基于可拓云模型的重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

黃 淇, 牟鳳云, 張用川, 陳 林, 李云燕

(1.重慶交通大學(xué) 智慧城市學(xué)院, 重慶 400074; 2.重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,重慶 401147; 3.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶大學(xué), 重慶 400045)

中國(guó)疆域遼闊，自然災(zāi)害頻發(fā)，為了全面掌握中國(guó)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患情況，提升全社會(huì)抵御自然災(zāi)害的綜合防范能力，國(guó)務(wù)院決定于2020—2022年開(kāi)展第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作，客觀認(rèn)識(shí)中國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)水平，從而為政府有效開(kāi)展自然災(zāi)害防治工作、切實(shí)保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供權(quán)威的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)信息和科學(xué)決策依據(jù)。

2021年重慶市第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查結(jié)果顯示[1]，2020年汛期，重慶市普通公路共發(fā)生各類水毀2萬(wàn)余處，普通國(guó)省干線公路發(fā)生造成交通阻斷的水毀600余處，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1.40×109元；高速公路水毀98處，直接經(jīng)濟(jì)損失5.50×107。其中，2020年8月，雙洪峰過(guò)境重慶市中心城區(qū)，“兩江四岸”大量濱江公路被洪水淹沒(méi)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失慘重；2021年4月，重慶市政府發(fā)布通知，中心城區(qū)3.94×107m“兩江四岸”及周邊地區(qū)將于2025年底完成統(tǒng)籌沿江防洪排澇和城市建設(shè)、開(kāi)展基礎(chǔ)設(shè)施災(zāi)后重建工作試點(diǎn)工作，從而有效應(yīng)對(duì)百年一遇洪水位下的洪澇災(zāi)害。綜上所述，重慶市公路受洪災(zāi)威脅甚為嚴(yán)重，加之山區(qū)公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)難度大、成本高，公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)于其災(zāi)前風(fēng)險(xiǎn)防控意義重大。

現(xiàn)有洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要包括歷史災(zāi)情法、多準(zhǔn)則評(píng)估法和模型模擬法[2]。其中，由于歷史災(zāi)情法和模型模擬法所需的原始數(shù)據(jù)往往難以獲取，因此多準(zhǔn)則評(píng)估法最為常用[3-4]，但傳統(tǒng)的多準(zhǔn)則評(píng)估法，往往在處理指標(biāo)取值的隨機(jī)性與模糊性問(wèn)題上存在不足。

隨著可拓學(xué)和云模型的融合，可拓云模型逐漸被提出，其優(yōu)勢(shì)突出，不僅有助于指標(biāo)由定性描述轉(zhuǎn)化為定量表達(dá)，而且可以解決指標(biāo)取值存在的模糊性和隨機(jī)性問(wèn)題，基于以上優(yōu)勢(shì)，可拓云模型被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的安全評(píng)價(jià)研究，如生態(tài)安全評(píng)價(jià)[5-7]、水安全評(píng)價(jià)[8-9]、施工安全評(píng)價(jià)[10-11]、隧洞安全評(píng)價(jià)[12-14]、交通安全評(píng)價(jià)[15-16]等，但鮮有研究將可拓云模型引入自然災(zāi)害視角下的城市基礎(chǔ)設(shè)施安全問(wèn)題之中。

公路是城市內(nèi)重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即是從洪災(zāi)視角出發(fā)對(duì)公路安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。筆者將可拓云模型引入公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，一方面，可利用可拓學(xué)的定性定量分析解決公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)由定性描述轉(zhuǎn)化為定量表達(dá)的問(wèn)題。另一方面，利用云模型的不確定性推理解決公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)存在的模糊性和隨機(jī)性問(wèn)題。

本研究以重慶市中心城區(qū)的公路為研究對(duì)象，首先構(gòu)建公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用AHP-熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重；基于可拓云構(gòu)建公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；最后分析評(píng)價(jià)結(jié)果，從而客觀認(rèn)識(shí)重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平，為提高公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控能力提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

重慶市中心城區(qū)由渝中區(qū)、江北區(qū)、南岸區(qū)、九龍坡區(qū)、沙坪壩區(qū)、大渡口區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)9個(gè)區(qū)組成，面積約5.47×103km2。區(qū)內(nèi)降雨充沛，年降雨量1.00×103mm至1.20×103mm，但降雨年內(nèi)分配極不均勻，汛期(5—9月)降雨量占全年的60%至85%，加之區(qū)內(nèi)水系稠密，在長(zhǎng)江、嘉陵江交匯形成的“兩江四岸”空間格局下，重慶市中心城區(qū)洪災(zāi)頻發(fā)，其關(guān)鍵性地理位置決定了其既要承擔(dān)長(zhǎng)江中上游、嘉陵江洪水過(guò)境的壓力，又要為長(zhǎng)江中下游防汛保安，因此汛期內(nèi)防汛壓力巨大。截至2019年，中心城區(qū)內(nèi)公路里程達(dá)5.33×103km。

2 研究思路及方法

2.1 研究思路

本研究基本思路見(jiàn)圖1。以重慶市中心城區(qū)的公路為研究對(duì)象，首先從致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體暴露性出發(fā)選取12項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)建公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用AHP-熵權(quán)法確定各指標(biāo)綜合權(quán)重；再者基于可拓云構(gòu)建重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；最后分析公路的危險(xiǎn)性等級(jí)、敏感性等級(jí)、暴露性等級(jí)以及綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖1 公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究思路

2.2 研究方法

2.2.1 AHP-熵權(quán)法原理 在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，既需主觀評(píng)定指標(biāo)的重要性，亦需客觀體現(xiàn)指標(biāo)的數(shù)據(jù)特征。因此，本研究結(jié)合AHP法和熵權(quán)法，首先運(yùn)用AHP法計(jì)算各指標(biāo)主觀權(quán)重wa，再運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)客觀權(quán)重we，最后在主、客觀權(quán)重基礎(chǔ)上，運(yùn)用加和法集成原理，得到綜合權(quán)重向量W。

W=awa+bwe

(1)

假設(shè)有n個(gè)指標(biāo)，則有

(2)

b=1-a

(3)

式中：pi為wai與wei的平均值。

2.2.2 可拓云模型原理[5,10]可拓云模型由物元模型和正態(tài)云模型嵌套而成。物元模型將待評(píng)價(jià)事物定義為由三元組表示的物元，記作R=(NCV)=(事物名稱，事物特征，事物關(guān)于該特征的量值)；正態(tài)云模型將一個(gè)整體性概念由3個(gè)數(shù)字特征表示，符號(hào)表達(dá)為(Ex,En,He)，其中Ex為期望值，En為熵值，He為超熵，分別反映了云的中心值、跨度大小和厚度。

物元理論將事物變化中的質(zhì)和量進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，有助于將公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)由定性描述轉(zhuǎn)化為定量表達(dá)，但是傳統(tǒng)基于物元理論的評(píng)價(jià)研究中，Ⅴ(事物關(guān)于某特征的量值)值往往取為確定的數(shù)值或區(qū)間，沒(méi)有充分考慮到指標(biāo)取值的隨機(jī)性和模糊性問(wèn)題。(隨機(jī)性指事件本身的含義是明確的，只是在一定條件下可能發(fā)生，可能不發(fā)生。模糊性指事件本身是模糊不清的。)

可拓云模型充分利用了正態(tài)云模型處理隨機(jī)性和模糊性的優(yōu)點(diǎn)，用正態(tài)云模型(Ex,En,He)取代傳統(tǒng)物元模型R=(NCV)中的確定值V，則R=NC(Ex,En,He)=(事物名稱，事物特征，云量值)，得到可拓云模型，從而解決了公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中指標(biāo)取值的隨機(jī)性和模糊性問(wèn)題。

(1) 確定待評(píng)價(jià)物元。將待評(píng)價(jià)物元表示為：

(4)

式中：N為待評(píng)價(jià)物元;Cn為第n項(xiàng)指標(biāo); (Exn,Enn,Hen)為待評(píng)價(jià)物元N關(guān)于指標(biāo)Cn的云量值。

(2) 確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云。將各指標(biāo)的等級(jí)閾值界限作為雙約束空間〔Cmax,Cmin〕，代入公式(2)中計(jì)算各個(gè)指標(biāo)在各個(gè)等級(jí)的(Ex,En,He)，最終得到公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云。

(5)

(6)

He=T

(7)

式中：T為常量,取值應(yīng)客觀反映公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的隨機(jī)性、模糊性和離散性。

(8)

所有的云關(guān)聯(lián)度組成綜合評(píng)判矩陣D：

(9)

式中：kij為第i項(xiàng)指標(biāo)在第j等級(jí)下的云關(guān)聯(lián)度;n為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)。

(4) 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定。

首先計(jì)算綜合評(píng)判向量H：

H=W·D

(10)

式中：W為綜合權(quán)重向量;D為綜合評(píng)判矩陣。

計(jì)算綜合評(píng)判分值ri:

(11)

式中：di為向量D的分量;fi為等級(jí)i的得分值。

由于云關(guān)聯(lián)度μ(xiB)建立在超熵He之上，計(jì)算結(jié)果存在隨機(jī)性，需運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)多次求解，以降低隨機(jī)性影響，最終得到綜合評(píng)判期望矩陣Dx，綜合評(píng)判期望值Erx和綜合評(píng)判熵值Erm：

(12)

(13)

(14)

式中：h為運(yùn)算次數(shù),取3 000;D(i)為第i次計(jì)算得到的綜合評(píng)判矩陣;ri(x)為第i次的綜合評(píng)判分值。Erx為綜合評(píng)判分值的期望值。

3 結(jié)果與分析

3.1 公路洪災(zāi)成因分析及類型劃分

公路洪災(zāi)的形成受氣象、地形、植被、水文等多種因素共同影響，但暴雨是重慶市公路洪災(zāi)的主要觸發(fā)原因，因此本文針對(duì)暴雨引發(fā)的公路洪災(zāi)進(jìn)行探討，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[2]及實(shí)際情況，將重慶市公路洪災(zāi)歸納為8種類型(圖2)。 ①暴雨作用下，公路路塹邊坡發(fā)生的巖石塌落、缺口、沖溝、沉陷、塌方等災(zāi)害為邊坡坍塌類； ②填方路段邊坡出現(xiàn)沖溝、缺口、沉陷等災(zāi)害為水毀沖溝類； ③公路坡面沖刷產(chǎn)生泥石流、崩塌落石等導(dǎo)致公路路面產(chǎn)生積水、積石及淤泥等堵塞交通的災(zāi)害為路面淤埋類； ④公路路基流失導(dǎo)致公路坍塌缺口為路基缺口類； ⑤公路路基大范圍流失、損毀的災(zāi)害為路基沖失類； ⑥路基在垂直方向上產(chǎn)生較大的沉落，不均勻下陷，造成的局部路段損壞的災(zāi)害為路基沉陷類； ⑦公路橋梁及涵洞等結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的災(zāi)害為橋涵損毀類； ⑧邊溝、排水溝、截水溝及暗溝等路基排水設(shè)施發(fā)生淤積或堵塞的現(xiàn)象為排水系統(tǒng)淤塞類。

圖2 重慶市公路洪災(zāi)分類

3.2 公路洪災(zāi)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3.2.1 影響因素分析及評(píng)價(jià)指標(biāo)選取 根據(jù)史培軍[17]提出的區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)論，災(zāi)害是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境與承災(zāi)體綜合作用的結(jié)果，結(jié)合國(guó)際主流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估“H-E-V”框架[18]，包括危險(xiǎn)性(hazard)、暴露性(exposure)和脆弱性(vulnerability)研究，危險(xiǎn)性研究致災(zāi)因子引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，暴露度研究暴露在風(fēng)險(xiǎn)中的承災(zāi)體。如人口、基礎(chǔ)設(shè)施、財(cái)產(chǎn)等。脆弱性研究致災(zāi)因子所造成的承災(zāi)體的損失程度。本研究以致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體暴露性為準(zhǔn)則層，參考大量文獻(xiàn)的指標(biāo)選取情況，致災(zāi)因子上，強(qiáng)降雨迅速匯流累積成較大地表徑流是公路洪災(zāi)的主要觸發(fā)條件。孕災(zāi)環(huán)境上，高程、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率等地形條件影響著地面徑流的流量、流速、流向、斂散性和加速度，為公路洪災(zāi)的發(fā)生提供動(dòng)力條件；植被對(duì)降水的遮攔、徑流的截留以及吸收等作用可以減少地表匯流，具有一定蓄水防洪功能，沿線植被覆蓋度較低的公路更易發(fā)生洪災(zāi)。河流、湖泊和水庫(kù)等水文因素對(duì)強(qiáng)降雨具有再分布作用，距離水系較近的公路更易發(fā)生洪災(zāi)。承災(zāi)體上，公路等級(jí)越高，防護(hù)設(shè)施就越完善，抗洪能力也越強(qiáng)；人口密度和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值越高，發(fā)生公路洪災(zāi)后的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失就越大。綜上所述，分別選取12個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖3)。

圖3 重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取及處理 根據(jù)所構(gòu)建的公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖3)，涉及的數(shù)據(jù)詳情見(jiàn)表1。數(shù)據(jù)處理過(guò)程包括： ①根據(jù)重慶市36個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象站點(diǎn)降水量，利用GIS地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析中的協(xié)同克里金法(協(xié)同DEM)，插值獲得重慶市中心城區(qū)2016—2020年平均暴雨量分布圖； ②根據(jù)重慶市中心城區(qū)DEM，利用GIS空間分析工具，提取坡度、坡向、平面曲率、剖面曲率分布圖； ③結(jié)合重慶市2019年NPP/ⅦRS夜間燈光對(duì)2019年區(qū)縣生產(chǎn)總值進(jìn)行柵格化處理，獲得重慶市中心城區(qū)2019年GDP柵格數(shù)據(jù)； ④從重慶市中心城區(qū)2020年道路中提取高速、國(guó)道、省道、縣道和城市一級(jí)、二級(jí)道路網(wǎng)。

表1 重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)

3.3 公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

3.3.1 指標(biāo)權(quán)重及等級(jí)閾值劃分 根據(jù)公式(1)—(3)分別計(jì)算12個(gè)指標(biāo)的AHP權(quán)、熵權(quán)及其組合權(quán)重(表2)，并利用自然斷點(diǎn)法劃分出重慶市中心城區(qū)公路沿線12個(gè)指標(biāo)在5個(gè)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的閾值界限(表3)。

表2 重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表3 重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)閾值

3.3.2 確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云 根據(jù)公式(5)—(7)，將表3中各指標(biāo)的等級(jí)閾值界限作為雙約束空間〔Cmax,Cmin〕，計(jì)算正態(tài)云模型(Ex,En,He)，得到公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云模型(表4)。

將重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)水平劃分為5個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)(非常低)、Ⅱ級(jí)(比較低)、Ⅲ級(jí)(一般)、Ⅳ級(jí)(比較高)、Ⅴ級(jí)(非常高)。

3.4 公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與分析

首先運(yùn)用可拓云模型分別計(jì)算公路的危險(xiǎn)性、敏感性和暴露性等級(jí)，再者運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行空間可視化(附圖4，見(jiàn)封2)，最后分區(qū)統(tǒng)計(jì)公路的危險(xiǎn)性、敏感性和暴露性等級(jí)百分比分布(圖4)。

(1) 致災(zāi)因子危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)(即危險(xiǎn)性“比較高、非常高”)的公路較少，由于巴南區(qū)多強(qiáng)降雨，平均暴雨量值高，因此Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路多分布于巴南區(qū)(14.05%)；反之，危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅰ—Ⅱ級(jí)(即危險(xiǎn)性“非常低”、“比較低”)的公路最多，南岸區(qū)(98.19%)和江北區(qū)(90.56%)均超過(guò)90%、渝中區(qū)88.20%，渝北區(qū)77.92%，大渡口區(qū)和北碚區(qū)皆有超過(guò)60%公路危險(xiǎn)性等級(jí)為Ⅰ—Ⅱ級(jí)。因而從致災(zāi)因子層面來(lái)看，重慶市中心城區(qū)內(nèi)的公路僅僅受暴雨影響發(fā)生洪災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)比較小。(具體見(jiàn)圖4a及封3附圖4a)。

圖4 重慶市中心城區(qū)各區(qū)公路危險(xiǎn)性、敏感性和暴露性等級(jí)分布

(2) 孕災(zāi)環(huán)境敏感性等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)(即敏感性“比較高”、“非常高”)的公路最多。其中，渝中區(qū)(85.41%)在長(zhǎng)江和嘉陵江的環(huán)抱下，極易受暴雨沖擊、洪峰疊加、多流匯集的影響，超過(guò)80%公路敏感性等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)，其孕災(zāi)環(huán)境之敏感決定了其在公路洪災(zāi)防治中的優(yōu)先地位，與此同時(shí)，位于兩江之北的江北區(qū)(64.65%)和位于兩江之南的巴南區(qū)(65.63%)、巴南區(qū)(61.07%)內(nèi)河流較多，濱江公路亦多，超過(guò)60%公路敏感性等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)；此外，敏感性等級(jí)為Ⅰ—Ⅱ級(jí)(即敏感性“非常低、比較低”)的公路十分少。(見(jiàn)圖4b及封3附圖4b)

(3) 承災(zāi)體暴露性等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)(即暴露性“比較高、非常高”)的公路總體較少，多分布于渝中區(qū)(49.85%)和江北區(qū)(13.11%)，此二區(qū)作為重慶市中心城區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化以及商貿(mào)流通中心，其內(nèi)公路、人口和GDP高度密集，一旦發(fā)生公路洪災(zāi)將損失極其慘重，所以應(yīng)將此二區(qū)作為公路洪災(zāi)防治的重中之重，與此同時(shí)，大渡口區(qū)(8.57%)、九龍坡區(qū)(8.04%)、南岸區(qū)(7.23%)、內(nèi)亦有少部分公路暴露性為Ⅳ—Ⅴ級(jí)，也應(yīng)作為公路洪災(zāi)防治的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象；暴露性等級(jí)為Ⅰ至Ⅱ級(jí)(即暴露性“非常低”、“比較低”)的公路最多，北碚區(qū)(88.21%)、巴南區(qū)(85.66%)、沙坪壩區(qū)(83.35%)和渝北區(qū)(82.40%)超過(guò)80%公路暴露性等級(jí)為Ⅰ—Ⅱ級(jí)、大渡口區(qū)(78.29%)和南岸區(qū)(75.98%)超過(guò)70%公路暴露性等級(jí)為Ⅰ—Ⅱ級(jí)，這些區(qū)域的公路、人口、GDP分布相對(duì)稀疏，公路洪災(zāi)發(fā)生后損失也相對(duì)較輕(見(jiàn)圖4c及封3附圖4c)。

3.5 綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

綜合考慮致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性和承災(zāi)體暴露性，統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)總體分布(圖5)、各區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)百分比分布(圖6)以及各區(qū)在各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的公路長(zhǎng)度分布(圖7)，計(jì)算公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并進(jìn)行空間可視化。

圖5 重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)總體分布

根據(jù)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)總體分布圖(圖5)，重慶市中心城區(qū)內(nèi)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布排名為：Ⅱ級(jí)(36.85%)>Ⅲ級(jí)(25.46%)>Ⅳ級(jí)(15.94%)>Ⅴ級(jí)(14.44%)>Ⅰ級(jí)(7.32%)。由此可知，重慶市中心城區(qū)大部分公路(69.62%)的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處于一般、比較低或非常低的水平，僅少部分公路(30.38%)的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處于比較高或非常高的水平，應(yīng)作為公路洪災(zāi)重點(diǎn)防治對(duì)象。

根據(jù)各區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比例(圖6)可知，各區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)(風(fēng)險(xiǎn)“比較高”或“非常高”)的公路比例排名為：渝中區(qū)(71.06%)>巴南區(qū)(57.43%)>江北區(qū)(38.76%)>沙坪壩區(qū)(36.73%)>渝北區(qū)(24.04%)>北碚區(qū)(21.66%)>南岸區(qū)(18.40%)>大渡口區(qū)(16.35%)>九龍坡區(qū)(10.04%)。

圖6 重慶市中心城區(qū)各區(qū)公路風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布

重點(diǎn)關(guān)注位居前三的渝中區(qū)、巴南區(qū)和江北區(qū)，對(duì)照前文分析，渝中區(qū)和江北區(qū)緊鄰兩江且經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，孕災(zāi)環(huán)境敏感性和承災(zāi)體暴露性均相對(duì)于其他區(qū)更高，而巴南區(qū)雖然經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)，承災(zāi)體暴露性相對(duì)較低，但區(qū)內(nèi)水系密集且降水豐富，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性和孕災(zāi)環(huán)境敏感性均相對(duì)于其他區(qū)更高。因此，從高風(fēng)險(xiǎn)公路百分占比上看，渝中區(qū)、巴南區(qū)和江北區(qū)的高風(fēng)險(xiǎn)公路百分占比更大，應(yīng)作為重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)防控的重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)全區(qū)公路進(jìn)行總體防控。

對(duì)各區(qū)在各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的公路長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖7)，各區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路長(zhǎng)度排名依次為：巴南區(qū)(1 261.04 m)>渝北區(qū)(794.25 km)>沙坪壩區(qū)(600.94 km)>江北區(qū)(381.91 km)>北碚區(qū)(320.83 km)>南岸區(qū)(214.3 km)>渝中區(qū)(200.80 km)>九龍坡區(qū)(176.87 km)>大渡口區(qū)(69.20 km)。

圖7 重慶市中心城區(qū)各區(qū)在各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的公路長(zhǎng)度分布

某區(qū)在某風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的公路長(zhǎng)度排名，不僅受該區(qū)內(nèi)該風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)公路的比例影響，而且受該區(qū)內(nèi)公路總長(zhǎng)影響。因此，比例排名位列第二的巴南區(qū)，由于其區(qū)域面積較大，區(qū)內(nèi)公路總長(zhǎng)較長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路亦相對(duì)較長(zhǎng)，加之比例排名本已靠前，因而在長(zhǎng)度排名中拔得頭籌；而比例排名位列第一的渝中區(qū)，卻由于其區(qū)域面積較小，區(qū)內(nèi)公路總長(zhǎng)較短，風(fēng)險(xiǎn)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路亦相對(duì)較短，因而在長(zhǎng)度排名中下降至倒數(shù)第三；此外，長(zhǎng)度排名位列前茅的巴南區(qū)、渝北區(qū)、沙坪壩區(qū)亦是同理，由于其區(qū)內(nèi)公路總長(zhǎng)較長(zhǎng)而排名靠前，因此區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路相對(duì)較長(zhǎng)。

從各區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)公路長(zhǎng)度上看，巴南區(qū)、渝北區(qū)和沙坪壩區(qū)的高風(fēng)險(xiǎn)公路長(zhǎng)度更長(zhǎng)，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注其區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)為Ⅳ至Ⅴ級(jí)的公路，因地制宜地進(jìn)行洪災(zāi)防控。

根據(jù)重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布可視化結(jié)果可知，“兩江四岸”及周邊地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路最為密集，各大流域、湖泊及水庫(kù)附近風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路次為密集，應(yīng)作為公路洪災(zāi)防控的重點(diǎn)區(qū)域。

(1) “兩江四岸”及周邊地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路最為密集。如渝中區(qū)內(nèi)沙濱路、嘉陵江濱江路、長(zhǎng)江濱江路和九濱路，江北區(qū)內(nèi)洪濱路和北濱一路、南岸區(qū)內(nèi)南濱路等均沿江而建，風(fēng)險(xiǎn)極高。由于多個(gè)流域匯集于兩江，一旦各流域持續(xù)暴雨，導(dǎo)致兩江洪水疊加，便會(huì)出現(xiàn)百年一遇大洪災(zāi)。如重慶市主城區(qū)2020年8月遭遇的大洪水，引發(fā)“兩江四岸”朝天門、磁器口、海棠煙雨公園等地大量臨江道路被淹，首次啟動(dòng)防汛Ⅰ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，就是因?yàn)獒航?、沱江、培江和渠江流域持續(xù)大暴雨，多個(gè)流域同時(shí)匯入長(zhǎng)江、嘉陵江，導(dǎo)致嘉陵江2號(hào)洪水與長(zhǎng)江5號(hào)洪水前后疊加，引發(fā)史無(wú)前例的大洪水。

(2) 各大流域、湖泊及水庫(kù)附近風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路次為密集。流域附近，如巴南區(qū)內(nèi)花溪河流域和箭灘河流域、沙坪壩區(qū)內(nèi)梁灘河流域、北碚區(qū)內(nèi)梁灘河流域、竹溪河流域、江北區(qū)內(nèi)棟梁河流域，渝北區(qū)的后河流域等。據(jù)報(bào)道，巴南區(qū)箭灘河兩側(cè)每年漲水均會(huì)被淹，沿河的窖壩街和下河路一度緊急封鎖。湖泊及水庫(kù)附近，如巴南區(qū)內(nèi)的松樹(shù)橋水庫(kù)、灘子口水庫(kù)、林基水庫(kù)、石橋水庫(kù)，渝北區(qū)內(nèi)東方紅水庫(kù)、茍溪橋水庫(kù)、下壩水庫(kù)、北碚區(qū)的龍灘子水庫(kù)，亦應(yīng)作為公路洪災(zāi)防控的重點(diǎn)區(qū)域。

4 討論與結(jié)論

4.1 結(jié) 論

本研究將可拓云模型引入公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，對(duì)重慶市中心城區(qū)公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，解決了公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)存在的模糊性和隨機(jī)性問(wèn)題以及公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)由定性描述轉(zhuǎn)化為定量表達(dá)的問(wèn)題。

(1) 重慶市中心城區(qū)69.62%的公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)處于Ⅰ—Ⅲ級(jí)(一般、比較低或非常低)水平，30.38%的公路處于Ⅳ—Ⅴ(比較高或非常高)水平。從高風(fēng)險(xiǎn)公路比例看，渝中區(qū)(71.06%)、巴南區(qū)(57.43%)和江北區(qū)(38.76%)的高風(fēng)險(xiǎn)公路比例更高，應(yīng)作為公路洪災(zāi)防控的重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)全區(qū)公路進(jìn)行總體防控。從各區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)公路長(zhǎng)度上看，巴南區(qū)(1 261.04 km)、渝北區(qū)(794.25 km)和沙坪壩區(qū)(600.94 km)的高風(fēng)險(xiǎn)公路長(zhǎng)度更長(zhǎng)，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注其區(qū)域內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路，因地制宜進(jìn)行洪災(zāi)防控。

(2) “兩江四岸”及周邊地區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)公路最為密集，各大流域、湖泊及水庫(kù)附近高風(fēng)險(xiǎn)公路次為密集。針對(duì)“兩江四岸”及周邊地區(qū)，一方面，應(yīng)保障兩江水上交通運(yùn)行，啟動(dòng)跨江大橋運(yùn)營(yíng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)完善兩江水上交通系統(tǒng)，建設(shè)輪渡、索道、纜車、戶外電梯等特色交通；另一方面，應(yīng)進(jìn)一步完善路網(wǎng)體系，加快濱江、跨江軌道線路成環(huán)成網(wǎng)，增強(qiáng)“兩江四岸”及周邊地區(qū)軌道環(huán)線疏解能力，同時(shí)重點(diǎn)打通連接濱江與腹地的山城步道，增強(qiáng)濱江可達(dá)性與疏散性。針對(duì)各大流域、湖泊及水庫(kù)附近，應(yīng)重點(diǎn)推進(jìn)防汛監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和水文服務(wù)站建設(shè)，編制超標(biāo)洪水防御預(yù)案、防洪排澇應(yīng)急預(yù)案等。

4.2 討 論

對(duì)于洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ—Ⅲ級(jí)的公路，宜采取非工程性措施，加強(qiáng)宣傳對(duì)公路洪災(zāi)應(yīng)急避險(xiǎn)知識(shí)的宣傳，保證日常維修、養(yǎng)護(hù)工作。對(duì)于洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ—Ⅴ級(jí)的公路，在保證日常維修、養(yǎng)護(hù)工作的前提下，還宜適當(dāng)采取工程性措施。如酌情加固公路、完善公路防護(hù)，達(dá)到災(zāi)前預(yù)防的目的。同時(shí)，規(guī)劃避災(zāi)備用路線，制定切合實(shí)際的公路洪災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，達(dá)到科學(xué)避災(zāi)的目的。

本文所采用的公路洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的閾值界限僅使用了自然斷點(diǎn)法進(jìn)行劃分，若結(jié)合多種閾值劃分方法進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)結(jié)果或?qū)⒏鼮榭陀^準(zhǔn)確。此外，本研究在對(duì)重慶市中心城區(qū)公路進(jìn)行洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，未對(duì)各種公路類型進(jìn)行全面考量，在今后的研究中應(yīng)進(jìn)一步探討。