基于模糊層次分析法的陜西省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李惠芳，吳 悠

（1.延安市寶塔區(qū)水旱災(zāi)害防治監(jiān)測(cè)中心,陜西 延安 716000；2.陜西省水文水資源勘測(cè)中心,陜西 西安 710068）

由高強(qiáng)度暴雨引起的山洪災(zāi)害具有成災(zāi)迅速、破壞力強(qiáng)等特征,特別是山地丘陵地帶更容易發(fā)生山洪災(zāi)害,做好防洪減災(zāi)工作對(duì)確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全有積極幫助。結(jié)合山洪災(zāi)害的形成原因和影響因素,選擇典型指標(biāo)并科學(xué)設(shè)計(jì)權(quán)重,在此基礎(chǔ)上利用ArcGIS 軟件展開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析,了解各地區(qū)山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)程度進(jìn)而提前制定科學(xué)有效的預(yù)防方案,將山洪災(zāi)害的發(fā)生率和損失降到最低。

1 研究區(qū)概況

陜西省東西狹、南北長(zhǎng),全省土地面積205624.3 km2,山地丘陵占比達(dá)到78.8%,整體地勢(shì)呈現(xiàn)出南北高、中間低的變化趨勢(shì),以北山和秦嶺為界,全省被分為陜北黃土高原、關(guān)中盆地和陜南秦巴山區(qū)三大部分。其中,延安市屬于陜北區(qū),土地面積36712 km2。全省跨越3 個(gè)氣候帶,春季溫暖干燥、夏季炎熱多雨、秋季濕潤(rùn)涼爽、冬季寒冷干燥。多年平均降水量在400 mm～1200 mm,陜北地區(qū)在450 mm～600 mm 之間。據(jù)統(tǒng)計(jì),自建國(guó)以來(lái)陜西省共發(fā)生山洪災(zāi)害1300 余次,平均每年發(fā)生17.5 次,以安康、寶雞發(fā)生山洪災(zāi)害數(shù)量較多,其次是咸陽(yáng)、商洛、延安等地。

2 基于模糊層次分析法的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

模糊層次分析法（AHP）是一種基于層次權(quán)重進(jìn)行分析決策的數(shù)學(xué)模型,可以將復(fù)雜的定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化成易于量化的定量問(wèn)題[1]。將該方法應(yīng)用到山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,從自然和社會(huì)2 個(gè)方面選擇降水、高程、坡度以及人口密度、GDP等9 個(gè)因子作為評(píng)價(jià)陜西省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的主要指標(biāo),并賦予權(quán)重,根據(jù)分析結(jié)果評(píng)價(jià)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 指標(biāo)的選取

2.1.1 危險(xiǎn)性因子

危險(xiǎn)性因子包含7 項(xiàng),分別是：

（1）降水。降雨量是影響山洪災(zāi)害的關(guān)鍵因素,尤其是對(duì)于植被較為稀疏的山區(qū)丘陵地帶,如果出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨極易誘發(fā)山洪災(zāi)害。

（2）高程。高程也是引起山洪災(zāi)害的一個(gè)重要因素。通常來(lái)說(shuō),高程越低,雨水越容易聚集,相應(yīng)的出現(xiàn)山洪災(zāi)害的幾率越高。

（3）坡度。坡度表示的是地形陡峭程度,坡度越大,雨水的滲透和匯聚難度越大,會(huì)以徑流形式沿著坡面自上而下的流動(dòng)。另外,在坡度較大的情況下,坡面徑流的沖擊動(dòng)能也會(huì)增加,容易誘發(fā)山洪災(zāi)害。

（4）地貌類型。不同地貌誘發(fā)山洪災(zāi)害的能力也有所差別。例如山地丘陵地區(qū)的降水會(huì)迅速轉(zhuǎn)化為坡面徑流,從而促進(jìn)山洪的成型；而平原地區(qū)的降水則向地下滲透,難以形成流動(dòng)的水流,不容易出現(xiàn)山洪災(zāi)害[2]。

（5）土壤類型。不同土壤的滲透能力存在差異,通常來(lái)說(shuō)土壤滲透能力越強(qiáng),則土壤抗沖刷能力越強(qiáng),大多數(shù)降水都會(huì)被土壤存儲(chǔ)起來(lái),不易形成山洪。

（6）植被覆蓋。地面植被覆蓋率越高,植被根系對(duì)土壤的固定能力越強(qiáng),同時(shí)樹(shù)冠還能避免雨水直接沖刷地面,降低山洪災(zāi)害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

（7）土地利用類型。土地利用方式（如耕地、林地、建設(shè)用地）會(huì)改變下墊面條件,進(jìn)而影響山洪災(zāi)害的形成。

2.1.2 易損性因子

（1）人口密度。人口密度客觀表示某個(gè)區(qū)域的人口分布狀況。人口密度越大的情況下,發(fā)生山洪災(zāi)害造成的直接和間接損失越嚴(yán)重,可以利用該指標(biāo)評(píng)價(jià)山洪災(zāi)害的易損性[3]。

（2）國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GPD）。GDP 能夠直觀反映某個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,GDP 越高說(shuō)明該地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá),相應(yīng)的發(fā)生山洪災(zāi)害帶來(lái)的損失越嚴(yán)重。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

在確定了山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)后,還要利用模糊判斷矩陣計(jì)算每一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。一級(jí)指標(biāo)（準(zhǔn)則層）的權(quán)重劃分為：危險(xiǎn)性0.8,易損性0.2；在此基礎(chǔ)上利用地理探測(cè)器分析9 種因子對(duì)山洪災(zāi)害空間分布的解釋力（PD）。PD 值代表該因子對(duì)山洪災(zāi)害空間分布的解釋程度,9 項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各指標(biāo)的權(quán)重設(shè)計(jì)

2.3 山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

本文進(jìn)行山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí),共選取了降雨、高程、坡度等7 個(gè)因子,這7 項(xiàng)危險(xiǎn)性指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.719、0.094、0.009、0.054、0.060、0.056、0.009。利用ArcGIS 軟件中的空間分析模塊,選取柵格計(jì)算器對(duì)7 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到每個(gè)柵格的危險(xiǎn)度公式：

使用ArcGIS 軟件提供的重分類功能,根據(jù)危險(xiǎn)度計(jì)算結(jié)果將全省山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度等級(jí)劃分為5 級(jí),并使用該軟件提供的空間統(tǒng)計(jì)分析功能,計(jì)算出5 個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)下的面積與占比[4]。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 陜西省不同地區(qū)山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)

由表2 數(shù)據(jù)可知,陜西省山洪災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)面積為17600 km2,占陜西省總面積的8.56%,從位置分布上來(lái)看主要集中在安康和漢中兩個(gè)城市。橫向?qū)Ρ? 個(gè)區(qū)域所占面積,可以發(fā)現(xiàn)低危險(xiǎn)區(qū)面積最大,占比達(dá)到了32.85%,其次是較低危險(xiǎn)區(qū)（29.11%）。從整體上來(lái)看,陜西省山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性從北往南依次增加,分析其原因是該省降雨呈現(xiàn)出由北向南遞增的趨勢(shì)；同時(shí),安康、漢中等沿河城市發(fā)生山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性要高于省內(nèi)其他不靠近河流的城市。

2.4 山洪災(zāi)害的易損性評(píng)價(jià)

本文進(jìn)行山洪災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)時(shí),共選取了人口密度和GDP 兩個(gè)因子,這2 項(xiàng)易損性指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.92、0.08。按照上文方法計(jì)算每個(gè)柵格單元的易損度,計(jì)算公式為：

將全省山洪災(zāi)害易損度劃分為5 個(gè)等級(jí),計(jì)算出5 個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)下的面積與占比,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 陜西省不同地區(qū)山洪災(zāi)害易損度等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)

由表3 數(shù)據(jù)可知,社會(huì)經(jīng)濟(jì)高易損區(qū)的面積為150 km2,占全省總面積的0.07%,該區(qū)域主要在西安市。分析其原因,西安市作為陜西省的省會(huì),城市化程度較高,經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好,人口相對(duì)密集,因此在發(fā)生山洪災(zāi)害后更容易造成損失。從整體上來(lái)看,陜西省關(guān)中地區(qū)山洪災(zāi)害的易損性要超過(guò)陜南地區(qū),陜北地區(qū)的山洪災(zāi)害易損性最低。橫向比較5 個(gè)地區(qū),陜西省低易損區(qū)的面積占比較高,達(dá)到了85.60%。

3 山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 陜西省全省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本文使用ArcGIS 軟件提供的空間分析工具,運(yùn)用“反距離權(quán)重插值法”分析9 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；同時(shí),運(yùn)用“自然斷點(diǎn)分類法”將風(fēng)險(xiǎn)度分成“低、較低、中等、較高、高”5 個(gè)區(qū)間。最后根據(jù)分析結(jié)果,將其劃分到5 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度區(qū)間中,即可對(duì)陜西省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化表示[5]。結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 陜西省全省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度所占面積比

由圖1 可知,陜西省山洪災(zāi)害各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積比排序?yàn)椋狠^低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（32%）＞低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（28%）＞中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（18%）＞較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（14%）＞高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（8%）。從整體上看,陜西省的山洪災(zāi)害呈現(xiàn)出片狀、帶狀的分布規(guī)律,并且山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度由北向南逐步增加。其中,陜西南部的秦巴山區(qū)受到特殊地形和獨(dú)特氣候的雙重影響,在夏季容易出現(xiàn)多暴雨且集中的氣象,進(jìn)而造成該地區(qū)夏季易發(fā)生山洪災(zāi)害,特別是安康市屬于山洪災(zāi)害的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),夏季山洪災(zāi)害的預(yù)防任務(wù)較重。

3.2 陜西省北部地區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

筆者所在的延安市寶塔區(qū)屬于陜北地區(qū),按照上述方法統(tǒng)計(jì)陜北地區(qū)不同災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度的面積占比,結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2 可知,陜北地區(qū)5 個(gè)等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中,面積占比排序?yàn)椋褐酗L(fēng)險(xiǎn)區(qū)（34%）＞較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（24%）＞較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（17%）＞高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（13%）＞低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（12%）。中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積約為26650 km2。從整體上來(lái)看,陜北地區(qū)發(fā)生山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度呈現(xiàn)出由北往南依次增高的趨勢(shì),與整個(gè)陜西省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)程度的變化規(guī)律一致。其中,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在延安市,其中洛川縣、黃陵縣、黃龍縣的山洪災(zāi)害發(fā)生更為頻繁,是需要重點(diǎn)加強(qiáng)防范的地區(qū)。

圖2 陜西北地區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文以陜西省為例,選取了降水、高程、人口密度等9個(gè)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo),使用模糊層次分析法和ArcGIS 軟件對(duì)該省山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性、易損性和風(fēng)險(xiǎn)程度展開(kāi)了評(píng)價(jià)。以評(píng)價(jià)結(jié)果為參考,指導(dǎo)下一步山洪災(zāi)害的防治工作,有利于達(dá)到防洪減災(zāi)、保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的效果。