汪 怡，梁 龍，孫延忠，宮阿都，劉穎慧，陳云浩

（1.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；2.中國文化遺產(chǎn)研究院，北京 100029）

引言

洪澇災(zāi)害一直以來位于威脅全球不同國家和地區(qū)的各類自然災(zāi)害影響程度之首，洪澇災(zāi)害已成為人類社會(huì)面臨的共同重大問題［1－3］。尤其是我國，自然地理、氣候條件復(fù)雜，是世界上洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一［4－5］。隨著全球環(huán)境不斷變化，不可移動(dòng)文物面臨的災(zāi)害威脅加劇，一些學(xué)者也逐漸開始對(duì)不可移動(dòng)文物進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究。然而目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)不可移動(dòng)文物遺產(chǎn)的保護(hù)缺乏對(duì)洪澇害災(zāi)害系統(tǒng)發(fā)生機(jī)制的綜合研究［6－7］。針對(duì)不可移動(dòng)文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究是指某一地區(qū)在某一時(shí)間內(nèi)洪澇發(fā)生對(duì)不可移動(dòng)文物的可能造成的破壞損失及其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和自然環(huán)境系統(tǒng)方面的影響和危害的評(píng)估［8］。從災(zāi)害角度對(duì)不可移動(dòng)文物遺產(chǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重大意義，目前國際社會(huì)已有相關(guān)學(xué)者開展了洪澇災(zāi)害、氣候變化對(duì)遺產(chǎn)危害的評(píng)估與防范研究，而國內(nèi)相關(guān)研究比較缺乏［9］。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不可移動(dòng)文物的研究主要集中在文物時(shí)空分布及其與地理要素和人文要素之間的關(guān)系、不可移動(dòng)文物所在地的開發(fā)與保護(hù)及環(huán)境變化等方面［6，10－15］。而在洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)方面的研究卻已有很多成熟的研究方法可以借鑒，如曹茹、張洪玲、田光文等從危險(xiǎn)性、敏感性、脆弱性等3個(gè)方面因子進(jìn)行綜合評(píng)估分析，分別得到寶雞市冰雹、黑龍江洪澇、南鄭縣暴雨的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃［16－18］。加之很多新興技術(shù)手段在洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)上的應(yīng)用也日益成熟［19－20］。在對(duì)文物及洪澇災(zāi)害相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)研究領(lǐng)域，喬文慧等［21］結(jié)合城市防洪、救災(zāi)與重建能力對(duì)廣州市內(nèi)的文化遺產(chǎn)進(jìn)行了洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的構(gòu)建，梁龍等［22］基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，基于區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及文物本體3個(gè)方面在福建省域尺度上構(gòu)建了不可移動(dòng)文物季節(jié)性暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。文中在考慮不同文物類型對(duì)暴雨洪水漬澇的敏感性后，發(fā)現(xiàn)山西省古遺址、古建筑這兩類不可移動(dòng)文物都具有種類眾多，規(guī)模龐大，但大多質(zhì)地脆弱，洪澇災(zāi)害對(duì)于不可移動(dòng)文物具有波及范圍大和破壞程度高的特點(diǎn)，且在所有自然災(zāi)害中，洪澇災(zāi)害對(duì)其影響最大且相對(duì)頻繁。孫滿利［47］提出，降雨及洪澇對(duì)于古遺址的影響主要存在3個(gè)階段，即土體崩解、形成沖溝、墻體失穩(wěn)倒塌；而古建筑及石窟寺及石刻在暴雨沖刷下，古建筑屋頂屋脊、瓦片、屋檐彩繪等容易脫落，石窟寺及石刻如云岡石窟等其內(nèi)部不僅有石窟，有佛像，還有著眾多精美的壁畫，在受到雨水腐蝕及短時(shí)間內(nèi)高強(qiáng)度降雨導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害，若排水系統(tǒng)不完善，積水不能及時(shí)排出，古建筑及石窟寺及石刻會(huì)因長時(shí)間雨水的浸泡受到侵蝕，致使墻體出現(xiàn)開裂和傾斜現(xiàn)象，嚴(yán)重的將會(huì)影響其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［48－50］。因此選擇此三類不可移動(dòng)文物為代表性文物類型。因此，本研究基于現(xiàn)有的研究方法和思路，依據(jù)不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與防范需求［23］，選取古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三類不可移動(dòng)文物，提出針對(duì)三類不可移動(dòng)文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)山西省域尺度的評(píng)估方法。通過分析文物本體屬性分析對(duì)其產(chǎn)生主要影響的降水特性，即導(dǎo)致洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的根本原因，開展致災(zāi)因子危險(xiǎn)性研究；基于三類文物本體不同屬性的影響特征，利用綜合分析法開展針對(duì)不同類型文物本體的脆弱性研究；通過分析研究區(qū)域易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的地形地貌等環(huán)境特征研究孕災(zāi)環(huán)境敏感性，形成綜合面向三類文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法體系［22］。以層次分析法結(jié)合專家打分法確定指標(biāo)權(quán)重，加權(quán)綜合評(píng)價(jià)構(gòu)建不可移動(dòng)文物遺產(chǎn)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，以期有效地預(yù)見與防范不可移動(dòng)文物遺產(chǎn)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為不可移動(dòng)文物遺產(chǎn)的防洪減災(zāi)提供服務(wù)，進(jìn)而豐富不可移動(dòng)文物遺產(chǎn)保護(hù)的理論與應(yīng)用領(lǐng)域。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)源概況

1.1 研究區(qū)概況

山西省地處黃河中游，黃土高原東部，南北長約682 km，東西寬約385 km，總面積15.63×104 km2。因受大氣環(huán)流及地形的影響，山西省降水分布東多于西，南多于北，山地多于盆地，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡，年際和季節(jié)變化大，降水強(qiáng)度大。年平均降水由西北向東南遞增，介于380 mm～650 mm，總平均511.8 mm。因地形地貌及長期采煤所致，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)、易發(fā)［24］。由于山西省在經(jīng)緯度上跨度較大，因而其省域境內(nèi)氣候東西垂直變化以及橫向南北變化都十分顯著，總體上山西省可歸屬于中緯度大陸性季風(fēng)氣候，即溫帶大陸性氣候，其復(fù)雜的地形地貌使其氣候比較復(fù)雜，屬于典型的氣候脆弱區(qū)域，主要表現(xiàn)為夏季受東亞季風(fēng)影響為多雨季節(jié)，其總體持續(xù)時(shí)間較短，因而極容易產(chǎn)生暴雨及洪澇災(zāi)害［25］。山西全省地處黃土高原地區(qū)范圍內(nèi)，而黃土高原地區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱和水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，除土壤類型結(jié)構(gòu)外，降水集中且多為暴雨是造成該地區(qū)水土流失的主要原因［41］。已有研究表明，一次大暴雨導(dǎo)致的土壤侵蝕往往占到年總量的90%以上［42］。因此黃土高原的特殊土壤類型也是導(dǎo)致洪澇災(zāi)害影響加重的重要因素。雖然近幾年山西省發(fā)生洪澇災(zāi)害的次數(shù)有所下降，但2014－2018年期間山西省發(fā)生洪澇災(zāi)害影響等級(jí)卻高于全國平均水平25%［26］。

山西省歷史悠久，文物資源豐富。第三次全國文物普查結(jié)果顯示，山西省不可移動(dòng)文物共有5萬余處，其中全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位271處，占全國國保單位總數(shù)2 351處的11.5%，位居全國第一；省保單位428處，市、縣保單位9 000余處；世界文化遺產(chǎn)3處；中國歷史文化名城5個(gè)；中國歷史文化名鎮(zhèn)、名村30個(gè)，其中名鎮(zhèn)7個(gè)、名村23個(gè)，總數(shù)位居全國第一。本研究所選用的不可移動(dòng)文物包含第一至八批國保單位共計(jì)422處，分布于山西省86個(gè)縣（市）中。

1.2 數(shù)據(jù)源選取及處理

文中選用了基于國家氣象信息中心2 400余全國國家級(jí)臺(tái)站（基本、基準(zhǔn)和一般站）的日觀測(cè)數(shù)據(jù)，選用1980年至2015年36年分辨率為0.25°的CN05.1格點(diǎn)化觀測(cè)的氣象數(shù)據(jù)［27，28］，結(jié)合國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn/）提供的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集中的同年份跨度所記錄的降雨量數(shù)據(jù)為參考，用于提取出分析致災(zāi)因子危險(xiǎn)性所需要的山西省降雨量、年均暴雨日數(shù)和年均暴雨量指標(biāo)信息。歷史災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于《山西氣象災(zāi)害大典》中洪澇災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)資料構(gòu)建山西省縣級(jí)尺度歷史洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)集。孕災(zāi)環(huán)境敏感性所需的指標(biāo)數(shù)據(jù)有高程數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)和河網(wǎng)密度數(shù)據(jù)，其中高程數(shù)據(jù)為分辨率為12.5 m的全國高程數(shù)據(jù)，坡度由高程數(shù)據(jù)在ArcMap中提取，NDVI數(shù)據(jù)為中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心2015年分辨率為1 km×1 km的全國NDVI數(shù)據(jù)，河流數(shù)據(jù)為OpenStreetMap網(wǎng)站上下載的全國1 km的全國河網(wǎng)數(shù)據(jù)，土壤類型數(shù)據(jù)為中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心1995年1：100萬中國土壤質(zhì)地空間分布數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)分辨率統(tǒng)一為1 km。再利用山西省行政區(qū)劃面狀矢量數(shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行裁剪處理，得到研究區(qū)圖像。具體數(shù)據(jù)來源可見表1。

表1 不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)源Table 1 Immovable cultural relics flood disaster risk data source

文物本體脆弱性數(shù)據(jù)及指標(biāo)賦值基于國保單位四有檔案資料（來源：中國文化遺產(chǎn)研究院）及實(shí)地調(diào)研所得到的山西省古建筑、古遺址和石窟寺及石刻三類文物點(diǎn)數(shù)據(jù)，共有效點(diǎn)422個(gè)，其中古建筑366個(gè)、古遺址46個(gè)，石窟寺及石刻10個(gè)，所選指標(biāo)為數(shù)量、結(jié)構(gòu)、文物占地面積及保存現(xiàn)狀。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重計(jì)算

考慮到各指標(biāo)單位的不同，采用離差標(biāo)準(zhǔn)化法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換，使結(jié)果值映射到0－1的標(biāo)準(zhǔn)歸一化范圍。以層次分析法結(jié)合專家打分法計(jì)算權(quán)重，所有權(quán)重值均通過一致性檢驗(yàn)。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法，可在一定程度上將定性問題定量化［29］。其基本步驟為：建立由洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的組成要素所形成的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造比較判斷矩陣，計(jì)算權(quán)向量以及檢驗(yàn)一致性。根據(jù)比較判斷矩陣，計(jì)算出要素X的各項(xiàng)影響指標(biāo)的x i權(quán)重w i，公式為：

式中：m ij為比較判斷矩陣第i行第j列的元素；n為比較判斷矩陣維數(shù)；M i為i行元素的幾何平均值［30］。

專家打分法主要通過征求專家意見并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、歸納和綜合分析。在洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃研究中，尤為關(guān)鍵的是合理地確定各個(gè)影響因子中的具體評(píng)估指標(biāo)與權(quán)重值，根據(jù)洪澇災(zāi)害特點(diǎn)，在層次分析法基礎(chǔ)上通過專家打分法綜合計(jì)算具體評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)［31］。

針對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性，基于層次分析法和專家打分法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行兩兩重要性打分，構(gòu)建比較矩陣，計(jì)算各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重。根據(jù)本研究給出的省域尺度下不可移動(dòng)文物洪澇風(fēng)險(xiǎn)概念模型表達(dá)式計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)要素綜合指標(biāo)X的公式為：

式中：X為洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素值；s i為指標(biāo)x i（包括f,m,b,s,r，t,g,l,w）經(jīng)過歸一化后的值；w i為經(jīng)過層次分析法結(jié)合專家打分法得到的指標(biāo)權(quán)重。

指標(biāo)體系及權(quán)重見表2。

表2 不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系Table 2 Immovable cultural relics flood disaster risk assessment index system

2.2 評(píng)估模型

2.2.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估

對(duì)致災(zāi)因子綜合評(píng)估本文主要針對(duì)降水及歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)要素。根據(jù)中國氣象局規(guī)定，一般認(rèn)為短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)降雨（24小時(shí)降雨量≥50 mm）的天氣現(xiàn)象即為暴雨，認(rèn)定為存在致洪的可能，若研究區(qū)一年之中暴雨級(jí)別以上的降水愈頻繁，則該地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也越高。在參考王莎等［32］研究的基礎(chǔ)上，選取直接和暴雨洪澇災(zāi)害相關(guān)的降雨量、年均暴雨日數(shù)及年均暴雨量作為致災(zāi)因子的3個(gè)指標(biāo)。同時(shí)，依據(jù)《山西氣象災(zāi)害大典》中洪澇災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)對(duì)比歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)分布越密集的地區(qū)，即歷史上頻繁發(fā)生洪澇災(zāi)害的地區(qū)，相對(duì)其他地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)更高。因此，本研究選用年降雨量，參考中國雨量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)的年均暴雨日數(shù)和年均暴雨量［33］，加上歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行密度分析，歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)越密集的地區(qū)，其洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)越高。綜合插值分析以加權(quán)致災(zāi)因子的危險(xiǎn)程度。

2.2.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)估

在山西省域尺度上綜合考慮地形地勢(shì)、水系、土壤類型、NDVI等土地利用因素的影響，其中，因山西境內(nèi)有眾多山區(qū)，山洪作為洪澇災(zāi)害的一種類型，是造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的重要因素，考慮地形因素的重要影響，即地形起伏度越小，地勢(shì)越低，發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)程度就越高［34－36，44］，因此，地形因子以高程和坡度為指標(biāo)作綜合表征評(píng)價(jià)［37］；水系因子考慮河網(wǎng)密度，河網(wǎng)密度很大程度上決定了文物所在區(qū)域可能遭受洪澇災(zāi)害的難易程度，河網(wǎng)越密集地區(qū)越易遭受洪澇災(zāi)害［38］。NDVI指數(shù)是能夠最有效反映地表植被覆蓋情況的遙感指數(shù)之一，NDVI值越高的地區(qū)，植被覆蓋越密集，越能有效吸收地表的水分，對(duì)洪澇災(zāi)害越不敏感［40］。具體細(xì)化土地類型數(shù)據(jù)來做綜合評(píng)價(jià)，本研究依據(jù)土壤質(zhì)地，將山西省土壤類型分為砂土、黏土、壤土三類，參考已有研究得知三類土壤的保水性能依次增強(qiáng)，即對(duì)洪澇災(zāi)害越不敏感［43］。

2.2.3 文物本體脆弱性評(píng)估

文物本體脆弱性評(píng)估以不可移動(dòng)文物價(jià)值量化評(píng)價(jià)，依據(jù)該不可移動(dòng)文物的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、占地面積和保存現(xiàn)狀評(píng)定不可移動(dòng)文物價(jià)值，認(rèn)為不可移動(dòng)文物數(shù)量越多、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、占地面積更大、保存現(xiàn)狀級(jí)別越高，其價(jià)值越高、脆弱性越強(qiáng)［21］。其中數(shù)量指標(biāo)用以在省域尺度上將研究聚焦至縣級(jí)單位，即各縣級(jí)單位擁有的國保單位文物點(diǎn)數(shù)量，數(shù)量越多，相對(duì)面臨的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越高，保護(hù)工作更加困難，結(jié)果在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖中得以呈現(xiàn)。在聚焦于文物點(diǎn)的脆弱性及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，我們將該縣級(jí)的數(shù)量作為指標(biāo)值提取至該縣域內(nèi)的文物點(diǎn)用以進(jìn)行文物點(diǎn)脆弱性計(jì)算。其余三項(xiàng)指標(biāo)直接可在文物點(diǎn)的角度進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)通過文物四有檔案查詢、實(shí)地調(diào)研、問卷調(diào)查等方法，對(duì)山西省存在的的422個(gè)三類不可移動(dòng)文物本體基于構(gòu)建的賦值表進(jìn)行打分賦值。

2.2.4 綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

由于洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的定義都是定性的風(fēng)險(xiǎn)概念，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)無法進(jìn)行定量化的表達(dá)，因此建立針對(duì)不可移動(dòng)文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式可以清楚直觀的表達(dá)出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的主要構(gòu)成要素，對(duì)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要的實(shí)際意義。本研究就近些年國內(nèi)外具有代表性的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式進(jìn)行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，其概念和表達(dá)式的理論多是針對(duì)自然災(zāi)害領(lǐng)域，并且多是以大尺度區(qū)域研究為主，對(duì)不可移動(dòng)文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論尚未普及［45－46］。文中針對(duì)不可移動(dòng)文物領(lǐng)域的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性交互關(guān)系出發(fā)，考慮致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及不可移動(dòng)文物本體復(fù)雜性，構(gòu)建不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

在本研究提出的不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)概念模型中，文物本體包含古建筑（b）、石窟寺及石刻（s）、古遺址（r）三類；孕災(zāi)環(huán)境考慮地形（t）、地貌（g）、河網(wǎng)密度（w），土壤類型（l），NDVI（n）五類要素；致災(zāi)因子即為洪澇（f），歷史災(zāi)害點(diǎn)密度（m）。在概念模型空間中，文物本體與孕災(zāi)環(huán)境之間存在空間不確定性，與致災(zāi)因子之間也存在空間不確定性以及時(shí)間隨機(jī)性；孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子相互作用具有事件突發(fā)性。正是由于這些特性的存在，使得不可移動(dòng)文物洪澇風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建更加錯(cuò)綜復(fù)雜。

對(duì)于不可移動(dòng)文物本體，考慮文物類型多樣、材質(zhì)多樣、年代久遠(yuǎn)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜特點(diǎn)，文物脆弱性具有時(shí)間不敏感、空間不確定、類型復(fù)雜等性質(zhì)；對(duì)于致災(zāi)因子，考慮其類型多樣、隨機(jī)突變、災(zāi)害過程復(fù)雜、極端事件多樣特點(diǎn)，因而致災(zāi)因子危險(xiǎn)性具有時(shí)間敏感、空間尺度大、類型復(fù)雜的特性；對(duì)于孕災(zāi)環(huán)境，考慮環(huán)境復(fù)雜、人類活動(dòng)影響以及全球變化，使得孕災(zāi)環(huán)境敏感性具有時(shí)間不敏感、空間尺度大、類型復(fù)雜特性。

而在時(shí)間尺度上，由于山西作為典型的北方省份，其降雨主要發(fā)生在7～8月，偶爾會(huì)遭受秋汛影響，因此第一、四季度降雨量可忽略不計(jì)而對(duì)汛期6～10月份的逐月分析，挖掘洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的月際分布特征。將致災(zāi)因子指標(biāo)數(shù)據(jù)均按照汛期6～10月份劃分并單獨(dú)對(duì)其危險(xiǎn)性、風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行逐月分析，計(jì)算模型與綜合風(fēng)險(xiǎn)一致。

通過構(gòu)建概念模型空間、分析不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要素（文物本體、孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子）相互關(guān)系，本研究給出的省域尺度下不可移動(dòng)文物洪澇風(fēng)險(xiǎn)概念模型表達(dá)式如下：

式中：R表示洪澇災(zāi)害表示風(fēng)險(xiǎn)值；H，V，S分別代表危險(xiǎn)性、脆弱性與敏感性；f，m對(duì)應(yīng)為洪澇、歷史災(zāi)害點(diǎn)密度；b,s,r對(duì)應(yīng)為古建筑、石窟寺及石刻、古遺址；t,g,l,w,n分別對(duì)應(yīng)為地形、地貌、土壤類型、河網(wǎng)密度及NDVI。

3 結(jié)果分析

3.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估

利用ArcGIS軟件對(duì)1980-2015年，共36年氣象數(shù)據(jù)選擇年均降水量、年均暴雨日數(shù)、年均暴雨量3個(gè)因素結(jié)合歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)分布密度進(jìn)行空間分析，首先將這3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理，再根據(jù)AHP結(jié)合專家打分法確定危險(xiǎn)性的權(quán)重，最后綜合插值分析以加權(quán)致災(zāi)因子的危險(xiǎn)程度得出山西省洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果（圖1）。同時(shí)，本文對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行汛期（6～10月）逐月劃分用以評(píng)估汛期洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性，得到時(shí)間尺度上的致災(zāi)因子危險(xiǎn)性結(jié)果（圖2）。

圖1 山西省致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估情況Fig.1 Risk assessment of disaster-causing factors in Shanxi Province

圖2 山西省汛期致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估情況Fig.2 Risk assessment of disaster-causing factors in flood season in Shanxi Province

山西省洪澇致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果表明：山西省洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性空間分布整體上表現(xiàn)為由南向北逐漸減弱的規(guī)律，危險(xiǎn)性相對(duì)較低的區(qū)域主要分布在山西省北部尤其是西北部地區(qū)，如朔州市、大同市等。這是因?yàn)樵摰貐^(qū)降雨量較少，暴雨頻次較低；由于山西省獨(dú)特的地理位置及氣候條件，洪澇災(zāi)害相對(duì)較高的區(qū)域主要分布在降雨量較大且暴雨頻次較頻繁的南部地區(qū)及中東地區(qū)，如晉城市、長治市、運(yùn)城市等。

時(shí)間分布整體上表現(xiàn)為7～8月較其他汛期月份危險(xiǎn)性更為顯著，尤其在一年的7月份達(dá)到峰值，正是因?yàn)樯轿髟谠撛路萁邓^多且頻率較大，全省均處于危險(xiǎn)性較高的范圍。從時(shí)間尺度上看，山西省于6月進(jìn)入汛期開始，危險(xiǎn)性開始逐漸由東南擴(kuò)大至全省并于7月達(dá)到峰值后逐漸下降到10月左右全省危險(xiǎn)性降到較低水平。

總體而言，由于山西省南北跨越5個(gè)緯度，降水差異明顯，其降水分布的空間結(jié)構(gòu)為南部地區(qū)降水相對(duì)較多，有較為顯著的區(qū)域劃分。多雨城市主要分布在晉東南地區(qū)，少雨地區(qū)主要分布在晉北部地區(qū)，其他地區(qū)降雨總量相對(duì)中等［39］。降水的空間分布差異于本研究得出的結(jié)果大致相同，且對(duì)致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的評(píng)估方面具有決定性的影響。前有研究山西洪澇災(zāi)害、氣象災(zāi)害、歷史災(zāi)情的相關(guān)學(xué)者如王偉斯［25］等研究得出的山西省降雨大于50 mm的暴雨日數(shù)分布特征呈現(xiàn)從東南向西北減少的分布特點(diǎn)，且年均暴雨日數(shù)東南部地區(qū)平均每年在一天以上，而北部局部地區(qū)幾乎每10年才能出現(xiàn)一次大于50 mm的暴雨天氣。申欣凱等［27］對(duì)山西省暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估顯示長治西部、運(yùn)城東南部處于高危險(xiǎn)區(qū)；晉城、晉中南部、陽泉等地區(qū)處于次高危險(xiǎn)區(qū)；山西北部處于低危險(xiǎn)區(qū)。由于文中詣在研究不可移動(dòng)文物的洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性，所以在指標(biāo)選取上將此研究選用的最大日暴雨量改為降雨量，同時(shí)增加了歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)密度指標(biāo)，得到的結(jié)果與現(xiàn)有研究大體相同，但在各縣級(jí)區(qū)劃的高低值上存在差異，歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)密度越大的地區(qū)相對(duì)危險(xiǎn)性更高。結(jié)合數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)密度相對(duì)較大的地區(qū)與降雨量較大且暴雨頻次較頻繁的地區(qū)具有明顯的相關(guān)性，即歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)也印證著致災(zāi)因子危險(xiǎn)性的空間分布特征，同時(shí)也意味著該地因山區(qū)地形地勢(shì)地貌等影響而導(dǎo)致較為經(jīng)常發(fā)生洪澇災(zāi)害，這在本研究后續(xù)的孕災(zāi)環(huán)境敏感性中也可得以論證。以上同類型對(duì)比研究與文中致災(zāi)因子危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果大致相同。

3.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)估

山西省域尺度孕災(zāi)環(huán)境敏感性系數(shù)偏高的地區(qū)分布呈東北—西南條狀帶走向，該“高敏感性條狀帶”地區(qū)水系密布、地勢(shì)低洼、植被覆蓋度較兩側(cè)山脈低，屬于洪澇易發(fā)區(qū)。山西省域尺度上最高孕災(zāi)環(huán)境敏感性達(dá)0.78，整體孕災(zāi)環(huán)境敏感性平均達(dá)0.48。對(duì)于河網(wǎng)密度較大，海拔和坡度較低，植被覆蓋度較低及土壤蓄水能力較弱的地區(qū)，其孕災(zāi)環(huán)境敏感性相對(duì)越高。對(duì)于山西省域尺度而言，其境內(nèi)有眾多山區(qū)，山洪作為洪澇災(zāi)害的一種類型，是造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的重要因素，觀察結(jié)果也易發(fā)現(xiàn)山西省內(nèi)山區(qū)兩側(cè)地勢(shì)低洼、坡度平緩的地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性更高。同時(shí)因?yàn)樯轿鞯靥廃S土高原地區(qū)，其特殊土壤類型也是導(dǎo)致洪澇災(zāi)害影響加重的重要因素之一，孕災(zāi)環(huán)境高敏感性地區(qū)與土壤類型中相對(duì)保水性能較差的地區(qū)具有一致性。基于行政區(qū)分布而言，運(yùn)城市、晉中市西部地區(qū)及太原市為孕災(zāi)環(huán)境敏感性高值區(qū)域。若洪澇災(zāi)害發(fā)生，這些高孕災(zāi)環(huán)境敏感性不可移動(dòng)文物地區(qū)損失將大于其他不可移動(dòng)文物分布區(qū)（圖3）。

圖3 山西省孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)估情況Fig.3 Environmental sensitivity assessment of disaster pregnancy in Shanxi Province

由于受到大氣環(huán)流、地形條件及水汽輸送途徑等多種機(jī)制影響，山西省暴雨中心多出現(xiàn)在山脈的迎風(fēng)區(qū)，特別是氣流隨山勢(shì)升高的喇叭口狀的河谷地帶更容易出現(xiàn)大暴雨，從而更易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害的發(fā)生，如太行山中南部到中條山南麓、呂梁山東側(cè)、太岳山等地都是大暴雨洪災(zāi)的多發(fā)區(qū)［25］。同時(shí)參考致災(zāi)因子指標(biāo)中的歷史洪澇災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)，其分布密度與本文所提出的“高敏感性條狀帶”洪澇易發(fā)區(qū)位置具有較為明顯的一致性，因此可以得以驗(yàn)證孕災(zāi)環(huán)境敏感性的分布特征對(duì)洪澇災(zāi)害的影響。

3.3 文物本體脆弱性評(píng)估

山西省域尺度上可收集的有效文物點(diǎn)數(shù)據(jù)共有422個(gè)，其中古建筑366個(gè)、古遺址46個(gè)，石窟寺及石刻10個(gè)。按照自然斷點(diǎn)法將山西省不可移動(dòng)文物本體脆弱性分為五個(gè)等級(jí)：低（0.185～0.400），較低（0.401～0.486），中（0.487～0.570），較高（0.570～0.666）和高（0.667～0.787）。結(jié)果表明：山西省東南及西南部地區(qū)的國保文物脆弱性最高，其次是中部地區(qū)相對(duì)較高，而北部及西部地區(qū)的國保文物本體脆弱性值相對(duì)較低。三類文物中，石窟寺及石刻整體脆弱性值偏低，而古遺址整體脆弱性較高，古建筑則整體劃分均勻（圖4）。

圖4 山西省三類文物本體脆弱性評(píng)估情況Fig.4 The vulnerability assessment of the three types of cultural relics in Shanxi Province

3.4 洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估

綜合考慮致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性3個(gè)評(píng)估模塊，對(duì)所選定的指標(biāo)根據(jù)層次分析法得出權(quán)重，再進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得出山西省域尺度上洪澇災(zāi)害對(duì)不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果（圖5），并根據(jù)汛期逐月變化得到山西省汛期不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果（圖6）。

圖5 山西省不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估情況Fig.5 Risk assessment of immovable cultural relics in Shanxi Province

在空間尺度上，山西省不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)集中分布與山西省南部地區(qū)，包含晉城市、運(yùn)城市及長治市南部地區(qū)，主要原因是該地區(qū)降水分布相對(duì)集中，暴雨頻率相對(duì)頻繁，且國保文物本體脆弱性也相對(duì)較高，高風(fēng)險(xiǎn)不可移動(dòng)文物共56處，類型主要以古遺址和古建筑為主。不可移動(dòng)文物洪澇災(zāi)害低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要分布在山西省北部地區(qū)，如大同市及忻州市東部，低風(fēng)險(xiǎn)不可移動(dòng)文物共58處，類型主要以石窟寺及石刻和古建筑為主。同時(shí)，擁有更多國保單位不可移動(dòng)文物的地區(qū)其保護(hù)難度較其他地區(qū)更大，在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃上表現(xiàn)較為明顯。較低、較高及中風(fēng)險(xiǎn)分布相對(duì)較分散，空間分布規(guī)律整體呈由北向南風(fēng)險(xiǎn)逐漸升高的趨勢(shì)。

在時(shí)間尺度上，由于山西省降水主要發(fā)生在汛期（6～10月），而從圖6中可以看出在汛期內(nèi)7月風(fēng)險(xiǎn)性最高且地域分異顯著，而汛期的其余4個(gè)月以中風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)及低風(fēng)險(xiǎn)為主導(dǎo)。參考《山西氣象災(zāi)害大典》中暴雨洪澇歷史災(zāi)情等文獻(xiàn)資料研究發(fā)現(xiàn)，山西南部大部分地區(qū)及中部晉中、陽泉地區(qū)發(fā)生暴雨災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)較大，北部大同、朔州地區(qū)發(fā)生暴雨災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)較小，與暴雨危險(xiǎn)性區(qū)域圖較為一致，但處于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的區(qū)域范圍有所擴(kuò)大?？傮w來看，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)處于人口較為密集的平原地區(qū)，山區(qū)危險(xiǎn)性相對(duì)較小［27］。這與本研究所劃分的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃大致相同，但由于所選的一些參評(píng)指標(biāo)和賦權(quán)方法與之前學(xué)者有所不同，文中增加了文物本體脆弱性指標(biāo)以及孕災(zāi)環(huán)境敏感性指標(biāo)與該研究中的承災(zāi)體易損性的不同，所以導(dǎo)致洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃在山西省局部地區(qū)的分布也存在一定差異，但總體評(píng)估效果相對(duì)較好。

圖6 山西省汛期不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估情況Fig.6 Risk assessment of immovable cultural relics in flood season in Shanxi Province

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究通過構(gòu)建洪澇災(zāi)害對(duì)不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，并在山西省以三類全國文物重點(diǎn)保護(hù)單位為例，基于對(duì)所選指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化、歸一化處理，結(jié)合GIS技術(shù)綜合分析洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性，使用該方法進(jìn)行了省域尺度上洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。主要得出以下結(jié)論：

（1）在空間尺度上，山西省域尺度下洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)中致災(zāi)因子危險(xiǎn)性較強(qiáng)的地區(qū)主要分布在降雨量相對(duì)較大、暴雨頻率頻繁的南部，孕災(zāi)環(huán)境敏感性較強(qiáng)的地區(qū)主要分布在河網(wǎng)密度較大，植被覆蓋度低、土壤保水性較差且地勢(shì)較低、地形平緩，分布呈東北—西南條狀帶走向的“高敏感性條狀帶”地區(qū)，文物本體脆弱性較強(qiáng)的地區(qū)主要分布在東南及中部地區(qū)，且以古建筑及古遺址文物類型為主。洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高的地區(qū)有晉城市、長治市、運(yùn)城市、晉中市及臨汾市東部等地，主要集中在山西省南部地區(qū)，而綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較低的區(qū)域主要集中在北部地區(qū)。通過與歷史洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)對(duì)比，綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果中，高風(fēng)險(xiǎn)性區(qū)域與實(shí)際洪澇災(zāi)害損失較大的區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系較好，基本能夠反映山西省域尺度上洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)空間分布狀況。

（2）在時(shí)間尺度上，山西省域尺度下洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)中致災(zāi)因子危險(xiǎn)性較強(qiáng)的地區(qū)主要分布在降雨量相對(duì)較大、暴雨頻率更為頻繁的汛期并集中于7～8月且在7月達(dá)到峰值，從而導(dǎo)致7月整體風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)最高。通過與歷史洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)對(duì)比，汛期逐月風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果中，山西省實(shí)際洪澇災(zāi)害損失較大的月份與處于汛期的時(shí)間跨度相對(duì)應(yīng)，本研究結(jié)果基本能夠反映山西省域尺度上洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間分布狀況。

4.2 討論

（1）本研究可為不可移動(dòng)文物防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃與監(jiān)測(cè)防范措施提供科學(xué)參考，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。但是洪澇災(zāi)害是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，影響因子涉及自然與社會(huì)的諸多方面，由于前期搜集的數(shù)據(jù)和指標(biāo)有限，以及研究區(qū)域尺度較小，所以結(jié)果仍存在不夠精細(xì)的情況。

（2）目前本研究基于課題所進(jìn)行的工作還將進(jìn)行更大尺度上的研究，將考慮更多的指標(biāo)進(jìn)行更加精細(xì)尺度上的計(jì)算，細(xì)化到縣域尺度及文保單位尺度進(jìn)行進(jìn)一步討論，將結(jié)合最新的研究方向在更大尺度上選取合適的指標(biāo)，如致災(zāi)因子可考慮到逐小時(shí)的降雨強(qiáng)度以及研究區(qū)淹沒范圍，孕災(zāi)環(huán)境在大尺度上可考慮巖性、不透水層面積等，而針對(duì)文物本體，在相對(duì)省域尺度較大的尺度如縣域尺度上采用不可移動(dòng)文物防災(zāi)能力，即文物單位應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害所具備的抵御能力、適應(yīng)能力、調(diào)節(jié)能力及解決問題的能力等指標(biāo)細(xì)化文物本體脆弱性的影響，在更大更細(xì)致的尺度如文保單位尺度上更能聚焦于單一文物個(gè)體本身，如文物本體結(jié)構(gòu)損傷程度、材料劣化程度等。以期研究結(jié)果更加細(xì)致，更符合實(shí)際情況。

（3）目前本研究對(duì)時(shí)間尺度上的變化僅考慮了年際內(nèi)的汛期逐月變化，將在下一步的研究中展開多年時(shí)間變化，考慮時(shí)間上的整體發(fā)展和改變，并可以此為依據(jù)對(duì)未來做出預(yù)測(cè)。

（4）此次研究的文物本體均為全國文物重點(diǎn)保護(hù)單位，將在下一步研究中考慮省保單位等文物本體，同時(shí)此次研究以古遺址、古建筑和石窟寺及石刻三類文物為文物本體研究對(duì)象，但實(shí)際文物類型種類多種多樣，應(yīng)在進(jìn)一步研究中考慮更多更全面的文物本體研究類型。

（5）本文當(dāng)前僅進(jìn)行了洪澇災(zāi)害對(duì)不可移動(dòng)文物風(fēng)險(xiǎn)研究，后續(xù)還將基于課題進(jìn)行多風(fēng)險(xiǎn)綜合研究，如地震災(zāi)害、大風(fēng)災(zāi)害等，結(jié)合多風(fēng)險(xiǎn)討論綜合對(duì)不可移動(dòng)文物可能造成的影響。

（6）本研究目前所用的土壤數(shù)據(jù)相對(duì)分類較為簡單，后續(xù)還將結(jié)合黃土高原情況收集更多相關(guān)土壤類型及土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)，以期更細(xì)致地進(jìn)行孕災(zāi)環(huán)境敏感性計(jì)算。

致謝：

感謝北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部地理數(shù)據(jù)與應(yīng)用分析中心地學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)支持［https://gda.bnu.edu.cn/］/“We would like to thank the high-performance computing support from the Center for Geodata and Analysis，F(xiàn)aculty of Geographical Science，Beijing Normal University［https://gda.bnu.edu.cn/］