中国北方沙区城市风沙灾害危险度评价基于遥感地理信息系统和.docx

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中国北方沙区城市风沙灾害危险度评价基于遥感地理信息系统和

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１７卷１期　２００８年２月　

自然

灾

害

学

报　

Ｖｏ．７．．　１１Ｎｏ１

ＪＵＲＮ　　ＴＯＡＬＯＦＮＡＵＲＡ　ＩＡＳＥ　ＬＤＳＴＲＳ

Ｆｅｂ．２０　０８

文章编号：

０４４７（０８０—０５０　１０—５４２０）１０１—６

中国北方沙区城市风沙灾害危险度评价　

——

基于遥感、理信息系统和模型的研究　地

岳耀杰　，王静爱　，易湘生　，史培军４邹学勇４张　峰　，，，　

（．１北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京１０７；．０８５２北京师范大学区域地理研究重点实验室，北京１０７；．０８５３北京师范大学　环境演变与自然灾害教育部重点实验室，北京１０７４地表过程与资源生态国家重点实验室（Ｂ０８５；．ｊ京师范大学）北京１０７），０８５　

摘要：

开展风沙灾害危险度评价研究，对促进中国北方沙区城市的安全与可持续发展具有重要意义。

基于灾害系统理论，构建了城市风沙灾害系统动力学模型，中国北方沙区城市风沙灾害危险度进行　对了评价。

结果表明：

中国北方沙区风沙灾害高危城市主要分布在新疆塔克拉玛干沙漠周边和古尔班　通特沙漠南缘、甘肃省以及宁一陕一蒙３省区接壤区。

重度危险以上的城市共计３５个，占参评城市　的５％，中，１其极度危险的城市有１，２个由西向东依次为乌鲁木齐、田、和中卫、海、头、林、乌包榆通　辽等。

近邻沙源是城市风沙灾害的主要诱因，应该加以重点治理；经济发达城市应该重点保护。

减轻　土壤风蚀的城市周边沙化土地利用格局优化的方法与技术应是防治城市风沙灾害的研究重点。

关键词：

中国北方沙区；城市风沙灾害；险度评价；；危遥感地理信息系统；　模型．

中图分类号：

４５６　Ｐ２．　１文献标识码：

　Ａ

Ｒｉｋａｓｓｍｅ　ｆａｏｉｎｓｎｄｄｉａｔｒｉｃｔｅ　ｎｓｄ　ｒａｓ　ｓｅｓｎｔｏ　ｅｌ　ａ　ｓｓｅ　ｎ　ｉｉｓｉ　ａｙａｅ　ａｎ

ｏ　ｏｔｅｎ　ｆｎｒｈｒＣｈｉａｂａｅ　ｎ　ｎ　ｓｄｏＲＳ，ＧＩ　ｄｍｏｅｓＳａ　ｄｌ　ｎ

ＹＥＹｏｉ一，Ｎ　ｉ　ｉ　，Ｉｉｎ—ｈｎ　，Ｈ　ｅ－ｎ，Ｏ　ｕ—ｏｇ，ＨＮ　ｅｇ－Ｕ　ａ－ｅＷＡＧＪｇａ·Ｙ　ａｇｓｅｇＳＩｉｕ‘ＺＵＸｅｙｎ４ＺＡＧＦｎ　ｊ　ｎ　ＸＰｊ　

（．Ｓｈｏ　ｆｅｇａｈ　ｎ　ｅｔＳｎｉｇＳｉｎｅｅｉｇＮｒａＵｉｅｓｙｅｉｇ１０７，ｈｎ；．ＫｙＬｂｒｔｙｏ　ｅｏｄＧｏｒｈ，１ｃｏｌ　ｏｒｐｙａｄＰｍｏ　ｅｓ　ｃｃ，Ｂｉｎ　ｏｌｎｒｉ，Ｂｉｎ　０８５Ｃｉａ２ｅ　ａｏｏ　ｆｇｎ　ｅｇａｙ　ｏＧｅｎｅｊｍ　ｖｔｊａｒＲｐＢｉｎ　ｏａＵｎｅｉ，Ｂｉｎ　０８５Ｃｉａ３ｅ　ａｏａｒｏＥｎｉｎｎａＣａｇ　ｎ　ａｒｌｉｓｒｏＭｉｉｒ　ｆｄｃｔｎｏＣｉａ　ｅｉｇＮｒｌｉｒｔｅｉｇ１０７，ｈｎ；．ＫｙＬｂｒｔｙｆｖｏｍｅｔ　ｈｅａｄＮｔａＤｓｔ　ｆｎｓｙｏＥｕａｏ　ｆｈ，ｊｍ　ｖｓｙｊｏ　ｒｌｎｕ　ａｅｔｉｎ

Ｂｉｎ　ｏｍａＵｉｒｔ，ｅｉｇ１０７，ｈｎ；．ＳｔＫｙＬｂｒｔｒｏ　ａｔ　ｕｆｅＰｏｅｓｓｎ　ｅｏｒｅＥｏｇ　ｅｉｇＮｒｌｎｖｓｙＢｉｎ　０８５Ｃｉ４ｔｅｅ　ａｏａｙｆｒＳｒｃ　ｒｃｓｅ　ｄＲｓｕｃ　ｃｌｙｊ　ｅｉｊａａ　ｏ　Ｅｈａａｏ

（ｅｉ　ｏｌｎｖｒｔ）Ｂｉｎ　０８５，ｈｎ）ＢｉｎＮｒ　ｉｅｉ，ｅｉｇ１０７Ｃｉ　ｊｇｍａＵｓｙｊａ

ＡｂｔａｔＩｉｓｎｆａｔｏａｓｓｔｅｒｋｏ　ｏａ　ａｄｄｓｓｒ（Ｓ）ｉｃｙｆｒｒａ　ｅｕｔａｄｓｓｉ—ｓｃ：

ｔｓｉｉｃｎｔｓｓｈ　ｓ　ｆｅｌｎｓｎ　ｉｔＡＤｎｉ　　ｂｎｓｃｒｙｎ　ｕｔｎ　ｒ　　ｇｉ　　ｅ　ｉａｉａｅ　ｔｏｕｉ　ａ

ａｌ　ｅｅｏｍｅｔｎｓｎｙａｅ　ｆｎｒｅ　ｈｎ．Ｉ　ｒｓｎ　ｔｄｂｅｄｖｌｐｎ　　ａｄ　Ｉａｏ　ｏｔｒＣｉａｎｐｅｅｔｕｙ．ｔｅｄｎｍｉ　ｄｌｏ　Ｓ　ｎｃｔ　ａ　ｓｂ　ｉ、ｈｎｓｈ　ｙａｃｍｏｅ　ｆＡＤｉ　ｉｗｓｅｔ—ｙａ

ｌｓｅｉｈｄ，ａｄｒｓ　ｆｃｔｓｉ　ｔｄ　ｒａｗａ　ｓｅｓｄｂｓｄｏ　ｓｓｅ　ｙｔｍ　ｅｒＴ　ｅｕｔ　ｈｏｔａ：

ｈ　　ｎ　ｉｋｏ　ｉｉ　ｎｓｕｙａｅ　ｓａｓｓｅ　ａｅ　ｎｄｉａｔｒｓｓｅｔｏｙ．ｈｅｒｓｌｓｓｗ　ｔｉｈｅｈｈｇｉｋｃｔｅ　ｒ　ｉｌ　ｉｔｕｅ　ｎＴａｌｍａａ　ｅｅｔｓｒｏｎｉｇｒｓ　ｉｉｓａｅｍａｎｙｄｓｒｂｔｄｉ　ｋｉｋｎｄｓｒ　ｕｒｕｄｎｓ，ｓｕｔ　ｒｉ　ｆＧｕｂｎｕｎｇ　ｅｅ，Ｇａｓ　ｉｏｈｍａｇｎｏ　ｒａｔｇｕｔｄｓｒｔｎｕＰｒｖｎｅ，ａｄｔｅｃｎｉｕｕ　ｒａ　ｆＮｉｇｉ—ｈａｘ—ｎｅ　ｎｏｉ．Ｓｖｒ　ｓ　ｉｉｓａｅ３ｏｉｃｎ　ｈ　ｏｔｏｓａｅｓｏ　ｎｘａＳａｎｉＩｎｒＭｏｇｌａｇｅｅｅｒｋｃｔ　　５，ａｃｕｔｎ　ｒｉｅｒｃｏｎｉｇｆ　ｏ

５１ｏ　ｅｔｔｌｃｔ　ｕｅ，ｉ　％ｆｔ　ｏａ　ｉｙｎｍｂｒｎｗｈｉｈｔｅｃｔｅ　ｔ　ｘｒｍｅｒｓ　ｒ　２，ｎ　ｒｔｅｆｏｗｅｔｔ　ａｔａｅＵｒ—ｈｃ　　ｉｓｗｉｅｔｅ　ｉｋａｅ１ａｄｆ　ｍ　ｒｍ　ｓ　ｏｅｓ　ｒ　ｕ　ｈｉｈｏｈ

ｍｑ，Ｈｏａｉｔｎ，Ｚｈｎｗｅ，Ｗｕａ，Ｂａｔｕ，Ｙｕｉｏｇｉｈｉｏｏｌｎ，Ｔｏｇｉｏ，ｅｃａｄ　ａｓｉｎｌａｔ．Ｓｎｙｌｎｄ　ｍｍｅｉｔｌ　ｕｏｎｉｇｃｔｅ　ｒ　ｅｄａｅｙｓｒｕｄｎ　ｉｓａｅｔ　ｉｈｍａｎｓｕｃｓｏ　ｉ　ｏｒｅ　ｆＡＳＤ　ｎｄｔ　ｃ　ｒ　ｔｅｔｏ　ｈｕｄｂ　ｉｅａ　ｏｗｈｉｈｍｏｅａｔｎｉｎｓｏｂ　ｅｇｖｎ；ｅｏｏｃｌ　ｅｅｏｄｃｔｅ　ｒ　ｅ　ｒａ　ｏｃｎｍｉａｌｄｖｌｐｅ　ｉｓａｅｋｙａｅｓｔ　ｙｉ

ｂ　ｒｅｔ．Ｍｔｏｓｎ　ｃｎｌｇ　　ｐｉｚ　ｕｏｉｉｇｌｄｕｅｆｉｅ　ｉ　ｅｅｋｙｒｓａｃ　ｂｅｔｏ　ｅｐｏｃｄｅｄ　ｄｔｈｏｙｔｏｔｅｓｒｕｄｎ　ｎ　ｓ　　ｔｓＵｂ　　ｅ　ｅｒｈｓｊｃｆｒｔｅｈａｅｏｏｍｉａａｏｃｉｗｈｔｅｕ　

ｒｄｃｎ　ｏｌｒｓｎａｄｃｍｂｔｇＡＤ．ｅｕｉｇｓｉｅｏｉ　ｎ　ｏａｉ　Ｓ　　ｏｎ

Ｋｅｗｏｄｓｎｙａｅ　ｆｎｒｈｒ　ｉａ；ｕｂｎａｏｉｎｓｎ　ｓｓｅ；ｒｓ　ｓｅｓｎ；ＲＳ；Ｓ；ｍｏｅ　ｙｒｓ：

ａｄ　ｒａｏ　ｏｔｅＣｈｎｎｒａ　ｅｌａ　ａｄｄｉａｔｒｉｋａｓｓｍｅｔＧＩｄｌ

收稿日期：

０７一ｌ—０；修订日期：

０７—１２０１２２０２—２　８

基金项目：

十一五国家科技支撑计划项目（０６Ａ２Ｂ３；２０ＢＤ６０）国家重点基础研究发展规划项目（０６Ｂ０５５　２０Ｃ４００）作者简介：

岳耀杰（９５一）男，博士研究生，主要从事土地利用与生态安全研究．Ｅｍｉ：

ａｊ一ｒ＠１３ｃｒ１７，－ａｌｙｏｉ）ｅ６．ｏ　ｅｕｎ通讯作者：

王静爱，，女教授，—ａｌｑ＠ｂｕｅｕｅ．Ｅｍｉｑｎ．ｄ．ｎ：

ｓ　

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·

ｌ　６·

自

然

灾

害

学

报　

１７卷　

风沙灾害已成为中国北方城市的生态灾难，重影响城市人居环境与可持续发展‘。

中国北方约有７　严１　ＪＯ

个城市，７县（）１２个旗驻地和２　０４００个村庄常年遭受沙尘暴、扬沙和浮尘的侵害。

为了防御风沙危害，一些　城镇不得不设计和实施了工程及生物防沙治沙措施　Ｊ。

近年来，国北方受全球气候变暖影响和水土资　中

源的不合理利用，风沙灾害呈加剧趋势，同时，市化水平也在迅速提高　。

Ｊ城。

城市承载了大量人口与经济　

设施，风沙灾害中暴露出更大脆弱性与易损性。

中国北方沙区城市快速发展与风沙灾害加剧矛盾日趋尖　在

锐，迫切需要防治风沙灾害，为保障沙区城市安全人居环境和经济发展提供良好生态环境条件。

　关于中国北方风沙灾害的研究集中于其成因、源、来时空格局、生频率与发展趋势　及对环境与人　发类健康的影响　”。

特定承灾体的风沙灾害危险性研究，Ｊ目前集中于沙区城镇、路流沙危害评价与控制　公

等个案　’，中国北方沙区尺度上对城市风沙灾害危险度的研究鲜见报道。

在城市灾害危险性研究方　　在面，内主要针对城市地震　、市火灾¨城市台风¨国城　、　以及城市水灾¨险性进行了研究。

而对于城市　　危风沙灾害危险Ｊ除个别小城镇的定点研究以外　－］尚未见在北方沙区尺度上对城市风沙灾害危险度进行　ｌ生，５，

评价的案例。

因此，目前尚不能给出中国北方沙区城市风沙灾害危险度的空间分异规律，而这种信息对确定　

风沙灾害发生的位置、强度和制定切实可行的防灾战略是十分必要。

当前对城镇风沙灾害危险性的评价，主　

要通过风沙实测与气候分析方法计算挟沙风输沙强度，于工程与生物防沙措施的设计，服务缺乏区域间的可　比性。

随着遥感（Ｓ与地理信息系统（Ｉ）Ｒ）ＧＳ科学的发展，城市遥感观测与海量信息管理日趋成熟，使得将城　

市个体特征与区域地理信息结合起来进行城市风沙灾害性评价成为可能。

　本文的目的是在遥感和地理信息系统的支持下，建合理模型（ｏｅ）面评价中国北方沙区城市风　构ｍｄ１全沙灾害危险度，灾害防治提供科学依据，为以促进区域可持续发展。

１研究方法　

１１研究区与数据源　．

中国北方沙区指新疆、内蒙古、海、青甘肃、陕西、宁夏、山西、河北、京、津、宁、林、北天辽吉黑龙江ｌ３个　省、自治区和直辖市范围内的沙区。

约占中国１３９　　０ｋ　７．７ｘ１　ｍ沙化土地面积的８．２，土总面积的　３８％国

１５．１％［７９１３　

。

沙区内有城市６个（中国城市统计年鉴　ｏ５　）　９据《０》。

研究使用的数据有中国沙漠与沙漠化图¨中华人民共和国土壤图空间数据库’中国城市数据库一；　；；　

全国１５—００年的多年平均风速数据集一；国县级行政区划图一；国降水量带图’Ｔ影像（０２９１２０中中；Ｍ２０　

—

２００３年）。

遥感影像处理使用ＥＤＳＩＡＩＥ８５空间数据处理基于ＡＣＧＳ９０平台。

ＲＡ　ＭＧＮ　．，Ｒ／Ｉ　．　依据灾害系统理论　，市　城

１２城市风沙灾害系统分析　．风沙灾害系统中，孕灾环境（）　就是　

干燥、风和沙源丰富的沙区环境，多　

其自然与人文系统的稳定与否决定　了孕灾环境稳定性（）致灾因子　Ｓ；

（　包括沙尘暴、沙与浮尘，强　Ｈ）扬其度表现为致灾因子风险性（；灾　Ｈ）承

体（）是城市及其建筑物、民、Ｈ　就居　生活、产与生态系统，们对致灾　生它

因子的敏感程度表现为承灾体脆弱　性（；市风沙灾害就是　，，　）城　　

图１城市风沙灾害的动力学模型　

Ｆｇ１Ｄｎｍｉｓｍｏｅ　ｆａｏｉｎｓｄｄｓｓｅ　　ｉｅ　ｉ．　ｙａｃ　ｄｌｏ　ｅｌ　ａ　ｉａｔｒｉｃｔｓａｎｎｉ

综合作用的结果，而灾情（　则表现为社会、Ｄ）经济与生态系统的各种损失，包括风沙流对建筑物的磨蚀、对　人身安全的威胁、沙尘对生活环境的污染、及对生产与生态系统的破坏。

要想全面和正确地评价城市风沙灾　害危险度，还要对　，，三者相互作用的动力学过程及影响机制进行分析，　　这有利于提出合理的评价指　标与模型，亦有利于制订符合实际的减灾措施。

基于灾害系统理论、实地考察与遥感资料，构建了城市风沙　

中国科学院科学数据库提供，ｔ：

／ｗ．ｄ．ＣＣ　ｈｔ／ｗｗｓｂａ．ｌｐｌ

国家科学数据共享工程——地球系统科学数据共享网提供，ｗ．ｅｄｔ．ｌｗｗｇｏａＣ　ａｌ

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１期　

岳耀杰等：

中国北方沙区城市风沙灾害危险度评价——基于遥感、地理信息系统和模型的研究　

·７·１　

灾害的动力学模型（１。

图）　城市风沙灾害的发生过程是：

在不稳定的沙区　中，当风速超过沙粒起动风速时，即风沙流形成；　风　沙流经过一段距离的输移（或就地）作用于　，成灾害，形造成Ｄ发生；一过程中，无过渡地带及过渡地　　这有

带的状况对Ｄ的影响甚大。

从中国北方沙区整体来看，　过渡地带从属于干燥、多风与沙源丰富的沙区大环　境；但对一个具体城市而言，它又是城市周边重要的小环境，以认为是城市的附属特征。

就影响机制而言，可　

，　，　

在Ｄ的形成过程中缺一不可，　只不过是在Ｄ大小的发展方面作用不同而已ｌ　２　。

其中，过渡地带　

的状况，如植被覆盖多少、地域的宽广与否、有无河川大山等，Ｄ的形成具有特殊的作用。

从　的角度　对　

看，过渡地带能够阻碍风沙流的输移，从而减轻　的风险性；如从　的角度看，渡带构成了拱卫城市的天　过

然屏障，能够增强抗灾能力，而减轻　的脆弱性。

所以，渡带在很大程度上影响了　，相互作用的强　从过　

度，从而影响Ｄ大小。

可以认为，　干燥、风和沙源丰富是沙区地带性　，渡带则是非地带性的　多过

（１。

从这个角度来看，险度评价应该将区域（）局地（．评价结合起来，能够体现城市风沙灾　图）危　与　）才

害的特点。

从城市风沙灾害防治的角度，渡带也具有重要价值，过一方面它本身就具有阻碍风沙输移的功效，二是　

一

些措施也应该主要在这条带上实施。

不同城市过渡带各具特点，已经成为城市特征的一部分。

所以，无论　

是从灾害评价或灾害防治的观点出发，应该对过渡带进行细致的分析。

目前，都随着ＲＳ的发展，市局地　城

特征遥感识别已成为可能。

１３城市局地特征遥感识别　．

城市局地特征遥感识别的空间范围是以建成区为中心，３ｋ为半径的圆形区域。

特征主要有：

被　以０ｉｎ植覆盖度、沙源与城市的位置关系、距离远近、有无山脉及所处位置、有无河流及所处位置。

这些特征，际上　实反映了沙源与城市之间的区位与影响关系，构成了过渡带的主要因素。

这些因索，也是城市风沙灾害危险度　

评价的重要指标。

　１４指标体系与评价模型　．

根据灾害系统分析，野外调查和已有成果，建了沙区城市风沙灾害危险度评价指标体系。

确定承灾体　构脆弱性采用城市建设区面积（）ｃ与人口（两个指标。

区域性指标（　包括５个：

平均风速（）沙漠化　Ｐ）Ａ）年　、

类型（、Ｄ）土壤类型（ｏ、ｓ）年平均降水（、Ｐ）植被覆盖度（）又分为９个２级指标和１　，４个３级指标。

以上　

这些指标的具体内容及评分方法见文献　］。

局地指标（　包括４：

Ａ）个沙源与城市位置关系（）沙源与城　Ｆ、

．

市距离关系（、　）有无山脉及其位置（）有无河流及其位置（。

参照文献　的方法制定了危险度分值与　　、　）

权重（１。

表）　

表１中国北方沙区城市局地评价指标权重与分值　

Ｔａｌ　　ｅｇｔａｄｓｏｅｏ　ｃｌｅｉｎｌａｓｓｍｅｔｉｄｃｓｂｅ１Ｗｉｈ　ｎ　ｅｒ　ｆｌａ　ｇｏａ　ｓｅｓｎ　ｎｉｅ　ｏｒ

黧　一一　　　骤

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自然

灾

害

学

报　

１７卷　

式中：

Ｄ为危险度；Ｖ为承灾体脆弱性分值。

中，，的通用计算模型为：

其　　　

ｍ　ｎ　

＝

ｌ∑０　０

Ｊ１＝’　

，ｎ１∞）ｍｃ（，）（　，；　１∞）ｃ（　

（）２　

式中：

为第ｉ指标相对于其上一层评价指标的权重；为指标层次；为导致城市风沙灾害的因子个数。

　层ｉ＿『　

危险度算出后，行评分标准化并通过标准偏差方法进行分级，进划分为６个危险度级别：

全（　０—１）　安Ｄ：

５、轻度危险（：

ｌ３）中度危险（３３５）重度危险（　５Ｄ：

５—０、０：

０—０、Ｄ：

０—７）强度危险（：

０—８）极度危险　０、Ｄ５７５、

（：

５一ｌ０。

Ｄ６８０）　

２中国北方沙区城市风沙灾害危险度评价　

２１中国北方沙区城市局地特征类型　．　

基于ＴＭ影像，中国北方沙区６城市进行局地特征识别，到了３大基本类型共８种典型模式（对９个得图　

２。

这些典型模式的提出，）一方面为局地评价指标体系构建提供依据，另一方面也有利于理解不同城市风　

沙灾害危险度差异的原因，而且也可为不同模式城市防沙治沙和防御风沙灾害提供启发。

２２中国北方沙区城市风沙灾害危险度　．　

依据本文提出的指标体系与评价模型，到中国北方沙区城市风沙灾害危险度（３。

得图）　结果表明：

（高危极度危险和强度危险）城市主要分布在新疆塔克拉玛干沙漠周边和古尔班通特沙漠南　缘、甘肃