摘 要：本文在近年來研究和實際工作的基礎上，通過對洪澇災害造成損失的影響因素分析和損失定量評估所需的合理空間尺度分析、研究了分別適合于城市和農村的社會經濟資料空間展布方法和基于GIS的社會經濟空間數據庫，以及以此為基礎的洪澇災害損失定量評估模型。模型考慮了城市與農村的差別、受災體的分類、淹沒水深、淹沒歷時，預警時間等因素對洪澇災害損失的影響。模型可以用于洪澇發(fā)生前損失的預估以及洪澇災害發(fā)展過程中的損失評估。
關鍵詞：地理信息系統(tǒng) 空間展布社經數據庫 洪澇災害損失 評估模型
1.引言
我國國土遼闊，自然條件復雜，洪澇災害發(fā)生頻繁。隨著社會經濟的飛速發(fā)展，洪澇災害造成的經濟損失越來越大。1991年直接經濟損失為779.4億元，1994年為1796.5億元，1995年為1653.3億元，1996年為2208.4億元，1998年達到了2550.9億元。洪澇災害已成為我國社會經濟持續(xù)發(fā)展中重要的制約因素之一。表1為我國90年代十年中洪澇災害經濟損失的情況。
表1：中國90年代洪澇災害經濟損失情況表[1]。
年度 洪澇災害經濟損失（單位：億元） 占GDP（%）
當年價 1999年價
1990 239.0 414.2 1.29
1991 779.4 1312.5 3.61
1992 412.4 659.0 1.55
1993 641.7 906.1 1.85
1994 1796.5 2083.9 3.84
1995 1653.3 1669.8 2.83
1996 2208.4 2102.4 3.25
1997 930.1 878.9 1.25
1998 2550.9 2474.4 3.26
1999 930.2 930.2 1.13
10年平均 1214.2 1343.1 2.386
洪澇災害損失評估能夠對各種防洪除澇調度預案進行評估，估算洪水發(fā)展過程中的災害損失，及時為防洪除澇調度方案決策提供參考依據，對發(fā)生災害后基層上報的數據進行審核，科學地指導救災，評價防洪減災行為、防洪工程和非工程措施所發(fā)揮的效益。
我國對洪水災害損失評估的研究開始于80年代末期，在20多年的時間里取得了一些研究成果，如李紀人等人的基于遙感與空間展布式社會經濟數據庫的洪澇災害遙感監(jiān)測評估[2]，王艷艷等人的基于洪水模擬演進的洪澇災害評估[3]，呂娟等人的區(qū)域洪澇災害直接經濟損失評估模型[4]。由于洪澇災害本身具有的時空復雜性, 建立一套普遍適用的洪澇災害損失定量評估模型是當前亟待進行的一項重要工作。洪澇災害的發(fā)生具有空間分布的特性，其損失亦具有空間分布的特性。所以研究洪澇災害本身的分布特性、選擇一種可行的空間尺度、確定社會經濟數據空間展布方法和建立基于空間展布社經數據庫的損失計算評估模型是解決問題的關鍵所在。
2.洪澇災害造成損失的影響因素及其確定
洪澇災害所致?lián)p失的主要影響因素有以下幾個方面：
（1）洪澇災害特征
洪澇災害特征，即受淹范圍、受淹地區(qū)水深和受淹歷時。在災前預評估時通常按調度預案所設的起始條件和邊界條件進行洪水演進，演進模型以GIS為平臺, 可以確定不同時間的受淹范圍和水深的動態(tài)變化。如結合排水條件，還可以估算受淹歷時。在災中或災后可以通過遙感手段準確地確定受淹范圍，也可通過現(xiàn)場調查和各地上報的數據勾畫受淹范圍。受淹范圍與數字高程模型（DEM）疊加后可以得到水深，連續(xù)動態(tài)的監(jiān)測可以得到受淹歷時。
（2）受災體特征
受災體特征，即受淹對象分類。例如農田是水田還是旱田，種的是什么農作物；住房是平房還是多層建筑，是土房還是磚木瓦房；產業(yè)是工礦、建筑、倉儲文教、機關、還是金融等等。在農村主要是按一級土地利用分類為主，視地區(qū)情況擴充到部分二級分類，再賦予必要的屬性數據。在城市情況更加復雜，根據對數據源的研究，采用的是工礦、商業(yè)、交通、通信、建筑、機關、文教、農業(yè)（糧油存儲、種子、農機）、貨運倉儲等八大類。
（3）受災體承災能力
承災能力當然與受災體特征有關。例如農作物無法搬遷，水深與歷時超過一定界限時，就會絕產，但這還與農作物的品種及生長期有關。在有一定預警期的情況下，商業(yè)、文教衛(wèi)生、金融等等還比較容易從一樓向二樓或三樓搬運大部分資產。大多數工業(yè)設備可以搬走或在受淹后除銹涂漆，不至于全部報廢。總之，受災體的承災能力是因物而異，也隨各種條件的變化而變化的。
（4）災前抗洪減災應急措施
災前抗洪減災應急措施，包括工程措施和非工程措施。作為非自然因素的重要部分，與災害造成損失的大小有很大關系。防洪規(guī)劃與大型的工程和非工程措施可以在宏觀上決定災害是否發(fā)生。在災害已經發(fā)生需要估算損失時，也要考慮災前減災應急措施。比較容易量化的是預警時間，即有多少時間來轉移物資和采取實質性的保護措施以減少損失。
（5）洪水流速與水質
洪水進襲時的流速（流速場）和水質（含沙量等）會對造成損失的大小產生影響。目前雖然流速場可以計算，但有關流速與損失間的定量關系的實驗資料與實測資料很少，基本停留在概念上，損失計算模型中還考慮不到這么細。
3.洪澇災害損失評估空間尺度分析
由于洪澇災害損失具有空間分布的特性，所以選擇一個合理的空間尺度顯得非常重要。尺度太小，使得評估結果失去準確性、合理性和可靠性，尺度太大則數據資料量太大，計算太復雜，基礎資料的收集以及更新和維護難于進行。
按我國現(xiàn)行體制統(tǒng)計上報的資料中，在農村地區(qū)社會經濟資料一般統(tǒng)計到縣一級，對城市社會經濟資料則統(tǒng)計到區(qū)一級。這樣級別上的社會經濟統(tǒng)計數據可從國家社會經濟統(tǒng)計年鑒獲取，是權威部門的權威數據。如果直接到縣或區(qū)一級獲取統(tǒng)計數據，則數據精度可再細一個檔次，縣一級可細到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級，區(qū)一級可細到街道辦一級。根據對一些防洪地區(qū)域，如淮河流域、洞庭湖地區(qū)、黑龍江哈爾濱市的研究經驗，這樣的數據量不會太大，可以建立基于GIS的社會經濟空間數據庫進行管理和維護。數據源可以直接通過農調隊或城調隊獲取，以便數據可以經常得到更新，并且能夠保證數據的準確性和權威性。由于社會經濟統(tǒng)計數據在基礎行政統(tǒng)計單元內沒有進一步考慮其空間分布，所以在使用基礎行政統(tǒng)計單元內社會經濟數據時還需考慮如何將數據合理展布在行政統(tǒng)計單元空間上，下一節(jié)將對此作詳細論述。
洪水特性（水深）的空間尺度問題與地理的空間尺度是相關的。在1：1萬的DEM上，通過高程點的插值，能夠達到0.5米的高程間隔；1：2000的DEM高程間隔能夠達到0.2米。洪水的淹沒范圍一般是不規(guī)則的，與行政界線是不重合的，洪水可能只淹沒村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)的一部分，而社會經濟數據是按行政單元統(tǒng)計的。這就涉及到如何將洪水淹沒范圍和該淹沒范圍內社會經濟數據關聯(lián)進行洪澇災害損失評估的問題。為了將洪水淹沒范圍和該淹沒范圍內社會經濟數據進行關聯(lián)，我們提出了單元格網的思路。首先對洪水淹沒范圍作離散化處理，得到洪水特性格網，在一個洪水特性網格單元內，近似認為水深是相等的。目前能夠比較有效獲取洪水淹沒范圍的方式有兩種：一是通過遙感影像提取洪水淹沒范圍；二是通過洪水演進獲得淹沒范圍。對于第一種情況是將淹沒范圍疊加DEM后，根據水深分布的變化情況確定單元格網的大小進行離散化處理得到洪水特性網格。對于第二種情況可以直接使用洪水模擬演進計算網格作為洪水特性網格。在得到洪水特性網格后，將洪水特性網格與社會經濟數據最小統(tǒng)計單元行政界疊加得到可以進行洪澇災害損失計算的格網，稱之為洪水損失計算網格，在該網格內水深和各社會經濟指標都近似為均勻分布。
4.社會經濟數據空間展布方法
由統(tǒng)計部門獲得的統(tǒng)計資料并不能準確詳細地反映基本統(tǒng)計單元內部社會經濟數據的在空間上的分布狀況，在進行洪澇災害損失評估時需要對其作更進一步的空間展布處理，使之適合于災損計算模型。所以社會經濟資料的空間展布合理與否，直接影響災損計算結果的精度。
4.1社會經濟數據空間分布特性
社會經濟統(tǒng)計數據往往是一個統(tǒng)計單元內的匯總或均值，而實際上統(tǒng)計單元內社會經濟數據在空間上的分布是不均勻的，社會經濟指標可以看作分布在二維空間上的分布密度，如式（1）所示，
（1）
式中：b-為分布在二維空間上的一個分布密度；
b(x，y)-為分布在二維空間上的一個分布密度函數；
x，y-為所在的空間位置。
則在一定范圍內社會經濟指標的數量可以由式（2）求出。
（2）
式中：B-為一定范圍內社會經濟指標的數量；
b(x,y)-社會經濟指標空間分布密度函數；
A-為空間范圍。
要確定一定范圍內的社會經濟指標數量，關鍵在于確定該范圍內的社會經濟指標分布密度函數，真正的空間分布密度函數實際上是不可獲取的，能做的只是近似或逐步的逼近。通常的做法是通過典型區(qū)域的詳細調查獲取，再外延到其他相似地區(qū)。但對于大范圍的洪澇災害損失評估，這種外延往往滿足不了精度和合理性的要求。比較好的方法是借助遙感和GIS技術，通過對社會經濟數據的空間展布來獲取社會經濟數據的空間分布密度。隨著遙感技術的發(fā)展，遙感影像的分辨率越來越高，通過這種手段對社會經濟數據進行空間展布是一種有效的手段。
4.2社會經濟數據空間展布方法
遙感和GIS是空間信息獲取和分析的強有力的工具。
目前通過遙感技術可以比較經濟、快速、準確地獲取的土地利用信息可以達到二級甚至三級分類，但與災情評估有關的信息主要有：
（1）居民地分布，進一步細分為城鎮(zhèn)居民地和農村居民地；
（2）工礦用地分布；
（3）耕地分布：進一步細分為水田和旱地，以及平原或丘陵水田或旱田；
（4）水體分布：進一步分為人工養(yǎng)殖魚塘和自然水系；
（5）草地分布；
（6）林地分布；
（7）其他用地類型分布；
為了近似獲取社會經濟數據的空間分布，利用GIS空間分析模塊將遙感獲取的土地利用類型信息與行政界疊加獲得每一個行政范圍內的土地利用信息，這為行政統(tǒng)計范圍內社會經濟數據的空間展布提供了重要的空間分布信息。
以人口為例，將城鎮(zhèn)居民地和農村居民地分開，將農業(yè)人口在農村居民地上展布，將非農業(yè)人口在城鎮(zhèn)居民地上展布，所得的人口空間分布密度更接近真實的空間分布密度值，計算公式（3）如下：
（3）
式中：Di-為區(qū)域i的居民地農業(yè)或非農業(yè)人口密度；
Pi-為區(qū)域i的農業(yè)人口或非農業(yè)人口；
Ai-為區(qū)域i的面積。
其他社會經濟指標可以相類似處理，例如家庭財產，房屋間數等可以在居民地類型上展布；工礦固定資產和產值可以在工礦用地類型上展布；農業(yè)產值可以在耕地類型上展布等；一些在空間位置上不是十分明顯的經濟指標可按人口在居民地上展布。
獲得社會經濟數據的空間分布密度后可以根據式（2）的近似計算式，計算某一區(qū)域內的社會經濟指標，見式（4）。
（4）
式中：Bj-j類社會經濟指標；
bij-i區(qū)域j類社會經濟指標的分布密度；
Ai-i區(qū)域的面積.。
4.3社會經濟數據空間展布的精度分析
按照上述社會經濟數據空間展布方法，各種類型的社會經濟數據都可以按不同的土地利用類型展布到空間上，但其精度和可靠性有多高，這是我們需要考慮的問題。一般來說，利用RS與GIS技術的社會經濟數據空間展布方法所獲得的社會經濟數據空間分布密度其準確性和可靠性取決于統(tǒng)計數據的準確性和用于土地利用分類的遙感影像數據的精度和現(xiàn)勢性。統(tǒng)計數據來自權威部門，我們可以認為它是相對準確的；遙感影像的精度則隨著技術的進步，空間分別率越來越高，社會經濟數據可以落實到每一塊圖斑；對遙感影像現(xiàn)勢性問題，由于數據源迅速增加，遙感影像獲取的渠道比較多，獲取的遙感影像基本上可以滿足土地利用現(xiàn)勢性的要求。因此社會經濟數據空間展布的精度可以達到實用的要求
5.洪澇災害損失定量評估模型的建立
基于空間展布社經數據庫的洪澇災害損失定量評估模型主要考慮不同行業(yè)固定資產的損失和停工停產造成的產值損失（沒有產值的單位通過職工工資計算），固定資產的損失通過考慮分行業(yè)的固定資產損失率來確定，產值的損失則是通過淹沒歷時計算由于停工停產造成的損失。
5.1財產的分類
不同經濟門類的洪澇災害損失特性是有差異的，為了與洪澇災害損失率分析相配合，保持評估結果的可靠性與準確性，需要將社會經濟資料分類，分類時將農村與城市分開考慮，農村主要考慮農林牧副漁等行業(yè)；城市主要考慮工商、工礦企業(yè)等行業(yè)的分類，體系劃分如表2：
表2 行業(yè)及經濟指標分類表
區(qū)域 行業(yè)分類 經濟指標
農村 農作物 產值
林業(yè) 產值
水產業(yè) 產值
畜牧業(yè) 產值
工程設施 建設維護資金投入
私人財產 資產
其它 資產
城鎮(zhèn) 商業(yè) 資產、營業(yè)收入
交通 資產、產值
郵電 資產、營業(yè)收入
建筑 資產、產值
機關事業(yè) 資產、職工收入
文教衛(wèi)生 資產、營業(yè)收入
糧油存儲 資產、營業(yè)收入
貨運倉儲 資產、產值
農機部門 資產、營業(yè)收入
工礦企業(yè) 資產、產值
居民財產 資產
其它 資產
5.2評估模型
本文采用的洪澇災害經濟損失評估模型是在相對準確的社會經濟資料空間展布的基礎上進行的一種精細評估模式，通過空間的匹配進行分區(qū)分行業(yè)的損失評估，并考慮水深、淹沒歷時、以及以預警時間體現(xiàn)的抗洪搶險行為的力度等。洪澇災害經濟損失評估模型如下：
（5）
式中：
i,j,k,m,n-分別為洪水單元號、行業(yè)序號、水深級別、淹沒歷時等級、預警時間等級；
δi-洪水單元類型系數，其值滿足下式；
單元類型為耕地、居民地、城市用地等
單元類型為其他（包括未利用土地和原水體等）
Aij-為第I洪水單元、第j行業(yè)固定資產數；
ηjkm-第j行業(yè)、第k級水深、第m級淹沒歷時損失率；
Yjn-第j行業(yè)、第n級預警時間損失率折扣系數；
Bij-為第I洪水單元、第j行業(yè)年產值；
Days-淹沒時間天數。
模型計算中關鍵的兩個問題是社會經濟數據與洪水損失計算網格的空間匹配和資產損失率的確定問題上。前面已經提到洪水損失計算網格的空間尺度一般要比社會經濟的空間尺度�。ê樗畵p失計算網格一般小于村或居委會的范圍），洪水損失計算網格是損失計算的最小網格，所以在進行洪澇災害損失計算時，需要通過空間的位置分析，得出該網格在空間位置上屬于哪一個社經資料數據的展布單元，從而取得社會經濟信息，再根據不同行業(yè)的在不同洪水特性下的損失率計算出洪澇災害損失。
在洪澇災害發(fā)生之前的預警時間內，通過防洪搶險救災措施（堤防的加固，潰口的堵截，水流疏導，排澇泵站的運用，人員物資的調配、貨物的轉移等）的實施，可以減少洪澇災害的損失，在洪澇災害損失率的反映上則使損失率減少。隨著預警時間的延長，洪澇災害損失減少也多。所以在處理這個影響因素時，考慮給予損失率一個折扣系數，該折扣系數考慮不同的經濟門類和不同預警時間的影響。
要準確地確定這些因素對損失率的影向，以及一定預警時間下?lián)p失率一個折扣系數準確取值，是一個需要進一步研究的問題.
5.4損失評估模型對洪澇災害發(fā)展過程的損失評估的考慮
洪澇災害損失評估模型可以確定洪澇所造成的災害損失，為防洪規(guī)劃和防汛指揮決策提供依據。洪澇災害發(fā)展過程中的損失評估能夠為洪水發(fā)生過程中的防洪搶險和補救措施的實施提供更好的決策依據。
洪水演進模型可以確定洪水的發(fā)展演進過程，如何根據洪水的發(fā)展演進過程確定洪澇災害損失的發(fā)展過程，基于空間展布式社會經濟數據庫的洪澇災害損失定量評估模型考慮到了這一應用需求。在模型設計時將展布了社會經濟數據的社會經濟格網和洪水損失計算格網分開存放，洪水演進模型劃分的網格作為洪水特性網格，由洪水特性格網得到洪水損失計算格網。所以要作洪澇災害發(fā)展過程中的實時評估，只需跟蹤洪水演進模型的演進過程實時更新洪水損失計算格網中的洪水特性，再調用損失計算模型，就可以得到每一個洪水演進時段的洪水損失，即為洪澇災害發(fā)展過程的損失。
對洪澇災害發(fā)展過程中，通過遙感動態(tài)監(jiān)測獲取的實際淹沒過程，通過調用洪澇災害損失評估模型，亦可得到洪澇災害損失的實時發(fā)展過程。
6.實例研究
洪澇災害損失評估模型應用于計算哈爾濱市的某一洪水年的災害損失，該年哈爾濱濱市的洪水狀況通過洪水演進模型計算得到（選取洪水演進20小時的結果），淹沒區(qū)水深通過不同顏色反映.
洪澇災害損失計算結果見表3。
表3：洪澇災害損失計算結果與統(tǒng)計數據對比表
指標 值 單位
統(tǒng)計數據 受淹總面積 262.0 (平方公里)
受淹區(qū)總戶數 8139 (戶)
受淹區(qū)總人口 27266 (人)
耕地面積 46003 (畝)
房屋間數 24406 (間)
受淹區(qū)固定資產 14.5 (萬元)
受淹區(qū)產業(yè)部門年產值 47451.1 (萬元)
受淹區(qū)農業(yè)總產值 12492.0 (萬元)
洪澇災害經濟損失計算結果 受淹區(qū)固定資產損失值 5.0 (萬元)
受淹區(qū)年產值損失值 130.0 (萬元)
農業(yè)減產損失 3666.0 (萬元)
總經濟損失值 3801.0 (萬元)
與社會經濟統(tǒng)計數據相比較，計算結果與該區(qū)域內的社會經濟數據吻合較好，說明模型計算有一定的準確性和合理性。
7.結論
洪澇災害的損失評估一直是一個難度較大的問題，也是一個亟待解決的問題，以基于遙感和GIS技術建立的空間展布式社會經濟數據庫為核心的洪澇災害損失評估模型的建立為該問題提供了一個答案，盡管還存在象損失率的確定這樣需要進一步研究的問題，但已經從理論和方法上建立起了一套體系。整個系統(tǒng)以GIS為集成平臺，具有強大的空間分析功能。本文所做的研究工作有以下幾點結論：
（1）合理的空間尺度既保證了評估結果準確性和可靠性，也使得基礎資料的更新和維護易于進行；
（2）引進了洪水損失計算網格的思路，基本確定了基于空間展布式社會經濟數據庫的洪澇災害損失評估模式；
（3）基于遙感和GIS的社會經濟資料數據空間展布方法考慮了社會數據在空間上的分布，通過考慮各種社會經濟數據的空間分布特性，可以較真實地獲取社會經濟數據空間分布密度。
（4）建立了基于空間展布式社會經濟數據庫的的洪澇災害損失定量評估模型，該模型考慮的因素全面合理，遺留的主要問題是無實際資料情況下?lián)p失率的確定，這也是目前所需要進一步深入研究的問題。
（5）評估模型基本解決了以往只能定性評估洪澇災害損失的問題，具有較好的合理性和較高的實用性，并且能夠與洪水演進模型和遙感實時監(jiān)測等手段結合起來評估洪澇災害損失及其發(fā)展過程。
