四湖流域螺山排區(qū)農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

張 偉，羅文兵，何 軍，李亞龍，范琳琳

(1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443000；2.長(zhǎng)江科學(xué)院農(nóng)業(yè)水利研究所，湖北 武漢 430010)

澇漬災(zāi)害是我國(guó)主要的自然災(zāi)害之一，一般發(fā)生在沿江中下游及平原湖區(qū)。這些地區(qū)往往地勢(shì)平坦或低洼，汛期暴雨頻發(fā)，受外江(湖、海)水位頂托，容易造成排水不暢，積水成災(zāi)[1]。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1950-2017年，我國(guó)平均每年洪澇災(zāi)害的受災(zāi)面積941 萬(wàn)hm2，成災(zāi)面積520 萬(wàn)hm2，每年因此而造成的糧棉油減產(chǎn)量約占總產(chǎn)的5%，已嚴(yán)重威脅我國(guó)糧食安全[2]。隨著全球氣候變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口的不斷增長(zhǎng)以及城市化進(jìn)程的加快，澇漬災(zāi)害發(fā)生的頻率越來越高，損失將越來越大，對(duì)除澇降漬也提出了更高的要求。

目前針對(duì)澇漬災(zāi)害影響因素的研究，主要集中在氣象因子方面，如降雨總量、降雨強(qiáng)度和汛期氣溫[3-5]等。針對(duì)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的研究主要集中在澇漬災(zāi)害指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)分析方面。在澇漬災(zāi)害氣象指標(biāo)方面，常用降水量距平百分率[6,7]、降水量Z指數(shù)[8,9]、標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)[10,11]、年降水量與年暴雨日數(shù)[12]等指標(biāo)來確定洪澇災(zāi)害臨界值，用以劃分洪澇災(zāi)害等級(jí)。澇漬災(zāi)害農(nóng)業(yè)災(zāi)害指標(biāo)方面，黃毓華[13]利用降水量和日照時(shí)數(shù)構(gòu)建陰濕系數(shù)，作為春季三麥澇漬害指標(biāo)；霍治國(guó)[14]利用降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)等指標(biāo)構(gòu)建油菜和冬小麥的澇漬指數(shù)來劃分作物澇漬等級(jí)；范雨嫻[15]構(gòu)建油菜澇漬災(zāi)變等級(jí)指標(biāo)、災(zāi)害影響指數(shù)及減產(chǎn)率量化評(píng)估模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)澇漬災(zāi)變過程等級(jí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、影響與災(zāi)損的量化評(píng)估。澇漬災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)分析主要是對(duì)孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子強(qiáng)度、承災(zāi)體的易損性(澇漬區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)狀況等)以及澇漬區(qū)除澇排漬能力的分析，災(zāi)害程度由這些風(fēng)險(xiǎn)因子之間相互作用共同決定的[16-18]。

四湖流域位于湖北省中部，南濱長(zhǎng)江、北臨漢江及東荊河，西北毗鄰漳河灌區(qū)，全境面積11 547.5 km2。四湖全流域地形為西北高而東南低，周邊高，而中間低，呈勺狀，總干渠縱貫中間低洼地帶。螺山排區(qū)地勢(shì)低洼，北部抵四湖總干渠和洪排主隔堤，西南抵長(zhǎng)江干堤，易受外江水位頂托，自排水能力不足，泵站抽排能力達(dá)不到設(shè)計(jì)水平[19]。加之滯澇水面的不斷萎縮，如圍湖造田，以及種植結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，如旱地改水田、蝦稻種植等，對(duì)排區(qū)排澇降漬帶來了新的挑戰(zhàn)。目前，針對(duì)新形勢(shì)下四湖流域下墊面顯著變化特點(diǎn)的澇漬災(zāi)害影響的研究還不多見。因此，本文以南方平原湖區(qū)的四湖流域螺山排區(qū)為對(duì)象，從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、防災(zāi)能力4個(gè)方面分析澇漬災(zāi)害的影響因素，構(gòu)建了澇漬災(zāi)害評(píng)估指標(biāo)體系，采用層次分析法分析各指標(biāo)的重要程度，構(gòu)建了澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，分析了澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度和時(shí)空分布，為澇漬災(zāi)害防治和預(yù)測(cè)預(yù)警提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

螺山排區(qū)位于四湖流域南部，北面以四湖總干渠和洪排主隔堤為界，西部和南部抵長(zhǎng)江干堤，東抵螺山電排渠，總排水面積935.5 km2[19]，耕地面積8 6947 hm2(其中，水田60 180 hm2、旱田26 767 hm2)[20](圖1)。本文根據(jù)螺山排區(qū)內(nèi)主要渠系位置及地形特點(diǎn)，將排區(qū)劃分為13個(gè)大小不一的小區(qū)。螺山排區(qū)主要排水支渠共計(jì)11條，骨干排渠有楊林山排渠和螺山總排渠2條。排區(qū)內(nèi)建有螺山泵站和楊林山泵站兩座一級(jí)站，總設(shè)計(jì)排水流量210.0 m3/s；二級(jí)泵站總裝機(jī)容量13 495 kW，裝機(jī)流量126.6 m3/s，排水面積為378.8 km2。排區(qū)內(nèi)主要種植的作物有水稻、棉花、芝麻等，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快及旱改水等多重原因，2011年螺山排區(qū)內(nèi)水稻種植面積與旱作物種植面積之比為0.69∶0.31[20]。

螺山排區(qū)受亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)氣候影響，汛期一般出現(xiàn)在每年的5-9月，且汛期累計(jì)降雨量可占全年的50%～60%。常見的氣象災(zāi)害包括澇、旱、漬等，而且災(zāi)害往往在一年內(nèi)先后發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1954年至2019年間，發(fā)生過嚴(yán)重洪澇災(zāi)害年份有1980年、1983年、1991年、1996年，輕度澇災(zāi)年有1995年、2015年，其中最近的2015年因澇漬成災(zāi)面積達(dá)0.46 萬(wàn)hm2。

2 澇漬災(zāi)害的影響因素

澇漬害災(zāi)是自然因素和人為因素非線性疊加的結(jié)果[21]，主要由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體、防災(zāi)能力等共同決定。其中致災(zāi)因子是導(dǎo)致澇漬災(zāi)害發(fā)生的最直接因素。孕災(zāi)環(huán)境為澇漬災(zāi)害形成所在的環(huán)境。承災(zāi)體是澇漬形成環(huán)境下所受影響的作物。而防災(zāi)能力為人為條件下為抵御、減輕澇漬災(zāi)害影響所采取的應(yīng)對(duì)措施。本文從以上4個(gè)方面分析澇漬災(zāi)害的影響因素。

2.1 致災(zāi)因子

致災(zāi)因子方面主要是氣象因子，主要包括降雨、溫度等，其中暴雨是澇漬災(zāi)害形成中最活躍的致災(zāi)因子。

汛期降雨：汛期短時(shí)暴雨或長(zhǎng)時(shí)間降雨引起的產(chǎn)匯流量如果超出區(qū)域排澇能力，會(huì)在田間中形成積水，一旦積水超過作物耐澇耐漬能力，就可能引起澇漬災(zāi)害，導(dǎo)致作物減產(chǎn)。陳波等[3]分析了湘江流域50 a內(nèi)洪澇災(zāi)害發(fā)生于降雨的關(guān)系，研究表明不同時(shí)期4-8月降雨量與降雨強(qiáng)度同洪澇災(zāi)害發(fā)生呈現(xiàn)一定的相關(guān)關(guān)系。

汛期最高氣溫：溫度是作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。在汛期，作物受澇受漬后，大氣溫度對(duì)作物的生長(zhǎng)有著較大的影響[5,20]，高溫天氣(日最高氣溫不低于35 ℃)的影響格外顯著。朱建強(qiáng)等[5]發(fā)現(xiàn)在棉花在生長(zhǎng)期內(nèi)，發(fā)生澇災(zāi)后10 d內(nèi)無(wú)高溫天氣出現(xiàn)，則澇對(duì)棉花產(chǎn)量的影響最大，漬次之，溫度最?。欢跐澈?0d內(nèi)有高溫天氣出現(xiàn)，則高溫天氣對(duì)作物的影響大于漬，澇的影響仍最大。

2.2 孕災(zāi)環(huán)境

孕災(zāi)環(huán)境主要包括流域地形、土壤、地下水埋深、土地利用類型等下墊面以及外江水位。

(1)地形。地形是控制澇漬的動(dòng)力條件，其對(duì)澇漬災(zāi)害的形成有兩個(gè)方面的影響。一是坡度，坡度越大的區(qū)域排泄水能力強(qiáng)，積水少不易形成澇災(zāi)；二是地勢(shì)，地勢(shì)低洼的區(qū)域更易匯集來水，并且一般排水能力較差，較地勢(shì)低的地方更易形成澇漬災(zāi)害。螺山排區(qū)地形上總體呈現(xiàn)西北高東南低，干渠位于排區(qū)西北角，排區(qū)內(nèi)地勢(shì)低洼，不利于排水。

(2)土壤。土壤是控制澇漬的介質(zhì)，土壤越黏性，透水性越差，越容易遭受澇漬災(zāi)害。螺山排區(qū)內(nèi)土壤以水稻土和潮土為主。胡傳旺[22]等分析了南方地區(qū)土壤性質(zhì)，結(jié)果表明水稻土的持水性小于潮土，因此在飽和條件下，水稻土排水性更佳，即在受澇環(huán)境下，潮土較水稻土更易發(fā)生澇漬災(zāi)害。

(3)地下水埋深。地下水埋深是指地下水水面到地表的距離，埋深越淺的區(qū)域越容易形成澇漬災(zāi)害。四湖流域螺山排區(qū)由于地下水埋深淺(大部分區(qū)域埋深50 cm左右，地勢(shì)較高處埋深100～200 cm[23])，且易受到外江水位頂托作用，汛期暴雨過后，容易遭受澇漬害。

(4)外江水位。外江水位對(duì)排區(qū)的排水影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，一是自流排水受外江水位頂托作用，效率降低；二是泵站抽排時(shí)受外江限汛水位限制，排水受限，水滯留在排區(qū)內(nèi)。四湖流域臨長(zhǎng)江和漢江，易受外江水位頂托作用。羅文兵[1]在研究四湖螺山排區(qū)時(shí)，發(fā)現(xiàn)3日暴雨與3種不同外江水位的組合下排澇流量均比固定抽排流量大，其中5 a一遇條件下抽排流量增加19.6%～53.8%，10 a一遇條件下增加25.5%～50.6%，外江水位越高，抽排流量越大，排澇壓力越大。

(5)滯澇水面。水面率直接影響區(qū)域調(diào)蓄能力，水面率越大，即容納滯澇水能力越強(qiáng)，澇漬形成風(fēng)險(xiǎn)越小。由于長(zhǎng)期圍墾開發(fā)，四湖流域內(nèi)湖泊面積迅速減少，滯澇作用降低，導(dǎo)致排區(qū)調(diào)蓄能力減弱，受澇受漬風(fēng)險(xiǎn)增大。羅文兵等[24]以四湖螺山為例，在10 a一遇暴雨條件下，將計(jì)算水面率由2%增加至16%時(shí)，1日暴雨和3日暴雨的排澇模數(shù)分別減小了12%和12.8%?？梢姡媛蕼p少會(huì)增加排澇壓力，澇漬災(zāi)害的發(fā)生概率隨之增大。

(6)排水骨干河道密度。河道淤積使行水障礙增多，外排能力萎縮，使外河水位居高不下，低洼地區(qū)長(zhǎng)期處于圍水狀態(tài)，排澇防洪壓力加重也削弱了區(qū)域排水能力，提高了區(qū)域澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

(7)不透水面。在一定降雨條件下，城鎮(zhèn)化率越高，不透水面積越大，區(qū)域產(chǎn)匯流量越大，導(dǎo)致排水任務(wù)加重，形成澇漬的概率增加。隨著城市化的進(jìn)程加快，四湖流域不透水面積不斷增加。羅文兵等[1]計(jì)算四湖流域地面硬化率從5%增加到20%時(shí)，在1日、3日暴雨條件下，排澇模數(shù)分別增加了9%和5.2%，隨著排澇模數(shù)的增加，排澇壓力逐漸增大。

(8)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整。區(qū)域的種植結(jié)構(gòu)主要與水旱比相關(guān)。四湖流域螺山排區(qū)種植作物主要為水稻和棉花，由于排區(qū)內(nèi)多發(fā)澇漬災(zāi)害，逐步推廣旱作物改水田，水旱比逐步增大。且現(xiàn)在水稻種植區(qū)內(nèi)大面積推廣蝦稻共作模式，進(jìn)一步增大了水旱比。

(9)灌溉方式?，F(xiàn)有水旱作物以常規(guī)灌溉和節(jié)水灌溉兩種方式為主，隨著螺山排區(qū)水旱作物種植比例逐漸增大，而且水稻以常規(guī)灌溉為主，排區(qū)內(nèi)調(diào)蓄水能力逐步減弱。有研究表明，同一重現(xiàn)期和暴雨歷時(shí)下，間歇灌溉1日暴雨排澇模數(shù)較傳統(tǒng)灌溉減少6.6%～20.2%，3日暴雨減少4.2%～11.7%?？梢姡?jié)水灌溉方式對(duì)減輕稻區(qū)排澇壓力具有有利的影響[24]。

2.3 承災(zāi)體

承災(zāi)體指受到災(zāi)害影響和損害的社會(huì)主體，排區(qū)內(nèi)主要指種植的作物。四湖流域螺山排區(qū)種植作物以水稻和棉花為主，隨著下墊面條件的不斷變化以及人為活動(dòng)的影響，水稻種植與旱地作物面積之比從2003年0.59∶0.41[25]逐步擴(kuò)大到2011年0.69∶0.31[20]。而隨著水稻種植面積的不斷擴(kuò)大，排區(qū)內(nèi)作物整體耐澇耐漬能力也逐步增大，排區(qū)內(nèi)抵御澇漬災(zāi)害的能力增強(qiáng)。藺萬(wàn)煌等[26]研究表明，水稻在不同的生育期抗?jié)碀n能力不同，返青、分蘗期耐淹深度分別為3～5 cm和6～10 cm；拔節(jié)、孕穗和成熟期耐淹時(shí)長(zhǎng)為4～6 d，耐淹深度隨著植株生長(zhǎng)而增加。旱作物中棉花抗?jié)晨節(jié)n能力不強(qiáng)，全生育期耐淹深度在5～10 cm，耐淹時(shí)長(zhǎng)為1～2 d。

2.4 防災(zāi)能力

防災(zāi)能力主要有河堤標(biāo)準(zhǔn)、抽排能力、實(shí)際排澇能力等。四湖流域內(nèi)兩個(gè)調(diào)蓄湖泊、六大干渠、四座閘站、十七座一級(jí)泵以及754座二級(jí)泵協(xié)調(diào)作用[19]，能夠盡快排除滯水，減輕農(nóng)作物損失。但隨著流域內(nèi)種植面積的擴(kuò)大，外排泵站抽排能力不匹配，同時(shí)現(xiàn)有泵站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、設(shè)備出現(xiàn)不同程度老化，泵站帶病運(yùn)行，排澇能力下降，澇漬災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增大。目前，螺山排區(qū)內(nèi)主要的27個(gè)河(渠)設(shè)計(jì)水位范圍為24～27 m，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到10～15 a一遇。排區(qū)內(nèi)一級(jí)泵站設(shè)計(jì)抽排能力為210 m3/s，二級(jí)泵站的抽排能力為126.6 m3/s，現(xiàn)狀條件下排區(qū)內(nèi)二級(jí)泵站排水系統(tǒng)排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到13 a一遇，而一級(jí)泵站排水系統(tǒng)排澇標(biāo)準(zhǔn)僅為6.8 a一遇，因此一、二級(jí)排水系統(tǒng)之間比例失衡[25]，對(duì)排區(qū)內(nèi)排澇不利。

3 澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

基于四湖流域螺山排區(qū)農(nóng)田澇漬災(zāi)害影響因素分析的結(jié)果，針對(duì)螺山排區(qū)農(nóng)田澇漬災(zāi)害發(fā)生的基本特征，并結(jié)合現(xiàn)有特征數(shù)據(jù)，選擇11個(gè)指標(biāo)建立澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。指標(biāo)體系中，澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和抗災(zāi)能力3個(gè)方面構(gòu)成，其中致災(zāi)因子包含汛期降雨強(qiáng)度綜合指數(shù)和汛期高溫指數(shù)，孕災(zāi)環(huán)境包括相對(duì)高程、高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、相對(duì)坡度、滯澇水面率、產(chǎn)流系數(shù)、水旱比、地面硬化率和土壤類型指數(shù)，抗災(zāi)能力包括排澇指數(shù)。

(1)汛期降雨強(qiáng)度綜合指數(shù)為某典型降雨年份汛期降雨量占多年平均汛期降雨量的比例與汛期暴雨日數(shù)與多年平均汛期暴雨日數(shù)比例之和，計(jì)算公式[27]如下：

(1)

(2)汛期高溫指數(shù)為某典型年份汛期最高氣溫不低于35 ℃的天數(shù)占汛期多年平均最高氣溫不低于35 ℃天數(shù)的比例。根據(jù)四湖流域荊州站歷年汛期逐日氣溫可計(jì)算出歷年汛期高溫指數(shù)，計(jì)算公式如下：

(2)

(3)相對(duì)高程為計(jì)算小區(qū)高程與整個(gè)研究區(qū)域平均高程的比值?；谒暮饔蚵萆脚艆^(qū)DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS工具箱空間分析工具條中的分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，可計(jì)算得到各個(gè)小區(qū)的平均高程和整個(gè)四湖流域螺山排區(qū)的最小高程，按照下式[28]計(jì)算各個(gè)小區(qū)相對(duì)研究區(qū)最低點(diǎn)的相對(duì)高程：

(3)

式中：di表示第i個(gè)小區(qū)的相對(duì)高程；Di表示第i個(gè)小區(qū)的平均高程；Dm表示四湖流域螺山排區(qū)最低點(diǎn)高程。

(4)高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差反映計(jì)算小區(qū)的地形起伏程度?；谒暮饔蚵萆脚艆^(qū)DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS工具箱空間分析工具條中的分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，軟件可直接統(tǒng)計(jì)得到各個(gè)小區(qū)的高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。

(5)相對(duì)坡度反映各個(gè)小區(qū)的積排水能力，基于四湖流域螺山排區(qū)DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS工具箱空間分析工具條中的分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，可計(jì)算得到各個(gè)小區(qū)的平均坡度和整個(gè)四湖流域螺山排區(qū)的平均坡度，按照下式計(jì)算各個(gè)小區(qū)相對(duì)研究區(qū)的相對(duì)坡度：

(4)

式中：ei表示第i個(gè)小區(qū)的相對(duì)坡度；Ei表示第i個(gè)小區(qū)的平均坡度；Em表示四湖流域螺山排區(qū)平均坡度。

(6)滯澇水面率為某個(gè)小區(qū)內(nèi)外的水面面積占其總面積的比例，反映的是計(jì)算小區(qū)調(diào)蓄澇雨的能力。按照下式[28]計(jì)算：

(5)

式中：αi為第i個(gè)小區(qū)的滯澇水面率；Ainner,i為第i個(gè)小區(qū)的內(nèi)部水面面積；Aout,i為第i個(gè)小區(qū)的臨近水面面積；Ai為第i個(gè)小區(qū)面積。

(7)產(chǎn)流系數(shù)反映的是小區(qū)形成徑流的能力，主要由土地利用決定。利用下墊面的產(chǎn)流模型，將小區(qū)土地利用分為旱地、水田、水域、城鎮(zhèn)、其他等5種類型用地，利用加權(quán)平均得到整個(gè)排區(qū)的產(chǎn)流量，與排區(qū)實(shí)際排頻比較得出排區(qū)實(shí)際的產(chǎn)流系數(shù)。

(8)水旱比為水田面積與耕地面積之比，反映的是研究區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化。將計(jì)算小區(qū)土地利用分為水面、城鎮(zhèn)、旱地、水田及其他，計(jì)算小區(qū)的水旱比。按照下式[29]計(jì)算：

(6)

式中：ωi為第i個(gè)小區(qū)水旱比；Si,水為第i個(gè)小區(qū)水田面積；Si,耕地為第i個(gè)小區(qū)的耕地面積。

(9)地面硬化率為小區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)面積與小區(qū)總面積的比值，反映小區(qū)產(chǎn)流能力的大小。按照下式[29]計(jì)算：

(7)

式中：λi為第i個(gè)小區(qū)的地面硬化率；Si，城鎮(zhèn)為第i個(gè)小區(qū)的城鎮(zhèn)面積；Si，小區(qū)為第i個(gè)小區(qū)的總面積。

(10)土壤類型指數(shù)反映的是小區(qū)土壤能夠容納水的能力，不同的土壤類型對(duì)水分的吸收及容納能力不同。按照下式計(jì)算：

(8)

式中：Ai,max為第i個(gè)小區(qū)中吸水能力最強(qiáng)的土壤類型所占的面積；Ai為第i個(gè)小區(qū)的總面積(小區(qū)內(nèi)計(jì)算以潮土和水稻土進(jìn)行)。

(11)排澇指數(shù)為某個(gè)小區(qū)設(shè)計(jì)排澇模數(shù)與整個(gè)排區(qū)規(guī)劃排澇模數(shù)的比值，反映小區(qū)耐澇能力的綜合指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

(9)

式中：q′為排澇指數(shù)；qi為第i個(gè)小區(qū)的設(shè)計(jì)排澇模數(shù)， m3/s /km2，設(shè)計(jì)排澇模數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)公式[30]計(jì)算，q=0.017R區(qū)F-0.238；q0為排區(qū)的現(xiàn)狀排澇模數(shù)，取0.224；R區(qū)為區(qū)域總產(chǎn)流，mm；F為排澇系統(tǒng)控制的排澇面積，km2。

3.2 指標(biāo)權(quán)重確定

3.2.1 處理方法

權(quán)重是評(píng)價(jià)指標(biāo)類數(shù)據(jù)分析的主要參數(shù)，它決定了指標(biāo)在指標(biāo)體系中的主要程度，同時(shí)也反映了其影響農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的水平。多個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中指標(biāo)的權(quán)重分配會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響系數(shù)，因而更加合理的確定多指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)會(huì)直接影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。本文選用目前較為常用的層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。先邀請(qǐng)專家(農(nóng)田排水專家)對(duì)3個(gè)層次的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分并構(gòu)建判斷矩陣，再通過對(duì)各影響因素重要性標(biāo)度判斷矩陣的特征根求解和一致性檢驗(yàn)，獲得最終的權(quán)重值。

3.2.2 數(shù)據(jù)搜集

從中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(https:∥data.cma.cn/)搜集了荊州站1954-2019年氣象數(shù)據(jù)資料，利用四湖流域的等高線圖Coverage 文件轉(zhuǎn)化為TIN文件，再將TIN文件轉(zhuǎn)化為ArcInfo的GRID形式的DEM數(shù)據(jù)文件，用mask提取螺山排區(qū)DEM，網(wǎng)格大小30 m×30 m。從國(guó)家地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn/)下載了Landsat系列數(shù)據(jù)(15 m)，通過監(jiān)督分類的方法，得到土地利用數(shù)據(jù)(1991/2003/2011)。從荊州市水利局搜集了歷史洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)、四湖流域泵站流量數(shù)據(jù)、防洪除澇規(guī)劃等。

3.2.3 權(quán)重計(jì)算

通過層次分析法計(jì)算得出，對(duì)于四湖流域螺山排區(qū)而言，各指標(biāo)的貢獻(xiàn)從大到小為相對(duì)高程、汛期降雨強(qiáng)度綜合指數(shù)、高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、相對(duì)坡度、滯澇水面率、水旱比、產(chǎn)流系數(shù)、地面硬化率、土壤類型指數(shù)、排澇指數(shù)、汛期高溫指數(shù)。指標(biāo)權(quán)重值見表1。

表1 螺山排區(qū)澇漬災(zāi)害指標(biāo)權(quán)重Tab.1 Index weight of waterlogging disaster in Luoshan Drainage Area

3.3 澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算

澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算公式為：

(10)

式中：S為澇災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)度；xn為第n個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；λi為第i個(gè)指標(biāo)值對(duì)澇災(zāi)綜合風(fēng)險(xiǎn)度的影響權(quán)重。

本文在計(jì)算澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度時(shí)，考慮到11個(gè)指標(biāo)中存在部分指標(biāo)值的變化對(duì)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值的影響趨勢(shì)不一致的問題，其中汛期降雨強(qiáng)度綜合指數(shù)、汛期高溫指數(shù)、產(chǎn)流系數(shù)、地面硬化率、土壤類型指數(shù)等指標(biāo)值越大，澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大，而相對(duì)高程、相對(duì)高程標(biāo)準(zhǔn)差、相對(duì)坡度、滯澇水面率、水旱比和排澇指數(shù)等指標(biāo)值越小，澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值越大。故在指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算中，已通過標(biāo)準(zhǔn)化方法將所有指標(biāo)的變化對(duì)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)相同，即指標(biāo)值越大，澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大。

得出結(jié)論：在汛期降雨強(qiáng)度為2.889時(shí)，計(jì)算得到排區(qū)內(nèi)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度(0.957)為高風(fēng)險(xiǎn)臨界下限；在汛期降雨強(qiáng)度為1.924時(shí)，計(jì)算得到排區(qū)內(nèi)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度(0.837)為低風(fēng)險(xiǎn)臨界下限。

3.4 澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型建立

本文選用1980年、1996年兩個(gè)特大澇漬災(zāi)害年份和2015年輕度澇漬災(zāi)害年份作為典型年份對(duì)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

從圖2澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布中可以看出，1980年整個(gè)排區(qū)內(nèi)均處于澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，排區(qū)的澇漬平均風(fēng)險(xiǎn)度為1.188，遠(yuǎn)高于高風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)下限(0.957)。1996年排區(qū)內(nèi)45.81%的面積處于澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，排區(qū)澇漬平均風(fēng)險(xiǎn)度為0.978，略高于高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下限值。根據(jù)螺山排區(qū)歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)記載，1996年受災(zāi)面積達(dá)到3.53 萬(wàn)hm2，成災(zāi)面積為2.13 萬(wàn)hm2。1980年受災(zāi)面積達(dá)2.21 萬(wàn)hm2，成災(zāi)面積為1.6 萬(wàn)hm2。雖然1996年汛期降雨量較1980年少188mm，澇漬災(zāi)害平均風(fēng)險(xiǎn)度較1980年小，但由于1996年螺山排區(qū)水旱作物種植面積較1980年增加2.53 萬(wàn)hm2，導(dǎo)致1996年受災(zāi)和成災(zāi)面積均比1980年大。2015年，排區(qū)內(nèi)的平均澇漬風(fēng)險(xiǎn)度為0.864，略高于澇漬災(zāi)害低風(fēng)險(xiǎn)下限，區(qū)域整體上處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，有4個(gè)小區(qū)無(wú)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。這與歷史數(shù)據(jù)中2015年螺山排區(qū)受災(zāi)面積為0.46 萬(wàn)hm2，為輕度澇漬災(zāi)害年相吻合。

3.5 現(xiàn)狀條件農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

將1954-2019年的汛期降雨強(qiáng)度進(jìn)行排頻，選擇3 a一遇(1955年)、5 a一遇(1988年)、10 a一遇(1999年)和20 a一遇(1973年)的4種典型的汛期降雨年份進(jìn)行澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，如圖3所示。從圖3中可以看出，北部鄰近四湖總干渠的區(qū)域和南部臨長(zhǎng)江的區(qū)域是澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)低發(fā)區(qū)域。其主要原因是北部鄰近四湖總干渠和洪排河，南部臨長(zhǎng)江，地勢(shì)相對(duì)較高，不易形成內(nèi)澇。當(dāng)發(fā)生10 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，中部區(qū)域也處于澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，主要原因是汛期長(zhǎng)江水位高，電排站抽排能力受到限制，不能及時(shí)排出澇水，地勢(shì)較低的區(qū)域易形成澇漬災(zāi)害。當(dāng)發(fā)生20 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，排區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域處于澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

不同年型時(shí)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果見表2。從表2中可以看出，當(dāng)遭受3 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)排區(qū)基本處于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)(平均風(fēng)險(xiǎn)度為0.821)，但仍有33.99%的面積處于澇漬災(zāi)害低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。當(dāng)遭遇5 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，排區(qū)內(nèi)處于無(wú)、低、高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的面積比例分別為15.61%、50.40%、33.99%。當(dāng)遭遇10 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)排區(qū)均處于澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，相比5 a一遇時(shí)，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的面積占比擴(kuò)大到50.32%。當(dāng)遭遇20 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，處于澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的面積達(dá)到89.13%。

表2 遭遇不同汛期降雨強(qiáng)度時(shí)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)Tab.2 Risk of waterlogging disaster when encountering rainfall intensity in different flood seasons

4 結(jié)論與展望

本文在分析四湖流域螺山排區(qū)澇漬災(zāi)害影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了澇漬災(zāi)害指標(biāo)體系，分析得到各指標(biāo)所占權(quán)重，通過獲取降雨、下墊面等數(shù)據(jù)計(jì)算得到風(fēng)險(xiǎn)度，確定了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)閾值，利用典型年份數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型進(jìn)行驗(yàn)證，并利用驗(yàn)證的模型模擬得到不同重現(xiàn)期下的澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征。結(jié)論如下：

(1)四湖流域螺山排區(qū)澇漬災(zāi)害影響因素中，孕災(zāi)環(huán)境所占權(quán)重最大，其次是致災(zāi)因子，而在致災(zāi)因子中，汛期降雨強(qiáng)度所占權(quán)重最大。

(2)螺山排區(qū)澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)下限為0.957，低風(fēng)險(xiǎn)下限為0.837。利用1980年、1996年和2015年作為典型年份對(duì)澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果與實(shí)際吻合度較好。

(3)螺山排區(qū)僅能抵御3 a一遇的汛期降雨強(qiáng)度；遭遇5 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，排區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，主要集中在排區(qū)中部區(qū)域；遭遇10 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，排區(qū)內(nèi)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域占比增加，達(dá)到50.32%，所有區(qū)域均有澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；遭遇20 a一遇汛期降雨強(qiáng)度時(shí)，處于澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的面積達(dá)到89.13%。該成果可為澇漬災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警以及防災(zāi)減災(zāi)措施的制定提供參考。

需要說明的是，盡管排區(qū)現(xiàn)有作物以水田作物為主，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍需針對(duì)水、旱作物考慮其承災(zāi)能力，并提出不同作物澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和分生育階段的澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)，從而使得澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度判斷更準(zhǔn)確，限于篇幅，本文未對(duì)此進(jìn)行研究。

□