馬 蕾， 劉 垚， 武萬里， 蘇占勝， 緱曉輝

(1.中國氣象局 旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002)

近年來，在全球氣候變化的背景下，極端和惡劣天氣頻發(fā)，氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越來越嚴(yán)重，故在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)中承擔(dān)著重要作用的公路交通運(yùn)輸也面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn).降雨是影響交通運(yùn)輸安全的主要災(zāi)害天氣之一[1—3]，對(duì)公路正常運(yùn)行和交通安全的影響主要為：雨天路面濕滑，汽車輪胎與地面之間的摩擦系數(shù)減小，增加了安全制動(dòng)距離[4—5]；積水路面上出現(xiàn)的“水膜滑溜現(xiàn)象”，容易造成車輛失控[6]；導(dǎo)致能見度降低，且積水路面行車產(chǎn)生的水花影響駕駛員視線[7—8]；暴雨還會(huì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，沖毀路面、路基及其他公路設(shè)施，使交通中斷[9].近年來,許多學(xué)者基于降雨災(zāi)害針對(duì)公路交通的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃開展研究，且大多是以特定行政區(qū)域?yàn)閱卧?武永峰等基于GIS和灰色綜合評(píng)價(jià)法[10]，建立湖南省公路交通暴雨風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；顧婷婷等基于GIS和模糊綜合評(píng)價(jià)法[11]，建立浙江省高速公路暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型.

寧夏境內(nèi)主要高速公路有4條,即京藏高速、定武高速、福銀高速與青銀高速.其中，京藏高速公路以南北向?yàn)橹?，主要路段位于寧夏的中北部，處于地?shì)平坦且有黃河灌溉的引黃灌區(qū)；定武高速公路是東西方向，位于寧夏的中部地區(qū)，主要途徑中衛(wèi)、中寧和鹽池一帶；福銀高速公路主要位于寧夏的南部，途經(jīng)干旱少雨的同心縣和固原市大部的中溫帶半濕潤(rùn)區(qū)，地勢(shì)復(fù)雜；青銀高速主要位于寧夏的東北部，途徑銀川、鹽池.寧夏的降雨南多北少，且多集中在夏季.由于特殊的地形、地貌和所處地理位置，寧夏的降雨具有落點(diǎn)分散、時(shí)間短、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)[12]，易引發(fā)山洪、泥石流、山體滑坡等災(zāi)害，給交通運(yùn)輸帶來了嚴(yán)重威脅.因此，開展寧夏高速公路降雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有重大意義.筆者以寧夏主要高速公路為研究對(duì)象，通過模糊綜合評(píng)價(jià)法，基于GIS的空間信息技術(shù)，開展寧夏高速公路降雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究.

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)來源于寧夏氣象局24個(gè)氣象站的1981—2016年逐日降水量數(shù)據(jù)；橋涵、交通路網(wǎng)來源于寧夏公路局；河網(wǎng)、行政區(qū)劃等來自于國家基礎(chǔ)地理信息中心；植被指數(shù)(NDVI)、GDP空間分布、人口空間分布來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；車流量來源于2016年寧夏交通信息中心；SRTM 90 m高程數(shù)據(jù)來源于SRTM國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)免費(fèi)網(wǎng)站.

1.2 研究方法

1.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建及其權(quán)重 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，有眾多影響因素，且有很大的不確定性.因此，筆者從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性(誘發(fā)高速公路降雨致災(zāi)的因子)、孕災(zāi)環(huán)境敏感性(形成高速公路降雨致災(zāi)的環(huán)境)、承災(zāi)體易損性(受災(zāi)環(huán)境)3方面入手，構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型，建立寧夏高速公路降雨災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.在分析降雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)前，為消除各指標(biāo)之間的量綱差異[13]，采用下式對(duì)每個(gè)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理：

xi′=(xi-xi,min)/(xi,max-xi,min),

式中:xi為第i個(gè)指標(biāo)值；xi′為第i個(gè)指標(biāo)的歸一化值；xi,max,xi,min分別為第i個(gè)指標(biāo)值中的最大值和最小值.

通過層次分析法分別確定各指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)造判斷矩陣，然后計(jì)算.當(dāng)所有指標(biāo)層級(jí)判斷矩陣均通過一致性檢驗(yàn)，即RC<0.1時(shí)，表明各指標(biāo)分配合理.最后將各層次指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行綜合排序計(jì)算，得到其權(quán)重.層次分析法將定性與定量相結(jié)合[14]，能夠把定性的因素定量化，把主觀判斷采用數(shù)學(xué)的方式表達(dá)出來，在一定程度上減少了人的主觀影響，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理、科學(xué).

1.2.2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法 通過AHP法確定各指標(biāo)權(quán)重，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)層進(jìn)行加權(quán)合成，計(jì)算公式[15]：

結(jié)合GIS空間分析法，得到區(qū)劃結(jié)果，并將其按照自然段點(diǎn)法分區(qū)劃分為5級(jí),即對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性,按照高、次高、中等、次低、低進(jìn)行區(qū)劃.最終對(duì)寧夏高速公路降雨風(fēng)險(xiǎn)按照高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、次低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行區(qū)劃.

2 結(jié)果與分析

2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性程度是由致災(zāi)因子活動(dòng)的強(qiáng)度和頻率決定的.參考已有研究成果[16]，選取降雨量分別為16～30，30～50 mm和大于50 mm的降雨時(shí)間作為致災(zāi)因子的評(píng)價(jià)指標(biāo).將各指標(biāo)歸一化處理，通過AHP法得到各自的權(quán)重，分別為0.211 7，0.316 0，0.472 3，加權(quán)后得到致災(zāi)因子指數(shù).寧夏降雨致災(zāi)因子危險(xiǎn)性,在空間上總體呈西北向東南遞增(圖1)，在地形抬升和水汽條件的影響下，受降雨影響程度較重的地區(qū)集中在賀蘭山沿山、吳忠市和中衛(wèi)市的南部及固原市的大部，其中， 以固原市六盤山地區(qū)最為嚴(yán)重，降雨致災(zāi)的危險(xiǎn)性最高；其他地區(qū)受降雨的影響弱.

圖1 寧夏降雨致災(zāi)因子危險(xiǎn)性

2.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)

孕災(zāi)環(huán)境敏感性是指災(zāi)害發(fā)生時(shí)，受災(zāi)的外部環(huán)境對(duì)災(zāi)害或損害的敏感程度[17].對(duì)于高速公路降雨災(zāi)害，孕災(zāi)環(huán)境是指自然環(huán)境對(duì)降雨災(zāi)害形成和發(fā)展的影響.因此，選取影響寧夏高速公路降雨災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性的主要因子——地形高程(地勢(shì))、坡度、河網(wǎng)密度、植被覆蓋度、橋涵個(gè)數(shù)、橋涵線密度作為評(píng)價(jià)指標(biāo).通過AHP法得到各權(quán)重，分別為0.127 3，0.152 3，0.114 0，0.114 7，0.235 2，0.256 4，再計(jì)算得到寧夏高速公路敏感性指數(shù).寧夏高速公路孕災(zāi)環(huán)境敏感性總體較高(圖2)，在迎風(fēng)坡、山地、植被覆蓋率高、水面寬廣、橋梁多的情況下，銀川市的北部、中衛(wèi)市的北部和南部、固原市的大部境內(nèi)的高速公路孕災(zāi)環(huán)境敏感性高，而銀川市的南部、石嘴山和吳忠市的大部、中衛(wèi)市的中部境內(nèi)高速公路孕災(zāi)環(huán)境敏感性較低.

2.3 承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)

承災(zāi)體易損性是指承受災(zāi)害的環(huán)境在接受一定強(qiáng)度打擊后受到損失的難易程度[18].對(duì)于高速公路降雨災(zāi)害，承災(zāi)體易損性是指高速公路在災(zāi)難降臨時(shí)所受到的損失量.因此筆者選取影響承災(zāi)體易損性的主要因子——人口密度、車流量、道路密度、GDP.通過AHP法得到各指數(shù)的權(quán)重，分別為0.255 2，0.267 5，0.234 4，0.242 9，然后計(jì)算得到寧夏高路公路易損性指數(shù).承災(zāi)體高易損區(qū)位于銀川市金鳳區(qū)的東南部(圖3)；次高易損區(qū)位于銀川市的中部；中等易損區(qū)位于石嘴山市的大部、銀川市的北部、吳忠市的北部、中衛(wèi)市的北部、固原市的北部.

圖2 寧夏高速公路孕災(zāi)環(huán)境敏感性區(qū)劃

圖3 寧夏高速公路承災(zāi)體易損性區(qū)劃

2.4 寧夏高速公路降雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

選取影響寧夏高速公路降雨災(zāi)害的13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即降雨量分別為16～30，30～50 mm和大于50 mm的平均降雨時(shí)間;GDP空間分布;車流量;道路密度;人口密度;地形高度;河網(wǎng)密度;坡度;橋涵個(gè)數(shù);橋涵密度;植被覆蓋度.從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體3方面構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型，通過層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重(表1)，并通過GIS空間分析法繪制寧夏高速公路降雨災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖(圖4).

表1 寧夏高速公路降雨風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重

1)寧夏中衛(wèi)市的南部及固原市境內(nèi)的高速公路風(fēng)險(xiǎn)較高，其中，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在福銀高速(G70)固原市涇源段、青蘭高速(G22)固原市涇源段.涇源縣位于固原市六盤山區(qū)的迎風(fēng)坡，水汽條件充沛，在地形抬升的條件下，降雨時(shí)間多且降雨量大，孕災(zāi)環(huán)境敏感性高，承載體易損性中等.因此，該區(qū)域高速公路降雨的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高.較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于福銀高速(G70)固原市原州區(qū)段大部、青蘭高速(G22)固原市隆德段、彭青高速(S70)固原市彭陽西段.這些路段的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)和孕災(zāi)環(huán)境敏感性較高，承載體易損性中等到次高，因此風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高.在防災(zāi)減災(zāi)方面，應(yīng)在山體滑坡、泥石流頻發(fā)區(qū)域加強(qiáng)防御措施建設(shè).

2)中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于福銀高速(G70)的中衛(wèi)市李旺至三營(yíng)段、同海高速(S40)的中衛(wèi)市海原段、彭青高速(S70)的固原市彭陽東段，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性和承載體易損性均不高，所以風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)不高.

3)寧夏的中北部地區(qū)境內(nèi)高速公路風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低，而京藏高速、定武高速、青銀高速、銀西高速、古青高速的全線，雖然承載體易損性高，但孕災(zāi)環(huán)境敏感性不高，且致災(zāi)因子危險(xiǎn)性較低，因此綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較低.

3 結(jié)論

寧夏南部山區(qū)的高速路段降雨風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，北部和中部地區(qū)的高速路段降雨風(fēng)險(xiǎn)較低.京藏高速、定武高速、青銀高速、銀西高速、古青高速的全線為低到較低風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為0.100 3～0.256 6.福銀高速的吳忠至同心段的風(fēng)險(xiǎn)較低，風(fēng)險(xiǎn)值為0.179 5～0.256 6；中衛(wèi)市的海原段為中等風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為0.256 6～0.339 8；固原市的原州區(qū)段為中等到次高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為0.256 6～0.453 5；固原市的隆德至涇源段為高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為0.453 5～0.617 9.青蘭高速的隆德段為次高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為0.339 8～0.453 5；涇源段為高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為0.453 5～0.617 9.因此，寧夏高速公路降雨災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)路段主要位于福銀高速的固原市南段、青蘭高速的固原市東段.在防災(zāi)減災(zāi)工作方面，應(yīng)該在泥石流、山體滑坡等頻發(fā)區(qū)域加強(qiáng)防御措施建設(shè).本文僅是高速公路降雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的初步研究，并未深入研究其與實(shí)際災(zāi)情的差異.還需在今后工作中研究降雨風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)際災(zāi)情的差異，并找出發(fā)生差異的原因.