基于層次分析法平原地區(qū)城鎮(zhèn)內(nèi)澇災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)估

萬(wàn)飛++石云++殷娜++張達(dá)++周兆軍

摘要：城鎮(zhèn)內(nèi)澇災(zāi)害的影響日益嚴(yán)重，內(nèi)澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)研究也成為了科學(xué)研究的熱點(diǎn)，文中利用AHP層次分析法，通過(guò)分析平原地區(qū)城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的物理過(guò)程，構(gòu)建城鎮(zhèn)內(nèi)澇災(zāi)害與內(nèi)澇災(zāi)害危險(xiǎn)性和脆弱性?xún)煞矫妫约岸鄠€(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的層次關(guān)系，利用專(zhuān)家法確定權(quán)重，文獻(xiàn)法確定危險(xiǎn)度等級(jí)，建立平原地區(qū)城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害快速定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

關(guān)鍵詞：內(nèi)澇災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；層次分析法（AHP）

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）02-0203-04

一、引言

中國(guó)位于世界上季風(fēng)活動(dòng)最強(qiáng)盛的東亞地區(qū)，同時(shí)緯度位于北緯30±10°的干旱—半干旱季風(fēng)降雨區(qū)域，夏季為我國(guó)主要的雨季，降雨形式以極端的暴雨、雷雨和臺(tái)風(fēng)降雨為主。這些極端降雨活動(dòng)多發(fā)生在我國(guó)長(zhǎng)江和黃河中下游平原地區(qū)，洪水、洪澇與內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)且造成的影響也極其嚴(yán)重。北京2012年7月21日的暴雨內(nèi)澇災(zāi)害；2011年6月18日武漢市的特大暴雨內(nèi)澇災(zāi)害；2009年因臺(tái)風(fēng)“莫拉克”影響我國(guó)臺(tái)灣、福建、浙江、江蘇和安徽一帶，多地內(nèi)澇；至今中國(guó)城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害數(shù)不勝數(shù)。

針對(duì)日益嚴(yán)重的城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害，目前有多種災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，如資料統(tǒng)計(jì)法[1]、歷史調(diào)查法[2]、水利學(xué)模型法[3-5]、基于GIS的洪澇評(píng)估法[6-8]等定量的評(píng)價(jià)方法。其中，資料統(tǒng)計(jì)與歷史調(diào)查法對(duì)水文資料的需求較高；水利學(xué)模型法和基于GIS的洪澇評(píng)估法對(duì)地形、地面資料和數(shù)據(jù)處理等要求較高。但隨著全球氣候變化極端天氣越來(lái)越多發(fā)且日益嚴(yán)重，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展使地面的入滲狀況改變，這些方法也變得越來(lái)越難以滿(mǎn)足定量準(zhǔn)確的評(píng)估快速發(fā)展變化中的城鎮(zhèn)受暴雨影響而出現(xiàn)的內(nèi)澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，本文考慮城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇形成物理過(guò)程中的主要因素：自然和人為因子，將其分為自然現(xiàn)象的危險(xiǎn)性和城鎮(zhèn)的脆弱性?xún)纱箢?lèi)，通過(guò)建立主—子因子的層次關(guān)系與判斷影響因子的權(quán)重系，以便快速定性地對(duì)城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害做出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

二、城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇物理過(guò)程與主要指標(biāo)

內(nèi)澇災(zāi)害指的是暴雨降到地面后無(wú)法入滲或徑流流走而長(zhǎng)時(shí)間滯留淹沒(méi)地面的現(xiàn)象，當(dāng)它淹沒(méi)人類(lèi)生活、生產(chǎn)的地方時(shí)即為內(nèi)澇災(zāi)害。城鎮(zhèn)是經(jīng)人類(lèi)改造自然環(huán)境后居住、生活和生產(chǎn)的地方，改造過(guò)程中因修建居民區(qū)、公路等多種城鎮(zhèn)設(shè)施大多都阻止了雨水的入滲、徑流過(guò)程，因此加劇了內(nèi)澇災(zāi)害現(xiàn)象。如圖1所示。

從水量守恒和以上物理過(guò)程可以得知：填洼滯留量=總降雨量-入滲蓄積量-徑流輸出量。因此，判斷城鎮(zhèn)內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)主要考慮各種事件對(duì)總降雨量、入滲蓄積量和徑流輸出量產(chǎn)生的影響過(guò)程。

三、二級(jí)指標(biāo)的確定與層次關(guān)系

（一）降雨量因子

其危險(xiǎn)性子因子降雨量主要由氣候決定。但是隨著城鎮(zhèn)熱島效應(yīng)的對(duì)流作用，也會(huì)對(duì)降雨量有所影響，此為城鎮(zhèn)的脆弱性子因子。

（二）入滲蓄積量因子

其危險(xiǎn)性子因子主要包括兩個(gè)方面，一是地面狀況，即土壤含水量、巖性、植被狀況；二是蓄水空間，即地下水埋深、地表儲(chǔ)水空間。城鎮(zhèn)脆弱性子因子主要包括非土地綠地面積、人工蓄水空間與城鎮(zhèn)化進(jìn)程階段。

（三）徑流輸出量因子

其危險(xiǎn)性子因子主要包括地形起伏傾角、地面水文網(wǎng)絡(luò)（流域狀況）。脆弱性因子主要包括城鎮(zhèn)的下水排水能力、降雨發(fā)生時(shí)的排水補(bǔ)救能力。因此，平原地區(qū)城鎮(zhèn)暴雨內(nèi)澇層次關(guān)系如表1所示。

四、權(quán)重系數(shù)與危險(xiǎn)度脆弱度的確定

（一）權(quán)重系數(shù)確定

由表1可以構(gòu)建權(quán)重系數(shù)判斷矩陣，目標(biāo)層為A，一級(jí)指標(biāo)為B1到B3，二級(jí)指標(biāo)為C1到C12。構(gòu)造判斷矩陣的方法是：每一個(gè)具有向下隸屬關(guān)系的元素（被稱(chēng)作準(zhǔn)則）作為判斷矩陣的第一個(gè)元素（位于左上角），隸屬于它的各個(gè)元素依次排列在其后的第一行和第一列。然后向?qū)＜易稍?xún)其中兩個(gè)元素兩兩比較哪個(gè)重要、重要多少，對(duì)重要性程度按1—9賦值（重要性標(biāo)度值見(jiàn)表2）。

判斷矩陣為：對(duì)角線(xiàn)1矩陣，對(duì)多位水文專(zhuān)家回饋的問(wèn)卷結(jié)果，利用合法求的其權(quán)重并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，合法的原理是對(duì)于一致性判斷矩陣，每一列歸一化后就是相應(yīng)的權(quán)重。對(duì)于非一致性判斷矩陣，每一列歸一化后近似其相應(yīng)的權(quán)重，在對(duì)這n個(gè)列向量求取算術(shù)平均值作為最后的權(quán)重。

計(jì)算公式為：

W■=■■■

一致性性比例C.R.（consistency ratio）判斷試為：

C.R.=C.I./R.I.

其中，C.I.為計(jì)算一致性指標(biāo)（C.I.=■，λmax為最大特征值，R.I.為相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)可查表得到。

通過(guò)計(jì)算得到權(quán)重系數(shù)與C.R.結(jié)果為：

所有結(jié)果中的CR均小于0.1，都通過(guò)了一致性檢驗(yàn)。

（二）危險(xiǎn)度確定

針對(duì)二級(jí)指標(biāo)危險(xiǎn)性因子與脆弱性因子，利用文獻(xiàn)資料法[9、10、11、12、13]確定其危險(xiǎn)度的劃分范圍與方式。其結(jié)果見(jiàn)表3。

五、應(yīng)用

以2016年燕郊鎮(zhèn)地為例，以降雨量為變量，其他條件經(jīng)過(guò)初步區(qū)域調(diào)研其危險(xiǎn)度信息如下C2：4攝氏度=6；C3：滲透率0.13=6；C4：25%=6；C5：1/5=10；C6：1/7=10；C7：65%=6；C8：2.7°=8；C9：暴雨后疏水能力6h內(nèi)小于30%=6；C10：不滿(mǎn)足中國(guó)相關(guān)規(guī)范=10；C11：無(wú)補(bǔ)救=10。通過(guò)模型可以快速定性評(píng)估得到當(dāng)降雨量C1為50年一遇時(shí)，城鎮(zhèn)內(nèi)澇風(fēng)災(zāi)害險(xiǎn)為7.0582，為內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生高危險(xiǎn)結(jié)果；2016年期間發(fā)生了3次50年一遇的暴雨，嚴(yán)重積水3次滿(mǎn)足快速評(píng)估結(jié)果。

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