基于GIS的城市地震次生火灾危险性分析系统

【摘要】众所周知，地震往往会造成严重的灾难，同时也会引发一系列的次生灾害。从以往的地震来看，它引发的次生灾害，最危险的当属次生火灾。历史的经验与教训告诉了我们，地震次生火灾有时候造成的破坏比地震本身更巨大，严重威胁着人类的生存。为了尽量避免地震火灾引发的危害，减少经济损失与人员伤亡，应该针对性地做好地震次生火灾的预防和扑救工作，因此有必要在城市的各个消防区都建立完善的火灾信息系统。此外，还应该建立相应的危险性分析预估模型、扑救路线的实时搜索模型以及灾后损失的评估模型等，尽量做好事前的防备工作、事后的补救工作。当前较实用、先进的地震次生火灾危险性分析系统主要是基于地理信息系统（GIS）而建立的。本文通过对城市地震次生火灾危险性分析系统简介、地震次生火灾危险性的分析与模型预估以及城市地震次生火灾危险性分析系统三个方面进行阐述分析，给出了基于GIS的地震次生火灾危险性分析系统的模型与方法。

【关键词】GIS 地震次生火灾;危险性;分析系统

GIS，即地理信息系统，它是一门介于空间科学、信息科学与地球科学之间的新技术学科和交叉学科。它把地学中的空间数据处理同计算机技术结合起来，通过系统地建立、操作以及分析模型，产生一些对区域规划、资源环境、灾害防治、管理决策等方面有用的信息。近几年，GIS已经广泛应用于环境的保护、自然灾害的模拟与预测、自然资源的管理以及相关的灾害应急反应等防灾工程领域中。关于地震次生灾害研究，大致可以分为两个类别：第一类是采用回归统计的方法进行研究，通过回归统计分析，给出次生火灾发生率同房屋倒塌率的关系式；第二类则用非确定性的概率模型的方法，给出在一定超越概率的条件下次生火灾发生次数的预测值。从逻辑上来看，采用第二类方法研究不确定性的地震次生火灾是否发生要更为合理些。

1.城市地震次生火灾危险性分析系统简介

1.1基本构成

地震次生火灾危险性分析系统的构成框架如图1所示，它的基本构成包括：数据的输入、数据的管理与存储、图形的编辑、信息检索和查询、模型的分析以及结果输出等。从图中可以看出，它的构成属于一种平行式结构，每个环节之间看似独立，实际上相互之间联系紧密。

1.2数据分层

GIS在城市地震次生火灾危险性分析系统中使用时，最基本的环节是GIS信息系统数据的采集、组织和入库，同时这也是最费人力和物力的部分。数据的正确性、丰富性直接与系统的应用效果有关，因此做好这项工作要保证数据的完整性和可靠性。基于GIS的城市地震次生火灾危险性分析系统，它应该包括以下几个主要的数据层：

（1）城市路网图层：图形的数据应该有主次干道以及支路的路网、路网的节点等。属性数据应该包含名称、长度、宽度以及等级等。

（2）城市道路桥梁图层：要将各类路桥分布标注在上面，其中要有桥名、总长度、宽度、跨长、跨数、结构类型、支座形式以及场地条件等属性数据。

（3）行政区域图层：图形的数据应该含有行政区域的边界、区域的划分、各个消防中队管辖区域等。属性数据应该包括行政区域的名称、区域的面积、建筑的面积以及人口等。

（4）水系分布图层：图形数据包括内河、湖泊、水库以及城市的供水厂（水源）的分布图等。属性数据包含水源的水量与名称等。

（5）供水管网图层：图形数据包括加压站和供水管网等。属性数据应包含管径、管长、接口的形式、流量、压力、影响范围以及加压能力等。

（6）建筑物图层：图形数据主要包含建筑的分布、周边环境、道路情况等。属性数据包括建筑物的面积、类型与用途等。

（7）重点消防单位图层：图形数据包括消防单位建筑物楼层的分布、重要品或者危险品的分布以及消防设施的位置等。属性数据应包括建筑物的结构体系、薄弱环节的位置、重要品或者危险品的名称与特性、扑救的方式、消防器械的属性与数量等。

（8）消防力量的分布图层：图形数据包括消防指挥中心与消防中队的位置。属性数据包括消防力量、消防器械的名称及数量特点、消防中队的名称、电话等。

（9）消防栓分布图层：一般来说，采用点状分布。它的属性数据包括型号、编号、出水量以及压力等。

（10）电力系统图层：图形数据包括城市供电的主干网分布图、变电站的位置以及控制范围等。属性数据应该包括变电站的结构类型、场地条件、主干网的电压以及主要的电子设备属性与数量等。

（11）通信系统图层：图形数据包括电视与电台的分布、通信枢纽楼等。属性数据应该包含场地的位置、条件、结构的形式以及各种通信设备及相应的属性等。

（12）煤气管网图层：图形数据包括城市煤气主干管网的分布图等。属性数据则包括煤气管网的管径、流量以及工作的压力等。

不论是何种图层，都要有图形的数据与属性的数据，缺一不可。

2.地震次生火灾危险性的分析与模型预估

对于未知的地震次生火灾，我们往往很难估计它的危害性，但是我们可以根据以往的经验获取的相关数据进行分析，以及对建立的模型进行预估。

2.1发生率与发生概率模型

有关专家对历史上发生的地震次生火灾案例进行了统计分析，同时结合了当时灾难现场的特点，得出了地震次生火灾发生率的决定性因素在于建筑面积，并且还与建筑物当时的破坏程度关系显著。

λ=·μA+ρ·A 其中，李杰与江建华（2000）两位专家认为城市民事火灾修正的震时小区火灾的发生率公式为图2所示。其中，ρc表示某一个城市民事火灾的平均发生率，ρ为这个城市某一个预测的小区内的民事火灾的平均发生率。Am为地震时小区中等以上的破坏面积，而A为小区的建筑总面积，μm为Am条件下的火灾密度。图2中的公式比较综合地反映出了小区的建筑类型、实际的火灾危险源的分布特征、建筑结构强度、地震次生火灾的宏观统计规律及地震强烈程度等一系列因素对于火灾危险性的综合影响。

地震次生火灾的发生相当于离散事件的集合，而描述这类事件发生的概率模型，最常用的一种是泊松模型。当一个随机事件具备了均匀性、不重复性和独立性这三个基本的性质时，就称作泊松事件。李杰、李国强（1992a）两位专家认为：“城市地震次生火灾发生的过程满足泊松事件的三个基本性质，因此可以用泊松场对地震次生火灾的发生进行描述。”每个城市都有很多小区，假设在同一个时间点上，小区内最多只能发生一次火灾，那么根据泊松场模型，小区在震后T天内可能发生火灾K次的概率公式为图3所示。