天津地区旱涝灾害危险性评价及区划研究

天津地区旱涝灾害危险性评价及区划研究
杜晓燕;黄岁樑
【摘要】根据自然灾害风险理论,自然灾害危险性评价的目的是确定区域内某类潜在危害发生的可能性大小.根据旱涝灾害危险性特点,以天津近16年的降水距平百分率为样本,借助信息扩散理论等方法对天津地区旱涝灾害危险性进行评价及区划研究.结果给出了天津十三个区/县每年遭受重涝、大涝、偏涝,重旱、大旱、偏早六种不同强度危害威胁的可能性.通过区划研究表明,除蓟县外,天津大部分地区遭受旱灾威胁的可能性不大;但大部分地区却比较容易遭受涝灾威胁.这提醒我们针对易遭受旱涝威胁的地区应重点实施防灾减灾措施,降低它们面对旱涝威胁时的脆弱性,从而控制旱涝大灾情的出现.
【期刊名称】《防灾科技学院学报》
【年(卷),期】2011(013)001
【总页数】7页(P75-81)
【关键词】旱涝灾害;危险性;信息扩散;降水距平百分率;天津地区
【作者】杜晓燕;黄岁樑
【作者单位】安徽工业大学,建工学院,安徽,马鞍山,243002;南开大学,环境科学与工程学院,天津,300071;天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室,天
津,300071;环境污染过程与基准教育部重点实验室,天津,300071
【正文语种】中文
【中图分类】P426.616(221)
关于自然灾害危险性评价，不同领域的学者进行了很多研究。

例如；陈奇等探讨了区域地质灾害危险性评价的思路和方法[1]；毛德华对洞庭湖区洪涝灾害的危险性通过建立指标体系进行了半定量评价[2]；陈刚等采用 BP神经网络法对泥石流灾害进行了危险性评价[3]。

但是，由于对灾害本身认识的不同，对何为危险性并没有统一标准，甚至将危险性与灾情混淆。

根据区域灾害理论，自然灾害灾情是由致灾因子、孕灾环境和承灾体三者共同作用形成的[4]，而致灾因子从根本上决定了灾害是否发生或发生的可能性。

致灾因子发生的频率越高，给人类社会造成经济财产及生命损失的可能性就越大，出现大灾情的可能性就越大。

对这种性质的描述即是危险性。

本文中我们借鉴区域灾害理论，认为灾害危险性是灾害风险评价的一部分（另一部分为脆弱性[5]），具体是指在一定区域范围内，某类潜在危害发生的可能性。

危险性评价的目的即是确定不同强度的危害发生的可能性，频率或概率。

由于自然灾害事件是一种偶发灾难性事件，不可能通过大量重复试验计算其发生概率，而且，自然灾害本身是个复杂系统，有着大量的模糊性和不确定性[6]，不可能分成相互独立的基本事件，因此，在危险性评价时不宜采用客观概率法。

依据较少量信息，依靠决策者或专家对事件发生可能性做出估计的主观概率法值得尝试，例如，BP神经网络[3]。

信息扩散理论也是一种优化利用样本信息进行主观评价的方法，此方法曾用来评价整个天津地区的旱涝危险性，评价结果与实际情况基本相符，说明此方法可行[7]。

本文中将继续采用信息扩散理论对天津十三个区/县分别进行旱涝灾害的危险性评价，并在此基础上通过等级划分进行区划研究。

沿海城市往往是人口集聚、国民经济和社会发展的重要区域。

如我国沿海地区承载着全国25%以上人口，创造着55%以上的国民生产总值[8]，但也是自然灾害易发和频发区域。

天津是中国北方重要的沿海开放城市，有重要的政治经济地位，辖区除市中心所含的六区外，还有9区3县，见图1。

据调查，天津历史上发生的自然灾害有洪涝、干旱、地震、风暴潮、地面沉降等 10余种。

天津位于中纬度欧亚
大陆东部、东临渤海湾，但渤海湾为半封闭的内海海湾，水体较小，对天津气候影响不大，因此，天津属于温带大陆性向海洋性过渡的季风气候区内，降水年际变化很大，旱灾时有发生。

自1470—1998年共出现旱年174年。

如1971—1972年天津大旱，由于缺水驰名中外的小站稻被迫改种在旱田；如 1980—1982年连续
干旱受灾面积达3.6×109m2，为解放以来最严重的一次干旱期[9]。

海河是流经天津地区的一条重要河流，五大支流汇合于此，但处于海河流域尾闾，有“九河下梢”之称，易受上游暴雨、客水泄洪而造成洪涝灾害。

近年来，由于河道和河口淤积、超量开采地下水造成堤防下陷等，天津市各主要行洪河道泄洪能力大幅度下降，有些河道已下降到原设计能力的 1/2－1/3，存在着发生重大洪涝灾
害的隐患。

信息扩散理论的处理对象是小样本带来的模糊不完备信息，依据是关于信息扩散原理的一个断言：假设给定了一个样本，用它可以估计一个关系，直接使用该样本得出来的结果称为非扩散估计；当且仅当该样本不完备时，一定存在一个适当的扩散函数和一个相应算法，使得扩散估计比非扩散估计更靠近真实估计[10]。

基于信息扩散理论的评估模型此不赘述[11]。

在信息扩散理论评估模型中，扩散函数与扩散系数是关键，直接关系到结果的准确与否。

通过验证样本容量不大的情况下，简单正态分布要优于指数分布和对数正态分布[11]。

由于资料有限，本文中的样本数据只有 16个，所以在信息扩散评估模型中选用的是最简单的正态扩散函数。

选取旱涝指标一般有两种思路：一是从灾害影响后果出发，选取旱涝受灾、成灾面积、粮食减产率、受灾人口等反映灾害后果的社会经济指标。

这类指标反映了实际灾情，但对灾害描述有一定滞后性，而且在数据统计时易受人为因素影响致使获取的资料不准确。

另一类指标，是从旱涝诱发因素出发，利用密切相关的降水量等气象资料进行评估。

气象资料具有及时性、科学性等特点，而且不受人为因素干扰，所以评估结果更为客观。

本文选取基于降水量的降水距平百分率作为旱涝灾害指数，
也是危险性评估的样本数据。

由于资料有限，选取天津各区/县近16年（1991—2006）的降水量[12]为基础数据（如表1），进而得到旱涝危险性评估的样本数据。

降水距平百分率反映的是某时段降水量相对于同期平均状态的偏离程度，不同地区不同时期有不同的平均降水量，因此它是一个具有时空对比性的相对指标。

式中：Mi为降水距平百分率，i表示年份；Ri为年（或4-9月，6-8月）降水量[13]为同期降水量多年平均值。

在气象部门日常业务中，多用降水距平百分率作为划分旱涝的指标。

为了更详细地区分旱涝程度，旱涝标准由原来的5级划分变为7级[14]，见表1，本文将采用7级标准。

以天津各地区的年降水量为基础数据，按7等级降水距平百分率划分标准，得到各区/县不同程度旱涝灾害指数，作为危险性评价的样本。

因此，每个区/县有16个旱涝灾害指数，见表2：
在以上 16个旱涝灾害指数样本数据基础上，应用信息扩散理论评估模型对天津各区/县的旱涝灾害进行危险性评估。

每一个区/县都对应一个包含16个样本的样本集合，即：
由降水距平百分率的计算公式知，灾害指数样本的变化范围是-100～100，则灾害指数 xi 的论域为[-100,100]。

根据信息扩散评估模型要求需将连续论域变为离散论域，考虑到计算机计算的方便及精度要求，取步长为1，将论域变成由201个点组成的离散论域。

如下：
通过信息扩散理论评估模型，得到样本X落在论域U中各点uj处的频率值（可作为概率估计值），进而，根据超越概率计算公式：
P为便于表述，我们将每个区/县进行编号,最终得到天津各区/县不同等级旱涝危害危险性估计值，如下表3所示：
由上表结果看出，每个旱涝危害等级（水平）对应一个危险性估计值。

以东丽区为
例，大涝的估计值为0.0736，由于我们以年为单位计算，其表示东丽区每年遭受大涝威胁的可能性为0.0736，即约13年一次；偏旱的估计值为0.2107，则约近每5年要遭受一次偏旱威胁。

为使危险性评估结果更加实用，以表3中的数据为基础，借助SPSS软件的系统聚类功能，对重涝、大涝、偏涝、偏旱、大旱、重旱六个不同危险水平下的旱涝危险度进行等级划分。

将不同旱涝危险水平下的天津地区进行5等级区划，分别为Ⅰ（高度），Ⅱ（较高度），Ⅲ（中度），Ⅳ（低度），Ⅴ（微度），所得结果见表4：
为使我们的评价及等级划分结果更形象化，结合天津市地图，绘制不同旱涝危险等级下的区划图，如图2，图3所示：
根据图2看出，在重旱危险水平下，大部分地区的危险性处于低度及以下，说明天津大部分地区遭受重旱威胁的可能性很小，不易出现这种极端天气；在偏旱及大旱水平下，大部分地区也处于中度及以下等级，说明大部分地区不会非常频繁地遭受旱灾威胁。

在实际的防旱抗旱工作中，只要积极地做好防御应对措施可以避免旱灾灾情的出现。

但是，值得注意的是，蓟县（D13）在大旱及重旱危险水平下均属于高度，说明这一地区容易遭受程度较为严重的旱灾威胁，应重点加强防旱抗旱工作，降低该区域面对旱灾威胁时的脆弱性，从而抑制大旱灾情的出现。

图3给出了天津各地区遭受不同程度涝灾威胁的可能性。

从图中可以看出，在重涝危险水平下，大部分地区都处于中度及以下危险等级，说明天津地区遭受重涝这种极端天气威胁的可能性也不大。

但值得注意的是，在大涝危险水平下，大部分地区处于中度及以上危险等级，可见天津大部都较容易遭受程度严重的涝灾威胁。

这就提醒我们在防灾减灾或城市建设中要切实做好涝灾防御措施，以防涝灾灾情的出现。

在危险性评估中经常遇到缺乏原始数据，信息量不足的情况，所以如何利用不完备
信息做出尽可能准确的评价是危险性评估的关键。

基于信息扩散理论的评估模型是一种优化利用不完备信息进行评估的技术方法。

本文利用此模型对天津地区旱涝危险性进行评估，得出天津各区/县每年遭受不同程度旱涝危害威胁的可能性。

结果
显示除蓟县比较容易遭受旱灾威胁外，大部分地区遭受旱灾威胁的可能性均不大；但大部分地区却比较容易遭受大涝威胁，这些地区应引起关注。

然而，有“危”不一定成“灾”，因此上述结果并不意味着天津地区不会发生旱灾或一定会发生涝灾。

这要看区域在面对旱涝威胁时，本身抵抗这种威胁的能力大小，即脆弱性。

在面对同样强度灾害威胁的前提下，区域的脆弱性越小，即抵抗这种威胁的能力越强，就不易造成严重的灾情（即发生实际的旱涝灾害），反之亦然。

因此，在下一步工作中，还需要对天津各区/县面对不同强度旱涝危害威胁时的脆弱
性进行具体分析，才能最终确定天津地区的旱涝灾害风险情况。

【相关文献】
[1] 陈奇，李智毅，石怀伦.区域地质灾害危险性评价的思路与基本方法[J].地质力学学报，2004,10（1）：71-80.
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