赤潮灾害应急决定策略体系分析及应用——基于GIS技术
第1章绪论
1.1研究的目的和意义
1.1.1选题背景
赤潮是指在一定条件下水体中浮游生物细胞数量的增加导致水体出现一定程度变色的生态现象⑴。赤潮分为有害和无害两类，将能够产生直接危害的赤潮定义为有害藻华。
赤潮是当前最严重的海洋灾害之一，既会对海洋渔业和生态资源造成破坏，也会对人类健康造成危害。近年来，由于海洋中排入大量的工农业废水和生活污水，导致沿海地区赤潮灾害频繁发生，而海水养殖业规模的扩大以及沿海地区的过渡开发也导致其发生的规模及造成的经济损失逐年递增。国家海洋局2007-2021年赤潮灾害公报数据显示：07年我国沿海共发现赤潮82次，造成的直接经济损失为600万元；08年共发生赤潮68次，直接经济损失为200万元；09年共发生赤潮68次，直接经济损失为0.65亿元年；10年共发生赤潮69次，直接经济损失为2.06亿元；11年共发生赤潮55次，直接经济损失为325万元；12年共发现赤潮73次，直接经济损失为20.15亿元。数据显示，赤潮灾害不仅对人民的财产安全造成影响，也对我国海洋经济的健康发展产生不利影响。因此，做好赤潮灾害的研宄工作和最大限度地降低其经济损失成为当务之急。
信息技术的高速发展使得一些发达国家己利用高科技手段在海洋灾害的防控领域建立了各种有效的信息化监控和管理平台，有效促进了海洋灾害的预防和治理工作，不仅提高管理决策的效率和准确性，同时也降低了监控的总成本和灾害所造成的损失。针对赤潮灾害的高发期集中、持续时间较长以及发生区域比较集中等特点，建立了赤潮灾害应急决策支持系统，通过与当前技术手段的结合，实现监控海域赤潮灾害全面实时的监控预警工作，不仅提高赤潮灾害的应急效率，也减少赤潮灾害所造成的危害与损失，为海洋环境治理和应急管理提供有力的技术支持。
1.2国内外研究现状
由于海洋经济的迅速发展以及生活污水和工农业废水的过量排放，沿海各国赤潮的发生频率和强度都呈现逐年增长的态势，所造成的经济损失也逐年增加。赤潮突害的发生不仅对海洋环境造成破坏，也会对社会经济造成巨大损失。因此，沿海国家和地区对于赤潮灾害的监测预警以及应急决策支持都进行了大量研究工作。
近年来，3S技术被广泛应用于赤潮灾害的科学研究中。如利用GIS技术进行赤潮信息查询、赤潮的时空分布分析、赤潮预测预报和赤潮灾害评估等，并取得了较好的效果，随着高分辨率遥感影像应用的扩展以及WebGIS应用的普及化，3S技术在赤潮灾害的应急决策中起着不可替代的作用，并在相关灾害的防灾减灾中得到了应用。
在国外，自然灾害应急决策支持的研究工作开展的比较早，早在上个世纪90年代，佛罗里达大学的Tufeci就进行了飓风应急决策支持系统的研宄工作，其核心工作就是为了应对佛罗里达地区的飓风灾害。Pradhan则利用GIS技术进行了滑坡灾害的研宄工作除此之外，在泥石流、地震、海底地震、强风、江河洪水以及海嘯等自然灾害领域也开展了相应灾害决策支持的研究，而赤潮灾害应急决策支持的研究则较少，大部分集中在赤潮灾害风险评估研究、赤潮灾害预警预报研究、赤潮灾害应急处置研究和赤潮灾害损失评估研究。
国内也有大量针对决策支持系统的研宄，如魏一鸣等在GIS和IDSS技术的基础上设计实现了洪水灾害评估智能决策支持系统，实现对洪水灾害的准确评估和智能决策；杨昆等。在ArcGIS软件平台的基础上，利用COM/DCOM和ASP等开发技术及ArcGIS空间数据库技术，建立了地震灾害应急决策支持系统，实现地震信息的快速发布和救援物资的合理调度；刘文全建立了基于GIS和DSS的海上石油平台溢油应急决策支持系统，并在莱州湾勸中26-2石油钻井平台上验证了系统的可行性。此外，还有很多专家建立了对于防讯指挥以及低温冷害等灾害的应急决策支持系统，，但由于赤潮灾害的特殊性以及其发生的不确定性，针对赤潮灾害应急决策的研究则较少。
第2章空间决策支持系统框架研究
空间决策支持系统，是一个将地理信息系统和决策支持系统进行结合，在计算机软硬件支持下完成决策和分析的技术系统。由于组件GIS技术的快速发展，显现出GIS在空间数据管理和分析上的高效性和成本优势，因而以DSS的结构为基础集成GIS组件是SDSS的发展趋势。
2.1GIS与决策支持系统
2.1.1GIS的发展现状
地理信息系统，简称GIS，是指通过计算机软硬件，对各种地理信息进行釆集、存储、分析、显示和输出等，从而满足需要的交互系统。目前GIS已被广泛应用于环境监测、资源调查和灾害评估等诸多领域。地理信息系统的组成如图2-1所示:
20世纪60年代初，Tomlinson构建了第一个GIS系统CGIS，主要用于加拿大自然资源的管理和规划等工作。70年代计算机软硬件的发展带动GIS的发展，使GIS在人机交互和图形处理等方面取得了长足的进步。80年代，随着GIS技术的高速发展，开始出现一些大型的商业GIS软件，所关注的问题从空间数据的管理扩展为空间决策支持。90年代，GIS作为一门产业成为许多机构必备的工作系统，应用领域也涉及到越来越多的学科。进入21世纪，随着网络技术的快速发展，WebGIS成为主流，同时3S技术也有了更加广泛的发展.
经过几十年旳发展GIS在诸多领域都取得了辉煌成就，通过结合专业的数据模型实现较多高级功能，主要包括以下几方面：数据的釆集与更新、信息的查询与分析、地图的制图与输出。数据的来集与更新主要是进行地理数据的采集、读入、编辑以及遥感影像数据的更新和图幅拼接等；信息的查询与分析主要是对地理信息的查询以及空间数据的分析运算，前者包括空间数据查询、属性数据查询和组合数据查询，后者则包括叠加、缓冲区和地形等分析功能；地图的制图与输出主要是空间数据以专题图或统计图表等形式进行的显示和输出.
近年来随着GIS技术的迅猛发展，已广泛应用于社会生活的各个领域，不仅在土地、资源、环境和城市规划等方面发挥巨大作用，同时也被广泛应用于赤潮灾害的预防和预报工作中，并取得了较好的效果.
2.2空间决策支持系统组成
SDSS的核心就是问题处理系统，可将其理解为实际决策中的人机交互和继承处理，通常包括数据库、模型库、知识库、方法库和人机交互五个系统。其中数据库系统由数据库和数据库管理系统两部分组成，分别用于存储系统数据以及负责数据库的管理和维护工作；模型库系统由模型库和模型库管理系统两部分组成，分别用于存储各类模型以及模型库的管理工作；知识库系统由知识库和知识库管理系统组成，前者用于存储各种规则、经验和相关知识，后者则是对知识库进行管理；方法库系统由方法库和方法库管理系统组成，前者用于对相关方法的存储，后者则是对方法库进行管理图2-3为赤潮灾害应急决策支持系统的SDSS框架。
2.2.1数据库管理系统
数据库主要存放一些与赤潮灾害相关的数据，按存储数据的类别将数据库分成赤潮基础数据库、赤潮监测数据库和其它数据库。赤潮基础数据库包括基础地理数据库、监测网络数据库和海洋环境数据库；赤潮监测数据库包括卫星遥感数据库、浮标数据库、走航数据库和人工监测数据库；其他数据库包括空间矢量数据库、影像空间数据库、报表数据库和文档数据库。对于数据库的管理应具备较强的编辑、査询、计算和分析的功能。
（1）基础地理数据库：以金字塔模式存储的多种比例尺无缝镶嵌的数据、遥感影像以及基础电子地图，遥感影像数据库存储海域卫星影像，主要用于表现海面状况，提取海面信息，为海域监测分析提供基础资源支持。
（2）基础海洋环境数据库：导入海洋监测区域的历史或现状海洋监测成果数据以及环境相关数据。
（3）浮标数据库：存储了实时产生的浮标原始数据，按不同的监测类别进行存储，供分析统计使用。实时数据库存储了浮标实时数据，因考虑到实时数据的数据量和检索效率，在实时数据库设计时，提供数据备份机制和数据索引机制，以提高实时数据库的应用效率，减少实时数据的存储消耗。
第3章赤潮灾害应急决策支持系统相关模型研究.......17
3.1赤潮灾害风险评估模型...........17
3.1.1赤潮灾害风险评估研究现状.........17
3.1.2赤潮灾害风险评估模型研究...........18
第4章赤潮灾害应急决策支持系统的设计........28
4.1系统总体设计........28
4.1.1需求分析.......28
4.1.2设计目标........30
4.1.3设计原则.........30
第5章系统的实例应用.......51
5.1研究区域概况........51
5.1.1自然环境特征.........51
5.1.2赤潮灾害概况......51
第5章系统的实例应用
5.1研究区域概况
5.1.1自然环境特征
系统的实例应用区域为北戴河邻近海域，图5-1给出了北戴河区域的位置图。
北戴河为秦皇岛的市辖区，坐落于激海的北岸，坐标在N39°47'48''~39°53'17''，E119°24'08''~119°31'58''〃°之间。东西最长达11.20m，南北最长达10.15m，面积为70.14m2；海岸线长达20.13m。北戴河近岸浴场拥有上百年的历史，是我国北方首个滨海旅游区，其海岸线绵延曲折、砂质松软、海水清澈，成为我国著名的滨海避暑胜地。
5.1.赤潮灾害概况
近年来，伴随着沿海经济的高速发展，北戴河邻近海域承受的环境压力也在不断加大，入海的污染物总量持续增加，生态环境逐渐恶化，赤潮等生态灾害频繁发生。据统计，在1990-1999的10年间北戴河邻近海域只发生了两次赤潮，而在2000-2009的10年间则发生了15次赤潮，尤其是2009年和2021年两年连续发生大面积持续数月的微微型藻类引发的藻华，该藻华持续时间长、影响区域大。图5-2给出了北戴河邻近海域2021-2021年间赤潮空间分布频次图，图5-3给出了2021年以前北戴河邻近海域赤潮空间分布情况。
北戴河邻近海域的生态环境问题已严重影响了海水浴场及滨海旅游功能的正常发挥，引起各级政府以及社会公众的高度关注。如何进行科学且有效地防控生态灾害成为发展海洋经济迫切需要解决的重大问题。
第6章总结与展望
6.1总结
我国沿海地区呈现赤潮灾害发生规模逐年增大、发生频率逐年增加，有毒有害赤潮的发生次数逐年增多、持续时间逐年增长、危害程度逐年加重的趋势，赤潮灾害已成为限制海洋经济发展的重要因素，本研宄在赤潮灾害风险评估模型、赤潮灾害预测预报模型、赤潮灾害应急处置模型和赤潮灾害损失评估模型研宄的基础上，结合湯海北戴河邻近海域的海洋环境监测数据，进行赤潮灾害应急决策支持系统的开发研究。
本文以国家海洋公益性科研专项北戴河邻近海域典型生态灾害与污染监控关键技术集成应用;为依托，以赤潮灾害应急决策支持系统的技术研究为目标，详细地阐述了目前赤潮灾害应急的研宄现状和存在的问题，将计算机、数据库以及信息技术三者相结合，充分利用课题中其它部分的研究成果，构建了赤潮灾害应急决策支持系统，为赤潮灾害应急管理人员提供决策支持。
论文研究内容主要包括以下几方面：
（1）本文通过对目前国内外赤潮灾害应急响应相关研宄的总结，指出赤潮灾害应急工作存在的一些不足，基于GIS和DSS技术，提出适宜勸海北戴河邻近海域的赤潮灾害应急决策支持系统的总体框架和技术路线。
（2）赤潮灾害对海洋生态环境造成极大的损害，本文通过分析赤潮灾害应急决策的实际问题，建立了赤潮灾害风险评估模型、预测预报模型、应急处置模型和损失评估模型。
（3）通过研究赤潮灾害的生消变化规律，将赤潮灾害划分为灾前、临灾、灾中和灾后四个阶段，将赤潮灾害从灾后救援向灾前风险评估进行转变，构建快速实时响应的技术系统，并为科学有效的防灾、减灾和救灾提供依据。
（4）针对海量、多源的海洋环境监测数据，参见相关规范并结合Geodatabase和Oracle tog建立了勸海北戴河邻近海域赤潮灾害数据库，包括空间数据库和非空间数据库。
参考文献（略）