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会经济造成损失的事件。自然灾害风险指未来若干年内 可能达到的灾害程度及其发生的可能性。自然灾害风险 评估( Risk Assessment of Natural Disaster) 是指通过风险分析 的手段或观察外表法, 对尚未发生的自然灾害之致灾因子 强度、潜在受灾程度, 进行评定和估计, 是风险分析技术在 自然灾害学中的应用[ 14] 。
从系统论观点出发, 根据自然灾害风险指 数法的理 论, 遵循科学性、综合性、主导性、层次性、动态性和可操作 性原则, 地面沉降灾害风险指标体系包括危险性、易损性 和防灾减灾能力三个因素, 在此基础上根据地面沉降灾害 的特点确定因子层。
与地震等突发性灾害不同, 地面沉降是缓发性并逐年 累积的, 因此累计地面沉降量是反映地面沉降危险性的主 要指标。此外, 有些学者还用地面沉降速率来划分地面沉 降危险性[ 9, 12] 。1986 年以来, 天津市通过控制浅层地下水
一定区 域自然 灾害风 险是 由自 然灾害 危险 性 ( hazard) 、承灾体的易损性( vulnerability) 两个因素相互综合 作用而形成的[ 15] 。近年来, 一些学者认为防灾减灾能力 ( emergency response & recovery capability) 也是制约和影响自 然灾害风险的因素[ 16~ 17] 。
一般认为社会经济条件可以定性反映区域的灾损敏 度, 即易损性的高低。社会经济发达的地区, 人口、城镇密 集, 产业活动频繁, 承灾体的数量多、密度大、价值高, 遭受 灾害时人员伤亡和经济损失就大。值得注意的是, 社会经 济条件较好的地区, 区域承灾能力相对较强, 相对损失率 较低, 但区域绝对损失率和损失密度都不会因此而降低。 同样等级的灾害, 发生在经济发达、人口密布的地区可能 造成的损失往往要比发生在经济落后、人口稀少的地区大 得多。社会经济易损性分析一般以一定行政单元为基础, 从而可直接利用各类统计报表与年鉴[ 23] 。由地面沉降灾 害系统模式可知, 地面沉降灾害主要承灾体是建筑物、市 政给排水管线等生命线工程、地面标高等, 地面沉降对这 些承灾体造成的破坏和损失, 会直接或间接影响到区域社 会经济发展和人民生产生活; 因此, 本文选取了人口密度、 单位面积 GDP 及建设用地比重三个间分析方法, 将危险性分区图、易损性分区图和防灾减灾能 力分区图进行叠 加分析, 完成 了天津市 区及近郊 区
地面沉降灾害风险区划图, 共分为低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区、高风险区五等。研究结果可为区域可持续发 展和
防灾减灾决策提供依据。
关键词 地面沉降; 风险指数; 风险评估; 风险区划
收稿日期: 2008- 05- 15 作者简介: 胡蓓蓓, 博士生, 讲师, 研究方向为生态环境与灾害风险研究。 通讯作者: 许世远, 教授, 博士生导师, 研究方向为地貌、沉积、城市自然地理, 环境演变与可持续发展。 * 国家自然科学基金项目( 40730526, 40571006, 70703010) ; 天津师范大学校青年基金( 52LJ41) 。
自然灾害危险性, 是指造成灾害的自然变异的程度, 主要是由灾变活动规模( 强度) 和活动频次( 概率) 决定的。 一般灾变强度越大, 频次越高, 灾害所造成的破坏损失越 严重, 灾害的风险也越大。承灾体的易损性, 是指在给定 危险地区存在的所有任何财产由于潜在的危险因素而造 成的伤害或损失程度, 其综合反映了自然灾害的损失程 度。一般承灾体易损性愈低, 灾害损失愈小, 灾害风险也 愈小。防灾减灾能力表示受灾区在长期和短期内能够从 灾害中恢复的程度, 包括应急管理能力、减灾投入、资源准 备等, 一般分为工程性防灾减灾措施和非工程性防灾减灾 措施。防灾减灾能力越高, 可能遭受潜在损失就越小, 灾 害风险越小[18] 。
运算( Raster Calculator) 指两个以上层面的栅格数据系统以 某种函数关系作为复合分析的依据进行逐网格运算, 从而 得到新的栅格数据系统的过程。对多个栅格数据进行运 算, 常用于综合评价[ 19] 。国外学者利用 GIS 空间分析方法 对地面沉降灾害时空变化进行了科学预测[ 20] , Ki- Dong Kim 等[ 11] 利用该方法对废弃地下煤矿的地面沉降危害进 行了可靠评估, 本研究将借鉴他们的成功经验首次对地面 沉降灾害风险进行评估与区划。
中国人口#资源与环境 2008 年 第 18 卷 第 4 期 CHINA POPULATION, RESOURCES AND ENVIRONMENT Vol. 18 No. 4 2008
天津市区及近郊区地面沉降灾害风险评估与区划*
胡蓓蓓1, 2 姜衍祥3 周 俊3 王 军1 许世远1 陈振楼1
( 1. 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室, 上海 200062; 2. 天津 师范大学城市与环境科学学院, 天津 300387; 3. 天津 市控制地面沉降工作办公室, 天津 300061)
2. 3 加权综合评价法( WCA) 加权综合评价法综合考虑了各个因子对总体对象的
影响程度, 是把各个具体的指标的优劣综合起来, 用一个
数量化指标加以集中, 表示整个评价对象的优劣, 因此, 这
种方法特别适合于对技术、决策或方案, 进行综合分析评
价和优选, 是目前最为常用的计算方法之一[ 17,18] , 计算公
地面沉降灾害影响因素非常复杂, 总体可以归纳为自 然和人为两大因素。自然因素中, 包括构造活动引起的沉 降、软弱土层形成的沉降以及地震活动等引起的沉降; 人 为因素中, 过量开采地下流体资源以及大规模的工程建设 等均可引起地面沉降。许多研究表明, 天津地区地面沉降 最主要的致灾因子是过量开采地下流体资源和现代构造 沉降[ 2, 22] 。
地面沉降灾害承灾体主要包括地面沉降影响地区的 建筑物、地面标高、市政给排水管线等生命线工程和人口 等, 他们的数量和质量( 脆弱性强度) 是地面沉降成灾的重 要因素。
地面沉降灾害灾情是地面沉降致灾因子、孕灾环境和 承灾体相互综合作用的产物, 主要包括建筑物下沉变形、 市政给排水管线受损等生命线工程受损, 以及由其间接导 致的风暴潮灾害加剧、土壤盐渍化、地下水质破坏和洪涝 加剧等。 3. 2 地面沉降灾害风险评价指标体系的建立
研究区包括天津市和平、河东、河西、南开、河北和红 桥市内六区, 以及东丽、西青、津南和北辰外围四区, 总面 积 2 054. 01km2( 见图 1) 。2005 年底, 总人口 518. 96 万人, 地区生产总值 760. 30 亿元[ 13] 。
随着社会经济的快速发展, 由于过量开采地下流体资 源, 地面沉降已经成为研究区最为严重的灾害之一, 该区 域 1985- 2005 年累计地面沉降量最大达 2. 93m; 累计地面 沉 降量 超过1 000mm 的面 积达6 23. 88km2, 占总 面积 的
中图分类号 U456. 33
文献标识码 A
文章编号 1002- 2104(2008) 04- 0028- 07
地面沉降是在自然和人为因素作用下, 由于地壳表层 土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种缓变性地质 灾害, 是一种不可补偿的永久性环境和资源损失, 是地质 环境系统破坏所导致的恶果[1] 。国内外对地面沉降的研 究主要集中在成因分析、监测方法、经济损失评估、时空分 布、预测、危害及防治对策等领域[ 2~ 7] 。有些学者对地面 沉降危险性分级标准进行了探讨[ 8~ 9] ; 部分学者采用模糊 数学层次分析法和相应的指标体系对广州市地面沉降危 险性进行了评价[ 10] ; Ki- Dong Kim 等运用 GIS 技术[ 11] 评 估了废弃地下煤矿的地面沉降危害性; 魏风华[ 12] 进行了 河北省唐山市地面沉降危险性区划和地面沉降物质财富 风险区划研究。然而, 地面沉降灾害风险评估与区划尚无 成熟先例。地面沉降灾害风险是地面沉降对人类社会及 其生存环境所造成危害或不利影响的可能性及不确定性 的描述。为了对地面沉降灾害风险进行有效管理, 减小损 失发生的影响, 必须进行地面沉降灾害风险评估与区划。 天津市是我国地面沉降比较严重的区域之一, 地面沉降给 天津市造成了多方面的危害, 如建筑物下沉变形、开裂乃 至破坏; 市政给排水管线的破坏; 海水倒灌造成的地下水 质破坏; 地面标高损失, 风暴潮灾害加剧; 河流泄洪能力的
丧失; 土壤的盐渍化等。研究区人口密集、经济发达, 地面 沉降严重, 并具备比较完整的监测数据。因此, 选择该区 域进行地面沉降灾害风险评估与区划具有较大的理论与 实践意义。
1 研究区概况
天津市位于九河下梢, 渤海湾西岸。整个天津和邻近 地区处于华北断块盘地的东北部, 从构造分区上看西部为 沧东隆起的一部分, 东部则包括了黄骅凹陷的一大部分, 由古近纪以前的沉积岩层和古老的结晶基底, 组成了本区 的地质构造基础, 长期以来缓慢下降, 沉积了巨厚的松散 沉积物。
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胡蓓蓓等: 天津市区及近郊区地面沉降灾害风险评估与区划
图 1 研究区示意图 Fig. 1 Sketch map of research area
30. 37% ; 1985- 2005 年平均地面沉降速率为 29. 99mm ¹ 。
2 研究方法
2. 1 自然灾害风险指数法 自然灾害系指自然变异超过一定的程度, 对人类和社
基于以上认识, 自然灾害风险数学计算公式为:
Dr= f (H , V, R) 式中: Dr- 灾害风险; H - 危险性; V- 易损性; R - 防 灾减灾能力。
2. 2 GIS 空间分析方法 主要运用 ArcGIS 空间分析中的内插分析、重分类和
栅格运算等。内插分析( Interpolate to Raster) 对矢量点数据 进行内插产生栅格数据, 每个栅格的值根据其周围( 搜索 范围) 的点的值计算。ArcGIS 栅格分析模块中, 通过栅格 插值运算生成表面主要有三种实现方式: 反距离权重插值 ( IDW) 、样条函数插值( Spline) 和克里克插值( Kriging) 。重 分类( Reclassify) 即基于原有数值, 对原有数值重新进行分 类整理从而得到一组新值并输出; 重分类一般包括新值替 代、旧值合并、重新分类和空值设置四种基本类型。栅格
