濟南市長清區暴雨洪澇災害風險區劃

張前東，史春彥

（山東省濟南市長清區氣象局，山東 濟南 250399）

近年來，隨著全球氣候變暖，不僅季風變異引起的旱澇氣候災害在加劇[1]，暴雨洪澇災害發生的頻率和強度也呈現上升趨勢，給工農業生產造成嚴重的經濟損失。國內外一些學者對暴雨的形成機理及其風險評估進行了相關研究[2-7]，取得了一些研究成果。謝五三等[8]研究表明，運用FloodArea模型對大通河流域的強降水過程進行的洪水模擬，具有較好的淹沒模擬效果，該模型適用于暴雨洪澇災害評估和預警業務。李楠等[9]研究指出，山東省暴雨洪澇災害發生的高風險區在魯南及半島東部部分地區。李喜倉等[10-16]利用GIS技術與自然災害風險指數評估相結合，對內蒙古自治區、河南省、黑龍江省、南寧市、武威市、甘肅隴南市、濰坊市等地的洪澇災害進行了評估與區劃，為暴雨洪澇風險評估與區劃的進一步研究打下了堅實的基礎。

目前的暴雨洪澇災害風險區劃以省地級或流域為單位的較多，而小尺度的區、縣級風險評價與區劃研究相對較少。隨著暴雨洪澇災害發生的頻繁持續上升，氣象災害風險評價與區劃工作引起當地政府的高度重視，成為一項亟待解決的問題。鑒于此，筆者利用GIS空間分析技術，考慮當地自然資源狀況、人口和經濟狀況、糧食種植面積及人均GDP等數據，開展以鄉鎮為單位的精細化暴雨洪澇風險評價與區劃，旨在為當地政府和相關部門掌握本地區的暴雨洪澇災害風險狀況，為防災減災決策提供科學依據。

1　研究區概況

長清區是濟南市的新區 （116°30′38″～117°4′14″E，36°14′37″～36°41′50″N），位于山東省的中部，東依泰山，西濱黃河[17]。地處于泰山西北與黃河之間，地勢由東南向西北傾斜，海拔高度在1000 m以下，南部多為丘陵、山區，中部為山前平原，西北部多為黃河低洼區。長清區境內河流較多，主要有黃河、南北大沙河水系、玉符河及清水溝等河流。長清區屬溫帶大陸性半濕潤季風氣候，四季分明[18]。長清區年平均氣溫為14.3℃，年降水量為654.7 mm。日降水量≥50.0 mm出現日數平均為2.7 d，≥100.0 mm出現日數平均為0.4 d，≥150.0 mm出現日數平均為0.2 d，歷年最長連續降水日數為9 d，歷年最大連續降水為256.0 mm/5 d。

2　資料和方法

2.1　資料來源

氣象資料來源于長清區氣象局（1981—2015年）逐日降水數據，鄉鎮氣象資料為長清區15個鄉鎮區域自動氣象站逐日降水數據（2006—2015年）；歷史災情數據（1981—2015年農業經濟損失、受災人口、受災及成災面積等）、農作物播種面積、人口密度及人均GDP等數據來源于長清區統計局；地理數據中的水系分布、河網密度、山勢地形及海拔高度（DEM）等來源于中國國家數據中心網。

2.2　研究方法

2.2.1災害風險評估原理

自然災害風險是指未來若干年內可能達到的災害程度及其發生的可能性[19]。自然災害風險是由危險性（致災因子）、敏感性（孕災環境）、易損性（承災體）和抗災能力相互綜合作用的結果[20]。張繼權等還提出：自然災害風險度=f（危險性、敏感性、易損性、防災減災能力）。

2.2.2加權綜合評價法

加權綜合評價法[21-22]是綜合考慮各個因子對總體對象的影響程度，將各個影響因子的作用大小進行綜合評價，然后用一個數量化指標進行集中，來實現評價總體的優劣。其表達式為：

其中，Cvj為評價因子的總得分值，Qvij為評價因子j的指標i項 （Qvij≥0），Wci是指標i的權重系數值（0≤Wci≤1），m則是評價指標的個數。

2.2.3層次分析法

層次分析法（簡稱AHP）[23]是對評價指標進行定性與定量分析相結合的一種決策分析法。它將影響對象的每個因子進行比較和計算，進而得出不同指標的權重。本研究將危險性、敏感性、易損性和防災減災能力四項指標作為暴雨洪澇災害風險區劃的評價因子。

2.2.4氣象插值方法

本研究采用線性回歸法和Kriging插值法。其中，氣象數據中的缺省數據采用線性回歸法進行插值；氣象因子的GIS空間插值則采用Kriging插值法。本研究中所采用的柵格分辨率為90 m×90 m。

2.2.4.1線性回歸法

是利用數理統計學中的回歸分析，來描述兩個要素之間相互關聯的定量關系的分析方法，其表達式為：

其中x是自變量，^y為與x相對應依變數的點估計值，a、b分別為回歸系數。

2.2.4.2Kriging插值法

Kriging插值法[24]是一種求最優、線性、無偏的空間插值方法，可以用來定量化描述地理空間分布格局。其表達式為：

式中，Z（x0）表示未知樣點數值，Z（xi）表示未知樣點周圍的已知樣點的數值，ωi表示第i個已知樣點對未知樣點的權重系數值，n表示已知樣點的個數。

3　結果與分析

按照自然災害風險評價的基本框架，通過征求專家意見和實地調查問卷的方式，獲取權重因子，利用AHP法計算出其對應的權重系數。考慮各個指標對暴雨洪澇風險的影響程度不同，利用加權綜合評價法，借助GIS空間分析、制圖技術，完成暴雨洪澇災害風險區劃。

3.1　暴雨洪澇風險評價指標與權重分配（表1）

表1　長清區暴雨洪澇災害風險評價指標及權重分配

3.2　長清暴雨洪澇災害風險各因子評價與區劃

利用加權綜合評價法，構建暴雨洪澇災害的評估模型，借助GIS的空間分析技術，對四項因子逐一評價，獲取各個因子的矢量圖，將各因子劃分成四個風險等級，得出暴雨洪澇災害的危險性（致災因子）、敏感性（孕災環境）、易損性（承災體）和防災減災能力分布圖。

3.2.1致災因子危險性評價與區劃

暴雨洪澇災害由于其雨強大、來勢猛，給農田水利設施造成損害，造成民房倒塌；或因降水持續時間長、頻率高，造成地勢低洼地帶累積水量大，致使積水難以排除，形成內澇。本研究用不同等級（強度）的降水量和頻率來反映洪澇致災因子的暴雨部分，長清區暴雨災害危險性等級劃分標準（表2）。

表2　長清區暴雨洪澇災害危險性等級劃分標準

從災害危險性上來看（圖1a），其平均分布特征呈由東南向西北遞減。高危險性區域分布在萬德鎮局部地區，占全區總面積的1.51%；中危險性區域主要分布在萬德鎮，約占全區總面積的8.43%；低危險性區域占全區總面積的24.44%，分布在萬德鎮西北部，雙泉鄉、馬山鎮和五峰山街道辦事處的東南部及張夏鎮的西部、南部；輕風險性分布面積最廣，占全區總面積的65.62%，主要分布在西部和北部地區。

3.2.2孕災環境敏感性評價與區劃

孕災環境是指造成氣象災害的自然環境，由自然和社會的諸多因素相互作用而形成。本文孕災環境的敏感性主要考慮了地區的地形和水系的綜合影響。借助GIS的空間分析技術，通過柵格計算出各格點孕災環境的敏感性指數，將其劃分為4個等級（見表3）。

表3　長清區暴雨洪澇災害敏感性等級劃分標準

從災害敏感性上看（圖1b），呈現由西南向東北和東南遞減，分布空間性較強，且沒有明顯的界限。高孕災體敏感性分布在西南部地區，主要分布在孝里鎮、雙泉鄉南部和歸德鎮西南部，占全區的18.74%；中敏感性分布在馬山鎮、歸德鎮、雙泉鄉北部及萬德鎮西部，占全區的34.02%；低敏感性分布在萬德鎮和張夏鎮的中部、五峰街道辦事處、崮云湖街道辦事處和平安街道辦事處的局部地區，占全區的16.40%；輕敏感性分布在萬德鎮西南部、張夏鎮北部、崮云湖街道辦事處西南和五峰山街道辦事處、平安街道辦事處的局部地區，占全區的30.85%。

3.2.3承災體易損性評價與區劃

承載體易損性是反映一定條件下承載體的脆弱性，也反映了對災害的承受力。其危害程度與承載體關系密切，造成損失的大小與洪澇發生地的人口密度、城鎮土地面積等成正相關。利用GIS采用加權綜合評價法計算得出承載體易損性指數，劃分為4個等級（表4），并繪制長清區暴雨洪澇承載體易損性區劃圖。

從承受體易損性上來看（圖1c），呈現為西部高、東部次之、中部最低的特點，高易損性主要分布在文昌街道辦事處和歸德鎮，占全區總面積的20.3%；中易損性分布在萬德鎮、孝里鎮、張夏鎮和平安街道辦事處，占全區總面積的48.95%；低易損性分布在馬山鎮，占全區總面積的7.11%；輕易損性分布在崮云湖街道辦事處、五峰山街道辦事處和雙泉鄉，占全區總面積的23.63%。

3.2.4防災減災能力評價與區劃

防災減災能力是體現受災區域對自然災害的抗御和恢復能力，與受災區域的人口和財產總量呈對應關系。本研究中的防災減災能力評價指標主要考慮GDP總量值和鄉村勞動力資源總數。將得出的防災減災能力指數劃分為四個等級（表5），并繪制出長清區暴雨洪澇防災減災能力區劃圖。

表5　長清區暴雨洪澇災害防災減災能力等級劃分標準

從防災減災能力上看（圖1d），其空間分布不規則、差異比較大且面積相當。其中高防災減災能力區域占全區總面積的29.38%，分布在文昌街道辦事處、平安街道辦事處和萬德鎮；中防災減災能力區域分布在歸德鎮、孝里鎮和馬山鎮，占全區總面積的32.63%；低防災減災能力區域分布在張夏鎮、雙泉鄉和崮云湖街道辦事處，占全區總面積的29.79%；弱防災減災能力區域分布在五峰山街道辦事處，全區總面積的8.18%。五峰街道辦事處因地域低洼、河流水系多、地域承載力差，加之水土流失嚴重，造成該區域的防洪、泄洪能力較差。

3.3　長清區暴雨洪澇災害綜合風險評價與區劃

圖1　長清區暴雨洪澇災害空間分布

暴雨洪澇災害綜合風險是危險性（致災因子）、敏感性（孕災環境）、易損性（承災體）和防災減災能力4個因子綜合作用的結果。各因子的權重系數越大，對暴雨洪澇災害的影響程度則越大。根據各個評價因子的影響指數及權重系數，借助GIS空間分析技術，采用加權綜合評價法計算出長清地區各鄉鎮暴雨洪澇災害綜合風險指數，并將其劃分為4個等級（表6），得到長清區暴雨洪澇災害綜合風險區劃圖。

表6　長清區暴雨洪澇災害綜合風險等級劃分標準

從綜合風險區劃上看（圖2），其分布空間性強，無明顯的地域分布界限，以低、中等級為主，并且東部高于其它地區。暴雨災害高綜合風險區分布面積較分散且最小，占全區的14.60%；中綜合風險區主要分布在高綜合風險區的外圍，占全區的30.31%；輕、低綜合風險區分別占全區的20.72%和34.37%。

4　結論與討論

（1）綜上所述分析，長清區暴雨災害綜合風險性分布空間性強，以低、中等級為主，且東部高于其它地區。暴雨災害高綜合風險區分布面積較分散且最小，占全區總面積的14.60%；中綜合風險區主要分布在高綜合風險區的外圍，占全區總面積的30.31%；輕、低綜合風險區分別占全區總面積的20.72%和34.37%。

圖2　長清區暴雨洪澇災害綜合風險區劃

（2）通過與本地區近10 a暴雨洪澇災情數據的對比，得知暴雨洪澇災情發生的區域和高風險區具有較好的對應關系，能客觀地反映出長清區暴雨洪澇災害風險的現狀。

（3）由于暴雨洪澇災害形成的機理非常復雜，影響因子也比較多，要精確地進行風險評價存在較大的難度。在今后的研究中還應考慮更多相關的指標因子，在建立優化的評價模型、指標定量化確定、等級標準劃分等方面，還需更為深入地研究。