盤錦市洪水災害風險評價

齊士強

（盤錦市水利事務服務中心，遼寧 盤錦 124000）

目前，洪水災害已成為最難以控制、帶來損失最大且發生最頻繁的自然災害之一。科學評價洪水災害風險，對保護人民財產安全、降低洪水帶來的危害以及加強水資源利用管理等極具現實意義[1-3]。

以往研究大多側重于洪災的危機管理，但隨著經濟的快速發展和現代氣候的劇烈變化，發生洪水災害的頻率并未下降，綜合利用非工程與工程措施解決問題逐漸受到學術界的重點關注[4-6]。洪災風險評價是一種較先進的防災減災方法，已成為災害學和水資源管理學的研究方向、前沿課題及重要領域。云模型作為一種能夠準確反映模糊性與隨機性內在關系的數學模型，對預測評價洪水災害風險具有較強適用性與可靠性，對此許多學者開展了深入探討，如田玉剛等以上海市和蘇州市為例，綜合利用數據場與云模型全面評定了區域洪水災害風險等級；石曉靜等以安康市為例，應用云模型評價對比了安康市的洪災等級；田文凱等探究了洪水風險分析時云模型的作用，認為云模型可以準確反映洪水風險狀況，大大降低計算時的不確定性及隨機性；劉洋等以荊江分洪區為例，采用云物元耦合模型全面評估了洪水災害危險性。盤錦市位于遼河三角洲的中心地帶，歷史上洪災頻發，給當地居民生命財產和工農業生產造成巨大損失[7-10]。因此，科學評價盤錦市洪水災害風險，可以為防洪資源的合理調配以及洪水災害的有效預警提供參考。

1 區域概況

盤錦市位于遼寧西南部，面向渤海灣，是我國重要的濱海生態濕地城市以及石化工業、石油開采基地，具有優越的區位發展優勢和交通條件，也是遼寧沿海經濟帶四大都市區之一和全國31 座重點防洪城市之一，城區包括大洼區、興隆臺區和雙臺子區。繞陽河、大遼河和遼河城區環繞，受渤海灣風暴潮及多條河流防洪威脅，盤錦市洪潮災害頻發。由于地勢平坦，城區缺少抵御洪水的天然屏障，城市防洪以上游水庫調節及沿河堤防為主。

2 研究方法

2.1 數據來源

盤錦市河網密度圖及地形圖可以從分辨率30m的DEM 數據庫提取，2020 年和1995 年降水量數據來源于盤錦市氣象局，單位面積糧食產量、耕地比重、GDP 密度及人口密度等經濟社會數據來源于統計年鑒及歷史統計資料匯編等。

2.2 正態云模型

云模型可以實現特定事物和現象的定量與定性轉換，該模型以隸屬度函數和正態分布為依據，可以有效解決評價過程中的模糊性問題，較為客觀地反映洪災風險狀況，對圖像處理、決策分析和識別評估等領域具有普遍適用性[11-13]。

對正態云的定義：設論域及其范圍內的定性概念為U、C，若x∈U，x對于C的隸屬函數是隨機數且存在穩定傾向性，即，則C的一次隨機實現就是x。若滿足條件，且x對定性概念C的隸屬度符合公式（1），則論域U上的x近似服從正態云分布。

式中：He、En、Ex表示超熵、熵和期望值。每一個x就代表一次定量與定性的轉化，即生成1 個云滴，由n個云滴形成的正態云模型能夠全面地反映定量數值與定性概念的轉化。He、En和Ex表示正態云的3 個數字特征，其中He體現了云滴的離散程度，He值越大則云滴越分散，實質上是En的熵，可以衡量Ex的不確定性，主要取決于熵的模糊性和隨機性；En和Ex體現了論域中x的取值范圍以及C的中心值，En值可以衡量模糊度，其值越大則概念越宏觀，即x取值區間越廣。

3 盤錦市洪水災害風險評價

3.1 選取評價指標

洪水災害的形成是承載體、孕災環境及致災因子相互作用的結果，必須考慮各因素之間的耦合關系合理評價洪災風險。文章結合盤錦市歷史上發生的洪災情況，經實地調查選擇8 個典型指標建立洪災風險評價體系，如表1 所示。

表1 盤錦市洪災風險評價體系

3.2 洪水災害風險評價

將參評指標量化數據表及盤錦市行政區圖導入Arc GIS10.0 的Arc Map 中，對2020 年和1995 年參評指標應用自然段點法劃分標準，盤錦市1995 年洪災風險評定標準如表2 所示。

表2 盤錦市1995 年洪災風險評定標準

由于各指標的單位或量綱不統一，在評估分析前必須先對正向和負向指標初始數據進行無量綱化處理，從而構建歸一化洪災風險評判矩陣，R=(rij)m×n即：

式中：rij、xij代表歸一化值和初始數據；min(xj)、max(xj)代表所有評價對象中指標j的最小于最大值。然后采用下述公式計算指標熵值Hj和權重wj，即：

通過上述計算可以確定各指標權重：ωu1=0.1085、ωu2=0.1271、ωu3=0.1085、ωu4=0.1168、ωu5=0.1168、ωu6=0.1079、ωu7=0.2130、ωu8=0.1018。

依據盤錦市洪災風險評定標準和公式（6）計算超熵He、熵En和期望Ex，從而確定1995 年和2020 年盤錦市各區縣參評指標的3 個數字特征等級標準，1995 年正態云標準如表3 所示。

表3 盤錦市1995 年洪災風險評價正態云標準

式中：Exij、Enij代表參評指標i關于風險等級j的Ex、En值（表3）；xij、xij，1、xij，2 代表參評指標i隸屬于風險等級j的程度（表2）及評價標準中的上、下邊界值；k代表常數，結合試驗或經驗一般取0.05。

以大洼區為例，在正態云模型中輸入指標量化數值，經Matlab2014a 軟件1 000 次重復運算確定2020 年和1995 年各指標隸屬度，大洼區1995 年洪災風險指標隸屬度如表4 所示，同理可以確定2020 年和1995 年其它區縣的風險等級隸屬度。

表4 大洼區1995 年洪災風險指標隸屬度

然后利用模糊數學法將隸屬度矩陣Z與指標權重W進行加權計算，從而確定洪災風險評價模糊等級B：B=Z·W。根據最大隸屬度原則確定盤錦市大洼區洪災風險等級，即最大隸屬度對應等級，依次流程可以確定盤錦市其它各區縣2020 年和1995 年的洪災風險等級[14-16]。

結果表明，盤錦市2020 年洪災風險相比于1995 年有所增加，局部區域風險狀況發生了改變。2020 年和1995 年洪災高風險區均分布在大洼區，這是因為該區域的河網密集，地勢較低，汛期降水很容易徑流匯集致災，所以致災因子和孕災環境具有較高危險性；另外，大洼區產業、人口密集，承載體存在較高脆弱性。1995 年洪災較高風險區主要分布在雙臺子區，2020 年興隆臺區洪災風險也達到了較高等級，這是因為這些地區的地勢較低，大遼河、繞陽河和遼河環繞，沿河兩岸人口密集，所以具有較大洪災威脅性。1995 年洪災中等風險區分布在興隆臺區，1995年低風險區分布在盤山縣，而2020 年也轉變成中等風險區，2020 年無低風險區。興隆臺區和盤山縣地形起伏變化大，地勢高，這兩個地區的孕災環境穩定，但人類活動與經濟發展對環境的不利影響提升，使得洪災風險增加。總體而言，盤錦市2020 年洪災風險相比于1995 年逐漸增加。所以，對于大洼區、雙臺子區、興隆臺區等風險等級較高的地區，政府部門應加大投入防洪投入，合理劃定重點防洪區，加快水利工程建設，科學安排洪峰調蓄，加強洪災預測預警，切實提升信息收集效率和災后恢復能力；對于盤山縣等風險等級較低區，應科學實施泥石流、滑坡等減災措施[17-18]。

4 結 論

文章充分考慮洪災的不確定性特征，從承載體、孕災環境和致災因子3 個方面選擇8 個指標，采用云模型評價盤錦市2020 年和1995 年的洪災風險。結果表明，盤錦市2020 年洪災風險相比于1995 年有所增加，局部區域風險狀況發生了改變。研究時段內洪災高風險區均分布在大洼區，該地區河網密集，地勢較低，汛期降水很容易徑流匯集致災；低風險區減少，中等和較高風險區增加，洪災風險等級出現明顯的轉化。評價結果可以為盤錦市防洪減災、災后重建工作的科學指導，為加強洪災預警提供一定參考。