摘要：本文在近年来研究和实际工作的基础上，通过对洪涝灾害造成损失的影响因素分析和损失定量评估所需的合理空间尺度分析、研究了分别适合于城市和农村的社会经济资料空间展布方法和基于GIS的社会经济空间数据库，以及以此为基础的洪涝灾害损失定量评估模型。模型考虑了城市与农村的差别、受灾体的分类、淹没水深、淹没历时，预警时间等因素对洪涝灾害损失的影响。模型可以用于洪涝发生前损失的预估以及洪涝灾害发展过程中的损失评估。
关键词：地理信息系统 空间展布社经数据库 洪涝灾害损失 评估模型
1.引言
我国国土辽阔，自然条件复杂，洪涝灾害发生频繁。随着社会经济的飞速发展，洪涝灾害造成的经济损失越来越大。1991年直接经济损失为779.4亿元，1994年为1796.5亿元，1995年为1653.3亿元，1996年为2208.4亿元，1998年达到了2550.9亿元。洪涝灾害已成为我国社会经济持续发展中重要的制约因素之一。表1为我国90年代十年中洪涝灾害经济损失的情况。
表1：中国90年代洪涝灾害经济损失情况表[1]。
年度 洪涝灾害经济损失（单位：亿元） 占GDP（%）
当年价 1999年价
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
洪涝灾害损失评估能够对各种防洪除涝调度预案进行评估，估算洪水发展过程中的灾害损失，及时为防洪除涝调度方案决策提供参考依据，对发生灾害后基层上报的数据进行审核，科学地指导救灾，评价防洪减灾行为、防洪工程和非工程措施所发挥的效益。
我国对洪水灾害损失评估的研究开始于80年代末期，在20多年的时间里取得了一些研究成果，如李纪人等人的基于遥感与空间展布式社会经济数据库的洪涝灾害遥感监测评估[2]，王艳艳等人的基于洪水模拟演进的洪涝灾害评估[3]，吕娟等人的区域洪涝灾害直接经济损失评估模型[4]。由于洪涝灾害本身具有的时空复杂性, 建立一套普遍适用的洪涝灾害损失定量评估模型是当前亟待进行的一项重要工作。洪涝灾害的发生具有空间分布的特性，其损失亦具有空间分布的特性。所以研究洪涝灾害本身的分布特性、选择一种可行的空间尺度、确定社会经济数据空间展布方法和建立基于空间展布社经数据库的损失计算评估模型是解决问题的关键所在。
2.洪涝灾害造成损失的影响因素及其确定
洪涝灾害所致损失的主要影响因素有以下几个方面：
（1）洪涝灾害特征
洪涝灾害特征，即受淹范围、受淹地区水深和受淹历时。在灾前预评估时通常按调度预案所设的起始条件和边界条件进行洪水演进，演进模型以GIS为平台, 可以确定不同时间的受淹范围和水深的动态变化。如结合排水条件，还可以估算受淹历时。在灾中或灾后可以通过遥感手段准确地确定受淹范围，也可通过现场调查和各地上报的数据勾画受淹范围。受淹范围与数字高程模型（DEM）叠加后可以得到水深，连续动态的监测可以得到受淹历时。
（2）受灾体特征
受灾体特征，即受淹对象分类。例如农田是水田还是旱田，种的是什么农作物；住房是平房还是多层建筑，是土房还是砖木瓦房；产业是工矿、建筑、仓储文教、机关、还是金融等等。在农村主要是按一级土地利用分类为主，视地区情况扩充到部分二级分类，再赋予必要的属性数据。在城市情况更加复杂，根据对数据源的研究，采用的是工矿、商业、交通、通信、建筑、机关、文教、农业（粮油存储、种子、农机）、货运仓储等八大类。
（3）受灾体承灾能力
承灾能力当然与受灾体特征有关。例如农作物无法搬迁，水深与历时超过一定界限时，就会绝产，但这还与农作物的品种及生长期有关。在有一定预警期的情况下，商业、文教卫生、金融等等还比较容易从一楼向二楼或三楼搬运大部分资产。大多数工业设备可以搬走或在受淹后除锈涂漆，不至于全部报废。总之，受灾体的承灾能力是因物而异，也随各种条件的变化而变化的。
（4）灾前抗洪减灾应急措施
灾前抗洪减灾应急措施，包括工程措施和非工程措施。作为非自然因素的重要部分，与灾害造成损失的大小有很大关系。防洪规划与大型的工程和非工程措施可以在宏观上决定灾害是否发生。在灾害已经发生需要估算损失时，也要考虑灾前减灾应急措施。比较容易量化的是预警时间，即有多少时间来转移物资和采取实质性的保护措施以减少损失。
（5）洪水流速与水质
洪水进袭时的流速（流速场）和水质（含沙量等）会对造成损失的大小产生影响。目前虽然流速场可以计算，但有关流速与损失间的定量关系的实验资料与实测资料很少，基本停留在概念上，损失计算模型中还考虑不到这么细。
3.洪涝灾害损失评估空间尺度分析
由于洪涝灾害损失具有空间分布的特性，所以选择一个合理的空间尺度显得非常重要。尺度太小，使得评估结果失去准确性、合理性和可靠性，尺度太大则数据资料量太大，计算太复杂，基础资料的收集以及更新和维护难于进行。
按我国现行体制统计上报的资料中，在农村地区社会经济资料一般统计到县一级，对城市社会经济资料则统计到区一级。这样级别上的社会经济统计数据可从国家社会经济统计年鉴获取，是权威部门的权威数据。如果直接到县或区一级获取统计数据，则数据精度可再细一个档次，县一级可细到乡镇一级，区一级可细到街道办一级。根据对一些防洪地区域，如淮河流域、洞庭湖地区、黑龙江哈尔滨市的研究经验，这样的数据量不会太大，可以建立基于GIS的社会经济空间数据库进行管理和维护。数据源可以直接通过农调队或城调队获取，以便数据可以经常得到更新，并且能够保证数据的准确性和权威性。由于社会经济统计数据在基础行政统计单元内没有进一步考虑其空间分布，所以在使用基础行政统计单元内社会经济数据时还需考虑如何将数据合理展布在行政统计单元空间上，下一节将对此作详细论述。
洪水特性（水深）的空间尺度问题与地理的空间尺度是相关的。在1：1万的DEM上，通过高程点的插值，能够达到0.5米的高程间隔；1：2000的DEM高程间隔能够达到0.2米。洪水的淹没范围一般是不规则的，与行政界线是不重合的，洪水可能只淹没村或乡镇的一部分，而社会经济数据是按行政单元统计的。这就涉及到如何将洪水淹没范围和该淹没范围内社会经济数据关联进行洪涝灾害损失评估的问题。为了将洪水淹没范围和该淹没范围内社会经济数据进行关联，我们提出了单元格网的思路。首先对洪水淹没范围作离散化处理，得到洪水特性格网，在一个洪水特性网格单元内，近似认为水深是相等的。目前能够比较有效获取洪水淹没范围的方式有两种：一是通过遥感影像提取洪水淹没范围；二是通过洪水演进获得淹没范围。对于第一种情况是将淹没范围叠加DEM后，根据水深分布的变化情况确定单元格网的大小进行离散化处理得到洪水特性网格。对于第二种情况可以直接使用洪水模拟演进计算网格作为洪水特性网格。在得到洪水特性网格后，将洪水特性网格与社会经济数据最小统计单元行政界叠加得到可以进行洪涝灾害损失计算的格网，称之为洪水损失计算网格，在该网格内水深和各社会经济指标都近似为均匀分布。
4.社会经济数据空间展布方法
由统计部门获得的统计资料并不能准确详细地反映基本统计单元内部社会经济数据的在空间上的分布状况，在进行洪涝灾害损失评估时需要对其作更进一步的空间展布处理，使之适合于灾损计算模型。所以社会经济资料的空间展布合理与否，直接影响灾损计算结果的精度。
4.1社会经济数据空间分布特性
社会经济统计数据往往是一个统计单元内的汇总或均值，而实际上统计单元内社会经济数据在空间上的分布是不均匀的，社会经济指标可以看作分布在二维空间上的分布密度，如式（1）所示，
（1）
式中：b-为分布在二维空间上的一个分布密度；
b(x，y)-为分布在二维空间上的一个分布密度函数；
x，y-为所在的空间位置。
则在一定范围内社会经济指标的数量可以由式（2）求出。
式中：B-为一定范围内社会经济指标的数量；
b(x,y)-社会经济指标空间分布密度函数；
A-为空间范围。
要确定一定范围内的社会经济指标数量，关键在于确定该范围内的社会经济指标分布密度函数，真正的空间分布密度函数实际上是不可获取的，能做的只是近似或逐步的逼近。通常的做法是通过典型区域的详细调查获取，再外延到其他相似地区。但对于大范围的洪涝灾害损失评估，这种外延往往满足不了精度和合理性的要求。比较好的方法是借助遥感和GIS技术，通过对社会经济数据的空间展布来获取社会经济数据的空间分布密度。随着遥感技术的发展，遥感影像的分辨率越来越高，通过这种手段对社会经济数据进行空间展布是一种有效的手段。
4.2社会经济数据空间展布方法
遥感和GIS是空间信息获取和分析的强有力的工具。
目前通过遥感技术可以比较经济、快速、准确地获取的土地利用信息可以达到二级甚至三级分类，但与灾情评估有关的信息主要有：
（1）居民地分布，进一步细分为城镇居民地和农村居民地；
（2）工矿用地分布；
（3）耕地分布：进一步细分为水田和旱地，以及平原或丘陵水田或旱田；
（4）水体分布：进一步分为人工养殖鱼塘和自然水系；
（5）草地分布；
（6）林地分布；
（7）其他用地类型分布；
为了近似获取社会经济数据的空间分布，利用GIS空间分析模块将遥感获取的土地利用类型信息与行政界叠加获得每一个行政范围内的土地利用信息，这为行政统计范围内社会经济数据的空间展布提供了重要的空间分布信息。
以人口为例，将城镇居民地和农村居民地分开，将农业人口在农村居民地上展布，将非农业人口在城镇居民地上展布，所得的人口空间分布密度更接近真实的空间分布密度值，计算公式（3）如下：
（3）
式中：Di-为区域i的居民地农业或非农业人口密度；
Pi-为区域i的农业人口或非农业人口；
Ai-为区域i的面积。
其他社会经济指标可以相类似处理，例如家庭财产，房屋间数等可以在居民地类型上展布；工矿固定资产和产值可以在工矿用地类型上展布；农业产值可以在耕地类型上展布等；一些在空间位置上不是十分明显的经济指标可按人口在居民地上展布。
获得社会经济数据的空间分布密度后可以根据式（2）的近似计算式，计算某一区域内的社会经济指标，见式（4）。
式中：Bj-j类社会经济指标；
bij-i区域j类社会经济指标的分布密度；
Ai-i区域的面积.。
4.3社会经济数据空间展布的精度分析
按照上述社会经济数据空间展布方法，各种类型的社会经济数据都可以按不同的土地利用类型展布到空间上，但其精度和可靠性有多高，这是我们需要考虑的问题。一般来说，利用RS与GIS技术的社会经济数据空间展布方法所获得的社会经济数据空间分布密度其准确性和可靠性取决于统计数据的准确性和用于土地利用分类的遥感影像数据的精度和现势性。统计数据来自权威部门，我们可以认为它是相对准确的；遥感影像的精度则随着技术的进步，空间分别率越来越高，社会经济数据可以落实到每一块图斑；对遥感影像现势性问题，由于数据源迅速增加，遥感影像获取的渠道比较多，获取的遥感影像基本上可以满足土地利用现势性的要求。因此社会经济数据空间展布的精度可以达到实用的要求
5.洪涝灾害损失定量评估模型的建立
基于空间展布社经数据库的洪涝灾害损失定量评估模型主要考虑不同行业固定资产的损失和停工停产造成的产值损失（没有产值的单位通过职工工资计算），固定资产的损失通过考虑分行业的固定资产损失率来确定，产值的损失则是通过淹没历时计算由于停工停产造成的损失。
5.1财产的分类
不同经济门类的洪涝灾害损失特性是有差异的，为了与洪涝灾害损失率分析相配合，保持评估结果的可靠性与准确性，需要将社会经济资料分类，分类时将农村与城市分开考虑，农村主要考虑农林牧副渔等行业；城市主要考虑工商、工矿企业等行业的分类，体系划分如表2：
表2 行业及经济指标分类表
区域 行业分类 经济指标
农村 农作物 产值
林业 产值
水产业 产值
畜牧业 产值
工程设施 建设维护资金投入
私人财产 资产
其它 资产
城镇 商业 资产、营业收入
交通 资产、产值
邮电 资产、营业收入
建筑 资产、产值
机关事业 资产、职工收入
文教卫生 资产、营业收入
粮油存储 资产、营业收入
货运仓储 资产、产值
农机部门 资产、营业收入
工矿企业 资产、产值
居民财产 资产
其它 资产
5.2评估模型
本文采用的洪涝灾害经济损失评估模型是在相对准确的社会经济资料空间展布的基础上进行的一种精细评估模式，通过空间的匹配进行分区分行业的损失评估，并考虑水深、淹没历时、以及以预警时间体现的抗洪抢险行为的力度等。洪涝灾害经济损失评估模型如下：
式中：
i,j,k,m,n-分别为洪水单元号、行业序号、水深级别、淹没历时等级、预警时间等级；
δi-洪水单元类型系数，其值满足下式；
单元类型为耕地、居民地、城市用地等
单元类型为其他（包括未利用土地和原水体等）
Aij-为第I洪水单元、第j行业固定资产数；
ηjkm-第j行业、第k级水深、第m级淹没历时损失率；
Yjn-第j行业、第n级预警时间损失率折扣系数；
Bij-为第I洪水单元、第j行业年产值；
Days-淹没时间天数。
模型计算中关键的两个问题是社会经济数据与洪水损失计算网格的空间匹配和资产损失率的确定问题上。前面已经提到洪水损失计算网格的空间尺度一般要比社会经济的空间尺度小（洪水损失计算网格一般小于村或居委会的范围），洪水损失计算网格是损失计算的最小网格，所以在进行洪涝灾害损失计算时，需要通过空间的位置分析，得出该网格在空间位置上属于哪一个社经资料数据的展布单元，从而取得社会经济信息，再根据不同行业的在不同洪水特性下的损失率计算出洪涝灾害损失。
在洪涝灾害发生之前的预警时间内，通过防洪抢险救灾措施（堤防的加固，溃口的堵截，水流疏导，排涝泵站的运用，人员物资的调配、货物的转移等）的实施，可以减少洪涝灾害的损失，在洪涝灾害损失率的反映上则使损失率减少。随着预警时间的延长，洪涝灾害损失减少也多。所以在处理这个影响因素时，考虑给予损失率一个折扣系数，该折扣系数考虑不同的经济门类和不同预警时间的影响。
要准确地确定这些因素对损失率的影向，以及一定预警时间下损失率一个折扣系数准确取值，是一个需要进一步研究的问题.
5.4损失评估模型对洪涝灾害发展过程的损失评估的考虑
洪涝灾害损失评估模型可以确定洪涝所造成的灾害损失，为防洪规划和防汛指挥决策提供依据。洪涝灾害发展过程中的损失评估能够为洪水发生过程中的防洪抢险和补救措施的实施提供更好的决策依据。
洪水演进模型可以确定洪水的发展演进过程，如何根据洪水的发展演进过程确定洪涝灾害损失的发展过程，基于空间展布式社会经济数据库的洪涝灾害损失定量评估模型考虑到了这一应用需求。在模型设计时将展布了社会经济数据的社会经济格网和洪水损失计算格网分开存放，洪水演进模型划分的网格作为洪水特性网格，由洪水特性格网得到洪水损失计算格网。所以要作洪涝灾害发展过程中的实时评估，只需跟踪洪水演进模型的演进过程实时更新洪水损失计算格网中的洪水特性，再调用损失计算模型，就可以得到每一个洪水演进时段的洪水损失，即为洪涝灾害发展过程的损失。
对洪涝灾害发展过程中，通过遥感动态监测获取的实际淹没过程，通过调用洪涝灾害损失评估模型，亦可得到洪涝灾害损失的实时发展过程。
6.实例研究
洪涝灾害损失评估模型应用于计算哈尔滨市的某一洪水年的灾害损失，该年哈尔滨滨市的洪水状况通过洪水演进模型计算得到（选取洪水演进20小时的结果），淹没区水深通过不同颜色反映.
洪涝灾害损失计算结果见表3。
表3：洪涝灾害损失计算结果与统计数据对比表
指标 值 单位
统计数据 受淹总面积 262.0 (平方公里)
受淹区总户数 8139 (户)
受淹区总人口 27266 (人)
耕地面积 46003 (亩)
房屋间数 24406 (间)
受淹区固定资产 14.5 (万元)
受淹区产业部门年产值 47451.1 (万元)
受淹区农业总产值 12492.0 (万元)
洪涝灾害经济损失计算结果 受淹区固定资产损失值 5.0 (万元)
受淹区年产值损失值 130.0 (万元)
农业减产损失 3666.0 (万元)
总经济损失值 3801.0 (万元)
与社会经济统计数据相比较，计算结果与该区域内的社会经济数据吻合较好，说明模型计算有一定的准确性和合理性。
7.结论
洪涝灾害的损失评估一直是一个难度较大的问题，也是一个亟待解决的问题，以基于遥感和GIS技术建立的空间展布式社会经济数据库为核心的洪涝灾害损失评估模型的建立为该问题提供了一个答案，尽管还存在象损失率的确定这样需要进一步研究的问题，但已经从理论和方法上建立起了一套体系。整个系统以GIS为集成平台，具有强大的空间分析功能。本文所做的研究工作有以下几点结论：
（1）合理的空间尺度既保证了评估结果准确性和可靠性，也使得基础资料的更新和维护易于进行；
（2）引进了洪水损失计算网格的思路，基本确定了基于空间展布式社会经济数据库的洪涝灾害损失评估模式；
（3）基于遥感和GIS的社会经济资料数据空间展布方法考虑了社会数据在空间上的分布，通过考虑各种社会经济数据的空间分布特性，可以较真实地获取社会经济数据空间分布密度。
（4）建立了基于空间展布式社会经济数据库的的洪涝灾害损失定量评估模型，该模型考虑的因素全面合理，遗留的主要问题是无实际资料情况下损失率的确定，这也是目前所需要进一步深入研究的问题。
（5）评估模型基本解决了以往只能定性评估洪涝灾害损失的问题，具有较好的合理性和较高的实用性，并且能够与洪水演进模型和遥感实时监测等手段结合起来评估洪涝灾害损失及其发展过程。
参考文献
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