基于AHP-GIS的廣東省山洪災害風險區劃評價研究

林 波

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司，廣州 510635)

自2000年以來，全國的山洪災害每年死亡人數不斷上升，已占各種洪澇災害死亡總人數的80%[1]。我國山丘分布地區經濟正在持續發展，人口迅速增長，人類活動導致的極端氣候加劇，山洪災害對生活生命的影響也不斷加大[2]，山洪災害來勢猛，成災快，極具破壞性，加上地域性分布非常明顯，極易發生，山洪預防的難度加大[3]。張鵬、孫秀峰等[4]通過審核與匯集廣東省全省的山洪災害調查和分析評價成果，審核結果顯示廣東省的大部分區域均為山洪災害防治區(包括80個縣區)，為了對80個縣區進行山洪災害風險區劃評價研究，基于國際上相關方法，一般采用的風險評價模式，主要為風險性(R)=危險性(H)×易損性(V)[5]。目前，國際國內主要采用多目標分析方法，以確定各影響因子的權重，通過地理信息系統(GIS)的空間分析功能來分析某一區域的山洪風險性。李永紅通過利用數字高程的DEM地形圖，以小流域為單元，運用GIS分析山洪災害的重點易發生程度，并劃分二級區劃[6]；李林濤、徐宗學等綜合分析地形地貌、水文氣候和河流水系等影響因素，編制不同重現期的洪水風險區劃圖[7]。Chatterjee S[8]等在印度Keleghai流域內，運用層次分析法(AHP)分析該流域的洪水風險性。LIN K R等[9]則基于ISO聚類—最大似然法，對廣東省山洪災害進行風險分級，并取得結果更合理。在多目標的風險分析過程中，通過不同方法而確定的影響因子權重，其中AHP法操作較為簡單，并經常結合GIS，對山洪災害的風險分析更為合理[10]，因此利用AHP-GIS方法分析山洪災害的風險區劃研究取得了較好的成果，而在大范圍(如省級行政區)的有關風險分析研究較少。綜上所述，本文基于前人的相關分析研究[11-16]，選取整個廣東省為分析對象，從山洪災害的危險性、社會經濟的易損性兩個方面進行構建廣東省山洪災害的風險區劃評價指標體系，運用AHP-GIS方法對危險性、易損性進行分析，確定山洪災害的綜合風險性，并分析風險區劃評價結果與各指標值的相關性，初步判定山洪災害風險影響的主導因素，進而為廣東省山洪災害的防治區劃及相關防御工作提供關鍵技術支撐。

a 廣東省山洪災害危險性等級

a 廣東省暴雨綜合指標危險性等級

1 研究區域基本情況

1.1 研究區域概況

廣東省位于我國大陸南端，地處北緯20°14′～25°31′、東經109°40′～117°20′，北回歸線橫貫中部。北倚南嶺，與湖南、江西兩省相連，東鄰福建，西接廣西，南瀕浩瀚的南海，西南端隔瓊州海峽與海南相望。全省國土面積為17.97萬km2，約占全國總面積的2.2%。

廣東省屬熱帶、亞熱帶季風氣候區，夏季盛行西南季風和東南風，氣候溫暖，全年氣溫高，濕度大，常見干早，春季2—3月往往形成大范圍的低溫陰雨天氣，從4月上旬開始進入雨季。臺風和熱帶風暴是廣東省主要災害性天氣，臺風和熱帶風暴主要集中在7—9月。廣東省位于我國大陸南部，地形地貌類型復雜多樣，且以山地丘陵為主，海拔500 m以上的山地占31.7%，丘陵占28.5%。加之地處亞熱帶季風區，暴雨頻發，受特殊自然地理環境、日趨極端的災害性天氣以及山丘區的人類經濟社會活動等多種自然和人為因素的影響，導致廣東省山洪災害發生頻繁。

1.2 數據來源

為客觀反應廣東省各區域山洪災害風險，前期工作中針對廣東省自然環境和社會經濟條件展開調查，搜集的基礎資料見表1所示。將基礎數據經過ArcGIS柵格化、投影變換及重采樣，得到具有相同坐標系及分辨率的數據柵格圖層，坐標系為WGS_1984_UTM_Zone_49N，分辨率為90 m。

表1 基礎數據

根據山洪災害風險區劃評價的分析要求，結合實際，遵循簡明性、可操作性、目的性等相關原則選取相應分析評價指標。利用 “風險度=危險度×易損度”公式，選取降雨、坡度、高程、河網密度等作為危險性分析影響因子，選取一產比重、人口密度、地均GDP、城鎮化率等作為易損性分析影響因子；利用GIS中的重分類專門工具進行數據歸一化，然后將各指標劃分為5級，得到各個評價指標的不同等級空間分布特征(見圖1)。

2 分析研究方法

2.1 指標權重計算

在山洪災害發生的危險性因子中，降雨是引發山洪災害的主導因素，其影響力最大，地形地貌、河網水系等下墊面條件又為山洪災害的發生提供了孕災環境，但影響力較降雨小。而在山洪災害易損性分析的各指標中，人口是山洪災害中最重要的保護對象，城鎮化率是防洪能力的體現，所以人口和城鎮化率指標是最重要的指標；地均GDP、一產比重反映了資產暴露狀況和下墊面土壤持水能力影響防洪能力，對山洪災害易損性評價有重大影響，由此建立各層次判斷矩陣，最終采用層次分析法確定山洪災害風險評價指標權重(見表2)。

表2 廣東省山洪災害風險區劃各指標權重

2.2 模型構建

本次廣東省山洪災害風險區劃分析，主要通過AHP法建立指標體系，并匯總各指標層的指標及相應權重，得到各個柵格的山洪災害風險值，風險值越高，則表示可能發生的山洪災害風險性越大。利用地理信息系統中的柵格計算器，疊加不同的指標圖層，最終獲得山洪災害的危險性、易損性和風險性柵格分布圖。

危險性：

(1)

易損性：

(2)

風險性：

D=f(H,V)=ωHH+ωVV

(3)

式中:

hi、vi——各個柵格單元經過標準化處理后危險性指標和易損性指標的取值；

ω——危險性和易損性各指標權重。

根據表2得到的各層次中指標的權重，得到本文危險性、易損性和風險性計算公式。

危險性：

(H)=0.375CH1+0.15CH2+0.35CH3+0.125CH4

(4)

易損性：

(V)=0.3CV5+0.2CV6+0.3CV7+0.2CV8

(5)

風險性：

(R)=0.6H+0.4V

(6)

式中:

CH1、CH2、CH3、CH4、CV5、CV6、CV7、CV8——分別為各柵格單元經過歸一化處理后的降雨、高程、坡度、河網密度、人口密度、地均GDP、城鎮率、一產比重取值。

3 結果分析

山洪災害的風險性指的是山洪災害危險性、易損性的結合體，是在山洪災害危險性、易損性等影響要素評估結果的基礎上進行評價的，用山洪災害綜合性風險指數來表征其強度。利用AHP法確定相應的風險性評價指標權重，然后將人工干預后的危險性、易損性柵格圖進行疊加，利用GIS中的自然間斷點重分類方法，分類得到山洪災害的風險性等級劃分標準，最后獲得廣東省山洪災害風險強度分布示意(見圖2)，并將其與歷史山洪災害數據比較(見圖3)，進行分析驗證相關性。

圖3 歷史山洪災害情況驗證結果示意

3.1 危險性評價

根據圖2a顯示，廣東省山洪災害高危險區與廣東省三大暴雨中心的分布相對一致，集中在降雨量大、地形地貌以低山丘陵為主、坡度較大的區域。

中北部地區如清遠市、韶關市、惠州市等地的山洪災害危險性較高。主要原因是該區域雖然受臺風影響較沿海地區小，植被覆蓋度高，但該區地貌類型以中低山丘陵為主，局地氣候的影響明顯，降雨量大，再加上地勢陡峭，常常爆發以溪河洪水災害為主的山洪災害。

西南部地區如陽江市、江門市等地的山洪災害危險性較高。主要原因是該區域雖以山丘、平原臺地為主，地勢起伏相對平緩，但地處廣東省的暴雨中心，受臺風暴雨影響嚴重，加之地表植被不發育，水土流失較為嚴重，在強降雨作用下容易引起滑坡、泥石流災害。因此，該區以滑坡為主，其次是溪河洪水和泥石流災害。

東部地區如河源市、梅州市、揭陽市等地危險性較高。主要原因是該區受臺風暴雨影響明顯，小支流密布，河道較長，河床比降較小，洪水出流不暢，容易形成洪水災害。區內斷裂構造發育，巖體穩定性較差，加上人類活動強烈，人工邊坡較多，在暴雨洪流沖刷切割作用下，滑坡災害發育，局部有泥石流災害。因此，該區溪河洪水災害和滑坡、泥石流災害并存。

珠三角地區如廣州市、佛山市、中山市等地的山洪災害危險性較低。主要原因是該區地貌類型以堆積平原為主，而本次項目的山洪災害特指在山區溪溝中發生的暴漲洪水，因此雖然珠江三角洲地區河網密布，降雨量大，由于土地利用方式發生變化，洪水災害問題主要是城市內澇問題而非本次項目研究的山洪災害問題。

3.2 易損性評價

根據圖2b顯示，廣東省山洪災害易損性分布錯綜復雜，區域性明顯，這與易損性評價指標的社會經濟屬性相符合。本項目易損性評價指標數值的統計是以縣域為單位的，各縣級市人口、經濟、城鎮建設水平不一致，地區差異明顯。易損性水平高值區集中在人口密度大、城鎮化率低、一產比重較大、經濟欠發達的區域，如粵北的五華、東源、龍川、興寧、梅州市區、樂昌、梅縣、陽山、和平、連山、英德、紫金；粵東的揭西；粵西的高州、化州、信宜、云安、陽春、封開、徐聞、雷州、遂溪、羅定、郁南、新興、電白等縣級行政區。

總體而言，粵北、粵西、粵東地區山洪災害易損性普遍偏高，珠三角易損性普遍偏低。結合前文各易損性評價指標的分析可知，可以明顯看到粵西和部分粵東地區城鎮化率較低、一產比重較高、居民點設施標準低，更易受到山洪侵擾，資產損失嚴重；珠三角易損性普遍偏低，主要原因是城鎮化程度高、一產比重低、居民點設施和防洪設施標準高，不易受到山洪災害威脅，集中資產損失小。

3.3 風險性評價

根據圖2c顯示，風險性水平較高的區域集中在粵北、粵西、粵東地區，如粵北的英德、連山、陽山、東源、樂昌、清新、佛岡、五華、翁源、連南、新豐、紫金、龍川、連平、始興、梅縣、仁化、梅州市區、興寧；粵東的陸河、揭西、普寧；粵西的高州、信宜、陽東、電白、化州、陽西、云安、徐聞、雷州；珠三角的龍門、懷集、博羅、廣寧、恩平等行政區。

將圖2a、圖2b與圖2c進行對比分析，由于山洪災害危險性水平高而導致風險性水平高的區域集中在粵北、粵東、珠三角地區部分地區；由于山洪災害易損性水平高而導致風險性水平高的區域集中在粵北和粵西地區。

總體而言，除了珠三角地區外，廣東省大部分地區均面臨中等偏高的山洪災害風險。

3.4 有效性驗證

將廣東省山洪災害風險強度分布圖與歷史山洪災害分布圖進行疊加，結果顯示風險強度較高的區域均是歷史山洪災害發生次數與損失較大的區域，如清遠市的清新、英德、佛岡、陽山、連山、連南；韶關市的樂昌；河源市的連平、東源、紫金；梅州市的五華、興寧；惠州市的龍門、博羅；陽江市的陽春；茂名市的信宜、高州、電白、化州等地[13]。根據初步對比驗證結果，本次廣東省山洪災害風險區劃結果較為符合實際情況。

3.5 主導因素分析

評價結果顯示，廣東省山洪災害危險程度與降雨量、地貌類型、坡度密切相關，降雨量越大，山坡越陡峭，發生山洪災害的危險性就越高；就廣東全省而言，中北部和西南部山洪災害危險性普遍高于中部珠三角地區。易損性比較高的地方往往集中于人口密度大、城鎮化率低、一產比重較大、經濟欠發達的地區。

4 結語

本文以廣東省為研究對象，利用ArcGIS軟件對廣東省山洪災害風險評價結果進行ISO最大似然法聚類分析，得到廣東省山洪災害風險分析5類聚類結果(圖2c)。風險值1、2、3、4、5代表山洪災害風險強度，分別代表微風險區、低風險區、中風險區、高風險區、極高風險區。

1)區劃結果表明廣東省山洪災害總體風險值為2.90，屬于山洪災害中風險強度，其中微、低、中、高、極高風險區占本區面積的比例分別為11.95%、25.41%、32.84%、19.93%、9.87%，基本呈正態分布特征。這與《全國山洪災害風險區劃報告》中廣東省屬于滇東南粵桂山地中高風險區、粵桂低山平原中風險區相一致。山洪災害易發區主要分布在粵東、粵西和粵北，珠三角地區風險強度總體較低。

2)從危險性水平來看，高值區集中在降雨量大、地形地貌以低山丘陵為主、坡度較大的區域，如粵北的佛岡、清新、英德、新豐、連山、連南、翁源、河源市區、乳源、陽山、始興、樂昌、連平、曲江、東源、紫金、清城、仁化、大埔、豐順、連州；粵東的陸河、汕城、南澳、普寧、海豐、揭西；粵西的陽春、陽東、電白、江城、陽西、高州；珠三角的龍門、惠東、從化、博羅、恩平、增城、惠陽、惠州市區、廣寧、珠海、臺山、懷集、龍崗等行政區。

3)從易損性水平來看，高值區集中在人口密度大、城鎮化率低、一產比重較大、經濟欠發達的區域，如粵北的五華、東源、龍川、興寧、梅州市區、樂昌、梅縣、陽山、和平、連山、英德、紫金；粵東的揭西；粵西的高州、化州、信宜、云安、陽春、封開、徐聞、雷州、遂溪、羅定、郁南、新興、電白等行政區。

4)從風險性水平來看，危險性較高的地區一般有著較高風險性，風險性水平較高的有粵北的英德、連山、陽山、東源、樂昌、清新、佛岡、五華、翁源、連南、新豐、紫金、龍川、連平、始興、梅縣、仁化、梅州市區、興寧；粵東的陸河、揭西、普寧；粵西的高州、信宜、陽東、電白、化州、陽西、云安、徐聞、雷州；珠三角的龍門、懷集、博羅、廣寧、恩平等行政區。

5)經與歷史山洪災害分布情況進行對比驗證，結果顯示風險強度較高的區域均是歷史山洪災害發生次數與損失較大的區域，如清遠市的清新、英德、佛岡、陽山、連山、連南；韶關市的樂昌；河源市的連平、東源、紫金；梅州市的五華、興寧；惠州市的龍門、博羅；陽江市的陽春；茂名市的信宜、高州、電白、化州等地。

基于AHP-GIS的山洪災害風險區劃分析評價，根據區劃結果，廣東省大部分地區均面臨中等偏高的山洪災害風險，相關部門可根據各地方風險強度及實際情況，科學、有效、針對性地開展防洪減災工作，因地制宜，制定各縣(區、市)的防御山洪災害的相關措施，全面分析山洪災害成因分析，形成數字流域模型、山洪預測模型等高新技術與傳統洪水預報系統相結合的完整的山洪災害風險評價系統。