基于GIS的安徽省旱災風險空間演變研究

孫仲益，張繼權，嚴登華，王春乙，劉興朋，佟志軍

（1.東北師范大學城市與環境科學學院自然災害研究所，吉林 長春 130024；2.中國水資源和水利研究院，北京 100038；3.海南省氣象局，海南 海口 570100）

旱災是我國主要的自然災害之一，且發生頻率高、持續時間長、波及范圍廣，每年都給城鄉居民生活、工農業生產和生態環境造成不同程度的影響，嚴重制約我國社會經濟的正常發展.安徽省是我國旱災最嚴重的地區之一，僅2009年因旱災造成的經濟損失就超過25億元，因此對于安徽省進行旱災風險區劃是十分必要的，若能按照科學的方法并遵循自然規律正確評價旱災風險，并根據旱災風險空間演變情況適時修訂抗旱規劃，就可以將旱災造成的損失減小到最低限度并保障經濟、社會的持續發展.

目前，關于旱災風險空間變化規律的研究國內外的報道不是很多，部分學者從旱災致災因子頻率計算上進行了研究［1］；也有許多學者從干旱風險的角度進行了風險評價［2－5］；還有學者對災害區劃進行了深入的研究，黃崇福等提出了自然災害風險區劃圖的潛在發展方向問題［6］，張峭等對我國的農業自然災害風險進行了區劃［7］，顧留婉、夏雪蓮、張琪等利用GIS方法結合風險區劃手段對自然災害風險進行了區劃［8－15］.但對于災害風險區劃幾段時間的變化規律并沒有進行深入的分析，也很少有學者對旱災風險空間演變規律進行研究.本文在旱災風險區劃的基礎上，分析了安徽省旱災風險空間演變的規律，旨在為高危險地區適應策略和相關政策的制定起一定的指導性作用.

1 研究區概況

安徽省屬華東地區跨江近海省份，位于長江下游、淮河中游，以平原、丘陵和低山為主，面積13.96萬km2，人口5950萬，屬亞熱帶與暖溫帶交替的過渡地帶（見圖1）.年降水量700～1200mm，雨水充沛，但是降水極其不均，干旱事件頻繁發生，對當地的國民經濟建設和社會發展都帶來了巨大的影響.

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

氣象數據來源于中國氣象科學數據共享服務網；地形數據來源于地球系統科學數據共享網STRM系統，90m空間分辨率；社會經濟數據來源于《安徽省統計年鑒》.

圖1 研究區地理位置

2.2 研究方法

2.2.1 自然災害風險指數法

自然災害風險指未來一段時間內可能達到的災害程度及其發生的可能性.一般是由致災因子危險性、承災體暴露性和脆弱性、防災減災能力綜合作用的結果.在自然災害風險形成過程中，這4個因子缺一不可，自然災害風險評價指數中文數學表達式如下：

2.2.2 單一風險動態度

單一風險動態度分析來源于單一土地利用類型動態度分析，是表達研究區一定的時間范圍內某種土地利用類型的變化情況，在此加以修改，用以表示一定時間內各等級風險轉換情況.具體表達式如下

式中：K為單一風險動態度指數；Ra，Rb為研究初期及研究末期某風險等級的網格數量；T為研究時間，當T為1年時，K即代表該風險等級的年變化率.

2.2.3 綜合風險動態度

綜合風險動態度分析源于綜合土地利用動態度分析，在此加以修改，用以表征一定時間內風險轉換的活躍程度.具體表達式如下

式中：Rc為綜合風險動態度；Ri為研究初期風險等級i的網格數量；ΔRi－j為研究時間段內風險等級i轉為風險等級j的網格數量絕對值；T為研究時間，當T為1年時，Rc的值就是該研究區風險的年變化率.

2.2.4 風險等級置換系數

為了揭示旱災風險空間演化過程，可采用各狀態間相互“可置換－不可置換”的連通率衡量各狀態在演化過程中的活躍性或穩定性.即利用動態結構根據轉移概率矩陣進行狀態間的可置換性分析，稱為“置換分析”.兩個狀態的置換性相似，說明兩者具有相似的演化趨勢，置換系統實質上就是相似系數.置換矩陣通過計算一階轉移矩陣的行向量之間的相似系數獲得.公式為

式中：Lij為風險等級i與風險等級j之間的置換系數；Pik，Pjk分別表示由風險等級i和j轉移到風險等級k的概率.0≤Lij≤1，Lij越接近1，風險等級i和j在序列中地位的相似性愈高；Lij愈接近于0，表明這兩個風險等級的動態變化極不相似.據此，Lij可認為是風險等級i和j動態變化相似性程度的判定指標.

3 指標選取、模型建立與旱災風險區劃

3.1 指標選取與格網化

根據自然災害風險理論和旱災形成機制，某區域旱災風險的大小是由干旱致災因子危險性、承載體的暴露性和脆弱性、該區域抗旱減災能力這4個因子綜合作用的結果.因此選取表1中列出的4個因子18個指標，建立了安徽省旱災風險評價體系.整個指標體系包含主因子層、副因子層和指標層，利用熵組合權重法計算各因子層和指標層的權重，并利用ArcGIS10.0軟件中的統計功能，對各項指標進行空間格網化展布.

表1 旱災風險評價指標及權重

3.2 區域旱災風險模型建立

分別根據旱災風險形成機制，綜合考慮災害風險形成的4個因子，以及其相應指標，建立如下旱災風險指數模型

式中：RADRI為旱災風險指數，表示旱災風險程度，值越大，旱災風險程度越大；H（h），E（e），V（v），C（c）表示相應的危險性、暴露性、脆弱性和防災減災能力因子指數；W 為指標權重值，表示各指標對于形成災害風險因子的相對重要性；X為各評價指標量化值，i表示第i個評價指標.

3.3 安徽省旱災風險區劃

利用GIS技術求算安徽省旱災風險指數RADRI，利用自然斷裂點對所有樣本進行等級劃分，將安徽省旱災風險確定為低風險（＜0.498）、中風險（0.489～0.603）、高風險（＞0.603）3個等級.安徽省2000—2009年旱災風險等級區劃圖如圖2所示.從圖2可以看出，安徽省北部地區旱災風險整體高于中部地區和南部地區，南部地區旱災風險整體低于中部與北部地區，總體上由東北向西南方向旱災風險呈降低趨勢.

圖2 安徽省歷年旱災風險區劃圖

4 安徽省旱災風險空間演變分析

通過表2可以看出，安徽省旱災風險綜合動態度多年變化不大，維持在20%左右，單一風險動態度變化較大，說明安徽省2000—2009年各年間單一風險變化速率較大，旱災風險升高和降低的頻率都較快.這與安徽省地理位置處于南北過渡帶、氣象條件變化明顯、下墊面情況復雜等有關.高風險動態度和低風險動態度的變化比中風險動態度要明顯.根據各等級旱災風險轉移概率矩陣進行的狀態間的可置換分析可以看出，高、低等級旱災風險之間的動態變化特征不明顯，高、中旱災風險，低、中旱災風險之間的動態變化相似性較高，這一點比較符合實際情況，安徽省的旱災風險跨級的轉換相對困難，其中高、中風險置換系數近幾年下降趨勢明顯，而中、低風險置換系數逐漸降低但近年來又有上升趨勢，可見安徽省2006年來旱災風險整體呈升高趨勢.

表2 安徽省旱災風險空間演變指數

5 結論

（1）安徽省2000—2009年旱災風險動態度較高，高旱災風險動態度、中旱災風險動態度和低旱災風險動態度近10年變化均較大，說明近10年單一等級風險變化比較活躍；綜合風險動態度比較穩定，為20%左右，說明安徽省2000—2009年間，風險綜合變化程度每年都很平均，維持在20%左右.

（2）通過各等級旱災風險間的置換系數分析發現，高旱災風險和中旱災風險之間轉換相似性最大，其次是低旱災風險和中旱災風險之間的轉換相似性，高旱災風險和低旱災風險之間轉換相似性最低.

本文嘗試使用土地利用動態度研究的手段和方法進行了風險動態度的分析，利用景觀學指數對風險動態度進行了量算，結果與客觀事實比較符合，將該方法引用到風險區劃分析領域具有很好的適用性.

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