基于模糊層次分析法的陜西省山洪災害風險評價

李惠芳，吳 悠

（1.延安市寶塔區水旱災害防治監測中心,陜西 延安 716000；2.陜西省水文水資源勘測中心,陜西 西安 710068）

由高強度暴雨引起的山洪災害具有成災迅速、破壞力強等特征,特別是山地丘陵地帶更容易發生山洪災害,做好防洪減災工作對確保人民生命財產安全有積極幫助。結合山洪災害的形成原因和影響因素,選擇典型指標并科學設計權重,在此基礎上利用ArcGIS 軟件展開風險評價分析,了解各地區山洪災害的危險程度進而提前制定科學有效的預防方案,將山洪災害的發生率和損失降到最低。

1 研究區概況

陜西省東西狹、南北長,全省土地面積205624.3 km2,山地丘陵占比達到78.8%,整體地勢呈現出南北高、中間低的變化趨勢,以北山和秦嶺為界,全省被分為陜北黃土高原、關中盆地和陜南秦巴山區三大部分。其中,延安市屬于陜北區,土地面積36712 km2。全省跨越3 個氣候帶,春季溫暖干燥、夏季炎熱多雨、秋季濕潤涼爽、冬季寒冷干燥。多年平均降水量在400 mm～1200 mm,陜北地區在450 mm～600 mm 之間。據統計,自建國以來陜西省共發生山洪災害1300 余次,平均每年發生17.5 次,以安康、寶雞發生山洪災害數量較多,其次是咸陽、商洛、延安等地。

2 基于模糊層次分析法的山洪災害風險評價

模糊層次分析法（AHP）是一種基于層次權重進行分析決策的數學模型,可以將復雜的定性問題轉化成易于量化的定量問題[1]。將該方法應用到山洪災害風險評價中,從自然和社會2 個方面選擇降水、高程、坡度以及人口密度、GDP等9 個因子作為評價陜西省山洪災害風險的主要指標,并賦予權重,根據分析結果評價山洪災害風險。

2.1 指標的選取

2.1.1 危險性因子

危險性因子包含7 項,分別是：

（1）降水。降雨量是影響山洪災害的關鍵因素,尤其是對于植被較為稀疏的山區丘陵地帶,如果出現短時強降雨極易誘發山洪災害。

（2）高程。高程也是引起山洪災害的一個重要因素。通常來說,高程越低,雨水越容易聚集,相應的出現山洪災害的幾率越高。

（3）坡度。坡度表示的是地形陡峭程度,坡度越大,雨水的滲透和匯聚難度越大,會以徑流形式沿著坡面自上而下的流動。另外,在坡度較大的情況下,坡面徑流的沖擊動能也會增加,容易誘發山洪災害。

（4）地貌類型。不同地貌誘發山洪災害的能力也有所差別。例如山地丘陵地區的降水會迅速轉化為坡面徑流,從而促進山洪的成型；而平原地區的降水則向地下滲透,難以形成流動的水流,不容易出現山洪災害[2]。

（5）土壤類型。不同土壤的滲透能力存在差異,通常來說土壤滲透能力越強,則土壤抗沖刷能力越強,大多數降水都會被土壤存儲起來,不易形成山洪。

（6）植被覆蓋。地面植被覆蓋率越高,植被根系對土壤的固定能力越強,同時樹冠還能避免雨水直接沖刷地面,降低山洪災害的發生風險。

（7）土地利用類型。土地利用方式（如耕地、林地、建設用地）會改變下墊面條件,進而影響山洪災害的形成。

2.1.2 易損性因子

（1）人口密度。人口密度客觀表示某個區域的人口分布狀況。人口密度越大的情況下,發生山洪災害造成的直接和間接損失越嚴重,可以利用該指標評價山洪災害的易損性[3]。

（2）國內生產總值（GPD）。GDP 能夠直觀反映某個地區的經濟發展水平,GDP 越高說明該地區經濟越發達,相應的發生山洪災害帶來的損失越嚴重。

2.2 指標權重的確定

在確定了山洪災害風險評價的主要指標后,還要利用模糊判斷矩陣計算每一個指標的權重。一級指標（準則層）的權重劃分為：危險性0.8,易損性0.2；在此基礎上利用地理探測器分析9 種因子對山洪災害空間分布的解釋力（PD）。PD 值代表該因子對山洪災害空間分布的解釋程度,9 項指標的權重計算結果見表1。

表1 各指標的權重設計

2.3 山洪災害危險性評價

本文進行山洪災害危險性評價時,共選取了降雨、高程、坡度等7 個因子,這7 項危險性指標對應的權重分別為0.719、0.094、0.009、0.054、0.060、0.056、0.009。利用ArcGIS 軟件中的空間分析模塊,選取柵格計算器對7 項指標進行標準化處理,得到每個柵格的危險度公式：

使用ArcGIS 軟件提供的重分類功能,根據危險度計算結果將全省山洪災害危險度等級劃分為5 級,并使用該軟件提供的空間統計分析功能,計算出5 個危險等級下的面積與占比[4]。結果見表2。

表2 陜西省不同地區山洪災害危險度等級面積統計

由表2 數據可知,陜西省山洪災害高危險區面積為17600 km2,占陜西省總面積的8.56%,從位置分布上來看主要集中在安康和漢中兩個城市。橫向對比5 個區域所占面積,可以發現低危險區面積最大,占比達到了32.85%,其次是較低危險區（29.11%）。從整體上來看,陜西省山洪災害危險性從北往南依次增加,分析其原因是該省降雨呈現出由北向南遞增的趨勢；同時,安康、漢中等沿河城市發生山洪災害的危險性要高于省內其他不靠近河流的城市。

2.4 山洪災害的易損性評價

本文進行山洪災害易損性評價時,共選取了人口密度和GDP 兩個因子,這2 項易損性指標對應的權重分別為0.92、0.08。按照上文方法計算每個柵格單元的易損度,計算公式為：

將全省山洪災害易損度劃分為5 個等級,計算出5 個危險等級下的面積與占比,結果見表3。

表3 陜西省不同地區山洪災害易損度等級面積統計

由表3 數據可知,社會經濟高易損區的面積為150 km2,占全省總面積的0.07%,該區域主要在西安市。分析其原因,西安市作為陜西省的省會,城市化程度較高,經濟基礎較好,人口相對密集,因此在發生山洪災害后更容易造成損失。從整體上來看,陜西省關中地區山洪災害的易損性要超過陜南地區,陜北地區的山洪災害易損性最低。橫向比較5 個地區,陜西省低易損區的面積占比較高,達到了85.60%。

3 山洪災害風險評價

3.1 陜西省全省山洪災害風險評價

本文使用ArcGIS 軟件提供的空間分析工具,運用“反距離權重插值法”分析9 個評價指標；同時,運用“自然斷點分類法”將風險度分成“低、較低、中等、較高、高”5 個區間。最后根據分析結果,將其劃分到5 個風險度區間中,即可對陜西省山洪災害風險進行量化表示[5]。結果見圖1。

圖1 陜西省全省山洪災害風險程度所占面積比

由圖1 可知,陜西省山洪災害各風險區的面積比排序為：較低風險區（32%）＞低風險區（28%）＞中風險區（18%）＞較高風險區（14%）＞高風險區（8%）。從整體上看,陜西省的山洪災害呈現出片狀、帶狀的分布規律,并且山洪災害風險程度由北向南逐步增加。其中,陜西南部的秦巴山區受到特殊地形和獨特氣候的雙重影響,在夏季容易出現多暴雨且集中的氣象,進而造成該地區夏季易發生山洪災害,特別是安康市屬于山洪災害的高風險區,夏季山洪災害的預防任務較重。

3.2 陜西省北部地區山洪災害風險評價

筆者所在的延安市寶塔區屬于陜北地區,按照上述方法統計陜北地區不同災害風險程度的面積占比,結果見圖2。

由圖2 可知,陜北地區5 個等級的風險區中,面積占比排序為：中風險區（34%）＞較低風險區（24%）＞較高風險區（17%）＞高風險區（13%）＞低風險區（12%）。中風險區面積約為26650 km2。從整體上來看,陜北地區發生山洪災害風險程度呈現出由北往南依次增高的趨勢,與整個陜西省山洪災害風險程度的變化規律一致。其中,高風險區和較高風險區主要集中在延安市,其中洛川縣、黃陵縣、黃龍縣的山洪災害發生更為頻繁,是需要重點加強防范的地區。

圖2 陜西北地區山洪災害風險評價結果

4 結語

本文以陜西省為例,選取了降水、高程、人口密度等9個山洪災害風險評價指標,使用模糊層次分析法和ArcGIS 軟件對該省山洪災害的危險性、易損性和風險程度展開了評價。以評價結果為參考,指導下一步山洪災害的防治工作,有利于達到防洪減災、保障人民群眾生命財產安全的效果。