闽江流域灾害预警 G I S 辅助决策系统研究 李超岭年丽华 ( 福建省地勘局数据信息中心) 摘要闽江流域的可持续发展对福建省可持续发展占有举足轻重的分盆。 而区 域性可持续 发展宏观调控系统具有时空特性的复杂系统， 本文从多源、 多维、多空间的数据的数字灾害 预普与可持续发展的研究来讨论闽江流城复杂结构地球信息资源在统一空间和时间系统中的 有机整治和集成， 实现多旅、多层次、 多专业信息的开发利用，为闽江流城灾害预警与可持 续发展提供决策支持 ( 该项目 为福建省1 9 9 9 年科技专项重中之重项目) 。 近十几年来，随着经济的发展，自然灾害对福建造成的损失有明显上升的趋势。“ 七五” 期间福建平均每年自 然灾害造成的直接损失约2 0 多亿元， 到 “ 八五”期间增至4 0 多亿元。 而 “ 九五”期间的头三年已达印多亿元。 闽江是福建省最大的河流，全流域流经6 个县市， 总长2 8 7 7 1，主干流长5 7 2 1,流域 面积6 0 9 9 2 12 a闽江流域的可持续发展对全省可持续发展占 有举足轻重的分f。由于闽江流 域地处东南沿海，属于亚热带海洋季风气候区， 受低纬度和中高纬度天气系统的相互影响， 形成了 复杂多变的天气，频发严重的洪涝灾害。如9 8 . 6 . 2 2 特大洪灾直接经济损失达到 8 2 亿 元。同 时， 全流域现有水土流失面积3 3 2 7 6 5 13 ， 另一方面， 福建汛期的 地质灾害也频频 发生。主 要表现为崩塌、滑坡、泥石流等。流域内，坝高 1 0 1 m ， 库容2 6 亿矽 的水口水电 站， 是华东地区 最大的水电站。到目 前已 发生1 0 4 5 次地震。 区域性可持续发展宏观调控系统具有时空特性的复杂系统， 受手段的限制。目 前对于区 域性可持续发展系统的管理、决策主要以数量统计、分析、 静态评价决策为主，特别是在多 源综合空间分析方法显得无能为力。因此。实现闽江流域复杂结构地球信息资源在统一空间 和时间系统中的有机整治和集成，才能实现多源、多层次、多专业信息的开发利用，为闽江 流域灾害预可持续发展提供决策支持， 而3 S 技术应用则是实现这一目 标的有效途径和工具。 一、国内外发展现状和趋势 灾害预苦决策是可持续发展系统研究的核心， 而 “ 数字地球”则是实现可持续发展目 标 的有效途径。目 前技术创新的新浪潮正使人类以 前所未有的方式获得、存储、处理和显示有 关地球的各种环境和变化现象的信息。人类一方面表现对知识的贪得无厌， 另一方面是大t 数据根本未被使用过。挑战之一是信息的显示， “ 数字地球11是一种能嵌人巨f的地理信息， 对我们星球所做的多分辨率的三维的描述。它由用户界面呈现某种可浏览的、 适于各种 分辨率的三维地球图像界面和一种快速增长、拥有连网的地理空间信息系统与显示来自 不同 渠道的信息机制这两部分组成。 它提供数据和信息可在教育、可持续发展决策、土地利用规 一5 8 一 划、农业、军事以及全球变化、环境与灾害、人口与资源、气候、生物、地理、生态系统、 水文循环系统等领域产生广阔的社会和商业效益。 在7 0 年代， 作为地理、 地质和水资源等领域空间信息分析工具， 美国地质调查局就建 成了5 0 多个信息系统， 加拿大、 联邦德国、 瑞典和日 本也相继发了自己G I s .50年代由于 计算机的发展， 计算机和空间系统在许多部门广泛应用， 使得它的应用从解决基础设施的规 划 ( 如道路、 输电线)转向更复杂的区域开发，特别是遥感技术发展，R S 与 G I S的结合， 使得G I s 开始用于解决区域性乃至全球问题。卯年代以来，随着地理信息产业的建立和数 字化信息产品在全世界的普及。G I s 深入各国各行各业， “ 数字地球”进人实质性发展阶段。 在我国， 8 0 年代以来，R S 与G L S 开始进行研究和应用。我国自 行研制和发射风云一号 气象卫星， 分辨率为l k m ，为我国自然资源合理开发和环境规划提供了大A原始数据。目 前，我国已建立了全国1 : 1 0 0 万、 ，万、 和2 5 万地形数据库。国务院综合国情地理信息系 统目前已建成了以1 : 1 0 0 万基础信息为支撑的电子地图检索和显示系统，并建成了防风气象 服务信息系统。水利部门开展了防洪信息系统、水资源、 水环境、 水土保持、农田水利、水 利工程规划和管理信息系统，以及各种防洪减灾数据库。农业部门开展了在重点产粮区的以 G I S 和遥感结合的农作物估产系统的建设和应用。在国土资源部，开展了1 : 2 0 万地物化遥数 据库、1 : 5 0 万地质图库、1 : 1 0 万水文地质图库。地质灾害预替工程是国土资源部在即将启 动新一轮国土大调查重要工程之一。如长江三峡工程库区地质灾害调查与防治规划， 调查面 积3 0 0 0 0 k 矽，干支流岸线路5 0 7 k m ， 带宽S k m 。 投资I 5 0 1 万元; 进行三峡工程库区水下岩土 体稳定性，库岸稳定性。水位变动带涉及的坡体稳定性， 新迁城镇和居民 点的地质环境条件 及可能的变化以及包括崩姗、滑坡、 泥石流、岩性地面塌陷和老采矿空区诱发的崩流灾害 等。同时， 预计在长江三峡库区地质调查需投人6 0 1) 万元， 长江中游 “ 一江两湖”地质环境 灾害调查投人2 2 0 0 万元， 长江下游岸堤稳定性地质灾害调查投人6 0 1) 万元。黄河中下游地 质灾害与土壤重力调查及监测投人4 0 1 ) 万元，悬河现代大堤主要不稳定段工程地质调查3 6 0 万。清华大学水利水电系承担国家自 然科学基金项目 ( 1 2 0 万)完成了广东省2 0 0 0 k m 的洪 水模型研究工作。 在我省，省政府1 9 9 4 年决定构建五大防御体系:生物防御体系、工程防洪体系、闽江 洪水预带、中尺度灾害性天气预普体系、移水工程体系。日 本政府无偿援助人民币1 . 7 亿 元， 我省投人4 7 0 0 多万元的土建配套资金，建立了闽江洪水预报和普报系统。系统通过自 动采集降雨、 水位和汇流t数据信息， 通过系统无线数据通讯和中心站数据处理，能快速准 确将系统内各遥测站点实时降雨和水位情况传到福州， 迅速作出 水情预报 ( 九龙江流域洪水 预普系统类似) 。福建科委计算中心与意大利合作开展我省1 : 1 0 万遥感系统。福建气象局中 尺度灾害性天 气预替系统正在建设中;1 9 8 6 年， 福建地劫局开展了闽江流域国土规划水文 工程环境地质调查 ( 5 0 万)和福州、马尾、长乐、瘩头 1 : 5 万工程地质、水文地质、环境 水文地质调查; 福建地勘局数据信息中心建立了 全国1 : 5 万区域地质调查系统多媒体综合信 息系统及多个县市地籍详查系统、1 : 1 0 万地理空间数据库、1 : 5 0 万地质图。同时省局正在 建立1 : 2 0 万地物化遥数据库。 数宇灾害预替与可持续发展的研究与常规项目 的最大区别就是它融合多源、 多维、多空 间的数据，不但包括地球的高分辨率影像、数字图 形， 它包括经济、社会和人口 的信息。目 前国内在这方面的研究特别是对这些信息的融合和充分利用较少， 这样只能是一个信息孤 一5 9 一 岛， 不能发挥各有的潜力。 基于3 S 和4 D 技术开 展闽江流域数字灾害预替与可持续发展的综 合研究，在福建尚属首次，该项目的开展与实施不仅对我省可持续发展战略的实施提供重要 的技术支持。并为实现国家 “ 数字地球”的发展战略提供应用示范。 二、闽江流域主要灾害分析 1 . 水文灾容 ( 1 )洪涝灾害。是A江流域灾害之首。据统计闽江洪涝灾害平均约2 一 3 年一次，大洪 水平均2 0 年一次，洪涝灾害8 0 %以上发生在5 一 6 月。 ( 2 )水质污染。据资料显示现每年排人闽江的工业废水近4 亿吨、生活污水4 亿吨。 2 . 水土流失 闽江水土流失发展迅速， 据推算，闽江流域水土流失区土壤平均侵蚀模数约为2 2 0 0 t/ k i 护 ，年侵蚀为1 . 7 6 m m o 3 . 气象灾容 闽江流域上游武夷山邻区是我国东南主 要暴雨区，在华南前汛期及江南梅雨期间，西南 气流移动途经武夷山分水岭地带， 受山 脉阶梯地势地形1 0 0 0 一 1 5 0 0 m丘陵高山的影响与北方 冷空气在此交汇， 常易出现大基雨， 是洪水灾害的主要原因。 4 . 地展灾容 闽江流域处于环太平洋地展带上， 历史上发生的地展次数多，展级和烈度也较高， 簇中 分布也存在着一定的规律性。多发生在断裂交汇处及断裂带的沿线，地展强度表现出东强西 弱的特征。根据地展烈度区划的有关资振， 长乐一福清一带为姐度区，永泰一大田、 南平一 三明、 邵武一清流一带属于x度区，其余地区小于M度。 库容2 6 亿甜，电 站装机容盆1 4 0 万k W的水口 水电站， 到目 前已发生1 0 4 5 次地展。 5 . 地质灾害 闽江流域地处亚欧大陆的东南角，东临太平洋， 地跨中、南亚热带。该流域内地层岩性 复杂、 构造断裂发育，气候温暖湿润，雨量充沛， 加之人类工程一经济活动的加剧，自 然生 态环境遭到较严重破坏， 地质灾害呈现愈来愈严重之态势， 崩场、滑坡、泥石流、 地面沉降 等地质灾害不断发生。崩塌、滑坡、泥石流是闽江流域最常见的地质灾害。如1 9 9 8 年6 月 暴雨，引发了一系列地质灾害，仅南平市发生地质灾害 1 2 7 9 9 处，山体滑坡、塌方总it约 2 0 6 0 . 9 2 万耐， 死于滑坡、 崩塌、 泥石流1 2 4 人、 受伤5 7 2 人， 被毁房屋8 2 1 3 万间，发电站 埋没 1 座、桥梁2 座，公路损坏8 1 条。 地质灾害按地质作用的性质和发生的特点可划分1 2 类4 8 种。地质灾害监测是地质灾害 预测预报和减灾、防灾的基础。地质灾害监侧有其自身的规律性，不同于气象、洪水、地下 水等的监测工作， 这是因为地质灾害受构造活动、 地层岩性特征、地展活动、 地下水分布、 气候条件、洪水特征等条件制约和影响相关联。目 前地展灾害尚 处于个体地质灾害监测预报 和区域性地质灾害危险性评价阶段， 大规模建立地质灾害监测网点即不具经济合理性， 也不 具足够的全面性地质灾害预测预报意义。目 前地质灾害的预测预普主要由 预测预报和区域灾 情预测两大部分组成。个体预报可以通过个体灾害监测建立预铡预报模型进行预测预报，区 域灾情预测主 要是在调查、 综合分析的基础上进行危险性评价预测， 采用3 S 与4 D 技术， 可 以通过区域灾害发生条件和诱发因素的分析， 特别是监测网对讯期、地展、基雨提供的信 一6 0 一 息， 对易灾条件下的灾害发生危险进行分析评估和预测， 建立示范性监测工作， 实现闽江流 域地质灾害动态分析，最大限度减轻地质灾害损失。 6 . 城市环境问班 随着工业化、城市化的进程，城市环境问题越来越觉得重要。城市环境包括城市自 然环 境 ( 如地质地貌环境、土坡环境、 大气环境、 水体环境、生物环境) 和城市社会环境 ( 包括 房屋建筑、交通建筑、 洪水设施、 排水设施、文体设施、园林绿化设施等) 。 三、基于3 S 与4 D技术解决方案 1 . 3 S 与4 D技术 灾害预普所处理的信息几乎都是与地理空间位置有关的空间 信息， 传统的分析手段和工 具已 经不适合新的挑战。 3 S 是基于空间信息并对空间信息采集、加工、分析最后提取和传 输空间化决策信息的计算机技术。 G P S 以全天侯、高精度、自动化、高效益等显著特点应用于地壳运动监侧、工程变形监 测、资源勘察、地球动力学等领域。 R S 遥感技术在灾害预普系统研究中， 通过对R S 技术快速获取更新大范围的影像和解释 后的数字化信息如洪水、 气象、 城市环境 ( 如热岛效应、水土保持)正映射像、水质 ( 如富 营养化)等创建最新专题信息图层为空间分析提供基础信息。 G I s 地理信息技术是采用各种现代方法来采集、It侧、分析、存贮、管理、显示、传摇 和应用与地