基于GIS技術(shù)的寧夏山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃初探

李 岷，王國霞，田子荀

（1.寧夏回族自治區(qū)防汛抗旱指揮部辦公室，750001，銀川；2.華北水利水電大學(xué) 水資源高效利用與保障工程河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，450045，鄭州）

基于GIS技術(shù)的寧夏山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃初探

李 岷1，王國霞2，田子荀2

（1.寧夏回族自治區(qū)防汛抗旱指揮部辦公室，750001，銀川；2.華北水利水電大學(xué) 水資源高效利用與保障工程河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，450045，鄭州）

以寧夏1∶5萬電子地形圖為底圖，根據(jù)寧夏山洪災(zāi)害致災(zāi)成因和山洪預(yù)警發(fā)布形式，對(duì)降雨、地貌、行政區(qū)劃及產(chǎn)匯流特征等要素分別進(jìn)行分區(qū)，通過應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)的分析和疊加功能，完成了寧夏地區(qū)山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。結(jié)果表明：寧夏全區(qū)可劃分為16個(gè)山洪災(zāi)害區(qū)4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占寧夏全區(qū)面積的7.8%，中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占15.3%，中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占58.5%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占18.4%。通過與寧夏山洪災(zāi)害實(shí)際情況的比對(duì)分析，對(duì)該研究成果的可行性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了初步驗(yàn)證。

山洪災(zāi)害；GIS技術(shù)；地理信息系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

我國是一個(gè)多山的國家，山丘區(qū)約占全國陸地面積的2/3，且地貌復(fù)雜、降水強(qiáng)度高以及人類不合理的土地利用導(dǎo)致山洪災(zāi)害頻發(fā)。山洪災(zāi)害屬于綜合性系統(tǒng)，其發(fā)展和危害程度涉及地質(zhì)地貌、氣象水文、人類活動(dòng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多方面。山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與地理空間信息密切相關(guān)，地理信息系統(tǒng)又具有強(qiáng)大的信息處理能力，因此山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與地理信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合成為必然趨勢(shì)。將洪災(zāi)成災(zāi)條件類似、風(fēng)險(xiǎn)程度相近的地區(qū)劃為同一區(qū)域，以顯示洪水災(zāi)害的區(qū)域劃分規(guī)律及其空間變化特點(diǎn)。據(jù)此以寧夏為研究區(qū)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)寧夏山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行劃分，初步探索該技術(shù)的可行性與適用性。

一、研究區(qū)概況

寧夏回族自治區(qū)位于我國西北內(nèi)陸，屬干旱半干旱地帶，地跨黃土高原和內(nèi)蒙古高原兩個(gè)地形區(qū)，南北氣候懸殊較大，屬典型大陸性氣候。全區(qū)地貌自南而北分為黃土丘陵溝壑區(qū)、一般山丘區(qū)、臺(tái)地和寧夏平原4個(gè)類型區(qū)。據(jù)2004年年初統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，寧夏地形中丘陵占38%，平原占 26.8%，山地占 15.8%，臺(tái)地占17.6%，沙漠占1.8%。由于地貌類型復(fù)雜，降雨時(shí)空分布不均，南多北少且大多集中在夏季，極易突發(fā)局地暴雨，形成山洪并造成局地洪水泛濫。有資料統(tǒng)計(jì)，新中國成立以來寧夏全區(qū)因山洪災(zāi)害死亡666人，累計(jì)受災(zāi)耕地2 143.85萬畝 （1畝=1/15 hm2，下同）、受災(zāi)人口585.39萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失約140.44億元。通過對(duì)寧夏歷年山洪災(zāi)害損失的調(diào)查分析，寧夏山洪災(zāi)害受災(zāi)人口、死亡人數(shù)以及直接經(jīng)濟(jì)損失呈不斷增加的趨勢(shì)，山洪災(zāi)害嚴(yán)重影響寧夏經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

二、使用數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地理信息資料主要為寧夏全區(qū)1∶5萬矢量地圖，主要包括行政區(qū)界、市（縣）駐地、河流水系、地貌分布等圖層；歷史山洪災(zāi)害資料主要來自全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃項(xiàng)目的寧夏調(diào)查數(shù)據(jù)，含新中國成立以來寧夏發(fā)生災(zāi)害的山洪溝信息，包括降雨、洪水、發(fā)生位置、發(fā)災(zāi)次數(shù)等數(shù)據(jù)，以及部分災(zāi)害損失描述分析等，資料年限截至2015年；巖性數(shù)據(jù)來自中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的1∶250萬中國數(shù)字地質(zhì)圖；基礎(chǔ)土壤數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院南京土壤研究所發(fā)布的 1∶100萬中國土壤屬性數(shù)據(jù)庫；社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料來自寧夏統(tǒng)計(jì)部門2014年統(tǒng)計(jì)年鑒和（或）年報(bào)等權(quán)威資料，包含寧夏全區(qū)人口、生產(chǎn)總值、工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)數(shù)、耕地面積、糧食總產(chǎn)量以及交通旅游等各類信息。

三、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分方法

第一步，根據(jù)寧夏山洪災(zāi)害致災(zāi)成因和山洪預(yù)警發(fā)布方式，選取降雨、地質(zhì)地貌、行政區(qū)劃及產(chǎn)匯流特征等要素作為影響因子。

第二步，以標(biāo)有寧夏縣界、比例尺為1∶5萬的電子地形圖作為底圖，依據(jù)寧夏水文氣象特征及歷年暴雨統(tǒng)計(jì)資料，確定暴雨總體分布趨勢(shì)；結(jié)合年最大24 h雨量均值等值線圖，對(duì)寧夏全區(qū)進(jìn)行降雨分區(qū)；根據(jù)地貌特點(diǎn)，在劃分地貌基本單元的基礎(chǔ)上，綜合考慮地形坡度，對(duì)寧夏全區(qū)進(jìn)行地貌分區(qū)；考慮現(xiàn)有的防汛預(yù)警發(fā)布方式，以5個(gè)地級(jí)市為基本分區(qū)單元進(jìn)行行政分區(qū)；同時(shí)結(jié)合寧夏產(chǎn)流特點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)流分區(qū)。

第三步，利用ArcGIS軟件，將地貌分區(qū)圖與行政分區(qū)圖進(jìn)行疊加，初步確定總體分區(qū)情況，并參考降雨分區(qū)及產(chǎn)流分區(qū)進(jìn)行局部調(diào)整優(yōu)化，形成最終的寧夏全區(qū)山洪災(zāi)害預(yù)警區(qū)劃圖。

四、山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性分析

山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是指根據(jù)研究區(qū)山洪危險(xiǎn)性特征，參考區(qū)域承災(zāi)能力及社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，把山洪災(zāi)害劃分為不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的區(qū)域。山洪災(zāi)害與其他自然災(zāi)害一樣，致災(zāi)因素具有自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)雙重屬性，其形成與發(fā)展主要受降雨、地貌、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等三大因素的影響。因此在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方面，選擇降雨、地貌、行政區(qū)劃及產(chǎn)匯流特征作為寧夏山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子。

1.降雨分區(qū)

選取暴雨過程頻次和強(qiáng)度作為山洪災(zāi)害的致災(zāi)因子，根據(jù)寧夏年降雨量和時(shí)段年最大降雨量均值劃定降雨分區(qū)，經(jīng)綜合分析，寧夏降雨區(qū)劃采用兩級(jí)分區(qū)。

①一級(jí)降雨區(qū)劃中，根據(jù)觀測(cè)站點(diǎn)年降雨量分布特征及等值線圖，全區(qū)分為年降水量高值區(qū)、年降水量中值區(qū)、年降水量低值區(qū)。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ區(qū)，年降水量≥400 mm的地區(qū)為年降水量高值區(qū)，主要分布在寧夏南部山區(qū)；Ⅱ區(qū)，200 mm≤年降水量＜400 mm的地區(qū)為年降水量中值區(qū)，主要分布在寧夏中部干旱地區(qū)；Ⅲ區(qū)，年降水量＜200 mm的地區(qū)為年降水量低值區(qū)，主要分布在寧夏中北部引黃灌區(qū)。

②二級(jí)降雨區(qū)劃中，經(jīng)分析，24 h暴雨分布基本能反映寧夏暴雨總體分布特征。因此，以年最大24 h降雨量均值為依據(jù)劃定二級(jí)降雨區(qū)劃。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：1區(qū)，年最大24 h降雨量均值≥50 mm的地區(qū)為多降雨區(qū)，主要分布在寧夏南部山區(qū)及賀蘭山沿山地區(qū)；2區(qū)，40 mm≤年最大24 h降雨量均值＜50 mm的地區(qū)為中降雨區(qū)，主要分布在寧夏中部地區(qū)；3區(qū)，年最大24 h降雨量均值＜40 mm的地區(qū)為低降雨區(qū)，主要分布在寧夏中北部引黃灌區(qū)。

2.地貌分區(qū)

山洪災(zāi)害形成的地形地質(zhì)條件包括地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等,亦是山洪災(zāi)害發(fā)生的內(nèi)在因素（或稱下墊面因素）。

①地形分區(qū)。地形是控制山洪泛濫的重要因素，相對(duì)高程越低，地形變化越小，越易引發(fā)山洪災(zāi)害。地形變化一般用坡度來表示，根據(jù)《全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃地形地質(zhì)區(qū)劃技術(shù)細(xì)則》要求，利用寧夏1∶5萬數(shù)字地形圖，將全區(qū)地形坡度劃分為＜10°、10°～25°、25°～45°三個(gè)區(qū)。

坡度＜10°的區(qū)域范圍主要包括銀川平原、寧夏中部山間平原、靈鹽臺(tái)地以及寧夏南部黃土丘陵區(qū)部分地區(qū)。銀川平原包括黃河沖積平原和賀蘭山山前沖積傾斜平原；寧夏中部山間平原包括衛(wèi)寧平原、清水河下游平原、紅寺堡平原、韋州平原等；靈鹽臺(tái)地包括靈武縣東部和鹽池縣中北部，是鄂爾多斯高原的一部分。坡度10°～25°的區(qū)域范圍主要包括寧夏中部山地以及寧夏南部黃土丘陵區(qū)部分地區(qū)。寧夏中部山地包括衛(wèi)寧北山、牛首山、煙筒山、羅山、青龍山等。坡度25°～45°的區(qū)域范圍包括寧夏北部賀蘭山山地以及寧夏南部六盤山山地。

②地貌分區(qū)。晚第三紀(jì)以來，我國大部分山地強(qiáng)烈隆起，尤其是青藏高原的崛起，不僅形成了巨大的山系，構(gòu)成了我國地貌的總體骨架，而且影響到季風(fēng)活動(dòng)，同時(shí)也決定了我國山洪災(zāi)害的形成與分布格局。寧夏地貌自北而南總體可分為4個(gè)地貌分區(qū)，即寧夏西北部賀蘭山地區(qū)、寧夏中北部平原區(qū)、寧夏中部干旱草原區(qū)和寧夏南部黃土丘陵溝壑區(qū)。

賀蘭山山體呈東北-西南走向，山地陡峭，海拔高程為1 200～3 200 m，屬侵蝕構(gòu)造類型。山前地帶，寬多為1～3 km，最寬達(dá) 10 km，海拔高程在1 145～1 205 m之間，坡度陡，為1‰～3‰。洪積沖積平原寬約10 km，為洪積扇前緣與沖積平原過渡帶，地形平緩，地面坡度1.5‰～1.8‰，海拔高度在1 140～1 112 m之間，自西向東傾斜。寧夏中北部為黃河沖積平原，海拔1 100～1 400 m，以沖積物與洪積物為主，第四紀(jì)沉積物厚達(dá)600 m以上。寧夏中部為黃河沖積平原和洪積平原，海拔1 200～1 800 m，組成物質(zhì)主要為含礫黃土狀黏質(zhì)砂土、砂質(zhì)黏土與粉細(xì)砂互層，夾砂卵石層或含礫砂層，該區(qū)物理風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)和洪流作用盛行，沙丘、沙地廣布，山前洪積扇發(fā)育。寧南黃土丘陵區(qū)，海拔1 600～1 900 m，黃土一般堆積在第三紀(jì)紅巖丘陵之上，主要為馬蘭黃土，該區(qū)水土流失嚴(yán)重，流水侵蝕強(qiáng)烈，溝壑地貌發(fā)育。

3.行政分區(qū)

人類活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況一定程度上決定了山洪災(zāi)害形成條件，因此將行政區(qū)劃作為反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的指標(biāo)。寧夏下轄銀川市、吳忠市、石嘴山市、固原市和中衛(wèi)市5個(gè)地級(jí)市，在現(xiàn)有預(yù)警發(fā)布方式的基礎(chǔ)上，利用寧夏1∶5萬地形圖，以地級(jí)市轄界為基本分區(qū)單元，將寧夏分為5個(gè)區(qū)。

4.產(chǎn)流分區(qū)

寧夏洪水多由暴雨產(chǎn)生，洪峰、洪量及洪水過程和地區(qū)的暴雨特性相似，不同地區(qū)下墊面不同，洪水特性也具有較大差異。不同類型的土壤透水能力不同，表現(xiàn)出的產(chǎn)匯流能力也不同，另外，植被對(duì)產(chǎn)匯流具有顯著的抑制作用，產(chǎn)流分區(qū)指標(biāo)既反映土壤入滲能力，也反映植被（實(shí)際為土地利用狀況）對(duì)流域產(chǎn)匯流的影響。

從產(chǎn)流角度分析，寧夏下墊面大致可按植被土壤分為三區(qū)，即賀蘭山區(qū)、黃土丘陵區(qū)、六盤山林區(qū)。根據(jù)土壤含砂種類不同，黃土丘陵區(qū)又分為重砂壤地帶和輕砂壤地帶兩個(gè)區(qū)。根據(jù)不同地區(qū)植被土壤的類型，確定其對(duì)山洪災(zāi)害下墊面因子的影響度，得到寧夏山洪災(zāi)害的產(chǎn)流分區(qū)圖。

五、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分成果與分析

利用ArcGIS軟件，對(duì)上述各因素基本分區(qū)圖進(jìn)行疊加、調(diào)整、歸并、優(yōu)化，依據(jù)擬定的區(qū)劃原則、方法及步驟，并結(jié)合山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分的4個(gè)等級(jí) （每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的含義見表1），確定山洪災(zāi)害典型區(qū)劃分成果，見表2，并繪制出山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)圖，如圖1所示。

表1 山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分及代表災(zāi)害含義

表2 寧夏山洪災(zāi)害典型區(qū)劃分成果表

寧夏全區(qū)共劃分為16個(gè)山洪災(zāi)害區(qū)域，根據(jù)災(zāi)害含義將16個(gè)區(qū)域按4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行區(qū)劃，其中，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占寧夏全區(qū)面積的7.8%，中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占15.3%，中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占58.5%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占18.4%。

高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包含大武口區(qū)、惠農(nóng)區(qū)、平羅縣（河西）部分地區(qū)，為寧夏暴雨多發(fā)區(qū)，每10 000 km2年均暴雨（24 h降雨量≥100 mm）發(fā)生次數(shù)為1.1次，居寧夏之首。該區(qū)域處于賀蘭山大水溝以北，為石山區(qū)，坡度陡（1‰～3‰），土層淺薄，巖石裸露率為69%，植被少，土壤水分易飽和、產(chǎn)流快，雨量相同時(shí)產(chǎn)生的洪峰為全區(qū)之首。

中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包含隆德縣、涇源縣、賀蘭縣、永寧縣、西夏區(qū)、金鳳區(qū)、興慶區(qū)（河西）、青銅峽市部分地區(qū)，該區(qū)域主要為六盤山林區(qū)和賀蘭山區(qū)中南段。六盤山林區(qū)雨多量大歷時(shí)長，蒸降比略大于1，草木茂盛，洪水匯流慢漲落平緩；該區(qū)地勢(shì)高、氣溫低、蒸發(fā)小、土壤含水量大，暴雨相同時(shí)入滲損失率為各分區(qū)最小，產(chǎn)生洪量最大。賀蘭山區(qū)中南段降雨量與北段基本持平，中段為中高土石山，有部分次生林，南段屬黃土丘陵區(qū)，產(chǎn)流速度和洪水發(fā)生次數(shù)少于北段石山區(qū)。

圖1 寧夏山洪災(zāi)害典型區(qū)分區(qū)圖

中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包含同心縣、海原縣、原州區(qū)、西吉縣、彭陽縣、沙坡頭區(qū)、中寧縣、利通區(qū)、紅寺堡區(qū)部分地區(qū)，主要為寧夏黃土丘陵區(qū)。其中，同心、海原、原州、西吉、彭陽等縣（區(qū)）為黃土丘陵高原區(qū)，溝壑十分發(fā)育；沙坡頭、中寧、利通、紅寺堡等縣（區(qū)）為寧中山地區(qū)，分布有衛(wèi)寧山、牛首山、香山、煙筒山、羅山、青龍山等山地。該區(qū)域降雨次數(shù)少、間隔長，蒸發(fā)旺盛，地表干燥快，土壤含水量?。ǔＬ幱?0%左右），是典型的超滲產(chǎn)流區(qū)；植被差，調(diào)蓄能力小，產(chǎn)匯流快，造峰歷時(shí)短，洪水陡漲陡落過程較短，洪峰較大；平均入滲損失率較大，相同面積相同雨量形成的洪量小于六盤山林區(qū)和賀蘭山區(qū)。但由于植被差、溝壑縱橫、水土流失嚴(yán)重，洪水含沙量大，洪峰、洪量隨之增大近50%。

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包含鹽池縣、靈武市、平羅縣（河?xùn)|）、興慶區(qū)（河?xùn)|）部分地區(qū)，該區(qū)域主要為靈鹽臺(tái)地和銀川平原部分地區(qū)。靈鹽臺(tái)地為鄂爾多斯高原的一部分，地勢(shì)自東向西傾斜，地形較為平坦，土壤質(zhì)地沙性，水資源極為貧乏，且該區(qū)域人口密度較小，多為荒漠草原，山洪災(zāi)害威脅較小。

六、結(jié) 語

根據(jù)寧夏山洪災(zāi)害致災(zāi)成因和山洪預(yù)警發(fā)布形式，以寧夏1∶5萬電子地形圖為底圖，對(duì)降雨、地貌、行政區(qū)劃及產(chǎn)匯流特征等要素分別進(jìn)行分區(qū)，通過地理信息系統(tǒng)的技術(shù)分析和疊加功能，將寧夏全區(qū)劃分為16個(gè)山洪災(zāi)害區(qū)4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

寧夏山洪災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在歷史洪水出現(xiàn)較多的賀蘭山區(qū)和六盤山區(qū)；中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在寧夏黃土丘陵區(qū)，該區(qū)域歷史洪水發(fā)生次數(shù)少于賀蘭山區(qū)和六盤山區(qū)；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在靈鹽臺(tái)地和銀川平原局地，該區(qū)域降雨稀少，地形較為平坦，為寧夏歷史洪水發(fā)生最少的區(qū)域。風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果與寧夏歷史洪水發(fā)生規(guī)律相符合，一定程度上說明了寧夏山洪災(zāi)害區(qū)劃的合理性，對(duì)指導(dǎo)山洪防災(zāi)減災(zāi)工作具有一定的意義。

由于山洪災(zāi)害成因機(jī)理比較復(fù)雜，且目前寧夏山洪災(zāi)害研究資料有限，對(duì)寧夏山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性和易損性尚未進(jìn)行深入分析，該研究成果的準(zhǔn)確性仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。 ■

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責(zé)任編輯 軒 瑋

A preliminary study on regional division of flood disaster risks in Ningxia based on GIS technology

Li Min,Wang Guoxia,Tian Zixun

According to 1∶50 000 electronic topographic map of Ningxia as well as causes of mountain flood disasters and types of early-warning system,factor division of rainfall,topography,administrative division and runoff characteristics was conducted by taking the advantage of analysis and overlay function of geographical information system,so as to complete risk zoning of flood disasters in Ningxia Autonomous Region.The study results show that the province can be divided into 16 flood disaster areas,4 risk levels,among which 7.8%of the total area is classified as high risk,15.3% as medium to high risk,58.4%as medium to low risk,and 18.4%as low risk.Feasibility and accuracy of this study has been verified through comparative analysis according to real happening of mountain flood disasters.

mountain flood disaster;GIS technology;geographic information system;risk zoning

TV877

B

1000-1123（2017）07-0038-04

2016-10-14

李岷，高級(jí)工程師，主要從事防汛抗旱工作。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51279064；51379003；51579102）；河南省教育廳科技創(chuàng)新人才支持計(jì)劃（14HASTIT047）；河南省教育廳科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃（14IRTSTHN028）。