姜 濤，李 寧

(齊齊哈爾市水旱災(zāi)害防御中心，黑龍江 齊齊哈爾 161300)

0 引 言

近年來(lái)，受全球極端氣候影響以及各地城市化進(jìn)程不斷加快的雙重影響加持下，暴雨洪澇災(zāi)害的頻發(fā)使得尤其帶來(lái)的災(zāi)害損害不斷加大，暴雨洪澇災(zāi)害已經(jīng)成為日益影響城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一[1]。暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估已然成為全社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)正因?yàn)楸┯旰闈碁?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為落實(shí)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控的重要基礎(chǔ)，因此暴雨洪澇災(zāi)害具有理論方面以及付諸于實(shí)踐的雙重意義[2]。文章通過(guò)指標(biāo)體系法建立陜西省洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，利用AHP-GIS的空間分析技術(shù)對(duì)陜西省暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并可視化，以期為陜西省防洪減災(zāi)提供一定依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

陜西省位于我國(guó)西北部地區(qū)，地處E105° 29′~110° 15′，N31° 42′~39° 35′，全省下轄10個(gè)地級(jí)市，占地面積為205 624km2，該省東西跨度小，南北跨度大，屬大陸性季風(fēng)氣候，降水年際分配不均勻，年平均降水量約為300~1 200mm。該省北部氣候干燥、土質(zhì)疏松、抗侵蝕能力低、易受到水蝕，向南依次經(jīng)過(guò)暖溫帶關(guān)中盆地，該地氣候適宜，以及北亞熱帶氣候的陜南秦巴山地，該地氣候較為濕潤(rùn)，陜西省因長(zhǎng)期開(kāi)荒導(dǎo)致土地荒漠化嚴(yán)重，也正是因?yàn)槠鋸?fù)雜的地形地貌特征以及氣候條件的影響，該省暴雨洪澇災(zāi)害高發(fā)[3]。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快導(dǎo)致陜西省極端暴雨高發(fā)頻發(fā)的現(xiàn)象，該省典型洪澇主要是由于短歷時(shí)強(qiáng)降雨以及長(zhǎng)歷時(shí)降雨高發(fā)所致[4]。除旱災(zāi)以外，洪澇災(zāi)害是陜西省最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，造成的災(zāi)后損害以及后期重建經(jīng)費(fèi)的消耗是十分巨大的[5]。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

文章基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論及方法，從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性以及承災(zāi)體易損性3方面建立陜西省暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估“H-E-V”框架，選取年均降雨量、暴雨強(qiáng)度、暴雨頻次、地面高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差、河網(wǎng)密度、人口密度、地均GDP和耕地密度9個(gè)因子構(gòu)建洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法對(duì)因子進(jìn)行賦權(quán)，并將經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理的指標(biāo)因子數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的權(quán)重導(dǎo)入GIS中建立暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，通過(guò)GIS對(duì)陜西省暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估并區(qū)劃，準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)該省防洪減災(zāi)具有重要意義。

2.1 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性主要是指受到氣候條件以及地理環(huán)境影響的可以對(duì)區(qū)域洪澇災(zāi)害起到?jīng)Q定性作用的因子。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性通常決定于當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度以及發(fā)生頻次，因此文章結(jié)合陜西省的實(shí)際降雨特征，選取年均降水量、暴雨強(qiáng)度、暴雨頻次3個(gè)指標(biāo)因子作為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指標(biāo)[6]。年均降雨量越大以及暴雨強(qiáng)度、暴雨頻次越高，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性越大，對(duì)暴雨洪澇災(zāi)害的影響越嚴(yán)重。

2.1.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性

孕災(zāi)環(huán)境敏感性是指研究區(qū)受到洪澇災(zāi)害時(shí)所表現(xiàn)的敏感程度，即對(duì)致災(zāi)因子造成影響的周?chē)h(huán)境條件，其主要取決于研究區(qū)的地形地貌以及河網(wǎng)水系等。文章結(jié)合陜西省實(shí)際情況，選擇地面高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差以及河網(wǎng)密度分別作為地形條件以及水系條件的孕災(zāi)環(huán)境敏感性指標(biāo)因子。

2.1.3 承災(zāi)體易損性

承災(zāi)體易損性是指研究區(qū)遭受暴雨洪澇災(zāi)害侵襲時(shí)，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)以及自然環(huán)境條件遭受威脅而產(chǎn)生的破壞程度。文章綜合陜西省實(shí)際條件以及數(shù)據(jù)的可獲取性，主要考慮選擇人口密度、地均GDP以及耕地密度3個(gè)指標(biāo)因子作為承災(zāi)體易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

2.2.1 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估原理

文章基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論及方法將陜西省暴雨洪澇災(zāi)害定義為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性（H）、孕災(zāi)環(huán)境敏感性（E）以及承災(zāi)體易損性（V）3個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)因子的集成[7]。選取9個(gè)指標(biāo)層因子構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系框架，最終建立洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)FDRI，其表達(dá)式為：

2.2.2 加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法

加權(quán)綜合評(píng)價(jià)是指根據(jù)評(píng)價(jià)的最終目標(biāo)，選取合適的指標(biāo)因子構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)體系，再結(jié)合各個(gè)指標(biāo)因子由于對(duì)最終評(píng)價(jià)目標(biāo)的影響程度不同而賦予合理的權(quán)重，最后將單項(xiàng)評(píng)價(jià)值利用加權(quán)綜合的方式評(píng)價(jià)得出最終的評(píng)估目標(biāo)，其表達(dá)式為：

式中：FDRI為暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) ，計(jì)算公式如（2）所示；H為暴雨洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性；E為暴雨洪澇災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境敏感性；V為暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)承災(zāi)體易損性；WH表示致災(zāi)因子危險(xiǎn)性權(quán)重，WE表示孕災(zāi)環(huán)境敏感性權(quán)重，WV為承災(zāi)體易損性權(quán)重；其中，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性危險(xiǎn)性H、孕災(zāi)環(huán)境敏感性E、承災(zāi)體易損性V的計(jì)算分別如公式（3）（4）（5）所示[8]。

2.3 指標(biāo)因子歸一化處理

由于在洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估建模的過(guò)程中各個(gè)因子的量綱不同，為了使得各個(gè)因子之間具有可比性，需要對(duì)每個(gè)因子做歸一化處理，從而保證每一個(gè)因子值都分布在[0,1]范圍內(nèi)[9]。文章采用如下方法進(jìn)行歸一化，計(jì)算公式如下所示：

正向指標(biāo)：

負(fù)向指標(biāo)：

式中：Xi'為第i和指標(biāo)因子的歸一化值；Xi為第i個(gè)指標(biāo)因子的值；Xmax,i為第i各指標(biāo)因子中的最大值；Xmin,i為第i個(gè)指標(biāo)因子中的最小值。

2.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

文章所需的氣象水文數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站，提取1954—2015年陜西省34個(gè)氣象水文測(cè)站的月均降水?dāng)?shù)據(jù)；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云提取全國(guó)1:100萬(wàn)的行政區(qū)劃圖，利用GIS進(jìn)行裁剪得到陜西省行政區(qū)劃地理數(shù)據(jù)，DEM高程數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)航空航天局（NASA）發(fā)布的全球30m分辨率的數(shù)據(jù)，河流邊界數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)發(fā)布的1:100萬(wàn)的全國(guó)河網(wǎng)水系數(shù)據(jù)集，河網(wǎng)密度則是單位面積的河流長(zhǎng)度，通過(guò)GIS提取獲得陜西省河流密度；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于2015年陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒，包括人口密度、土地利用類(lèi)型以及地均GDP等。

2.5 GIS在暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)上的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)GIS，其利用地理模型對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行空間分析，結(jié)合其強(qiáng)大數(shù)據(jù)管理功能及空間分析技術(shù)來(lái)獲取多因素作用的地理信息[10]。暴雨洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的機(jī)理十分復(fù)雜，是自然環(huán)境因素以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性等因素綜合作用的結(jié)果，而GIS在數(shù)據(jù)采集、分析以及處理方面的功能相當(dāng)完善，可以對(duì)不同尺度范圍內(nèi)的DEM數(shù)據(jù)、河網(wǎng)水系數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪與分析，通過(guò)GIS建立相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用其二維空間分析的拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)不同區(qū)域的分析結(jié)果進(jìn)行Overlay，對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)并可視化，從而得到暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，GIS對(duì)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃有著極強(qiáng)的支撐與輔助作用。

3 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

城市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重的賦予。層次分析法最早由美國(guó)數(shù)學(xué)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty提出，通過(guò)將錯(cuò)綜復(fù)雜的決策問(wèn)題按照目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及指標(biāo)層劃分為不同的指標(biāo)因子層級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)兩兩因子重要性進(jìn)行對(duì)比并賦值從而構(gòu)造判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，達(dá)到將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化的效果。其主要步驟為：①建立評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型；②構(gòu)造判斷矩陣并賦值；③層次單排序計(jì)算指標(biāo)因子權(quán)重；④一致性檢驗(yàn)。陜西省暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)因子權(quán)重表如表1所示。

表1 暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)因子權(quán)重

4 陜西省暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果

4.1 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性以氣象水文數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將文章所依據(jù)的指標(biāo)因子歸一化數(shù)據(jù)值以及相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重導(dǎo)入GIS暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型中，采用自然斷點(diǎn)法將致災(zāi)因子危險(xiǎn)性劃分為高、較高、中等、較低、低危險(xiǎn)性區(qū)域5個(gè)不同的等級(jí)，從而得到陜西省暴雨洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險(xiǎn)性可視化結(jié)果。

從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性可視化結(jié)果可以得出陜西省致災(zāi)因子危險(xiǎn)性由南向北逐級(jí)遞減，這主要是由于陜西省南部降雨強(qiáng)度及頻率較高，同時(shí)由于這些區(qū)域海拔和相對(duì)高程標(biāo)準(zhǔn)差較??；致災(zāi)因子高危險(xiǎn)性區(qū)域主要是安康市；較高危險(xiǎn)性分布在渭南市和漢中市；而咸陽(yáng)市、西安市、商洛市為中危險(xiǎn)性區(qū)域；寶雞市、延安市以及銅川市的危險(xiǎn)性較低，榆林市危險(xiǎn)性最低[11]。

4.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析

文章孕災(zāi)環(huán)境敏感性評(píng)估主要考慮地形和水系因子，依靠基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)通過(guò)GIS提取、疊加、重采樣提取出的地面高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差以及單位面積的河流長(zhǎng)度3各因子，將其與其相應(yīng)的權(quán)重導(dǎo)入GIS中的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法將孕災(zāi)環(huán)境敏感性分為低、較低、中等、較高、高敏感性5個(gè)不同的等級(jí)，得到陜西省孕災(zāi)環(huán)境敏感性可視化結(jié)果。

從孕災(zāi)環(huán)境敏感性可視化結(jié)果可以得到榆林市以及西安市的孕災(zāi)環(huán)境敏感性最高；較高敏感性區(qū)域有咸陽(yáng)市、渭南市；而中的敏感性包括延安市、漢中市、安康市；商洛市、寶雞市屬于較低敏感性區(qū)域；銅川市地處陜西省中部，其孕災(zāi)環(huán)境敏感性最低。

4.3 承災(zāi)體易損性風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析

承災(zāi)體易損性指的是致災(zāi)因子發(fā)生的條件下，社會(huì)屬性方面以及經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)受暴雨洪澇災(zāi)害影響而遭受的損失程度，其屬于暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估社會(huì)因素的層面。將文章所選取的3個(gè)指標(biāo)因子的歸一化數(shù)值以及相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重導(dǎo)入GIS暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，通過(guò)自然斷點(diǎn)分級(jí)法將承災(zāi)體易損性分為低、較低、中等、較高、高5個(gè)區(qū)劃等級(jí)，從而得到陜西省承災(zāi)體易損性可視化結(jié)果，從承災(zāi)體易損性可視化結(jié)果可以得出：西安市以及咸陽(yáng)市承災(zāi)體易損性最高；較高易損性分布在榆林市和渭南市；易損性中等地區(qū)分布在延安市、寶雞市以及漢中市；低以及較低易損性位于銅川市、商洛市和安康市。

4.4 暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析

暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是將H、E、V柵格數(shù)據(jù)以及相應(yīng)權(quán)重導(dǎo)入GIS中，進(jìn)行加權(quán)綜合評(píng)價(jià)，利用自然斷點(diǎn)法對(duì)陜西省暴雨洪澇災(zāi)害進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，分為高、較高、中等、較低、低風(fēng)險(xiǎn)性5個(gè)級(jí)別，最終得到陜西省暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估可視化結(jié)果。由其綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可視化分區(qū)結(jié)果可以得出：高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要是安康市、咸陽(yáng)市以及渭南市；西安市的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高；漢中市與榆林市的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中等；低以及較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要位于銅川市、延安市、寶雞市以及商洛市。

5 結(jié) 論

綜上所述，在致災(zāi)因子危險(xiǎn)性方面，安康市的危險(xiǎn)性最高，是暴雨洪澇災(zāi)害的高發(fā)區(qū)，相關(guān)政府以及防洪減災(zāi)部門(mén)應(yīng)該給予高度重視，及時(shí)觀測(cè)氣象變化并做出合理的預(yù)測(cè)，盡可能降低洪災(zāi)損失；在孕災(zāi)環(huán)境敏感性方面，西安市與榆林市的敏感性最高，這與其自身地形條件以及水系狀況相關(guān)；在承災(zāi)體易損性方面，咸陽(yáng)市與西安市由于其人口密度更為集中、且經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平相對(duì)較高，故承災(zāi)體的易損性也相對(duì)更高。通過(guò)AHP-GIS集成的方式對(duì)陜西省進(jìn)行了暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，相應(yīng)評(píng)估區(qū)劃結(jié)果可為該省防洪減災(zāi)等相關(guān)部門(mén)提供一定的參考依據(jù)。