考慮泥沙因子的四川省山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

元媛，金中武，曾鑫，江曦，郭超

摘要：近年來(lái)，山洪災(zāi)害頻發(fā)高發(fā)，為進(jìn)一步提高山洪災(zāi)害預(yù)警防控水平，提出將泥沙因子納入山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中。以四川省為例，從洪水危險(xiǎn)性、脆弱性和防災(zāi)能力3個(gè)方面選取12個(gè)山洪風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法構(gòu)建山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，分別建立了不考慮泥沙因子和考慮泥沙因子的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。結(jié)果表明：泥沙因子對(duì)山洪危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性有較大影響。不考慮泥沙因子的模型將低估山洪高風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積，而高估低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積。研究成果可為山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與災(zāi)害預(yù)防提供參考。

關(guān)鍵詞：山洪災(zāi)害； 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)； 泥沙因子； 層次分析法； 四川省

中圖法分類號(hào)：TV122? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.003

文章編號(hào)：1006-0081（2024）03-0016-07

0引言

近年來(lái)，隨著全球氣候變暖，中國(guó)極端暴雨事件不斷增加，山洪災(zāi)害頻發(fā)高發(fā)［1-2］。山洪災(zāi)害不僅造成人員傷亡，也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中國(guó)因山洪災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失均超過(guò)400億元，對(duì)山丘地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。開展山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)山丘地區(qū)人民生命安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

根據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究的時(shí)空尺度，可將其等分成大尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和小尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［3-5］。大尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通常也稱區(qū)域洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要針對(duì)某一較大區(qū)域，例如一個(gè)國(guó)家、省區(qū)等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要目的是定性分析區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)面臨的洪水風(fēng)險(xiǎn)水平，為區(qū)域防洪規(guī)劃、洪水管理策略選擇，甚至區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略選擇等宏觀決策活動(dòng)提供依據(jù)。大尺度洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃的基本原理是針對(duì)研究區(qū)內(nèi)洪水災(zāi)害特點(diǎn)，分析選取影響洪水風(fēng)險(xiǎn)大小的關(guān)鍵因子，并對(duì)每種因子選取一項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)，分析確定各指標(biāo)的量化方法，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系，再利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，并借助GIS的空間分析和疊加分析功能，綜合評(píng)估研究區(qū)內(nèi)不同地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)大小，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分［6-8］。

山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)通常指山洪災(zāi)害發(fā)生后社會(huì)經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的期望損失值［9］，包含山洪災(zāi)害發(fā)生的概率（危險(xiǎn)性）和可能造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失兩方面［10］。目前的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃多基于傳統(tǒng)的“致災(zāi)因子+孕災(zāi)環(huán)境+承災(zāi)體”災(zāi)害結(jié)構(gòu)系統(tǒng)［11-12］，從山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性、脆弱性和防災(zāi)能力三方面選取山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。除此之外，層次分析法（AHP）能夠?qū)崿F(xiàn)定性與定量結(jié)合的多目標(biāo)方案決策分析，GIS軟件具有較強(qiáng)的地理空間信息分析功能，都被廣泛用于山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中指標(biāo)體系的構(gòu)建［13-14］。

已有研究表明，目前國(guó)內(nèi)外許多研究已經(jīng)初步建立了區(qū)域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，但主要基于區(qū)域氣象條件、水文水力、地形地貌等因子，很少辨析泥沙在山洪災(zāi)害中的作用［15］。當(dāng)前，山洪中的泥沙致災(zāi)作用引起了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注，山區(qū)暴雨山洪災(zāi)害實(shí)例和室內(nèi)試驗(yàn)已證明泥沙輸移和洪水演進(jìn)的耦合作用是山洪災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵因素［16-17］。

本文結(jié)合前人對(duì)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子指標(biāo)體系的相關(guān)研究，考慮泥沙因子在山洪災(zāi)害中的作用，以四川省為例，建立考慮泥沙因子的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，為山區(qū)山洪災(zāi)害高效預(yù)警防控提供技術(shù)支撐。

1模型構(gòu)建

1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

圍繞山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，從危險(xiǎn)性、脆弱性及防災(zāi)能力3個(gè)方面選擇代表性指標(biāo)構(gòu)建山洪水沙災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架。在前人研究基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)適用于流域洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的空間多指標(biāo)分析（SMCA）框架，其中，洪水危險(xiǎn)性、脆弱性與風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)正相關(guān)，防災(zāi)能力與山洪水沙災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)（圖1）。

根據(jù)全面性、代表性和數(shù)據(jù)可得性原則，本文構(gòu)建了具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性以及代表性的山洪水沙災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次模型，如圖2所示。指標(biāo)體系有目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個(gè)層次，目標(biāo)層為山洪水沙災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，準(zhǔn)則層包括山洪水沙災(zāi)害危險(xiǎn)性、脆弱性和防災(zāi)能力3個(gè)方面。指標(biāo)層包括坡度、海拔高程、土壤類型、泥沙因子、人口密度、床位數(shù)等12個(gè)代表性的山洪風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生為山洪災(zāi)害提供了大量的松散物質(zhì)，導(dǎo)致河流中輸沙量增加，山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增加。本次研究中泥沙因子采用研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的險(xiǎn)情等級(jí)來(lái)表征，研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的情況可以表明其地質(zhì)環(huán)境狀況，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)災(zāi)情等級(jí)越高，反映災(zāi)害發(fā)育程度越強(qiáng)，表示泥沙物源補(bǔ)給的發(fā)生概率越大。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)量化及權(quán)重確定

為了將不同的指標(biāo)體系組合后用一個(gè)統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其等級(jí)進(jìn)行劃分，首先根據(jù)已有數(shù)據(jù)的分布區(qū)間，按照Standard Deviation分類方法［16］對(duì)洪水危險(xiǎn)性和災(zāi)害性水平進(jìn)行劃分，共劃分為5個(gè)等級(jí)，取值范圍為1～5，影響因子排名最高的取值5，影響因子排名最低的取值1。

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，采用層次分析法（AHP）確定各指標(biāo)的權(quán)重。以問(wèn)卷形式向不同部門的專家咨詢意見(jiàn)，包括科學(xué)研究部門，水利部門（政府），水利設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)以及山洪多發(fā)地區(qū)居民等，計(jì)算獲得每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重賦值。表1～3分別為不考慮泥沙因子的山洪危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的因子權(quán)重、考慮泥沙因子的山洪危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的因子權(quán)重和山洪風(fēng)險(xiǎn)分析因子權(quán)重。

1.3評(píng)估模型

基于山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次模型和層次分析法（AHP）確定的各指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建了考慮泥沙因子和不考慮泥沙因子的山洪危險(xiǎn)性評(píng)估模型。不考慮泥沙因子的山洪危險(xiǎn)性評(píng)估模型中，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括坡度、海拔高程、土壤、土地利用、NDVI、降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)長(zhǎng)，模型形式見(jiàn)式（1）?？紤]泥沙因子的山洪危險(xiǎn)性評(píng)估模型中，除了式（1）中的7項(xiàng)指標(biāo)，還包括泥沙因子，模型形式見(jiàn)式（2）。

山洪危險(xiǎn)=0.08·坡度+0.08·海拔+0.22·降雨強(qiáng)度+0.22·降雨時(shí)長(zhǎng)+0.22·土地利用+0.04·土壤+0.14·NDVI（1）

山洪危險(xiǎn)=0.08·坡度+0.08·海拔+0.18·降雨強(qiáng)度+0.18·降雨時(shí)長(zhǎng)+0.18·土地利用+0.04·土壤+0.12·NDVI+0.14·泥沙因子（2）

基于洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，從危險(xiǎn)性、脆弱性、防災(zāi)能力對(duì)山洪災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。綜合考慮各具體指標(biāo)對(duì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，可根據(jù)式（3）量化山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)：

山洪風(fēng)險(xiǎn)=0.3·山洪災(zāi)害危險(xiǎn)+0.6·脆弱性+0.1·防災(zāi)能力（3）

2應(yīng)用案例

選取四川省為研究區(qū)，通過(guò)其地理坐標(biāo)將災(zāi)害點(diǎn)導(dǎo)入ArGIS中，利用空間分析的反距離權(quán)重插值工具，得到地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)災(zāi)情數(shù)據(jù)，根據(jù)Standard Deviation分類方法［14］將其重分為5類，并按災(zāi)情等級(jí)由小到大賦值為1，2，3，4，5。四川省地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)災(zāi)情分級(jí)見(jiàn)圖3，賦值越高的地方代表地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的災(zāi)情等級(jí)越高，山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性程度越高。研究表明，3個(gè)自治州、達(dá)州、巴中、攀枝花、瀘州等區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情等級(jí)較高，四川中部眉山市、自貢市、內(nèi)江市、資陽(yáng)市、成都市、德陽(yáng)市等地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情等級(jí)較低。

對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，采用1 km空間分辨率，在ArcGIS中進(jìn)行柵格插值（反距離加權(quán)法）和運(yùn)算，利用公式（1）～（3）進(jìn)行加權(quán)疊加分析。圖4為四川省部分山洪風(fēng)險(xiǎn)性因子分布。海拔、坡度呈現(xiàn)出由西部向東部地區(qū)遞減的變化特征，人口密度、耕地、GDP則呈現(xiàn)出由西部向東部地區(qū)遞增的變化特征。

圖5～6為不考慮和考慮泥沙因子的1990年四川省山洪危險(xiǎn)區(qū)空間分布。圖7～8為不考慮和考慮泥沙因子的2020年四川省山洪危險(xiǎn)區(qū)空間分布。山洪風(fēng)險(xiǎn)區(qū)空間分布如圖9～12所示?？梢钥闯?，山洪高危險(xiǎn)性和較高危險(xiǎn)性的區(qū)域主要分布在四川中部和東部城市，如成都、雅安、德陽(yáng)、眉山、南充、達(dá)州、廣安等，以及攀枝花和3個(gè)自治州中海拔和坡度較大的區(qū)域。山洪風(fēng)險(xiǎn)不僅受山洪危險(xiǎn)性影響，還與受災(zāi)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)情況密切相關(guān)。雖然3個(gè)自治州中部分區(qū)域的山洪危險(xiǎn)性較大，但由于人口密度、耕地面積、GDP等經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)較低，3個(gè)自治州的山洪風(fēng)險(xiǎn)性較低。

對(duì)比考慮泥沙因子后四川省山洪危險(xiǎn)區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積比例變化，見(jiàn)表4～5。可以看出，泥沙因子對(duì)山洪危險(xiǎn)性指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果有較大影響?？傮w而言，考慮泥沙因子后，高危險(xiǎn)性和較高危險(xiǎn)性區(qū)域的比例增加，中等危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)和低危險(xiǎn)區(qū)的面積比例減少。四川省大部分區(qū)域由低、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向中等、較高和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)變。1990年，考慮泥沙因子后，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積占比由13%和4%變?yōu)?7.73%和6.49%。2020年，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的面積占比由19%和15%變?yōu)?3.09%和20.04%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積都減少，總面積從50%減少至33.26%。

3結(jié)論

本文建立考慮泥沙因子的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，在四川省進(jìn)行山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，分析了泥沙因子對(duì)山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性的影響。

（1） 從危險(xiǎn)性、脆弱性及防災(zāi)能力3個(gè)方面選擇代表性指標(biāo)構(gòu)建了山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，構(gòu)建了目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個(gè)層次的指標(biāo)層次模型。

（2） 提出了山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化及權(quán)重確定方法，分別構(gòu)建了考慮泥沙因子和不考慮泥沙因子的區(qū)域山洪災(zāi)害靜態(tài)評(píng)估模型。

（3） 選取四川省為典型研究區(qū)，對(duì)比分析了1990年和2020年不考慮和考慮泥沙影響的四川省山洪危險(xiǎn)區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的空間分布特征。結(jié)果表明：泥沙因子對(duì)山洪危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)有較大影響；不考慮泥沙因子模型將低估洪水高危險(xiǎn)和較高危險(xiǎn)區(qū)域面積，高估中等危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)和低危險(xiǎn)區(qū)的面積；相應(yīng)地，不考慮泥沙因子模型將低估洪水高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積，高估低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積；同時(shí)也說(shuō)明泥沙補(bǔ)給使得山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增加。

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（編輯：江文）

Study of assessment of mountain flood risk in Sichuan Province considering sediment factor

YUAN Yuan1，2，JIN Zhongwu1，2，ZENG Xin1，2，3，JIANG Xi4，GUO Chao1，2

（1.River Research Department，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Key Laboratory of Ministry of Water Resources on River & Lake Regulation and Flood Control in Middle and Lower Reaches of Yangtze River，Wuhan 430010，China；3.Innovation Team for Flood and Drought Disaster Prevention of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China；4.Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A&F University，Yangling 712100，China）

Abstract：?In recent years，mountain flood disaster had occurred frequently in China.In order to further improve the level of mountain flood disaster prevention and control，we proposed a sediment factor that can be included in the risk assessment of mountain flood disaster.Taking Sichuan Province as an example，we selected 12 main mountain flash flood risk indicators from three aspects： flood risk，vulnerability，and disaster prevention capacity.By using Analytic Hierarchy Process，a risk assessment index system for evaluating mountain flash floods was constructed，and two mountain flash flood risk assessment models with and without considering sediment factor were established.The model without sediment factor would underestimate the area of high，high and medium risk zones of flash floods and overestimate the area of low and low risk zones.The results can provide a reference for flash flood risk assessment and disaster prevention.

Key words：?mountain flood disaster； risk assessment； sediment factor； Analytic Hierarchy Process； Sichuan Province