基于GIS和加權綜合指數模型的2015年廣西旱災風險暴露度評估

廖春貴 秦年秀 胡寶清 姜寧 熊小菊

摘要對廣西14個地級市的旱災風險暴露度進行評估，為廣西防旱減災決策提供依據。利用2015年廣西各類干旱災情統計資料，結合耕地面積、有效灌溉面積、人口密度、社會經濟等資料，構建干旱災害風險暴露度評估指標體系。借助綜合加權指數模型對廣西干旱災害風險人口暴露度、經濟暴露度與農業暴露度進行分析與評估。最后給出了基于人口暴露度、經濟暴露度與農業暴露度3個條件的干旱災害風險暴露度區劃。結果表明，2015年干旱災害風險暴露度較高的有南寧市、桂林市、欽州市，整體趨勢是桂中、桂東北高，沿海地區普遍偏低。

關鍵詞干旱；風險暴露度；評估；廣西

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）08-0069-05

Risk Exposure Assessment of Drought Disaster in 2015 Based on GIS and Weighted Composite Index Model

LIAO Chungui1，2，3， QIN Nianxiu1，2，3，HU Baoqing1，2，3* et al

（1. Key Laboratory of Environment Change and Resources Use in Beibu Gulf，Ministry of Education， Nanning， Guangxi 530001；2.Guangxi Key Laboratory of Earth Surface Processes and Intelligent Simulation， Nanning， Guangxi 530001；3.School of Greography and Planning，Guangxi Teachers Education University， Nanning， Guangxi 530001）

AbstractIn order to provide the basis for Guangxi drought mitigation decision， the study assessed the drought risk exposure in 14 prefecture level cities in Guangxi. Based on the statistical data of drought disaster of Guangxi in 2015， the index system of drought risk exposure was established based on the data of cultivated land area， effective irrigation area， population density， social economy and so on. Based on the comprehensive weighted index model， the exposure degree， economic exposure degree and agricultural exposure degree of drought risk population in Guangxi were analyzed and estimated. Finally， based on the population exposure， economic exposure and agricultural exposure， the risk degree zoning of drought disaster was proposed.The results showed that the drought risk exposure of Nanning， Guilin and Qinzhou was high， the overall trend was high in central and northeastern Guangxi，and the coastal areas were generally low in 2015.

Key wordsDrought disaster；Risk exposure；Assessment；Guangxi

干旱是因水量供求不平衡而形成的持續水分短缺的自然現象，可將干旱分成氣象干旱、農業干旱、水文干旱和社會經濟干旱。干旱是影響廣西經濟、社會和農業發展的主要自然災害之一[1]。研究表明，在所有可能避免、減輕自然災害的措施中，最簡單有效的方法是對自然災害風險進行評估，再進行進一步風險區劃，將自然災害管理提高到風險管理的水平[2]。災害風險的影響不僅由災害本身決定，更取決于風險暴露度和脆弱性決定因子[3]。《管理極端事件和災害風險推進氣候變化適應特別報告》指出，暴露度（Exposure）是指人類及人類與生產生活密切相關的基礎設施、環境、資源、經濟、社會、文化財產等方面處在容易受負面影響的地方[4]。干旱風險的暴露度是指可能受到干旱缺水威脅的經濟、社會、自然環境系統，具體包括工業、農業、城市、人類及生態環境等。我國的旱澇災害在空間分布上呈現北方容易遭干旱災害，而南方旱災和洪澇一起發生的特征[4]。干旱受災范圍廣，在這樣的背景下，處在南方地區的廣西壯族自治區面臨的抗旱減災形勢將越來越嚴峻，任務也越來越艱巨。因此，應做好干旱災害風險評估和管理，減輕由大氣變化引起的干旱事件的影響[5]。

目前，國內外對災害風險評估已進行了大量研究，其內容涉及到干旱指標等級劃分與旱災承災體暴露度的評估等。干旱風險暴露度評估的對象包括人類及社會經濟實體，其評估指標有數量型指標和價值量型指標2種[4]。國內外學者對災害風險暴露度評估進行了研究。劉蘭芳等[6]選取降水量、人口密度等8個要素作為旱災脆弱性評價指標對2013年我國南方地區農業旱災風險進行了評估；王鶯等[7]從致災因子危險性、孕災環境脆弱性、承災體暴露性和防災減災能力4個方面對我國南方地區農業的干旱災害進行了風險評估；王豫燕等[8]以江蘇省為研究區域，利用災情數據和社會經濟數據，從災害發生的暴露范圍、人口暴露度和農作物暴露度3個方面分析了災害的暴露度特征；王艷君等[9]以各省的受災面積、人口密度、地均GDP以及農作物播種面積分別代表各省暴露于暴雨洪澇災害下的范圍、人口暴露度、經濟暴露度和農作物暴露度，對我國暴雨洪澇災害的暴露性與脆弱性的時空變化特征進行研究。廣西的區位優勢明顯，國家戰略地位突出，如今作為中國-東盟合作前沿，戰略地位重要。綜合近幾年的文獻，發現學者對干旱風險暴露度的評估研究較少，對廣西地區的干旱風險暴露度評估基本處于空白。因此開展廣西干旱風險暴露度評估具有重要的理論和現實意義。筆者基于GIS和加權綜合指數模型，評估了2015年廣西旱災風險暴露度，以期為廣西干旱災害管理工作提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況

廣西壯族自治區位于 104°26′～112°04′ E，20°54′～26°24′ N，屬中亞熱帶季風氣候區和南亞熱帶季風氣候區，氣候溫暖、干濕分明、旱澇突出、災害頻繁。各地級市年平均氣溫16.0～23.0 ℃，各地級市年降水量均在1 070～2 000 mm，降水時空分布不均，東部多，西部少，各地級市多年平均水面蒸發量為 600～1 200 mm，降水量在年內和年際之間的時空分布差異大。全區范圍的大旱平均20年發生1次。一年四季均可發生干旱，危害廣西的旱災主要是春旱和秋旱。近年來，每年均出現干旱，且持續時間長，易出現 2 種類型以上連旱，危害嚴重。2015年3—5月，全區各月平均氣溫較常年同期偏高1.0～1.6 ℃；3—5月初，廣西大部地區降水量偏少，其中3月1日至4月30日全區平均降雨量為1951年以來同期最少。干旱造成廣西直接經濟損失8 075.17萬元，河池、百色、梧州、南寧、來賓5市16縣（市、區）出現旱災，共有84.51萬人受災，飲水困難6.7萬人，飲水困難牲畜0.48萬頭；農作物受災面積10.1萬hm2，其中成災5.0萬hm2，絕收0.2萬hm2。

1.2資料來源

根據干旱災害風險暴露度評估的基本要素分析和研究目的，應用1981—2015年廣西地情網、廣西氣象臺站的各類干旱統計資料，2010版民政部門的行政區劃、以及統計部門編著的《2015廣西統計年鑒》中的區域內各縣人口、經濟、有效灌溉面積和耕地面積占總面積的比率等社會經濟指標資料。

1.3指標選取

由于干旱災害系統的復雜性，使得干旱災害暴露度評估指標體系的構造成為一個非常復雜的問題。為了使選取的指標體系能更加全面地反映地區干旱風險暴露度的本質特征，必須做到科學、合理，且符合廣西的實際情況。為此，在指標選取時應遵循客觀性、準確性、代表性、普適性、適用性、可獲性、結構性、系統性、綜合性、可操作性等原則。

干旱風險的暴露度由經濟、社會、自然環境系統等因素決定，人口暴露度、經濟暴露度、農業暴露度3個子系統組成風險暴露度，地區暴露度越大，可能受到的潛在損失越大。因此，干旱風險的暴露度評估指標應包括人口、經濟、農業三大類，用暴露于干旱災害下各地級市的人口密度作為人口暴露度指標，用耕地面積、農作物播種面積百分比、有效灌溉面積、糧食產量指標作為農業暴露度的評估指標，各地級市人均GDP、經濟密度指標作為經濟暴露度的評估指標。

1.4參數的選取及標準化

暴露度指人員、生計、環境服務和各種資源、基礎設施，以及經濟、社會或文化資產等處在有可能受到不利影響的位置，反映在一定強度致險因子影響下，可能遭受損失的承災體總量。對于風險而言，暴露度越大，其災害風險也越大[10]。在暴露度指標的選取上，用暴露于干旱災害下各地級市的人口密度作為人口暴露度指標，用耕地面積、農作物播種面積百分比、有效灌溉面積、糧食產量指標作為農業暴露度的評估指標，各地級市人均GDP、經濟密度指標作為經濟暴露度的評估指標。

干旱風險暴露度評估是在不考慮大范圍環境的背景下，對區域內將要出現的干旱災害進行風險評估，針對干旱可能造成的經濟、農業等危害進行綜合評估。干旱風險暴露度評估參數主要有人口暴露度、經濟暴露度和農業暴露度等。為便于計算，選用極值標準化方法，公式如下：

正向指標：yij=xij/max（xij）（1）

逆向指標：Yij=min（xij）/xij （2）

式中，xij、yij分別為指標的原始值和標準值；max（xij）指該指標中的最大值；min（xij）指該指標中的最小值。

1.5評估模型的選取

GIS在空間數據采集、處理存儲與空間查詢等方面具有強大的功能[11]。干旱災害評估是一種時間、空間非常復雜的過程，數據量大，關系復雜，其屬性與空間數據有密切關系。運用GIS技術，將人口暴露度、經濟暴露度與農業暴露度采用數學模型進行評估，在空間上進行表達，獲得區域干旱災害風險分級空間分布圖。采用綜合加權指數模型對干旱風險暴露度進行評估。

綜合加權指數模型如下[12-13]：

R=∑ni=1Fi·Wi（3）

式中，R為評估指標；Fi表示某地級市第i種指標的標準值；Wi表示某地級市第i種指標所占的權重，可通過專家咨詢法獲取。

2結果與分析

2.1旱災風險暴露度評估結果

在所有可能避免、減輕自然災害的措施中，最簡單有效的方法是對自然災害風險進行評估，再進行風險區劃，將自然災害管理提高到風險管理的水平。災害風險的影響不僅由災害本身決定，更取決于風險暴露度和脆弱性決定因子。干旱風險暴露度由干旱風險人口暴露度、干旱風險經濟暴露度、干旱風險農業暴露度3個子系統組成。人口密度、耕地面積、糧食產量、有效灌溉面積、農作物播種面積百分比、人均GDP、經濟密度指標數據見表1，運用式（1）、（2）對數據進行處理，得到2015年廣西干旱災害風險暴露度評估指標數據極值標準化處理結果（表2），根據估指標數據處理結果及咨詢專家給出的權重得出廣西干旱災害風險暴露度評估結果（表3）。

2.2人口暴露度

以廣西的14個地級市為研究對象，選擇2015年各個地級市的人口密度作為干旱災害人口暴露度的評估指標。通過調查和對現有資料分析，得到各地級市的人口密度，然后將各市人口密度指數進行標準化處理，使暴露性指數為0～1.000，對人口密度進行等級劃分，并按數值大小分為高值區（>0.120）、較高值區（0.060～0.110）、中值區（0.024～0.050）和較低值區（0.010～0.040），低值區（<0.010）。在此基礎上，利用GIS技術進行空間分析，繪制人口暴露度分布圖。從圖1可以看出，2015年廣西14個地級市面臨著不同等級的人口暴露度，人口暴露度較大的市主要位于廣西中部以及東南地區，沿海地區和南流江水系沿岸的地區人口密度大，人口暴露度相對較大。人口暴露度在 500人/km2以上的地區有玉林市、貴港市、欽州市和北海市，占廣西總面積的12.3%，原因在于玉林市氣候溫和、農業發達；貴港市地處西江流域中游潯郁平原中部，是國家一類對外開放口岸，工業發達；北海、欽州位于沿海地區，經濟發達，吸引的外來務工人員多，這些區域人口密度較大，人口暴露度高。人口暴露度在 500人/km2以下的有百色市、河池市、崇左市、防城港市，占廣西區面積41.0%。桂西北屬于喀斯特地區，地表水稀缺，人口密度小，人口暴露度低，廣西干旱風險人口暴露度東南部高于西北部。

2.3經濟暴露度

采用人均GDP、經濟密度指標作為干旱災害人口暴露度的評估指標，其權重分別為 0.4、0.6，運用公式（1）、（2）計算出各地級市的人均GDP、經濟密度的標準值，再利用公式（3）計算出各地級市經濟暴露度。按經濟暴露度指數分為高值區（>0.400）、較高值區（0.270～0.350）、中值區（0.260～0.120）、較低值區（0.040～0.100）、低值區（<0.040）。在此基礎上，利用GIS技術進行空間分析，繪制經濟暴露度分布圖。由圖2可知，干旱災害經濟暴露度具有明顯的區域特征。2015年廣西14個地級市的經濟暴露度較高的城市有柳州市、南寧市、欽州市、北海市、防城港市，主要位于廣西中部及南部地區，占廣西區面積的22.6%。隨著北部灣經濟國家開發區的成立，南寧市、欽州市、北海市、防城港市地區的經濟發展快速，其地區生產總值增多，經濟暴露度相對較大，而桂北的河池市屬于石漠化片區，經濟生產總值低，人均GDP低，因此其經濟暴露度低。

2.4農業暴露度

以耕地面積、農作物播種面積百分比、有效灌溉面積、糧食產量指標作為干旱災害農業暴露度的評估指標，其權重分別為 0.2、0.2、0.3、0.3。采用公式（1）、（2）計算出各地級市的耕地面積、農作物播種面積百分比、有效灌溉面積、糧食產量的標準值，再利用公式（3）計算出各地級市農業暴露度。按農業暴露度指數分為高值區（>0.500）、較高值區（0.350～0.450），中值區（0.200～0.300）、較低值區（0.070～0.150）、低值區（<0.070）。在此基礎上，利用GIS技術，繪出2015年廣西14個地級市的農業暴露度分布圖。由圖3可知，農業暴露度較高的城市主要位于廣西中部、東南、東北地區。處于農業暴露度高值區的有南寧市、桂林市，原因在于南寧市地形是以邕江廣大河谷為中心的盆地，平地是南寧市面積最大的地貌類型，面積為1 037.33 km2，占全市面積的57.78%，同時南寧位于北回歸線南側，屬濕潤的亞熱帶季風氣候，陽光充足，雨量充沛，農業發達；桂林市地處南嶺山系的西南部，屬紅壤土帶，以紅壤為主的河流沖積母質砂壤土和水稻土，土層深厚，耕作性良好，是水稻和蔬菜高產區。處于農業暴露度低值區的為北海市、防城港市，屬于沿海地區，工業發達，農業暴露度相對低。

2.5干旱災害風險暴露度綜合評估

在分析廣西干旱災害風險人口暴露、經濟暴露度、農業暴露度的基礎上，其權重分別為 0.3、0.2、0.5，根據公式（3）計算各地級市的干旱災害風險暴露度指數，利用GIS 軟件采用自然斷點法劃分風險等級，得到廣西干旱風險暴露度綜合區劃（圖4）。2015年干旱風險暴露度較高的有南寧市、桂林市、欽州市，整體趨勢是桂中、桂東北高，沿海地區普遍偏低。

3結論與討論

對自然災害的研究表明，在科學研究的基礎上對自然災害風險進行評估，進而對自然災害進行風險區劃，將自然災害管理提高到風險管理的水平，是所有可能避免、減輕自然災害措施中最簡單、有效的方法。通過制訂有效的干旱災害風險管理方案，建立干旱災害風險分析評估系統，對干旱災害風險進行評估和預警，在此基礎上采取科學的防御措施，以達到預防控制、降低干旱災害風險的目的。干旱災害風險評估是進行干旱災害管理的基礎，是減少干旱災害損失的有效途徑。該研究利用地理信息系統、遙感作為技術支持，以社會數據、經濟數據、地理信息數據等為基礎數據，構建了廣西干旱風險暴露度評估指標體系，從廣西干旱風險的人口暴露度、經濟暴露度和農業暴露度3個方面分析了干旱災害的暴露度特征，主要結論如下：

①2015年廣西各地級市干旱災害風險暴露度在空間上分布不均，呈現桂東北、桂中地區高，桂東南地區低，這與2015年廣西旱情的實際情況吻合。

②干旱災害風險暴露度在經濟發達的城市普遍較高，如南寧市、欽州市等地。隨著北部灣經濟國家開發區的成立，南寧市、欽州市的經濟快速發展，地區暴露度大，可能受到的潛在損失大、風險高。

參考文獻

[1] 李耀先，陳翠敏，林墨.廣西區域干旱的分析研究[J].熱帶氣象學報，2009，25（S1）：125-131.

[2] 秦年秀，姜彤.基于GIS的長江中下游地區洪災風險分區及評價[J].自然災害學報，2005，14（5）：1-7.

[3] 尹姍，孫誠，李建平.災害風險的決定因素及其管理[J].氣候變化研究進展，2012，8（2）：84-89.

[4] 姚玉璧，張強，李耀輝，等.干旱災害風險評估技術及其科學問題與展望[J].資源科學，2013，35（9）：1884-1897.

[5] 劉冰，薛瀾.“管理極端氣候事件和災害風險特別報告”對我國的啟示[J].中國行政管理，2012（3）：92-95.

[6] 劉蘭芳，肖志成，陳濤，等.2013年中國南方地區農業旱災風險評估：以湖南省衡陽市為例[J].水土保持通報，2015，35（2）：274-278.

[7] 王鶯，沙莎，王素萍，等.中國南方干旱災害風險評估[J].草業學報，2015，24（5）：12-24.

[8] 王豫燕，王艷君，姜彤.江蘇省暴雨洪澇災害的暴露度和脆弱性時空演變特征[J].長江科學院院報，2016，33（4）：27-32.

[9] 王艷君，高超，王安乾，等.中國暴雨洪澇災害的暴露度與脆弱性時空變化特征[J].氣候變化研究進展，2014，10（6）：391-398.

[10] 鄭菲，孫誠，李建平.從氣候變化的新視角理解災害風險、暴露度、脆弱性和恢復力[J].氣候變化研究進展，2012，8（2）：79-83.

[11] 石界，姚玉璧，雷俊.基于GIS的定西市干旱災害風險評估及區劃[J].干旱氣象，2014，32（2）：305-309.

[12] 徐新創，葛全勝，鄭景云，等.農業干旱風險評估研究綜述[J].干旱地區農業研究，2010，28（6）：263-270.

[13] 李曉靜，海倫貝爾·李，趙孟赫.加權綜合指數法在貴州省生態經濟評價中的應用研究[J].生態經濟，2015，31（9）：48-51.