基于GIS的錫林郭勒盟草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局*

武巧彥，佟志軍，張繼權(quán)，劉興朋

(東北師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院東北師范大學(xué)自然災(zāi)害研究所，吉林長(zhǎng)春130024)

中國(guó)幅員遼闊，自然災(zāi)害頻繁，自然災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失與年俱增。如何有準(zhǔn)備地面對(duì)自然災(zāi)害和保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，以最快的速度恢復(fù)生命線與生產(chǎn)線的正常秩序，是擺在自然災(zāi)害管理工作者面前的一項(xiàng)重大課題［1］。在這樣一個(gè)大的減災(zāi)目標(biāo)下，向救助型救災(zāi)轉(zhuǎn)換已經(jīng)成為減輕自然災(zāi)害損失的重要舉措。現(xiàn)在火災(zāi)科學(xué)研究者都已將森林火災(zāi)作為研究的主要對(duì)象之一，如1987年加拿大建立起森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)和地理信息與模擬系統(tǒng)，用來(lái)實(shí)時(shí)模擬火場(chǎng)狀況以幫助林火管理人員制定最佳滅火方案［2］。在國(guó)內(nèi)，周清艷等基于GIS的森林防火信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)了一套集林火實(shí)時(shí)監(jiān)控、林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、自動(dòng)報(bào)警、指揮撲救輔助決策、森林蔓延仿真模擬等相關(guān)信息管理于一體的應(yīng)用系統(tǒng)［3］;黃志強(qiáng)等的森林防火輔助指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在森林防火基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了火場(chǎng)周邊信息的自動(dòng)提取、空間定位查詢和空間分析、林火蔓延預(yù)測(cè)、火險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測(cè)和輔助指揮決策計(jì)算等多個(gè)功能模塊，為指揮部門提供了及時(shí)、多源和科學(xué)的依據(jù)，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行，取得了良好的效果［4］;王金海的基于GIS的森林火災(zāi)撲救指揮輔助決策系統(tǒng)中，利用GIS的強(qiáng)大功能，有效促使森林火災(zāi)撲救工作從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型的定性管理轉(zhuǎn)化為規(guī)范化的定量管理，為森林火災(zāi)撲救指揮工作提供了信息化決策［5］。綜上述可知，目前大部分是關(guān)于森林火災(zāi)的應(yīng)急決策研究，未對(duì)救援物資庫(kù)布局進(jìn)行系統(tǒng)研究。

本研究基于GIS技術(shù)對(duì)草原火災(zāi)救援物資庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化布局，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)錫林郭勒盟草原救援物資庫(kù)分布的現(xiàn)狀水平及為政府決策部門提供科學(xué)的減災(zāi)、救災(zāi)依據(jù)都具有指導(dǎo)性意義，為實(shí)現(xiàn)草原地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供了有效的保障。

1 研究區(qū)概況

錫林郭勒盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部偏東，111°03′～120°00′E，41°35′～46°46′N，是東北、華北、西北交匯地帶。面積20.3 km2，人口96.5萬(wàn)人。轄9個(gè)旗、1個(gè)縣、2個(gè)市(圖1)。

錫林郭勒盟屬中溫帶干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候，全年盛行偏西風(fēng)，風(fēng)大、少雨、氣候寒冷多變。春季多風(fēng)易干旱，秋季涼爽干燥，豐富的可燃物在地面上連續(xù)分布，配合干燥大風(fēng)的天氣條件，致使草原火災(zāi)多發(fā)。這里草地資源豐富，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，為國(guó)家提供大量的乳、肉、皮毛產(chǎn)品。

圖1 研究區(qū)地理位置

2 研究方法與技術(shù)路線

2.1 研究方法

2.1.1 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法

災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是指災(zāi)害發(fā)生和損失的不確定性。自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指未來(lái)若干年內(nèi)能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。一般而言，自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力相互綜合作用的結(jié)果。其結(jié)果將通過(guò)ARCGIS的制圖功能實(shí)現(xiàn)。因此在區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成過(guò)程中，危險(xiǎn)性(H)如火災(zāi)發(fā)生的頻次，暴露性(E)，脆弱性(V)和防災(zāi)減災(zāi)能力(R)是缺一不可的，可得出其公式［6－8］:

2.1.2 距離制圖法

距離制圖法是ARCGIS強(qiáng)大的空間分析功能之一，可以對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行距離制圖、密度制圖和表面生成與分析等。通過(guò)距離制圖法可以獲得很多相關(guān)信息，以進(jìn)行資源的合理規(guī)劃和利用。采用直線制圖法中的直線距離、區(qū)域分配、重分類的方法建立草原火災(zāi)救援物資庫(kù)的優(yōu)化布局模型。其中數(shù)據(jù)重分類用新的值取代輸入的單元值并輸出，使數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化［9］。

2.1.3 加權(quán)綜合評(píng)分法

加權(quán)綜合評(píng)分法是考慮到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)總目標(biāo)的影響的重要程度不同，預(yù)先分配一個(gè)相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，然后再與相應(yīng)的被評(píng)價(jià)對(duì)象的各指標(biāo)的量化值相乘后，再相加。ARCGIS空間分析中，實(shí)現(xiàn)對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)綜合評(píng)分計(jì)算，簡(jiǎn)潔而且方便。

2.1.4 層次分析法

層次分析法(AHP法)是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法。層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的基本思路是:先把評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行定性分析，根據(jù)指標(biāo)的相互關(guān)系，分成若干級(jí)別，如:目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層等。先計(jì)算各層指標(biāo)單排序的權(quán)重，然后再計(jì)算各層指標(biāo)相對(duì)總目標(biāo)的組合權(quán)重。

2.2 技術(shù)路線

選址過(guò)程中，柵格數(shù)據(jù)具有矢量數(shù)據(jù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)單實(shí)用。利用GIS柵格數(shù)據(jù)空間分析功能對(duì)內(nèi)蒙古錫林郭勒盟草原火災(zāi)救援物資庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化布局，其技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 錫林郭勒盟草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局流程圖

3 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)影響因子分析

草原火災(zāi)救援物資庫(kù)布局的影響因子分析是進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。在適宜性評(píng)價(jià)過(guò)程中，指標(biāo)的選取和標(biāo)準(zhǔn)化、權(quán)重的確定以及如何將GIS與決策過(guò)程相結(jié)合始終是評(píng)價(jià)方法的關(guān)鍵［10］。影響救援物資庫(kù)布局的因子較多，根據(jù)指標(biāo)選擇的科學(xué)性、典型性和代表性原則，本文選取的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、交通運(yùn)輸和人口分布。

3.1 草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

草原火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展涉及自然和社會(huì)各方面因素，因此具有極大的隨機(jī)性和風(fēng)險(xiǎn)性［11］。草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)綜合的指標(biāo)，受多種因素影響，如地貌、氣候、人文特征等。由于這些影響因子存在地域差異，導(dǎo)致各地草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)不同。理論上風(fēng)險(xiǎn)高的地方救援物資庫(kù)分布較多。借鑒佟志軍關(guān)于錫林郭勒盟草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究的成果［12］，錫林郭勒盟草原風(fēng)險(xiǎn)圖如圖3所示。

圖3 錫林郭勒盟草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

3.2 交通運(yùn)輸

交通運(yùn)輸是影響救援物資庫(kù)空間布局的主要因素之一。對(duì)外交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)達(dá)程度對(duì)應(yīng)急救援是否能及時(shí)進(jìn)行有直接影響，標(biāo)志著此救援物資庫(kù)有效輻射的范圍。交通發(fā)達(dá)，可保證物資的有效流通，以便及時(shí)地趕到滅火現(xiàn)場(chǎng)。現(xiàn)代化交通運(yùn)輸工具的應(yīng)用，往往可以改變?nèi)藗兊木嚯x觀念，使救援物資庫(kù)有更大的服務(wù)范圍，甚至影響救援物資庫(kù)在空間上的分布。對(duì)于交通因素，一般主要考慮主干交通路線，因此，進(jìn)行草原火災(zāi)救援物資庫(kù)選址時(shí)只考慮國(guó)道、省道、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)和等外公路，其它等級(jí)公路忽略不計(jì)。

3.3 人口分布

由于縣級(jí)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)和鄉(xiāng)級(jí)以下的居民地人口分布密度存在顯著差異，因此對(duì)于不同級(jí)別的人口聚居地分別進(jìn)行分析。人口稀少的鄉(xiāng)級(jí)以下的居民點(diǎn)布局救援物資庫(kù)的效益較小，火災(zāi)發(fā)生不易調(diào)集資源，延誤撲火的時(shí)機(jī)，容易造成人員傷亡或者財(cái)產(chǎn)的損失。

由于本研究區(qū)水系網(wǎng)很少，地形起伏較小，因此在草原火災(zāi)救援物資庫(kù)選址過(guò)程中受坡度、起伏度和水系的影響較小。

4 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局的實(shí)現(xiàn)

4.1 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)適宜布局區(qū)確定

根據(jù)錫林郭勒盟草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性圖，不同等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)賦予不同權(quán)重。將不同級(jí)別的道路、居民點(diǎn)分別進(jìn)行直線距離制圖和重分類，并賦予一定的權(quán)重值，其中權(quán)重值是根據(jù)專家打分所確定(表1)。利用ARCGIS中的柵格計(jì)算器對(duì)所有的重分類數(shù)據(jù)按照給定的權(quán)重進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)各因子加權(quán)運(yùn)算，其計(jì)算公式為:

式中:S是合并后的柵格數(shù)據(jù)集;Ai是重分類數(shù)據(jù)集;Wi是權(quán)重i為選址因素的編號(hào)。結(jié)果圖層分為低適宜、微適宜、中等適宜、較適宜、高適宜區(qū)5個(gè)級(jí)別(圖4)。

表1 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局影響因子權(quán)重

圖4 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)選址適宜區(qū)

4.2 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局的實(shí)現(xiàn)與輻射范圍的確定

根據(jù)調(diào)查，現(xiàn)今內(nèi)蒙古錫林郭勒盟草原火災(zāi)救援物資庫(kù)共有16個(gè)，在適宜選址的區(qū)域內(nèi)經(jīng)過(guò)綜合分析確定了錫林郭勒盟草原火災(zāi)救援物資庫(kù)的最佳布局，利用ARCGIS中分配函數(shù)法確定物資庫(kù)的服務(wù)區(qū)域(圖5)。通過(guò)分析服務(wù)區(qū)的范圍發(fā)現(xiàn)原有的救援物資庫(kù)不能輻射所有區(qū)域，布局不合理，責(zé)任面積過(guò)大，不能滿足將救援物資迅速運(yùn)達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行撲滅火災(zāi)、減少損失的需要。為了減少草原火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)性以及在火災(zāi)發(fā)生后能夠及時(shí)的提供救援物資，救援物資庫(kù)的服務(wù)區(qū)域應(yīng)覆蓋整個(gè)草原。根據(jù)多次試驗(yàn)和分析，需要新增10個(gè)救援物資庫(kù)，以使救援物資庫(kù)總的服務(wù)區(qū)域恰好能覆蓋整個(gè)內(nèi)蒙古錫林郭勒盟草原，如果兩個(gè)物資庫(kù)的服務(wù)區(qū)在同一市、旗、縣內(nèi)有重疊，自動(dòng)進(jìn)行綜合，結(jié)果如圖6所示。

圖5 草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局與服務(wù)區(qū)

圖6 新增草原火災(zāi)救援物資庫(kù)后的服務(wù)區(qū)

5 結(jié)論

(1)利用地面氣候資料、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)蒙古錫林郭勒盟草原火災(zāi)的救援物資庫(kù)的優(yōu)化布局進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:內(nèi)蒙古錫林郭勒盟草原的救援物資庫(kù)的時(shí)空分布不合理，救援物資庫(kù)的數(shù)量不足，應(yīng)該新增加10個(gè)物資庫(kù)，并繪制了救援物資庫(kù)的優(yōu)化布局圖。

(2)利用GIS技術(shù)，采用自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)法、距離制圖法等方法建立草原火災(zāi)救援物資庫(kù)優(yōu)化布局模型，將錫林郭勒盟草原火災(zāi)的救援物資庫(kù)布局顯示在二維空間平面上，具有一定科學(xué)性。研究結(jié)果表明:在邊界處應(yīng)該設(shè)置6個(gè)物資庫(kù)，總共設(shè)置26個(gè)救援物資庫(kù)，在草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性較高的東烏珠穆沁旗、西烏珠穆沁旗、錫林浩特市等地區(qū)救援物資庫(kù)分布比較密集，而在草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性較低的二連浩特市、蘇尼特左旗、鑲黃旗等地方救援物資庫(kù)分布比較稀疏。

(3)根據(jù)各旗縣的救援物資庫(kù)分布情況，可以采取相應(yīng)的防御、救災(zāi)措施來(lái)降低和緩解該區(qū)的火災(zāi)災(zāi)情，為政府部門防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

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