摘 要：通過建立洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估四維指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建基于ArcGIS空間數(shù)據(jù)的城市群洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。以環(huán)鄱陽湖城市群為研究區(qū)域開展洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果表明：（1）洪災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)主要發(fā)生在研究區(qū)的中部和東南部地區(qū)等，且呈現(xiàn)北移的趨勢；（2）與傳統(tǒng)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究相比，結(jié)合土地利用因素的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系合理可行，能夠較好地反映土地利用變化對(duì)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響，為防洪減災(zāi)提供科學(xué)支撐。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；洪水風(fēng)險(xiǎn)；組合權(quán)重法；環(huán)鄱陽湖城市群

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）10–0-03

人類活動(dòng)深刻地改變了地表的土地利用與覆被，并且隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的深入，該變化被進(jìn)一步放大。洪水災(zāi)害作為主要的自然災(zāi)害之一，其產(chǎn)生與土地利用變化密切相關(guān)，研究土地利用變化對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響具有現(xiàn)實(shí)意義。

早在19世紀(jì)50年代，國外開始興起洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究。1991年聯(lián)合國提出了風(fēng)險(xiǎn)的表達(dá)式：風(fēng)險(xiǎn)=危險(xiǎn)性×脆弱性[1-2]。之后有學(xué)者認(rèn)為洪水災(zāi)害是由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體三者構(gòu)成的[3]，在此基礎(chǔ)上，有學(xué)者考慮新增防災(zāi)減災(zāi)能力維度的指標(biāo)并展開研究[4]。與此同時(shí)，國內(nèi)外針對(duì)土地利用變化對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響也展開了研究。姜麗等[5]以多年土地利用與資產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合多種未來極端洪水情景，開展杭州灣北岸承災(zāi)體與暴露時(shí)空演化模擬，評(píng)估上海市杭州灣北岸洪水風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前，在進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)已經(jīng)考慮了土地利用相關(guān)因素但不夠全面，不足以體現(xiàn)出土地利用變化對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)的影響，同時(shí)較少考慮其防洪減災(zāi)能力，因此其指標(biāo)體系的構(gòu)建有待完善。

1 研究區(qū)概況

環(huán)鄱陽湖城市群（圖1）位于江西省北部、長江中下游，包括南昌市、景德鎮(zhèn)市、撫州市等9個(gè)城市和吉安市的峽江縣和新干縣。研究區(qū)地處江西省北部，是長江中游城市群的重要組成部分。該城市群地處亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候地帶，降雨量豐沛，且內(nèi)部湖泊眾多，贛江、撫河等五大河流均注入鄱陽湖，形成以鄱陽湖為匯聚中心的輻聚水系，多年來持續(xù)遭受洪水災(zāi)害的影響。

2 基于ArcGIS的環(huán)鄱陽湖城市群洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 土地利用變化對(duì)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)影響的關(guān)鍵指標(biāo)選取

土地在地球生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色，其自然屬性或人類賦予的社會(huì)屬性的變化會(huì)引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而影響洪水的發(fā)生與演變。選取了徑流系數(shù)、地表曼寧系數(shù)、土地敏感性及土地穩(wěn)定性指標(biāo)，研究土地屬性變化對(duì)洪水災(zāi)害造成的影響。

圖1" 研究區(qū)空間柵格化處理

2.2 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

交互影響評(píng)價(jià)四維指標(biāo)為致災(zāi)因子危險(xiǎn)性（H）、孕災(zāi)環(huán)境敏感性（S）、承災(zāi)體脆弱性（V）和防洪減災(zāi)能力（P）。致災(zāi)因子危險(xiǎn)性（H）由徑流系數(shù)（H1）、雨季平均降雨量（H2）和地形濕度（H3）構(gòu)成。孕災(zāi)環(huán)境敏感性（S）由地表曼寧系數(shù)（S1）、土地穩(wěn)定性（S2）、DEM（S3）和距河流距離（S4）構(gòu)成。承災(zāi)體脆弱性（V）由土地敏感性（V1）、人口密度（V2）和地均GDP（V3）構(gòu)成。防洪減災(zāi)能力（P）由失業(yè)率（P1）、一產(chǎn)GDP比重（P2）、人均GDP（P3）、醫(yī)院床位數(shù)量（P4）、醫(yī)生數(shù)量（P5）、保費(fèi)（P6）、人均教育支出費(fèi)用（P7）、人均年末儲(chǔ)蓄余額（P8）和人均綠地面積（P9）構(gòu)成（圖2）。

2.3 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型構(gòu)建

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)復(fù)雜多樣，含義和量綱各不相同，各個(gè)指標(biāo)之間不具有可比性。為了對(duì)各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合運(yùn)算，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理。將各指標(biāo)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化至0～1，標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值可反映指標(biāo)對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響大小，標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式如下：

正向指標(biāo)：Yij=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）（1）

負(fù)向指標(biāo)：Yij=（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）（2）

式（1）、式（2）中，Yij為第j個(gè)指標(biāo)的第i個(gè)值；Xi是原始值；Xmax和Xmin分別為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

圖2" 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

2.3.2 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

自然災(zāi)害系統(tǒng)是由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體和防洪減災(zāi)能力構(gòu)成的一個(gè)具有結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜體系。在土地利用指標(biāo)定量化基礎(chǔ)上，建立洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，表達(dá)式如下：

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性指數(shù)：H（x）=[wj·Hji（x）]（3）

孕災(zāi)環(huán)境敏感性指數(shù)：S（x）=[wj·Sji（x）]（4）

承災(zāi)體脆弱性指數(shù)：V（x）=[wj·Vji（x）]（5）

防洪減災(zāi)能力指數(shù)：P（x）=[wj·Pji（x）]（6）

洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)：R（x）=wHH（x）+wSS（x）+wVV（x）-wPP（x）（7）

式（3）～式（6）中，H（x）、S（x）、V（x）、P（x）為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值，H（x）表示致災(zāi)因子、S（x）代表孕災(zāi)環(huán)境、V（x）表示承災(zāi)體、P（x）表示防洪減災(zāi)能力。R（x）表示洪水風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，wj、wH、wS、wV、wP是各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。i表示某一維度指標(biāo)的個(gè)數(shù)，j表示指標(biāo)值。

2.3.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

層次分析法是一種多層次權(quán)重分析決策方法，是一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法，層次分析法（AHP）可以用來確定各指標(biāo)的主觀權(quán)重[6]。熵權(quán)法是客觀賦權(quán)法的一種，近年來在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用[7]。兩種權(quán)重結(jié)合避免了AHP法的主觀性和熵權(quán)法因數(shù)據(jù)分異帶來的誤差，進(jìn)一步提高了結(jié)果的精確性。通過綜合權(quán)重計(jì)算獲得各指標(biāo)的最終權(quán)重值見表1。綜合權(quán)重計(jì)算公式如下：

W=aW1+（1-a）W2（8）

式（8）中，W為綜合權(quán)重；W1為AHP求得各指標(biāo)權(quán)重值；W2為熵權(quán)法求得各指標(biāo)權(quán)重值；a為比重指數(shù)，

本研究取0.5。

3 結(jié)果與分析

3.1 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

將各指標(biāo)的空間分布結(jié)果和權(quán)重輸入洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，得到洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。以自然斷點(diǎn)法（Natural Breaks）為依據(jù)，使用ArcGIS將洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的空間分布劃分為5個(gè)等級(jí)（低、較低、中、中高和高）。根據(jù)2000、2010、2020年環(huán)鄱陽湖城市群洪水風(fēng)險(xiǎn)空間分布（圖3），2000—2010年研究區(qū)域的中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)有所下降，主要集中在城市群的中部地區(qū)，城市群的東南方向中，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則有所增加，其西側(cè)較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)數(shù)量上升，西北側(cè)的中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)換明顯；2010—2020年間高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)移，主要集中在城市群中部和東側(cè)，城市群北側(cè)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)數(shù)量明顯減少，中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則有所增加，同時(shí)城市群的南側(cè)中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)減少

明顯。

圖3" 2000（a）、2010（b）、2020年（c）研究區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)的空間分布

表1" 洪水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果

風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成 權(quán)重 指標(biāo)構(gòu)成 權(quán)重

AHP法 熵權(quán)法 綜合權(quán)重 AHP法 熵權(quán)法 綜合權(quán)重

致災(zāi)因子危險(xiǎn)性（H） 0.429 0.038 0.234 徑流系數(shù) 0.156 0.443 0.299

雨季平均降雨量 0.745 0.424 0.585

地形濕度 0.099 0.133 0.116

孕災(zāi)環(huán)境敏感性（S） 0.081 0.155 0.118 地表曼寧系數(shù) 0.118 0.769 0.444

土地穩(wěn)定性 0.277 0.154 0.216

DEM 0.118 0.047 0.082

距河流距離 0.487 0.030 0.258

承災(zāi)體脆弱性（V） 0.255 0.260 0.257 土地敏感性 0.130 0.188 0.159

人口密度 0.732 0.317 0.525

地均GDP 0.138 0.495 0.316

防洪減災(zāi)能力（P） 0.235 0.547 0.391 失業(yè)率 0.053 0.056 0.055

一產(chǎn)GDP比重 0.260 0.096 0.178

人均GDP 0.065 0.158 0.112

醫(yī)院床位數(shù)量 0.052 0.061 0.056

醫(yī)生數(shù)量 0.124 0.140 0.132

保費(fèi) 0.156 0.090 0.123

人均教育支出費(fèi)用 0.113 0.098 0.106

人均年末儲(chǔ)蓄余額 0.157 0.160 0.158

人均綠地面積 0.020 0.141 0.080

3.2 洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

由2000—2020年研究區(qū)不同等級(jí)洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積（圖4）可知，面積最大的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)由中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)變；洪水低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積先升后降，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積不斷減少，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈現(xiàn)先降后升的趨勢，中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積有所擴(kuò)大，在2000—2020年面積最大的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)由中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)橹懈唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積在2000—2020年有所減少。

圖4" 2000—2020年研究區(qū)不同等級(jí)洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積

4 結(jié)論

2000—2020年，研究區(qū)域洪水低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有明顯減少，中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積均有明顯擴(kuò)大。空間上洪水高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向城市群中部地區(qū)有明顯的轉(zhuǎn)移，洪水風(fēng)險(xiǎn)的整體格局呈現(xiàn)東北高、西南低的分布狀況。與傳統(tǒng)洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究相比，將土地利用因素作為影響因子納入四維洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，利用ArcGIS空間數(shù)據(jù)進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可以準(zhǔn)確細(xì)膩地反映土地利用變化對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)的影響，對(duì)完善洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系有一定的積極意義，并為土地利用與洪水風(fēng)險(xiǎn)變化分析提供依據(jù)。

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收稿日期：2024-07-11

作者簡介：陳浩（1997—），男，河南焦作人，研究方向?yàn)槌鞘邪踩c防災(zāi)規(guī)劃。#通信作者：劉剛（1973—），男，講師，研究方向?yàn)槌鞘邪踩c防災(zāi)規(guī)劃，E-mail：tomlgc@163.com。