周 健，張宏建，王 冰，孫 權

（1.信陽市水利勘測設計院，河南 信陽 464000；2.鄭州大學 水利科學與工程學院，河南 鄭州 450000）

隨著社會經濟的發(fā)展，洪澇災害已成為城市的主要災害，給人民生命財產帶來嚴重的威脅，同時造成了巨大的經濟損失[1]。武漢市位于長江中下游地區(qū)，人口密集，受東亞季風的影響，降水過度頻繁，幾乎每年都會遭到不同程度的洪澇災害影響，是中國易發(fā)生洪澇災害的城市之一。因此，對武漢市洪澇災害風險進行評估可定量認識洪澇災害風險機理，充實完善科學防控洪澇災害風險的理論內容，對防洪救災工作的開展具有非常重要的意義[2]。

20世紀初，國際學術界主要從暴露性對洪澇災害風險進行研究，認為致災因子的強度決定災害的大小，注重對自然災害統(tǒng)計規(guī)律、強度和范圍的研究，并未涉及社會因素[3-6]。20 世紀末，災害研究由暴露性向脆弱性方向轉變，更多地考慮社會環(huán)境在洪澇災害風險中的作用[7-9]。隨著研究的進一步深入，災害脆弱性逐漸從定性分析轉向與社會生態(tài)環(huán)境相結合的綜合性定性、定量評估[10-12]。任丙南等[13]應用數(shù)學模型來綜合評估海南省洪澇災害的脆弱性,揭示洪澇災害脆弱性的基本特征；石勇等[14]實地調查研究了洪水情景模擬中代表脆弱性災損率；金有杰等[15]通過建立人口、GDP空間化模型探索區(qū)縣級行政區(qū)域暴雨洪澇災害承災體脆弱性風險評估技術方法；Stoica等[16]利用水文和水利模型，估算了羅馬尼亞薩默斯河的承載力，并劃定了洪水危險區(qū)。

本文結合脆弱性評價指標體系和評價模型，從敏感性、經濟脆弱性、人口脆弱性和社會脆弱性4個方面選取6個指標，構建武漢市暴雨洪澇災害脆弱性評價指標體系。對各個指標原數(shù)據進行標準化處理，使用熵權法得到各評價指標的熵值和權值，用模糊綜合評價的方法計算各個地區(qū)的脆弱度。對武漢市各區(qū)分別在 2004 年、2007 年、2010年、2014年、和 2017 年的脆弱度按照高、中和低三個等級進行評價，并進行災害時空特征分析，得到近年來武漢市暴雨洪澇災害脆弱性的時間和空間變化特征。根據所得的武漢市暴雨洪澇災害脆弱性的時間和空間變化特征，提出應對城市洪澇災害的思路和對策，以減少風險、防范和管理自然災害。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

武漢市是湖北省省會，地處于江漢平原東部。武漢市下轄13個區(qū)，中心城區(qū)包括江岸區(qū)、江漢區(qū)、硚口區(qū)、漢陽區(qū)、武昌區(qū)、洪山區(qū)和青山區(qū)7個區(qū)，新城區(qū)包括東西湖區(qū)、蔡甸區(qū)、江夏區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū)、漢南區(qū)6個區(qū)。

1.2 研究方法

1.2.1 脆弱性評價指標選取

本文立足于指標體系建立的科學性、全面性、可行性、定性與定量相結合的原則，根據資料的可獲得性，建立脆弱性評價指標體系（見表 1）。其中，Si為建成區(qū)面積；S為區(qū)域面積；Gi為區(qū)域國民生產總值；Pi為年末常住人口數(shù)；Mi為地區(qū)醫(yī)護人員總數(shù)；Pj為地區(qū)總人口數(shù)；Bi為地區(qū)醫(yī)療床位總數(shù)；Ti為地區(qū)學生總人數(shù)。

表1 城市暴雨洪澇災害脆弱性評價指標體系

1.2.2 脆弱性指標權重的確定

熵權法可以根據指標離散程度的大小來確定客觀權重，能夠最大程度消除人為主觀因素的影響。各個指標的熵值計算公式：

式中，Wj表示各個指標的權值；Ej表示各個指標的熵值；j=1,2,…,n，n表示指標的個數(shù)。

1.2.3 脆弱性模糊綜合評價

模糊綜合評價法借助模糊數(shù)學的隸屬度理論，將定性評價轉化為定量評價，即對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。該評價過程主要分為以下5個步驟：

1）確定因素集，即評價指標。本文從4個方面選取了6個指標，共建立兩層由10個基本因素如下：

2）確定評語集。建立不同程度的評價語集，對洪澇災害脆弱性進行評價。本文將劃分3個等級評價 洪澇災害脆弱性程度，分別是高脆弱度、中脆弱度和低脆弱度，即評語級V={v1,v2,v3}={低脆弱度等級,中脆弱度等級,高脆弱度等級}，最終得到如表2所示的結果。

表2 武漢市脆弱度分級標準

3）確定權重集。根據權重確定方法，確定各項承載體脆弱性指標權重集，結果如表3所示。

表3 脆弱性指標權重集

4）隸屬度函數(shù)的構建。本文采用線性函數(shù)確定各等級的隸屬度函數(shù)

根據以上隸屬度函數(shù)計算出各個評價指標ui的 評價Vj的隸屬度rij，得到隸屬度矩陣R：

5）建立模糊評價模型。根據（U,V,R）建立模糊評價模型，得到綜合評定結果如下：

式中，bn表示被評價事物從整體上對Vj等級模糊子集的隸屬程度。然后，對向量B中的各元素值進行比較，得到B中的最大值，即bn=max（b1,b2,…,bn），最后根據最大隸屬度原則給出評定結果。

2 武漢市暴雨洪澇災害脆弱度評價結果

2.1 模糊綜合評價結果

根據模糊綜合評價法對武漢市2004年、2007年、2010年、2014年、2017年脆弱度進行評價，結果如 表4、5所示。

表4 武漢市2004年、2007年、2010年脆弱度評價結果

根據模糊綜合評價以及前文的等級評判標準，得出2004、2007、2010、2014、2017年武漢市暴雨洪澇災害脆弱度等級評價結果（見圖1）。研究結果表明，江漢區(qū)、硚口區(qū)、漢陽區(qū)和新洲區(qū)的評價等級為低脆弱度；武昌區(qū)、青山區(qū)、東西湖區(qū)、漢南區(qū)和黃陂區(qū)的評價等級為中脆弱度；江岸區(qū)、洪山區(qū)、蔡甸區(qū)和江夏區(qū)的評價等級為高脆弱度。

圖1 武漢市2004年、2007年、2010年、2014年、2017年暴雨洪澇災害脆弱度評價結果圖 （地圖審圖號：鄂S(2020)003號）

表5 武漢市2014年、2017年脆弱度評價結果

2.2 脆弱性時空特征分析

2.2.1 脆弱性時間特征

武漢市2004－2017年脆弱度等級分布如圖2所示，研究結果表明，洪山區(qū)和江岸區(qū)的脆弱度隨時間變化不明顯，均為較高脆弱度等級。硚口區(qū)、江漢區(qū)、青山區(qū)、漢陽區(qū)、新洲區(qū)和黃陂區(qū)脆弱性的時間變化也很微??；漢陽區(qū)、新洲區(qū)和黃陂區(qū)與江漢區(qū)類似；脆弱性變化比較大的區(qū)域分別是江夏區(qū)、蔡甸區(qū)、東西湖區(qū)和漢南區(qū)，脆弱度等級在這5 a的變化特征總體呈高-中-低-中變化的趨勢，武昌區(qū)的脆弱度等級則具有中-高-中變化的明顯特征。

圖2 武漢市2004－2017年脆弱度等級分布圖

武漢市2004－2017年脆弱度等級按年份分布如 圖3所示，結果表明2014年有5個地區(qū)表現(xiàn)為高脆弱度等級，2個地區(qū)表現(xiàn)為中脆弱度等級，可見2014年 脆弱度總體較高。其次，2007年有3個地區(qū)表現(xiàn)為高脆弱度等級，6個地區(qū)表現(xiàn)為中脆弱度等級，其總體的脆弱度等級中等，2004年的整體脆弱度相對于2007年略高，在2010年，武漢市的整體脆弱度表現(xiàn)最低，到2017年相對平穩(wěn)。

圖3 武漢市2004－2017年脆弱度等級年份分布圖

根據各指標數(shù)據的標準化值以及權值，計算武漢市各年的脆弱度系數(shù)，年份變化情況如圖4所示。結果表明2004－2010年期間，武漢市暴雨洪澇災害的脆弱度呈下降趨勢，2010－2014年呈上升趨勢，2014－2017年逐漸趨于平穩(wěn)。2004－2017年的脆弱度總體變化不大。

圖4 脆弱度系數(shù)年份變化情況圖

2.2.2 脆弱性空間特征

武漢市2004－2017年脆弱性空間分布如圖5所示，結果表明，脆弱性較高的區(qū)域為洪山區(qū)、漢南區(qū)、武昌區(qū)、江夏區(qū)和江岸區(qū)，脆弱性較低的區(qū)域為黃陂區(qū)、新洲區(qū)、硚口區(qū)、江漢區(qū)、漢陽區(qū)，其他區(qū)域的脆弱性適中。從整體來看，在脆弱性空間分布上，高脆弱性的區(qū)域主要集中在長江流域附近，如漢南區(qū)、江夏區(qū)、武昌區(qū)等，距離長江流域較遠的區(qū)域總體脆弱性呈低脆弱性。武漢市暴雨洪澇災害脆弱性總體表現(xiàn)為西南部地區(qū)向東北部地區(qū)減小的趨勢。

圖5 武漢市2004年至2017年脆弱性空間分布圖 （地圖審圖號：鄂S(2020)003號）

3 結 語

本文采用模糊綜合評價方法，根據建立的指標體系對武漢市2004年、2007年、2010年、2014年、2017年的暴雨洪澇災害脆弱度進行分析，得出如下結論：①依據武漢市2004年、2007年、2010年、2014年、 2017年的模糊綜合評價結果可以得出，2004－2010年 期間，武漢市暴雨洪澇災害的脆弱度呈下降趨勢；2010－2014年呈上升趨勢；2014－2017年逐漸趨于平穩(wěn)。2004－2017年的脆弱度總體呈略微上升趨勢。 ②在脆弱性空間分布上，高脆弱性的區(qū)域主要集中地長江流域附近，距離長江流域較遠的區(qū)域總體脆弱性呈低脆弱性。武漢市暴雨洪澇災害脆弱性總體表現(xiàn)為西南部地區(qū)向東北部地區(qū)減小的趨勢。③2004－2017年間武漢市暴雨洪澇災害脆弱性各年的空間分布差異較大，時間變化相對平穩(wěn)，脆弱性整體上升。下一步的研究可以從以下幾個方面展開：①進一步拓寬數(shù)據層面，完善評價指標體系，使得評價結果更加準確。②將2004－2017年建立一個連續(xù)的研究期，研究每年的脆弱性。