半定量、定量性評價轉(zhuǎn)變[1]。 針對特定區(qū)域遭受災(zāi)害的可能性及其可能的危害進(jìn)行定量化的分析，因其先進(jìn)的措施和模式受到越來越多災(zāi)害管理者的重視[2-5]。在理論分析上，Blaikei等[6]認(rèn)為災(zāi)害的產(chǎn)生是承災(zāi)體與致災(zāi)因子相互作用的結(jié)果，致災(zāi)因子難以改變，減少災(zāi)害風(fēng)險的關(guān)鍵是降低承災(zāi)體脆弱性、提高防災(zāi)減災(zāi)能力。而后Petak等[7]分析地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害特征，總結(jié)災(zāi)害評價理論方法并推廣應(yīng)用。近年來，國內(nèi)在災(zāi)害風(fēng)險評估理論方面也做了大量研究。黃崇福[8]針對自然災(zāi)害風(fēng)險評價中存在的信息不完備或是缺失的情況，提出基于信息擴(kuò)散論的風(fēng)險評價模型，在災(zāi)害風(fēng)險評價與災(zāi)情評估預(yù)測方面取得了廣泛的應(yīng)用[9-11]。史培軍[12-13]提出了區(qū)域災(zāi)害系統(tǒng)論的觀點，認(rèn)為災(zāi)害是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境與承災(zāi)體綜合作用的結(jié)果。張繼權(quán)等[14]指出災(zāi)害評價應(yīng)注重多層面、多元化及多學(xué)科間的相互滲透應(yīng)用，提出氣象災(zāi)害的形成是由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體以及防災(zāi)減災(zāi)能力4個因素作用的結(jié)果。

雷電災(zāi)害作為常見的自然災(zāi)害，諸多學(xué)者從自然災(zāi)害風(fēng)險機(jī)制引入雷電災(zāi)害風(fēng)險時，僅從災(zāi)害風(fēng)險的危險性、暴露性或承災(zāi)體的脆弱性3個方面著手研究[15-18]，沒有考慮災(zāi)情承受或災(zāi)后恢復(fù)能力的影響。據(jù)此，文章以貴州省為例，從雷電災(zāi)害形成機(jī)制方面入手，建立致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和防雷減災(zāi)能力的雷電災(zāi)害風(fēng)險四要素，基于目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)層建立雷電災(zāi)害風(fēng)險結(jié)構(gòu)體系模型，以此開展雷電災(zāi)害風(fēng)險評價研究，為防雷減災(zāi)和科學(xué)決策提供參考。

1 地域環(huán)境

貴州地處云貴高原東側(cè)，屬低緯高原，為亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15℃左右，年降水量1 300mm左右。東部全年受濕潤的東南季風(fēng)控制，西部則處于東南季風(fēng)向西南季風(fēng)過渡地帶，地處低緯度高原，離海洋較近，境內(nèi)山脈縱橫，河流交錯蜿蜒，地形地勢復(fù)雜，致使山地、河谷的氣候垂直變化特別明顯，素有“天無三日晴”之說，呈現(xiàn)“一山分四季，十里不同天”的景象。特殊的地理位置和地形環(huán)境，造成境內(nèi)局地氣流變化明顯、冷暖空氣頻繁交匯，極易出現(xiàn)雷暴天氣過程，引發(fā)雷電災(zāi)害事故[19]。

2 資料來源及處理

該文使用的資料有：(1)貴州省近10年(2006～2015年)閃電監(jiān)測資料，來源于貴州省閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)； (2)巖土電導(dǎo)率數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(簡稱HWSD)，是由聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)、荷蘭ISRIC-World Soil Information、中國科學(xué)院南京土壤研究所(ISSCAS)、歐洲委員會聯(lián)合研究中心(JRC)于2009年3月共同發(fā)布，其分辨率可達(dá)1km； (3)貴州省2014年88個區(qū)縣的總?cè)丝跀?shù)、GDP 等會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，取自貴州省統(tǒng)計年鑒[20]； (4)DEM數(shù)據(jù)，來源于美國地質(zhì)調(diào)查局EROS數(shù)據(jù)中心的GTOP30數(shù)據(jù)集，分辨率達(dá)30m。按切片下載后經(jīng)柵格拼接，剪切生成貴州省dem柵格數(shù)據(jù)，坡度在dem數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成； (5)貴州省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(含區(qū)縣邊界、水系分布等)以及區(qū)縣行政區(qū)域圖。

基于GIS進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)的處理與分析，均采用取樣或插值生成分辨率0.005°×0.005°的柵格進(jìn)行計算分析。

圖1 雷電災(zāi)害風(fēng)險形成四要素

圖2 雷電災(zāi)害風(fēng)險結(jié)構(gòu)體系評價模型

3 體系構(gòu)建與分析方法

3.1 體系構(gòu)建

該文對雷電災(zāi)害風(fēng)險的分析，除了考慮災(zāi)害風(fēng)險的危險性、暴露性或承災(zāi)體的脆弱性外，還引入防雷減災(zāi)能力，認(rèn)為形成雷電災(zāi)害必須具有條件：

(1)致災(zāi)因子：誘發(fā)雷電災(zāi)害的因素，主要由雷電活動規(guī)模、活動頻次等決定，具體有雷電流強(qiáng)度、閃電密度。

(2)孕災(zāi)環(huán)境：形成雷電災(zāi)害的環(huán)境，主要由下墊面的性質(zhì)、所處環(huán)境的氣候因素等決定，包括土壤導(dǎo)電性能、地形海拔變化。

(3)承災(zāi)體：雷電影響的人類活動、社會財產(chǎn)等，直接直接作用于當(dāng)?shù)氐娜丝凇⒔?jīng)濟(jì)情況。

(4)防雷減災(zāi)能力：采取工程性、非工程性防雷措施對雷電災(zāi)害進(jìn)行防御，以及災(zāi)后的應(yīng)急處理、恢復(fù)能力。

據(jù)此，模擬雷電災(zāi)害風(fēng)險形成過程，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和防雷減災(zāi)能力4個方面選取相應(yīng)的評價指標(biāo)，基于目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)層建立雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃結(jié)構(gòu)模型如圖2，分別進(jìn)行危險性、敏感性、易損性以及防雷減災(zāi)能力分析，進(jìn)一步完成雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)域劃分。

3.2 技術(shù)流程

雷電災(zāi)害的形成與雷電空間分布以及海拔、坡度、人口、經(jīng)濟(jì)等下墊面密切相關(guān)，將數(shù)據(jù)地圖化是進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃分析關(guān)鍵。該文借助ArcGIS 10.2地理信息處理分析能力，以區(qū)、縣行政區(qū)域作為最小研究單位，建立貴州省雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃技術(shù)流程(圖3)。

圖3 貴州省雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃技術(shù)流程

表1 雷電災(zāi)害風(fēng)險評價指標(biāo)權(quán)重

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層風(fēng)險因子權(quán)重指標(biāo)權(quán)重雷電災(zāi)害風(fēng)險致災(zāi)因子0 3786地閃密度[次/(km2·年)]0 5896地閃強(qiáng)度(kA)0 0083強(qiáng)電流密度[次/(km2·年)]0 4021孕災(zāi)環(huán)境0 2764土壤導(dǎo)電率(μs/cm)0 2349水系密度0 1391DEM0 3274坡度分布(°)0 2986承災(zāi)體0 1872人口密度(人/km2)0 4749地均GDP(萬元/km2)0 5126第三產(chǎn)業(yè)比例0 0124防雷減災(zāi)能力0 1578人均GDP0 2076醫(yī)療服務(wù)0 2958災(zāi)害防護(hù)常識普及0 4967

3.3 評價方法

區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險受致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防雷減災(zāi)能力的影響，根據(jù)建立的結(jié)構(gòu)體系模型，采用GIS柵格空間分析，建立雷電災(zāi)害風(fēng)險計算。

LR=Ha+Eb+Sc-Rd

(1)

H=H1XH1+Λ+HmXHm

(2)

E=E1XE1+Λ+EnXEn

(3)

S=S1XS1+Λ+SiXSi

(4)

R=R1XR1+Λ+RjXRj

(5)

式(1)～(5)中，LR是雷電災(zāi)害風(fēng)險值;H是致災(zāi)因子危險性指數(shù);E是孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù);S是承災(zāi)體易損性指數(shù);R是防雷減災(zāi)能力指數(shù);a、b、c、d、X分別為其所對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

采用投影尋蹤模糊聚類(Projection Pursuit Classification，稱PPC)的客觀方法，直接由樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，通過遺傳迭代，尋求最優(yōu)投影方向，將多維數(shù)據(jù)投影到低維空間，最終各指標(biāo)的最佳投影方向即為各自的權(quán)重。

4 結(jié)果分析

4.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

建立以網(wǎng)格化后的風(fēng)險區(qū)劃因子(包括致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、防雷減災(zāi)能力)及其對應(yīng)的指標(biāo)為基礎(chǔ)的風(fēng)險評價集合，利用GIS技術(shù)獲取各縣區(qū)評價指標(biāo)(風(fēng)險因子)的均值，代入遺傳算法的投影尋蹤模型，逐一計算其最優(yōu)投影方向向量，得到評價指標(biāo)體系的權(quán)重如表1。

4.2 等級劃分

根據(jù)各風(fēng)險評價指標(biāo)因子及對應(yīng)的權(quán)重，采用自然斷點法對致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、防雷減災(zāi)能力以及綜合雷電災(zāi)害風(fēng)險屬性值進(jìn)行等級劃分，依次劃分為高、次高、中、次低、低級5級。等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

危險性敏感性易損性防雷減災(zāi)能力雷電災(zāi)害風(fēng)險風(fēng)險等級等級劃分<0 2776<0 1084<0 1861<0 1137<0 1997低0 2778～0 39820 1085～0 19480 1862～0 26480 1138～0 20610 1998～0 3135次低0 3983～0 55490 1949～0 30200 2649～0 40320 2062～0 33280 3136～0 4912中0 5550～0 74780 3021～0 44140 4033～0 78960 3329～0 60630 4913～0 7778次高0 7479～1 00000 4415～0 98350 7897～0 99320 6064～0 99250 7779～1 2493高

圖4 致災(zāi)因子危險性區(qū)劃圖

4.3 風(fēng)險評價

(1)致災(zāi)因子危險性

危險性整體西部高于東部，高危險區(qū)主要分布在貴陽白云、觀山湖、修文、清鎮(zhèn)、息烽，六盤水的水城、六枝，畢節(jié)的七星關(guān)、黔西、織金，黔西南的晴隆、望謨以及安順的普定等區(qū)域； 低風(fēng)險區(qū)分布在黔南的平塘、獨山、荔波，黔東南的從江、黎平、臺江、劍河等地。

(2)孕災(zāi)環(huán)境敏感性

從土壤電導(dǎo)率、水系密度、地形高程(DEM)和坡度分布4個方面構(gòu)建敏感性指標(biāo)，對貴州雷電災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境進(jìn)行區(qū)劃分析，孕災(zāi)環(huán)境敏感性中部整體呈現(xiàn)偏弱，低于周邊。高及次高敏感區(qū)主要分布在西部的威寧—水城—六枝—晴隆—關(guān)嶺—望謨—羅甸—冊亨、東南部的天柱—錦屏—劍河—雷山—三都—從江—榕江—黎平以及北部的赤水—習(xí)水—桐梓—正安—道真—務(wù)川—沿河—印江—江口一帶。

(3)承災(zāi)體易損性

從人口密度、地均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比例3個方面構(gòu)建指標(biāo)，對貴州雷電災(zāi)害承災(zāi)體進(jìn)行區(qū)劃分析。高易損性區(qū)域為貴陽的云巖、南明區(qū)及六盤水的鐘山區(qū)，次高易損區(qū)主要分布在各市州的主城區(qū)及其周邊區(qū)域，而低易損區(qū)主要分布在遵義的北部、黔東南的東南部以及黔南的南部區(qū)域，與人口和社會經(jīng)濟(jì)分布有很大的關(guān)系。

圖5 孕災(zāi)環(huán)境敏感性區(qū)劃圖 圖6 承災(zāi)體易損性區(qū)劃圖

圖7 防雷減災(zāi)恢復(fù)能力區(qū)劃圖 圖8 貴州省雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖

(4)防雷減災(zāi)能力

從人均GDP、醫(yī)療服務(wù)以及災(zāi)害防護(hù)常識普及3個方面構(gòu)建指標(biāo)，對貴州防雷減災(zāi)能力進(jìn)行區(qū)劃分析，畢節(jié)、貴陽、銅仁的防雷減災(zāi)能力依次高于黔南、黔西南、遵義、六盤水、安順、黔東南。

4.4 綜合風(fēng)險區(qū)劃

受地理位置、閃電活動以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，全省雷電災(zāi)害風(fēng)險西部高于東部，整體呈現(xiàn)由西南部向東北部遞減。

云巖區(qū)、南明區(qū)、白云區(qū)中北部、烏當(dāng)區(qū)西北部、水城、六枝、普定、晴隆、關(guān)嶺西北部為雷電災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)； 次高風(fēng)險區(qū)主要分布在盤縣北部、普安北部、興仁東北部、鐘山區(qū)、七星關(guān)區(qū)的西南部及東北部、織金及納雍南部、黔西、鎮(zhèn)寧、紫云、望謨北部、仁懷南部、播州西部邊緣、赤水河谷、修文、觀山湖，以及北部習(xí)水、桐梓、正安、務(wù)川等地的部分區(qū)域，東南部麻江、丹寨、雷山等地部分區(qū)域； 次低及低風(fēng)險區(qū)主要分布在威寧及赫章西部區(qū)域、開陽東北部、平塘中東部、獨山、荔波、萬山、玉屏、碧江、思南、石阡、沿河的部分區(qū)域。

5 結(jié)論與討論

該文應(yīng)用閃電監(jiān)測資料、土壤數(shù)據(jù)庫資料、GTOP30數(shù)據(jù)集以及社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計和相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)，模擬雷電災(zāi)害形成過程，建立雷電災(zāi)害風(fēng)險評價模型，采用投影尋蹤客觀賦權(quán)方法獲取指標(biāo)權(quán)重，從致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防雷減災(zāi)能力強(qiáng)弱4個方面作定量化分析。通過災(zāi)前風(fēng)險識別，開展定量化的雷電災(zāi)害風(fēng)險評價，可針對性的制定綜合對策，為提高貴州省雷電災(zāi)害防御能力提供科學(xué)決策參考。

但由于定量化分析雷電災(zāi)害風(fēng)險受指標(biāo)因子的選取、資料數(shù)據(jù)的收集處理等因素的影響，下一步將從幾個方面進(jìn)行完善：承災(zāi)體及防雷減災(zāi)能力中涉及的指標(biāo)大多以各級行政單元為主，特別是人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，其分布情況無法顯示區(qū)域內(nèi)部的差異。引入DMSP/OLS夜間燈光、NDVI植被指數(shù)等遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合DEM、人口、經(jīng)濟(jì)(GDP)等資料，融合GIS、RS技術(shù)進(jìn)行人口經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)空間化處理。此外，優(yōu)化指標(biāo)因子的選取，完善評價體系模型。

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