毕业设计（论文）基于GIS技术的水灾害风险评估与区划的研究—以松花江流域为例.doc

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1、论文分类号：X43密 级：无吉林师范大学毕业论文(设计) 论 文 题 目基于GIS技术水灾害风险评价与区划的研究 以西流松花江流域为例学 院： 旅游与地理科学学院专 业： 地理信息系统学 生 姓 名： 学 号： 201139030138年 级 班： 2011级5班指 导 教 师： 2015年04月20日摘 要据统计，目前水灾害的危害程度仅次于地震给人类生产生活带来的危害。所以，水灾害的预警以及水灾害的防治迫在眉睫。对研究区西流松花江水灾害进行研究其目的在于降低水灾害对人类生产生活带来的不利影响。同时，水灾害发生的频率较高，所以实时的水灾害进行预警、监测和风险评价以及规划有很大意义。本文利用GI

2、S技术，采用了灰色度关联法、相关分析法、层次分析法、加权综合评价法、灰色预测法等复合方法。对研究区西流松花江流域进行研究，对研究区水灾害风险识别和风险分析、风险评价与区划、风险管理对策进行系统的研究。分析影响水灾害的各类因素，得出研究区内各市县发生水灾害的风险指数，最后得到研究区内水灾害发生的可能性。利用研究结果研究区内有关部门进行采取相应的预防手段以及有效的措施。关键词：西流松花江流域；水灾害；GIS技术；风险分析AbstractAccording to statistics, at present the harm of water disaster after the earthquak

3、e the harm done by the human production and living. Study of water disaster research district its aim is to reduce negative influence of water disaster of human production and living. At the same time, the water disaster frequency, so real-time water disaster early warning, monitoring and risk evalu

4、ation and planning has great significance. Using GIS technology, this paper used the gray degree of relation method, correlation analysis, analytic hierarchy process, weighted comprehensive evaluation method, grey forecasting method such as composite method. Study of the west flow Songhua river basi

5、n in the study area, the water in the studied area disaster risk identification and risk analysis, risk assessment and regionalization, risk management countermeasure system is studied. Analysis of various influence factors of water disasters, research in various cities and counties in the risk of w

6、ater disaster index, finally get the possibility of water disaster in the area. Using the research results in the relevant departments to take corresponding prevention methods and effective measures.Key words: Songhua river basin of the west flow; Water disasters; GIS technology; Risk analysis 1引文水灾

7、害是我国最主要自然灾害之一。近年来,由于降雨的时空分布不均匀,全国地区持续性水灾害发生过于频繁,其风险和发生频率一直呈上升趋势。由于水灾害影响范围广泛，在水灾害发生地区，给当地国民经济特别是农业生产以及生态环境以及当地的生产生活等带来很多不利影响。据统计调查显示1960年到2014年之间全国重大自然灾害中水灾害是影响人数最多，造成经济损失最多的自然灾害如表1表1 1960年到2014年全国重大自然灾害损失统计10洪水干旱地震风暴极端气温死亡人数（人）影响人数（万人）经济损失（亿美元）37886353437493128303371672453902768654275077141394201942

8、467211由于水灾害潜在着巨大的风险，本文选取西流松花江流域地区为研究对象,利用水灾害风险分析技术与GIS相关的技术相结合,利用ArcGIS和ERDAS等GIS相关软件，通过对研究区西流松花江地区水灾害风险的分析,利用形成水灾害风险的四个因子:危险性、暴露性、脆弱性 和防灾减灾能力对研究区水灾害进行风险评价与区划。同时模拟水灾害发生时应该做出的相应措施。2研究区概况西流松花江是指嫩江注入前的从正源长白山天池而下流向西北的松花江如图1。西流松花江位于中国东北地区的北部，介于北纬41425138、东经1195213231之间，河流总长约958公里，流域面积约7.34万平方公里，流域内除540.8

9、平方公里面积属辽宁省外，其余都在吉林省境内，涵盖吉林省的安图、敦化、吉林、榆树、扶余等26个市、县。主要支流有头道江、辉发河、鳌龙河和饮马河等。据松花江河口控制站19561979年资料推算，松花江多年平均年径流量162亿立方米，多年平均年径流深209.6毫米。松花江干流水能理论蕴藏量80.29万千瓦，河流落差1556米。 图1松花江流域图 西流松花江流域地处北温带季风气候区，四季分明，夏季温热多雨，冬季寒冷干燥，年内温差较大，多年平均气温在35之间，年内7月温度最高，日平均可达2025，最高曾达40以上；1月温度最低，月平均气温-20以下。3研究方法研究区西流松花江流域，根据宏观地带性概念，借

10、助GIS技术，采用了灰色度关联法、相关分析法、层次分析法、加权综合评价法、灰色预测法等复合方法。对研究区西流松花江流域的水灾害的成灾机制及其过程，水灾害的时空格局及其危害程度评价与区划，水灾害长期预测，水灾害风险评价与区划进行了相关的研究。灰色关联度分析法 是灰色系统分析方法的一种。是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，亦即“灰色关联度”，作为衡量因素间关联程度的一种方法。层次分析法 指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系

11、统方法。相关分析法 相关分析是对两个对等的经济数列，用数学方法测定一个反映它们之间变动的联系程度和联系方向的抽象化数值，即相关系数。灰色预测法 灰色系统所做的预测。所谓灰色系统是介于白色系统和黑箱系统之间的过渡系统，其具体的含义是：如果某一系统的全部信息已知为白色系统，全部信息未知为黑箱系统，部分信息已知，部分信息未知，那么这一系统。加权综合评价法 确定三种效益在综合评比时各自所使用的效益指标，确定各个指标在综合评比中的权重，确定各个指标的计分标准，根据以上规定计算出对比方案各自的分数。4水灾害风险识别和风险分析水灾害的风险分析主要包括风向识别、风险估计和评价分析2。风险分析就是通过对于水灾害

12、的成因，水灾害的特性，利用以往的历史材料以及相关数据，采用模拟实验和数值模拟计算等一系列方法。确定研究区西流松花江流域的水灾害危险程度以及对区域造成的经济损失和对人类生产生活造成的一系列危害及影响。4.1水灾害的诱因分析引发水灾害的原因有很多。例如自然环境和人文环境，地形地质、土壤植被，自然地理因素和人口，财产的分布密度，社会经济发展水平以及土地利用状态等。其中，降雨量的数值和降雨强度是导致水灾害的根本性原因。水灾害的形成，很大一部分是某一时间由于降雨量过多，导致某一区域对过量的水资源无法承受和利用，或者没有及时的处理致使形成了水灾害。一般情况，如果某一地区一日内的降雨量超过100mm，水灾害

13、容易发生。对研究区西流松花江各自动观测点的58月的平均降雨量、降雨的日数和最大降雨量的年变化量如图所示，从图3中可以看出西流松花江三个指标年变化都很大。根据图2对研究区进行相应的等级划分的到表2和表3.图2西流松花江流域水灾害危险性指标年变化 等级100mm日数/d等级范围1234262125162015永吉县、吉林市、蛟河等扶余县、安图市、舒兰市等九台市、桦甸、蛟河、敦化市等长春市、榆树市等 表2研究区降雨量大于100mm的天数等级年降雨量平均值等级范围123414191140519050永吉县、吉林市等扶余县、桦甸、蛟河、舒兰市等九台市、长春市、安图市、敦化市等榆树市等表3研究区年降雨量平

14、均值4.2水灾害影响因素分析水灾害的发生有很多因素，除了以上研究的几个方面外，水灾害的发生还与区域的地形、植被生长状况、地质、土壤等自然因素有关和承灾地区的脆弱性、被害程度等相关的人口、土地利用状态、地域经济结构、社会经济发展的程度等社会因素同样有着密切的关系。水灾害是诱因及其影响因素共同影响的结果，为了对水灾害的发生及其发生后产生的后果进行全局的掌握以及水灾害发生的背景进行更加详实的了解，有必要对研究区西流松花江流域的自然因素和人文因素进一步进行综合分析。由于水灾害是在自然因素和社会因素综合作用的结果，所以在相同的降雨强度和降雨量的同时，对水灾害的影响因素中的地形、土壤、植被、人口密度及其财

15、产分布进行了系统的分析。其中得出的主要结论有：（1）地形 地形的差异对水灾害的强度和类型以及水灾害发生后对灾害的控制都有很大的影响。在海拔100米以下的平原的冲击的平原、三角洲、沙洲等发生水灾害的可能性比较大。（2）土壤 不同的土壤具有不同的渗水能力，在发生水灾害的时候，由于土壤的不同渗水能力进而影响水灾害的强度不同。在低平地的土壤中褐色低地土壤、泥炭性土壤黄色土壤和灰色土壤的渗水能力弱。（3）植被 植被对水灾害有一定的防御作用，由于植被就有一定的保水功能，因此植被密集地区发生水灾害的频率和强度弱于植被稀疏的地区。（4）人口密度及其财产分布 人口密度及其财产分布密集区域，即社会经济发展水平高的

16、地区发生水灾害的可能性和遭受灾害的程度比社会经济发展低的地区大。由于土壤和植被没有获得明确的数据资料，所以就以地形指数和人口密度（人/平方千米）得到图4-4根据地形指数得到的研究区水灾害风险图和图4-5根据人口密度得到的研究区水灾害风险图。（1） 地形指数 是指在海拔0到100米内研究区西流松花江内土地面积和总土地面积的百分比。（2） 人口密度 是指在研究区西流松花江内每平方千米的人口数量。 根据上述计算方法得到图3和图4. 图3研究区地形指数图 图4研究区人口密度图5西流松花江水灾害风险评价与区划5.1水灾害风险评价内容及评价指标体系水灾害风险度是指水灾害对社会经济系统产生的威胁、危害的程度

17、。包括灾害发生的可能性和直接灾害造成的后果。水灾害风险评价主要考虑了以下几个方面的内容：（1） 水灾害潜在的危险性（H）要评价水灾害对社会经济系统带来的威胁与危害程度，首先就要考虑到水灾害潜在的危险性。水灾害潜在危险性是风险评价的基本内容，一般来说，影响潜在危险性的自然因素主要有地形、植被、地质和土壤等。（2） 水灾害的状态及其迁移（S）水灾害的状态是水灾害治灾程度最直接的反应，也是灾害进一步发展的基础，而水灾害的迁移是指水灾害未来的发展和变迁方向是反映水灾害对社会经济发展潜在威胁的重要指标。（3） 区域社会经济发展水平（R）水灾害造成的损失量的大小和被害程度与区域社会经济发展水平密切相关。两

18、者呈线性关系。（4） 区域抗灾能力（RC）区域对灾害的承受能力受区域的自然条件和社会经济条件共同作用。区域抗灾越大，灾害发生的可能性和危害程度就会随之降低，因此水灾害风险度公式： 52水灾害风险度评价模型（1）根据上述水灾害风险度的概念及得出公式的基础采用加权综合评价法，建立了水灾害风险度的评价模型HR（2）水灾害风险度的计算步骤，建立研究区的评价指标的原始数据库并进行定量化，分别计算各指标的权重，最后利用水灾害风险评价模型的公式计算出研究区西流松花江的水灾害风险指数。6水灾害风险评价与风险区域的划分 为了评价水灾害风险程度，首先根据研究区西流松花江水灾害的实际情况和以往的数据，并考虑到水灾害

19、风险度指数的最大值和最小值对研究区西流松花江流域水灾害风险度进行了三级评价，分别将研究区溪流松花江流域内的市县分为中度灾害、轻度灾害、微度灾害，由于研究区内不存在较大的水灾害，所在在灾害等级中省略重度灾害，最后得出结果如下:风险度指数3.002.00-3.992.00等级中度灾害轻度灾害微度灾害 利用水灾害风险度指数值以及水灾害风险度的评价标准得到研究区水灾害风险评价区域划分结果如下：风险度类型风险区范围中度风险永吉县等轻度风险吉林市。蛟河、舒兰、长春、扶余、等微度风险敦化、安图、桦甸、榆树、九台等研究区水灾害风险图8按区域特征来看，研究区如图8结果所示。从图中和研究数据可以看出，吉林市永吉县

20、发生水灾害的可能性比较大，其原因是由于永吉县地处低洼地带，而且土壤属于褐色低地土壤，对于水的渗透能力相对较弱，导致水灾害发生的可能性比较大；而前郭、扶余、伊通、舒兰、蛟河、长春、吉林等水灾害发生频率与次数相对弱于永吉县。前郭、扶余、伊通、舒兰、蛟河由于社会经济发展相对于长春、吉林慢，所以导致防范水灾害的措施不够完善，意识不够深入人心，导致水灾害发生后没有及时的得到有效的措施，导致水灾害的影响和伤害程度最大化；而吉林和长春由于社会经济发展相对较快，人口密度大。因社会经济发展快速，使城市硬质地面过多，水灾害发生时地面渗水能力相对较弱；而其他地区如大安，安图、敦化等地区发生水灾害的可能性相对较弱，是

21、由于其地形相对于研究区平均海拔要高，所以，致使其发生水灾害的可能性相对较低。7水灾害风险管理对策7.1建立水灾害预测、监测、警报、评估系统（1）建立水灾害预测系统 在充分实现建立和完善不同的时空尺度，建立水灾害的长、中、短期预测、预报系统。充分利用现代化的预测技术和雷达、卫星等资料，提高预测水平。（2）建立水灾害检测系统实时监视水灾害征兆和各种参数的变化，从而及早的发现可能的灾害信息，并为灾害研究和信息提供资料，监测水灾害是抗灾减灾工作必不可少的重要环节也是防灾减灾的先导性措施。（3）建立水灾害警报服务系统 建立水灾害警报服务系统即建立各种媒体及远程终端等手段及时将可能发生灾害的预报信息及已经

22、的发生的水灾害传送到各个部门和社会群众视野中。同时，各个部门依据这些信息及时调整和制作各种方案，作为紧急决策的辅助手段，以求最大限度的减轻水灾害给人类生产生活带来的损失。（4）建立水灾害评估系统 对水灾害的损失进行评估是制定防灾抗灾救灾及灾后重建的重要依据。7.2加强防灾减灾能力，逐步实现对水灾害的风险管理水灾害的风险管理是工程措施与非工程措施相结合的管理体制。利用现代先进的科学技术，精确的预测水灾害可能形成的淹没范围，淹没的速度，淹没持续的时间，评估水灾害的损失；利用现代化的水文监测手段和数学计算方式、对即将发生的水灾害进行实时预报，科学的制定调度方案，以减轻水灾害对人类生产生活造成的不利影

23、响；在先进的水灾害预报水平支持下，水库汛期可以不完全受防洪限制水位的约束，可结合短、中、长期水文预报，适当的将部分水积蓄起来，水库承担一定的防灾风险，但有利于实现水资源方面的效益，使之达到整体效益的最大化。 7.3建立基于风险管理体系基础上的水灾害综合管理 根据风向评价结果与风险管理理论，建立综合水灾害风险管理的协调机制和法制体系，建立一个综合性的水灾害风险管理的组织体系和协调部门；建立综合水灾害风险管理机制；建立综合水灾害风险管理法制；制定综合水灾害预案体系。 7.4采取有效的应对水灾害的战略对策7.4.1.建立有效的工程措施（1） 加强河道整治建设和河道管理功能。对河道进行清淤、坏损的地方

24、进行修筑、同时拓宽河道以及清除违章建筑等相应的工程措施。同时加强对河道的管理，严禁破坏河道的行为，在河道的范围内建立相应的阻碍水灾害的建筑物和会影响水灾害稳定、危害河岸管理堤岸安全的活动。 （2） 抓好河堤和海堤的建设，正确处理防洪工程标准的高低与防洪风险度的关系，合理确定不同的防洪标准。要加快海堤达标建设，保护经济区和其他重要保护对象。城镇附近的海堤建设应考虑与环境和交通相结合的可能性。（3） 加强水库达标建设。水库是减弱水灾害的重要工程措施，在减少下游水灾害漫溢的同时，也增加了自身溃垻的可能性，溃垻所造成的危害程度有的时候要强于水灾害所带来的危害。因此，必须在保证水库的防洪安全的同时要发挥

25、其防洪的作用。（4） 智力研究区的水土流失的现象。治理水土流失是减弱和防止水灾害发生的一项重要措施。在重点治理易造成河流、水库淤积和城市地下水堵塞的严重水土流失区的基础上，加强对采石场和砖厂的管理。加强水土保障监督与管理力度，建立健全的水土保障监测制度。同时，对人为造成的水土流失进行处罚，防止新的人为造成的新的水土流失的出现。7.4.2.强化非工程措施（1） 加强教育的宣传力度，增强全民水灾害风险和防灾减灾意识。广泛普及预防理念，通过相应的宣传、培训、教育等不同的方式，对公众进行水灾害风险意识的培养，提高全民防灾减灾的意识。同时，开展防灾法规知识的宣传与教育，采取切实的可行的措施，是各级领导部

26、门，以及广大人民群众认识水灾害的特点，了解防灾减灾的指导思想和对策，全面增强执法人员的综合素质和执法水平。普及防灾知识，提高全民抢险、应急避险和自防自救的能力。（2） 逐步建立水灾害保鲜和水灾害基金、救灾及灾后重建机制。如今存在的救灾和灾后重建政策，主要是政府对受灾区域实行救济，这种方式造成受灾区得到的救灾方式很少，没有太大实际意义，应积极探索并建立多种形式的救灾及灾后重建机制。发挥各部门和社会各方面的力量，解决水灾害带来的不利影响。（3） 制定确保重点地区防灾安全的减灾规划和防御超标准洪预案。各级政府要明确防灾规划在城市发展中的法律地位，向社会公布并进行广泛宣传，建立涉及城市防洪减灾建设的市

27、政建设审查制度，以及市政建设所引起的水灾害加剧的解决措施和制度。制定防灾风险图加强低洼易灾地区开发和管理工作等改进土地利用规划，增强城市绿化用地。8总结本文利用GIS相关技术以及灾害风险评价的相关理论对研究区进行了水灾害风险评价相关的研究。对研究区西流松花江流域采用了灰色关联度法、相关分 析法、和加权综合评价法等相关的方法，对研究区内的水灾害进行实时监测和预警。与此同时，进行水灾害的风险识别与风险分析，得出主要影响研究区的自然因素和社会因素。最后，对研究区进行水灾害的风险评价和区划，得出研究区各市县发生水灾害的风险区划图。根据风险区划图，可以提出对应的防范措施以及相应的指导意见。 参 考 文

28、献 1蒋卫国，李京，武建军等.区域洪水灾害风险评估体系应用与模型.自然灾害学报.2008.062 梁警丹，张继权，周道玮.吉林省生态环境风险评价体系与模型研究.应用基础与工程学报。20063张会，张继权，韩俊山.基于GIS技术的洪涝灾害风险评估与区划研究_以辽河中下游地区为例.自然灾害学报.2005.124陈华丽，陈刚.基于GIS的区域洪水灾害风险评价.人民长江.2003.065刘家福,梁雨华.基于GIS的淮河流域洪水灾害综合风险评价.安徽农业科学.2010.066陈鹏，孙滢月，张立峰，刘家福，杜会石.基于GIS的城市洪水灾害风险评价及时空演变_以哈尔滨市为例.南水北调与水利科技.2014.67路明浩,程先富.洪水灾害风险评价研究综述.四川环境.2010.128陈实,齐淑珍，徐晓伟.哈尔滨市城市洪水灾害风险评价方法.水利科学与经济.2004.029王绍玉，刘佳.城市洪水灾害易损性多属性动态评价.水科学进展.2012.0510刘朝辉,刘高峰，仇蕾.城市洪水灾害损失评估及应用.水利经济.2009.01