濟(jì)南市長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

張前東，史春彥

（山東省濟(jì)南市長清區(qū)氣象局，山東 濟(jì)南 250399）

近年來，隨著全球氣候變暖，不僅季風(fēng)變異引起的旱澇氣候災(zāi)害在加劇[1]，暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度也呈現(xiàn)上升趨勢，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外一些學(xué)者對暴雨的形成機(jī)理及其風(fēng)險評估進(jìn)行了相關(guān)研究[2-7]，取得了一些研究成果。謝五三等[8]研究表明，運(yùn)用FloodArea模型對大通河流域的強(qiáng)降水過程進(jìn)行的洪水模擬，具有較好的淹沒模擬效果，該模型適用于暴雨洪澇災(zāi)害評估和預(yù)警業(yè)務(wù)。李楠等[9]研究指出，山東省暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生的高風(fēng)險區(qū)在魯南及半島東部部分地區(qū)。李喜倉等[10-16]利用GIS技術(shù)與自然災(zāi)害風(fēng)險指數(shù)評估相結(jié)合，對內(nèi)蒙古自治區(qū)、河南省、黑龍江省、南寧市、武威市、甘肅隴南市、濰坊市等地的洪澇災(zāi)害進(jìn)行了評估與區(qū)劃，為暴雨洪澇風(fēng)險評估與區(qū)劃的進(jìn)一步研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

目前的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃以省地級或流域為單位的較多，而小尺度的區(qū)、縣級風(fēng)險評價與區(qū)劃研究相對較少。隨著暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻繁持續(xù)上升，氣象災(zāi)害風(fēng)險評價與區(qū)劃工作引起當(dāng)?shù)卣母叨戎匾?，成為一項亟待解決的問題。鑒于此，筆者利用GIS空間分析技術(shù)，考慮當(dāng)?shù)刈匀毁Y源狀況、人口和經(jīng)濟(jì)狀況、糧食種植面積及人均GDP等數(shù)據(jù)，開展以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的精細(xì)化暴雨洪澇風(fēng)險評價與區(qū)劃，旨在為當(dāng)?shù)卣拖嚓P(guān)部門掌握本地區(qū)的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險狀況，為防災(zāi)減災(zāi)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

長清區(qū)是濟(jì)南市的新區(qū) （116°30′38″～117°4′14″E，36°14′37″～36°41′50″N），位于山東省的中部，東依泰山，西濱黃河[17]。地處于泰山西北與黃河之間，地勢由東南向西北傾斜，海拔高度在1000 m以下，南部多為丘陵、山區(qū)，中部為山前平原，西北部多為黃河低洼區(qū)。長清區(qū)境內(nèi)河流較多，主要有黃河、南北大沙河水系、玉符河及清水溝等河流。長清區(qū)屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候，四季分明[18]。長清區(qū)年平均氣溫為14.3℃，年降水量為654.7 mm。日降水量≥50.0 mm出現(xiàn)日數(shù)平均為2.7 d，≥100.0 mm出現(xiàn)日數(shù)平均為0.4 d，≥150.0 mm出現(xiàn)日數(shù)平均為0.2 d，歷年最長連續(xù)降水日數(shù)為9 d，歷年最大連續(xù)降水為256.0 mm/5 d。

2　資料和方法

2.1　資料來源

氣象資料來源于長清區(qū)氣象局（1981—2015年）逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)氣象資料為長清區(qū)15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)（2006—2015年）；歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)（1981—2015年農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、受災(zāi)人口、受災(zāi)及成災(zāi)面積等）、農(nóng)作物播種面積、人口密度及人均GDP等數(shù)據(jù)來源于長清區(qū)統(tǒng)計局；地理數(shù)據(jù)中的水系分布、河網(wǎng)密度、山勢地形及海拔高度（DEM）等來源于中國國家數(shù)據(jù)中心網(wǎng)。

2.2　研究方法

2.2.1災(zāi)害風(fēng)險評估原理

自然災(zāi)害風(fēng)險是指未來若干年內(nèi)可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性[19]。自然災(zāi)害風(fēng)險是由危險性（致災(zāi)因子）、敏感性（孕災(zāi)環(huán)境）、易損性（承災(zāi)體）和抗災(zāi)能力相互綜合作用的結(jié)果[20]。張繼權(quán)等還提出：自然災(zāi)害風(fēng)險度=f（危險性、敏感性、易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力）。

2.2.2加權(quán)綜合評價法

加權(quán)綜合評價法[21-22]是綜合考慮各個因子對總體對象的影響程度，將各個影響因子的作用大小進(jìn)行綜合評價，然后用一個數(shù)量化指標(biāo)進(jìn)行集中，來實現(xiàn)評價總體的優(yōu)劣。其表達(dá)式為：

其中，Cvj為評價因子的總得分值，Qvij為評價因子j的指標(biāo)i項 （Qvij≥0），Wci是指標(biāo)i的權(quán)重系數(shù)值（0≤Wci≤1），m則是評價指標(biāo)的個數(shù)。

2.2.3層次分析法

層次分析法（簡稱AHP）[23]是對評價指標(biāo)進(jìn)行定性與定量分析相結(jié)合的一種決策分析法。它將影響對象的每個因子進(jìn)行比較和計算，進(jìn)而得出不同指標(biāo)的權(quán)重。本研究將危險性、敏感性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力四項指標(biāo)作為暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃的評價因子。

2.2.4氣象插值方法

本研究采用線性回歸法和Kriging插值法。其中，氣象數(shù)據(jù)中的缺省數(shù)據(jù)采用線性回歸法進(jìn)行插值；氣象因子的GIS空間插值則采用Kriging插值法。本研究中所采用的柵格分辨率為90 m×90 m。

2.2.4.1線性回歸法

是利用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)中的回歸分析，來描述兩個要素之間相互關(guān)聯(lián)的定量關(guān)系的分析方法，其表達(dá)式為：

其中x是自變量，^y為與x相對應(yīng)依變數(shù)的點(diǎn)估計值，a、b分別為回歸系數(shù)。

2.2.4.2Kriging插值法

Kriging插值法[24]是一種求最優(yōu)、線性、無偏的空間插值方法，可以用來定量化描述地理空間分布格局。其表達(dá)式為：

式中，Z（x0）表示未知樣點(diǎn)數(shù)值，Z（xi）表示未知樣點(diǎn)周圍的已知樣點(diǎn)的數(shù)值，ωi表示第i個已知樣點(diǎn)對未知樣點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)值，n表示已知樣點(diǎn)的個數(shù)。

3　結(jié)果與分析

按照自然災(zāi)害風(fēng)險評價的基本框架，通過征求專家意見和實地調(diào)查問卷的方式，獲取權(quán)重因子，利用AHP法計算出其對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)?？紤]各個指標(biāo)對暴雨洪澇風(fēng)險的影響程度不同，利用加權(quán)綜合評價法，借助GIS空間分析、制圖技術(shù)，完成暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃。

3.1　暴雨洪澇風(fēng)險評價指標(biāo)與權(quán)重分配（表1）

表1　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險評價指標(biāo)及權(quán)重分配

3.2　長清暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險各因子評價與區(qū)劃

利用加權(quán)綜合評價法，構(gòu)建暴雨洪澇災(zāi)害的評估模型，借助GIS的空間分析技術(shù)，對四項因子逐一評價，獲取各個因子的矢量圖，將各因子劃分成四個風(fēng)險等級，得出暴雨洪澇災(zāi)害的危險性（致災(zāi)因子）、敏感性（孕災(zāi)環(huán)境）、易損性（承災(zāi)體）和防災(zāi)減災(zāi)能力分布圖。

3.2.1致災(zāi)因子危險性評價與區(qū)劃

暴雨洪澇災(zāi)害由于其雨強(qiáng)大、來勢猛，給農(nóng)田水利設(shè)施造成損害，造成民房倒塌；或因降水持續(xù)時間長、頻率高，造成地勢低洼地帶累積水量大，致使積水難以排除，形成內(nèi)澇。本研究用不同等級（強(qiáng)度）的降水量和頻率來反映洪澇致災(zāi)因子的暴雨部分，長清區(qū)暴雨災(zāi)害危險性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害危險性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

從災(zāi)害危險性上來看（圖1a），其平均分布特征呈由東南向西北遞減。高危險性區(qū)域分布在萬德鎮(zhèn)局部地區(qū)，占全區(qū)總面積的1.51%；中危險性區(qū)域主要分布在萬德鎮(zhèn)，約占全區(qū)總面積的8.43%；低危險性區(qū)域占全區(qū)總面積的24.44%，分布在萬德鎮(zhèn)西北部，雙泉鄉(xiāng)、馬山鎮(zhèn)和五峰山街道辦事處的東南部及張夏鎮(zhèn)的西部、南部；輕風(fēng)險性分布面積最廣，占全區(qū)總面積的65.62%，主要分布在西部和北部地區(qū)。

3.2.2孕災(zāi)環(huán)境敏感性評價與區(qū)劃

孕災(zāi)環(huán)境是指造成氣象災(zāi)害的自然環(huán)境，由自然和社會的諸多因素相互作用而形成。本文孕災(zāi)環(huán)境的敏感性主要考慮了地區(qū)的地形和水系的綜合影響。借助GIS的空間分析技術(shù)，通過柵格計算出各格點(diǎn)孕災(zāi)環(huán)境的敏感性指數(shù)，將其劃分為4個等級（見表3）。

表3　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害敏感性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

從災(zāi)害敏感性上看（圖1b），呈現(xiàn)由西南向東北和東南遞減，分布空間性較強(qiáng)，且沒有明顯的界限。高孕災(zāi)體敏感性分布在西南部地區(qū)，主要分布在孝里鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)南部和歸德鎮(zhèn)西南部，占全區(qū)的18.74%；中敏感性分布在馬山鎮(zhèn)、歸德鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)北部及萬德鎮(zhèn)西部，占全區(qū)的34.02%；低敏感性分布在萬德鎮(zhèn)和張夏鎮(zhèn)的中部、五峰街道辦事處、崮云湖街道辦事處和平安街道辦事處的局部地區(qū)，占全區(qū)的16.40%；輕敏感性分布在萬德鎮(zhèn)西南部、張夏鎮(zhèn)北部、崮云湖街道辦事處西南和五峰山街道辦事處、平安街道辦事處的局部地區(qū)，占全區(qū)的30.85%。

3.2.3承災(zāi)體易損性評價與區(qū)劃

承載體易損性是反映一定條件下承載體的脆弱性，也反映了對災(zāi)害的承受力。其危害程度與承載體關(guān)系密切，造成損失的大小與洪澇發(fā)生地的人口密度、城鎮(zhèn)土地面積等成正相關(guān)。利用GIS采用加權(quán)綜合評價法計算得出承載體易損性指數(shù)，劃分為4個等級（表4），并繪制長清區(qū)暴雨洪澇承載體易損性區(qū)劃圖。

從承受體易損性上來看（圖1c），呈現(xiàn)為西部高、東部次之、中部最低的特點(diǎn)，高易損性主要分布在文昌街道辦事處和歸德鎮(zhèn)，占全區(qū)總面積的20.3%；中易損性分布在萬德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)、張夏鎮(zhèn)和平安街道辦事處，占全區(qū)總面積的48.95%；低易損性分布在馬山鎮(zhèn)，占全區(qū)總面積的7.11%；輕易損性分布在崮云湖街道辦事處、五峰山街道辦事處和雙泉鄉(xiāng)，占全區(qū)總面積的23.63%。

3.2.4防災(zāi)減災(zāi)能力評價與區(qū)劃

防災(zāi)減災(zāi)能力是體現(xiàn)受災(zāi)區(qū)域?qū)ψ匀粸?zāi)害的抗御和恢復(fù)能力，與受災(zāi)區(qū)域的人口和財產(chǎn)總量呈對應(yīng)關(guān)系。本研究中的防災(zāi)減災(zāi)能力評價指標(biāo)主要考慮GDP總量值和鄉(xiāng)村勞動力資源總數(shù)。將得出的防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)劃分為四個等級（表5），并繪制出長清區(qū)暴雨洪澇防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)劃圖。

表5　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

從防災(zāi)減災(zāi)能力上看（圖1d），其空間分布不規(guī)則、差異比較大且面積相當(dāng)。其中高防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)域占全區(qū)總面積的29.38%，分布在文昌街道辦事處、平安街道辦事處和萬德鎮(zhèn)；中防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)域分布在歸德鎮(zhèn)、孝里鎮(zhèn)和馬山鎮(zhèn)，占全區(qū)總面積的32.63%；低防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)域分布在張夏鎮(zhèn)、雙泉鄉(xiāng)和崮云湖街道辦事處，占全區(qū)總面積的29.79%；弱防災(zāi)減災(zāi)能力區(qū)域分布在五峰山街道辦事處，全區(qū)總面積的8.18%。五峰街道辦事處因地域低洼、河流水系多、地域承載力差，加之水土流失嚴(yán)重，造成該區(qū)域的防洪、泄洪能力較差。

3.3　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險評價與區(qū)劃

圖1　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害空間分布

暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險是危險性（致災(zāi)因子）、敏感性（孕災(zāi)環(huán)境）、易損性（承災(zāi)體）和防災(zāi)減災(zāi)能力4個因子綜合作用的結(jié)果。各因子的權(quán)重系數(shù)越大，對暴雨洪澇災(zāi)害的影響程度則越大。根據(jù)各個評價因子的影響指數(shù)及權(quán)重系數(shù)，借助GIS空間分析技術(shù)，采用加權(quán)綜合評價法計算出長清地區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險指數(shù)，并將其劃分為4個等級（表6），得到長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險區(qū)劃圖。

表6　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

從綜合風(fēng)險區(qū)劃上看（圖2），其分布空間性強(qiáng)，無明顯的地域分布界限，以低、中等級為主，并且東部高于其它地區(qū)。暴雨災(zāi)害高綜合風(fēng)險區(qū)分布面積較分散且最小，占全區(qū)的14.60%；中綜合風(fēng)險區(qū)主要分布在高綜合風(fēng)險區(qū)的外圍，占全區(qū)的30.31%；輕、低綜合風(fēng)險區(qū)分別占全區(qū)的20.72%和34.37%。

4　結(jié)論與討論

（1）綜上所述分析，長清區(qū)暴雨災(zāi)害綜合風(fēng)險性分布空間性強(qiáng)，以低、中等級為主，且東部高于其它地區(qū)。暴雨災(zāi)害高綜合風(fēng)險區(qū)分布面積較分散且最小，占全區(qū)總面積的14.60%；中綜合風(fēng)險區(qū)主要分布在高綜合風(fēng)險區(qū)的外圍，占全區(qū)總面積的30.31%；輕、低綜合風(fēng)險區(qū)分別占全區(qū)總面積的20.72%和34.37%。

圖2　長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險區(qū)劃

（2）通過與本地區(qū)近10 a暴雨洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)的對比，得知暴雨洪澇災(zāi)情發(fā)生的區(qū)域和高風(fēng)險區(qū)具有較好的對應(yīng)關(guān)系，能客觀地反映出長清區(qū)暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險的現(xiàn)狀。

（3）由于暴雨洪澇災(zāi)害形成的機(jī)理非常復(fù)雜，影響因子也比較多，要精確地進(jìn)行風(fēng)險評價存在較大的難度。在今后的研究中還應(yīng)考慮更多相關(guān)的指標(biāo)因子，在建立優(yōu)化的評價模型、指標(biāo)定量化確定、等級標(biāo)準(zhǔn)劃分等方面，還需更為深入地研究。