李 杰

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

山洪災(zāi)害是水災(zāi)的一種表現(xiàn)形式，是指由于受暴雨影響山洪暴發(fā)而給人類社會(huì)系統(tǒng)所帶來(lái)的危害，主要表現(xiàn)為山體滑坡、泥石流和溪河洪水泛濫造成的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)損失[1]，這些災(zāi)害主要是因持續(xù)性高強(qiáng)度大暴雨所致，故屬于雨洪災(zāi)害的范疇，又因主要發(fā)生于山丘區(qū)，故稱為山洪災(zāi)害[2]。山洪災(zāi)害具有破壞性強(qiáng)、危害重、恢復(fù)難度大等特點(diǎn)，而我國(guó)由于山區(qū)面積比重大、人口多，因此山洪造成的災(zāi)害損失也較為嚴(yán)重，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要限制因素[3]；在此背景下，有必要評(píng)估山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)程度，為防治和削減山洪災(zāi)害導(dǎo)致的重大損失提供科學(xué)依據(jù)。山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析可采用不同的方法與模型，早期的山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要以層次分析、模糊邏輯、綜合熵權(quán)、組合模型[4]等定量評(píng)價(jià)方法為主，隨著近年來(lái)GIS空間分析技術(shù)的發(fā)展，基于GIS平臺(tái)結(jié)合以上定量評(píng)價(jià)方法的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析方式成為新的發(fā)展趨勢(shì)，該方法不僅可以提供更為精細(xì)直觀的山洪風(fēng)險(xiǎn)度空間分布情況，而且有利于各類模型與數(shù)據(jù)之間的整合，在三峽庫(kù)區(qū)湖北片區(qū)和南豐縣的山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[5]中均得到了有效的應(yīng)用。丹東市是我國(guó)東北山洪災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)，山洪暴發(fā)引發(fā)的山體滑坡、泥石流等災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響了該地區(qū)的生命財(cái)產(chǎn)安全，但目前針對(duì)該市全域范圍內(nèi)的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析則鮮有報(bào)道，因此本文采用GIS平臺(tái)的空間分析技術(shù)、結(jié)合層次分析法、基于山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概念模型確定了丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)與權(quán)重體系，計(jì)算并分析了丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度的空間分布情況，為該市的山洪災(zāi)害防治提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況與風(fēng)險(xiǎn)分析方法

1.1 研究區(qū)概況

丹東市位于遼寧省東南部，是我國(guó)最大的邊境城市，是中國(guó)萬(wàn)里長(zhǎng)城的最東端起點(diǎn)和中國(guó)海岸線的最北端起點(diǎn)，也是連接朝鮮半島與中國(guó)及歐亞大陸的主要陸路通道。丹東市地貌以山地和丘陵為主，大部分地區(qū)地處長(zhǎng)白山脈的余脈，地勢(shì)由東北向西南逐漸降低，可劃分為北部中低山區(qū)，南部丘陵區(qū)，南緣沿海平原區(qū)3類地貌單元，其中山地丘陵占總面積72%，平原占15%，水域占9%，其它占4%。丹東位于亞歐大陸東岸中緯度地帶，屬暖溫帶亞濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候，年平均雨量多在800～1200mm之間，是中國(guó)北方雨量最多的地區(qū)。

丹東市是我國(guó)東北山洪災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)，山洪暴發(fā)引發(fā)的山體滑坡、泥石流等災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重地威脅了該地區(qū)的生命財(cái)產(chǎn)安全[6]，例如1987年8月丹東市普降暴雨，由山洪誘發(fā)的泥石流與山體滑坡多達(dá)1.4萬(wàn)多處，死亡人口54人，失蹤4人，堤壩決口3247處，受災(zāi)農(nóng)田面積達(dá)58.1萬(wàn)畝，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.65億。近幾十年來(lái)，丹東市開(kāi)展了大面積的水土保持小流域治理、造林整地、維修農(nóng)田梯田等工作，明顯降低了該地區(qū)的山洪災(zāi)害損失，但作為山洪地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，有必要對(duì)該市的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，為該市的山洪災(zāi)害防治工作提供更為精細(xì)的科學(xué)依據(jù)。

1.2 山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析方法

山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)大小可由山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度來(lái)表征。山洪災(zāi)害的成因眾多，且各影響因子之間的交互作用較為復(fù)雜，本文借鑒史培軍等人[7]和劉珮勛等人[5]的研究成果，采用層次分析法構(gòu)建丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系主要是基于山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概念模型：

R=f(T，B，S)

(1)

式中，R—山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度；T—觸發(fā)因子；B—下墊面孕災(zāi)環(huán)境因子；S—承災(zāi)體易損性因子。

層次分析法是對(duì)一些較為復(fù)雜、較為模糊的問(wèn)題作出決策的簡(jiǎn)易方法，特別適用于難以完全定量分析的問(wèn)題，是最為常用的簡(jiǎn)便、靈活而又實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法之一[8]。運(yùn)用層次分析法建模，首先是建立遞階層級(jí)結(jié)構(gòu)模型，遞階層級(jí)結(jié)構(gòu)可分為目標(biāo)層、決策層和指標(biāo)層，本文主要選取劉珮勛等人篩選的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即以山洪災(zāi)害為目標(biāo)層指標(biāo)，以觸發(fā)因子、下墊面孕災(zāi)環(huán)境因子和承災(zāi)體易損性因子為決策層指標(biāo)，以年最大1h暴雨均值(S1)、年最大6h暴雨均值(S2)、高程標(biāo)準(zhǔn)差(S3)、土壤類型(S4)、河網(wǎng)密度(S5)、地形指數(shù)(S6)、人口密度(S7)、和土地利用(S8)為指標(biāo)層指標(biāo)如圖1所示。遞階層級(jí)結(jié)構(gòu)確定后，可通過(guò)構(gòu)造各層次中的所有判斷矩陣、層次單排序及一致性檢驗(yàn)、層次總排序及一致性檢驗(yàn)3個(gè)步驟確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，其中判斷矩陣的確定主要是根據(jù)丹東市山洪災(zāi)害的特點(diǎn)，采用山洪災(zāi)害史料調(diào)查與專家意見(jiàn)征集相結(jié)合的方法；此3個(gè)步驟的具體操作方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

圖1 丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

采用層次分析法確定了各指標(biāo)的權(quán)重值后，則主要基于ArcGIS10.4平臺(tái)，利用GIS疊加分析的加權(quán)總和工具，將各指標(biāo)進(jìn)行匯總分析與計(jì)算，求得各柵格點(diǎn)的加權(quán)總和值，該值即為相應(yīng)柵格點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)度F，其表達(dá)式為

(2)

式中，i—第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；n—評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)；wi—第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值；si—第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)歸一化的數(shù)據(jù)值。丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析中的指標(biāo)數(shù)據(jù)值歸一化方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[9]；降雨數(shù)據(jù)主要來(lái)源于丹東市的氣象局與中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)，高程、河網(wǎng)密度、土壤類型、地形等數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中科院國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)(http://www.cnic.cas.cn/zcfw/sjfw/gjkxsjjx/)和加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)(http://topex.ucsd.edu/)，人口密度和土地利用數(shù)據(jù)主要來(lái)源于丹東市統(tǒng)計(jì)年鑒、國(guó)土資源部門(mén)、與土地利用總體規(guī)劃(2006～2020)。

計(jì)算所得的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度值介于0與1之間，值越大則表示風(fēng)險(xiǎn)越大，具體的等級(jí)劃分方法見(jiàn)表1。

表1 丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

2 分析結(jié)果

2.1 丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo)括號(hào)內(nèi)的數(shù)值表示決策層指標(biāo)的權(quán)重值，根據(jù)權(quán)重值的相對(duì)大小可知，對(duì)于丹東市而言下墊面孕災(zāi)環(huán)境因子對(duì)山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)度影響最大、觸發(fā)因子次之，而承災(zāi)體易損性因子則相對(duì)較小。指標(biāo)層指標(biāo)相對(duì)權(quán)重表示在某一方面(由決策層指標(biāo)表示)不同指標(biāo)之間的相對(duì)重要性；例如，在觸發(fā)因子方面，山洪災(zāi)害主要由持續(xù)性高強(qiáng)度暴雨所致，因此年最大6h暴雨均值在山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)中的相對(duì)權(quán)重值(0.616)，大于年最大1h暴雨均值的相對(duì)權(quán)重值(0.384)。指標(biāo)層指標(biāo)組合權(quán)重為指標(biāo)層指標(biāo)相對(duì)權(quán)重與相應(yīng)決策層指標(biāo)權(quán)重值的乘積，可綜合反映指標(biāo)層某指標(biāo)在某一方面內(nèi)的相對(duì)重要程度以及該方面本身的重要程度，即表示某指標(biāo)在整體山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的重要程度；根據(jù)圖1可知，指標(biāo)層各指標(biāo)按對(duì)丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度的影響程度由大到小排序?yàn)椋旱匦沃笖?shù)、年最大6h暴雨均值、河網(wǎng)密度、人口密度、高程標(biāo)準(zhǔn)差、土壤類型、年最大1h暴雨均值、土地利用。

圖2 丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

2.2 丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度空間分布

基于GIS平臺(tái)結(jié)合層次分析法確定了研究區(qū)域內(nèi)各個(gè)柵格點(diǎn)的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度值，得到丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度空間分布如圖3所示。根據(jù)圖3可知，丹東市整體的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度由東北向西南呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，大部分區(qū)域的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度值介于0.2～0.6之間，因此可以認(rèn)為目前丹東市大部分地區(qū)的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)處于“較低”和“中等”水平。在丹東市北部地區(qū)，尤其是寬甸滿族自治區(qū)的北部地區(qū)，部分柵格點(diǎn)的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度值大于0.6，即風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“較高”；寬甸地處長(zhǎng)白山脈與千山山脈過(guò)渡地帶、遼東斷塊山地丘陵區(qū)，且是遼寧省內(nèi)的大到暴雨中心，因此幾乎每年都要發(fā)生不同程度的洪澇災(zāi)害，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況具有較高的吻合度。在丹東市南部地區(qū)，尤其是東港市地區(qū)，部分柵格點(diǎn)的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度值小于0.2，即風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“極低”；東港市北部為低山丘陵，中部為低丘坡崗，南部為退海平原，沿海系潮間帶灘涂，相對(duì)于丹東市的北部地區(qū)較為平坦，尤其是南部黃海之濱是大片的退海平原，地勢(shì)平坦，土質(zhì)肥沃，排渠系成套，是東港市糧食、國(guó)家優(yōu)質(zhì)米基地，在歷史上受山洪災(zāi)害的影響相對(duì)較少，因此評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況基本一致，證明了本文所用方法的合理性。

圖3 丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度空間分布

3 結(jié)語(yǔ)

基于GIS平臺(tái)結(jié)合層次分析法，從山洪災(zāi)害觸發(fā)因子、下墊面孕災(zāi)環(huán)境因子和承災(zāi)體易損性因子3個(gè)方面著手，分析了丹東市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度的空間分布規(guī)律，結(jié)果表明，丹東市大部分區(qū)域的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度值介于“較低”和“中等”之間，整體的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度由東北向西南呈現(xiàn)降低趨勢(shì)?；诒疚姆椒ǖ脑u(píng)估方法與實(shí)際情況吻合度較高，可為該市制定可行的山洪防治規(guī)劃與政策提供參考。在以后的研究中，還可以嘗試將衛(wèi)星遙感、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新興科學(xué)技術(shù)整合到山洪風(fēng)險(xiǎn)分析中，以期得到實(shí)時(shí)的且更為精細(xì)化的評(píng)估結(jié)果。

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