喀斯特石漠化灾害预警及其风险评估模型研究

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地球科学进展 第 19 卷
为、而危 及人 类 生 存 的现 象 。作 为 重 要 的 地 质—生 态灾 害，喀 斯特 石 漠 化灾 害 是喀 斯 特 地质 —生 态环 境系统 内部与 外部物质 能量 结构不匹 配与不 协调的 结果。 与其它 灾害 一 样，喀 斯 特石 漠 化 灾 害 具 有孕 灾环境 、致灾因 子、承灾 体、灾 害监测 和预测 、风险度 评估以 及防灾 减灾对策 等灾 害属性和 范畴。 石漠化 作为灾 害未引 起重视的 原因 可能是它 对人类 的直接 影响相 对较小 ，往 往 带 来 间接 影 响。 但 其 危 害 性是 严重的 ，引发连 锁的灾 害效应 ：水土流 失→石 漠化→ 旱涝灾 害加重 →生 态 系 统崩 溃 ，或 者 诱 发 其 它 自然 灾害，如 洪涝、干旱、水 土流失 等。同 时，该灾 害不像 某些自 然灾害 能在 短 期 内消 减 ，而 要 持 续 相 当 长的 时间才能恢复正 常状态，短的几十 年，如 森林的恢 复，长的 数百年 、上千年 ，如土 壤的恢 复。
（1 ．中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550002 ； 2 ．广西师范学院资源与环境科学学院，广西 南宁 530001）
摘 要：喀斯 特石 漠化灾害 是存在 于喀斯 特区的 一种重 要的地 质—生 态灾害 。在 喀 斯特 石漠 化时 空 变化分 析与驱动 机制 诊断的基 础上，进行喀 斯特石 漠化灾害 预警风 险分析 ，设计 喀斯特石 漠化灾 害 预警风 险决策支 持系 统，构建 石漠化 灾害预 警风险 模型，为 喀斯特 石漠化 区的土 地合理利 用和防 灾 减灾提 供科学依 据。 关 键 词：预警 分析；风险评估 ；石漠 化灾害 ；决策支 持系统 中 图分类 号：P642 .25 文 献标识 码：A
青 藏高原 隆升在其 东北 翼诱发的 沙漠化 和黄土 区水土 流失问 题已 引 起 广泛 的 关 注，取 得 了 大 量的 研究成 果，形成 了 一 些 有 效的 治 理 方 案。 而 在 其东 南翼西 南喀斯 特区所诱 发的 地质生态 灾害———石漠 化问题 并未受 到足够的 重视 。喀斯特 石漠化 是土地 荒漠化 的主要 类型 之 一，它 以 脆弱 的 生 态 地 质 环境 为基础 ，以强烈 的人类 活动为 驱动力 ，以土地 生产力 退化为 本质，以 出 现 类 似 荒漠 景 观 为 标 志。 就 其目 前的扩 展速度 和规 模 而 言，对 于人 类 生 存 环 境 的危 害程度并 不亚 于前 两 者，且其 治 理任 务将 更 为艰 巨［1］。本 文在 诊断喀 斯 特石 漠 化 发 生、发 展 过 程和 驱动机 制基础 上，进 行 喀 斯 特 石漠 化 灾 害 预 警 风险 分析，设 计喀斯 特石 漠 化 灾 害 预警 风 险 决 策 支 持系 统，构建 石漠化 灾害预 警风险 模型，为 喀斯特 石漠化 区的土 地合理 利用和防 灾减 灾提供科 学依据 。
Table 1 karst rocky desertification disaster early w arning and risk assessm ent
1 喀斯特石漠化灾害
1 .1 喀 斯特石漠 化 20 世纪 80 年代末到 90 年代初，部分科技工作
者在我国南 方湿润和半湿润地 区的水土 保持工作 中，特别 是在砂 页岩、红 色岩 系和石灰 岩丘陵 山地陡
坡 开垦所 引 起 的 水 土 流 失 研 究 中，提 出 了“石 化”、 “石山荒 漠化”、“石 质 荒 漠化”的 概 念，并 特 别 强 调 石 山荒漠 化是水 土流失 的一个 突出特点 。为了 区别 在 不同岩 性基底 上 所发 育 的 石 漠 化，有 必 要把 岩 溶 地区发生的 该类 现象 称之 为喀 斯特 石漠 化（Karst rocky desertification）。它是指在亚热带脆弱的喀斯 特 环境背 景下，受 不 合 理 社会 经 济 活 动 的 干扰 破 坏 所 造成的 土壤严 重侵蚀 ，基岩大 面积出 露，土地 生产 力 严重下 降，地表 出 现 类 似荒 漠 景 观 的 土 地退 化 过 程［2 。 ，3］
在 景观 尺 度上 ，石漠 化 程度 直 接 反映 在 其地 表 形 态和生 态状 况。 对于 喀 斯 特 石 漠 化而 言 ，基 岩 裸 露率、植被（土被）覆盖率、植被类型 退化程度和土 地 生产力 下降程 度，不仅 具有代 表性和 可操作 性，而 且 是地面 调查和 遥 感技 术 均 较 容 易 获得 的 信 息，各 级石漠化可根据上述 4 个指标的差异来确定。根据 喀 斯特程 度指标 进 行石 漠 化 强 度 分 级，得 出石 漠 化 警 情的严 重程度 ，包 括 自 然灾 害 警 度 和 非 自然 灾 害 警 度（即 石漠化 灾害预 警）。 遵 循统 计 的 完整 性、波 动 的规律 性、监测 的及时 性、预 警的敏感 性等选 择标 准，石漠 化灾 害的 预警 指标 体 系分 为 总体 目 标层 （警情总 指标）、状 态 指 标层（警 兆 指 标）、变 量 指 数 层（警源指标） 3 个等级。总体目标层表达石漠化 灾 害危险 度。石 漠化预 警系统 的指标框 架以状 态指 标 层为预 警单位 ，对 指 标 体系 的 石 漠 化 程 度指 标 层 和 驱动指 标进行 预 警分 析 ，在 此 基 础 上 进 行石 漠 化 灾 害危险 度综合 评 价，为 石漠 化 灾 害 风 险 评估 提 供 基 础，达到 石漠化 预警的 目的。 2 .2 石漠 化灾害的 风险 评估指标 体系
警 情的根 源，是属 于外生 的可控 性较弱 的警源 ，还是 属 于内生 的可控 性较强 的警源 。由警源 到产生 警情 是 一个 过 程，包含 着 警 情的 孕 育、发展 、扩 大 、爆 发。 警 情在爆 发之前 必 有一 定 的 征 兆，分 析 警 兆及 其 报 警 区间便 可预测 预报警 情。如 果说警源 是警情 产生 的 原因，则 警兆就 是 警 源 演变 成 警 情 的 外 部形 态 表 现。依据喀斯特石漠化 系统运行 与发展的 警情区 位 ，识别其 相应的 警度。 通常划 分为五 个警区 范围： 无警（以绿灯表示）、轻警（蓝灯）、中 警（浅 蓝灯）、 重 警（黄 灯）和巨警（红灯）。 根据警 兆 的变 动情 况， 联 系警兆 的报警 区间，参 照警情 的警限 或警情 等级， 运用定性与定量方法分析，一旦有“警”发 生，通过 警 度预报 系统分 析报告“警”的 大小 ，从而 有 的放 矢 地 采取相 应措施 ，减小警 度和防 止警度 的扩大 。 2 .1 .2 石漠 化灾害 的预警 指标体 系
地质 —生态 灾害 是人 类 与 自 然 相 互 作 用，致 使 自然环境系统在演 化变迁过程中 发生某种 异变行
收 稿 日 期 ：2 004 -0 4 -1 0 . * 基金项目：国家自然基金项目“广西喀斯特石漠化灾害风险评估模型研究”（编号：40361002）；广西自然科学基金项目“广西喀斯特 石
第 19 卷 增刊 2004 年 6 月
地球 科学进 展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES
Vo l.19 Suppl. Jun.，2004
文章编 号：1001 -8166（2004）增 -0147 -06
喀斯特石漠化灾害预警及其风险评估模型研究
胡 宝清1，2 ，王世杰1 ，严志 强2 ，覃开贤2 ，李 玲2
石漠 化灾害 风险评 估的目 的就在于 评估和 监测 石 漠化的 演变状 态 与引 起 的 不 良 环 境效 应 ，即 在 喀 斯 特石漠 化预警 分 析的 基 础 上，进 行 灾 害 危险 性 评 价 ，结合易 损性分 析，进 行期望 损失评估 。根据 科学 性 、合理性 、可操 作性和 易于定 量化等原 则构建 石漠 化 的灾害 风险 评估 指 标 体 系。 其 中，石 漠 化的 灾 害 危 险性评 价指标 包括表 征喀斯 特生态环 境系统 脆弱 性 ，即石漠 化灾害 警 情 的 诱发 及 其 制 约 因 素致 灾 因 子指标，以及石漠 化灾害规 模、频 次和密度 评价指 标 ；易损度 分析指 标 是 指 在历 史 上 石 漠 化 灾害 所 造
喀斯 特石漠 化，从时 空尺度 上说，发 生在人 类活 动 较强时 期的亚 热带喀 斯特地 区；从起 因上看 ，是在 潜 在的自 然因素 基 础上 叠 加 人 类 活 动所 致 ，其 发 展 趋 势决定 于人地 关系协 调与否 ；从结果 上看，土 地生 物 产量急 剧降低 ，基岩大 面积裸 露具类 似荒漠 景观； 水 土流失 和旱涝 是 石漠 化 的 直 接 表 现形 式 ，土 壤 侵 蚀 是石漠 化最 直接 的 影 响 因 素。 从 本质 上 看，是 一 种 土地退 化过程 ，石漠化 扩展意 味着生 存环境 丧失。 1 .2 喀斯 特石漠化 灾害
漠化的预警系统研究”（编号：桂科自 0342001－2）资助. 作 者 简 介 ：胡 宝 清（1966－），男 ，博 士（后），副教 授 ，主 要从 事 环 境 地 质 与石 漠 化 问 题 ，土 地 科 学 与 区域 可 持 续 发 展 研 究 .
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增刊 胡 宝清等 ：喀斯特 石漠化 灾害预 警及其 风险评 估模型 研究
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成的社会经济损失基础上，选择物质易损度、经济易 损度、环境易损度和社会易损度 4 类（表 1）。
一级指标 石漠化灾 害危险预
警 指标
承载体易 损性指标

表 1 喀斯特石漠化灾害预警分析与风险评估指标体系
2 喀斯特石漠化灾害预警风险分析
2 .1 石 漠化灾害 的预警 分析 2 .1 .1 石 漠化灾 害的预 警分析 思路
要 构 建一 个 具有 操 作 意义 的 预 警系 统，首 先要 从理论 上解决 建 模 原则 和 方 法 问 题。 一 般地 说 ，预 警系统 必须具备 描 述、解 释、评 价 、预 测 和 对 策 等五 个基本 功能。 针对 喀 斯 特区 实 际 情 况，石 漠 化 灾害 的预警 分析包括 设 计 警 标、明 确 警 情、寻 找警 源 、分 析警兆 和预报 警度等几 个方 面。从喀 斯特石 漠化系 统来看 ，首先选 取和确 定有代 表性的 预警指 标，这主 要由石 漠化分 级程度和 石漠 化驱动组 成。通 过监测 警标，敏 感地反 映预警 对象在 运行中 的异常 状态，并 及时反 馈警情 ，进 而 加 以 控制 。同 时 分 析 产 生 某种