陜西省山洪災(zāi)害時(shí)空異質(zhì)特征及驅(qū)動(dòng)力研究

摘 要：山洪災(zāi)害時(shí)空異質(zhì)特征研究是制定山洪災(zāi)害防治政策和措施的重要依據(jù)。為加強(qiáng)陜西省區(qū)域山洪災(zāi)害防治的針對性，采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓、重力模型等方法對山洪災(zāi)害時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，利用地理探測器定量評價(jià)陜北、關(guān)中、陜南3個(gè)區(qū)域山洪災(zāi)害驅(qū)動(dòng)因子及其相互作用。結(jié)果表明：陜北山洪災(zāi)害高發(fā)期由8月提前至7月；山洪災(zāi)害高發(fā)區(qū)逐漸向陜南東南部轉(zhuǎn)移；陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)最強(qiáng)驅(qū)動(dòng)降雨分別為暴雨、大雨、中雨，決策者應(yīng)考慮不同區(qū)域間山洪災(zāi)害驅(qū)動(dòng)力的差異，因地制宜制定防洪措施。

關(guān)鍵詞：山洪災(zāi)害；時(shí)空分布；標(biāo)準(zhǔn)差橢圓；地理探測器；陜西省

中圖分類號：TV122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.010

引用格式：張夢園，解建倉，楊雪.陜西省山洪災(zāi)害時(shí)空異質(zhì)特征及驅(qū)動(dòng)力研究[J].人民黃河，2025，47（2）：67-73.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（52209035）；陜西省教育廳重點(diǎn)科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（21JT032）；西安理工大學(xué)博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目（256082016）

Spatial？TemporalHeterogeneityandDrivingForcesofFlash FloodDisastersinShaanxiProvince

ZHANGMengyuan1，2，XIEJiancang1，2，YANGXue1，2

（1.FacultyofWaterResourcesandHydroelectricEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China；2.StateKeyLaboratoryofEco？HydraulicsinNorthwestAridRegion，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China）

Abstract：Thestudyofthespatial？temporalheterogeneitycharacteristicsofflashflooddisastersisanimportantbasisforformulatingpolicies andmeasuresforflashflooddisasterpreventionandcontrol.Inordertostrengthenthepertinenceofflashfloodpreventionandcontrolin ShaanxiProvince，thispaperusedstandarddeviationellipseandgravitymodeltoanalyzethespatialandtemporaldistributioncharacteristics offlashflooddisasters，andusedgeographicdetectorstoquantitativelyevaluatethedrivingfactorsandinteractionsofflashflooddisastersin northernShaanxi，GuanzhongandsouthernShaanxi.TheresultsshowthatthehighincidenceperiodofflashfloodsinnorthernShaanxihas beenadvancedfromAugusttoJuly.ThecenterofgravityofflashflooddisasterisgraduallymovedfromGuanzhongtosoutheasternShaanxi. ThedrivingfactorsofthestrongestrainfallinnorthernShaanxi，GuanzhongandsouthernShaanxiarerainstorm，heavyrainandmoderate rain，respectively，anddecision？makersshouldconsiderthedifferencesinthedrivingforcesofflashflooddisastersamongdifferentregions andformulatefloodcontrolmeasuresaccordingtolocalconditions.

Keywords：flashfloods；spatial？temporaldistribution；standarddeviationellipse；geographicaldetector；ShaanxiProvince

我國山洪災(zāi)害普遍分布于廣大山丘區(qū)，具有明顯的區(qū)域性、突發(fā)性、群發(fā)性、破壞性強(qiáng)、恢復(fù)難度大等特點(diǎn)[1]。陜西省因其特定地理位置及特殊自然環(huán)境而山洪災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，給全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定帶來重大影響[2]。近年來，不少學(xué)者進(jìn)行了陜西省或省內(nèi)局部地區(qū)山洪災(zāi)害的相關(guān)研究。余金龍[3]研究表明陜西省山洪災(zāi)害最集中的地方是陜南秦巴山區(qū)，關(guān)中平原的寶雞市山洪災(zāi)害也很嚴(yán)重；鄒翔等[4]研究表明陜西省山洪災(zāi)害的發(fā)生及分布與暴雨有密切關(guān)系，都表現(xiàn)出從南向北逐漸減少的規(guī)律；劉勇等[5]指出突發(fā)性暴雨、區(qū)域性暴雨和連陰雨是誘發(fā)山洪災(zāi)害的主要因素。此外，部分學(xué)者針對山洪暴發(fā)的時(shí)空分布格局和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行探究[6-7]，熊俊楠等[8]利用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓等方法針對四川省的歷史災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行時(shí)空分布規(guī)律研究，并從人類活動(dòng)、降雨及地表環(huán)境三個(gè)方面對驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行探究；王英[9]分析了甘肅黃土高原區(qū)的歷史災(zāi)害點(diǎn)變化特征，對山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級劃分；張若婧等[10]指出江西省降雨因子解釋力明顯強(qiáng)于地形因子，具有顯著的空間分異；張乾柱等[11]利用地理探測器分析山洪與驅(qū)動(dòng)因子間的相關(guān)性。

大量研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陜西省山洪災(zāi)害在時(shí)空分布上具有強(qiáng)烈的區(qū)域分異，但大多是危險(xiǎn)性評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等方面的研究，研究方法以定性為主，缺乏定量研究。本文通過對陜西省山洪災(zāi)害驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行定量分析，揭示不同區(qū)域山洪災(zāi)害驅(qū)動(dòng)力的差異，以期為各地區(qū)山洪災(zāi)害防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域概況

陜西省土地總面積20.56萬km2，其中山丘區(qū)面積16.19萬km2，占全省總面積的78.75%。陜西省屬大陸性季風(fēng)性氣候區(qū)，南北延伸800km以上，緯度跨越大，氣候差異明顯。研究區(qū)歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)共計(jì)1297處（見圖1），其具有從南向北逐漸減少的規(guī)律。山洪災(zāi)害最集中的地區(qū)是陜南秦巴山區(qū)，其次是關(guān)中地區(qū)，最少的是陜北黃土高原[12]。由于不同區(qū)域間山洪暴發(fā)次數(shù)差異顯著，因此有必要對陜西省山洪災(zāi)害的分布及影響因素進(jìn)行深入分析。本文把陜西省分為陜北、關(guān)中、陜南3個(gè)區(qū)域。

1.2 研究數(shù)據(jù)

本文所用數(shù)據(jù)來源如下：

1）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)。來自陜西省山洪調(diào)查報(bào)告，主要包括各行政區(qū)劃和歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

通過識別歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)的空間分布，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)差橢圓（SDE）來表示災(zāi)害重心的位置變化以及移動(dòng)趨勢[14-16]。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積代表地理特征在空間分布上的集中或發(fā)散，長半軸代表數(shù)據(jù)的分布方向，短半軸代表數(shù)據(jù)的分布范圍。長、短半軸的值差距越大，表示數(shù)據(jù)的方向性越強(qiáng)；長、短半軸的值越接近，表示方向性越弱。短半軸越短，表示數(shù)據(jù)的聚集程度越高；短半軸越長，表示數(shù)據(jù)的聚集程度越低。

2.3 重力模型

2.4 地理探測器

地理探測器是探測空間分層異質(zhì)性，揭示驅(qū)動(dòng)事件發(fā)生影響因素的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[18-19]。該模型可以計(jì)算單因子的解釋力、兩兩因子交互后的解釋力，從而判斷因子之間的交互作用及交互作用的方向、強(qiáng)弱等[20]。地理探測器包括因子探測、風(fēng)險(xiǎn)探測、交互探測和生態(tài)探測[21]，本研究采用因子探測和交互探測分析影響山洪暴發(fā)的驅(qū)動(dòng)因子。

因子探測器通過比較因子在不同類別分區(qū)上的總方差與在整個(gè)研究區(qū)域上的總方差，檢測某種地理因子是否會造成山洪災(zāi)害的空間分布差異[22]。

交互探測器可以定量識別驅(qū)動(dòng)因子間的交互作用，探測因子是否獨(dú)立作用，或當(dāng)它們共同作用時(shí)解釋力是增強(qiáng)還是減弱[23]。

3 結(jié)果與分析

3.1 山洪災(zāi)害時(shí)間分布

以1949—2015年陜西省發(fā)生的1297次山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析山洪災(zāi)害的逐年變化趨勢。1949—2015年陜西省歷史山洪數(shù)量隨時(shí)間變化如圖2所示。陜西省山洪災(zāi)害暴發(fā)次數(shù)總體隨時(shí)間呈增加趨勢，但各區(qū)域存在顯著差異，其中陜北地區(qū)發(fā)生山洪災(zāi)害次數(shù)及增加速度明顯低于關(guān)中和陜南地區(qū)的。如1983年，陜北沒有山洪災(zāi)害發(fā)生，關(guān)中發(fā)生山洪災(zāi)害15次，陜南發(fā)生山洪災(zāi)害39次。

M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果顯示（見圖3），1952—1968年、1970—2015年UF值均為正值，表明在這些時(shí)間段內(nèi)山洪發(fā)生頻率上升，而在其余時(shí)間段山洪發(fā)生頻率呈下降趨勢。山洪災(zāi)害暴發(fā)的突變點(diǎn)在1974年，突變后山洪發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢，尤其1976年（UF值大于其顯著性上限）以后山洪次數(shù)急劇增加。

圖4從月尺度對突變前后各區(qū)域山洪暴發(fā)次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從區(qū)域分布看，突變后各地區(qū)山洪災(zāi)害次數(shù)增加明顯，其中陜北、關(guān)中、陜南分別增加了440%、471%、930%；從時(shí)間上看，各地區(qū)山洪災(zāi)害高發(fā)期的發(fā)生時(shí)間和數(shù)量均發(fā)生明顯變化。

陜北地區(qū)山洪發(fā)生時(shí)間提前，6—8月山洪災(zāi)害數(shù)量顯著增加。突變前6月沒有山洪災(zāi)害發(fā)生，突變后6月發(fā)生災(zāi)害次數(shù)占全年發(fā)生次數(shù)的12.9%；6—8月山洪災(zāi)害次數(shù)占比由82.6%增加到91.9%。

關(guān)中地區(qū)山洪災(zāi)害高發(fā)時(shí)間延長，主要表現(xiàn)為9月發(fā)生次數(shù)增加，占比由7.3%增加到15.3%。山洪災(zāi)害高發(fā)期從7月突變至8月，7月占比由49.1%減少為36.3%，8月占比由23.6%增加到36.6%。

陜南地區(qū)山洪發(fā)生次數(shù)增加明顯，尤其是7月平均山洪發(fā)生次數(shù)由1.1次增加到8.8次，占比由48.3%增加至58.6%。

區(qū)域之間山洪特征有顯著差異，同時(shí)，發(fā)生時(shí)間變化明顯，因此山洪災(zāi)害防治措施及管理模式需依據(jù)區(qū)域特色進(jìn)行更新定制。

3.2 山洪災(zāi)害空間分布

運(yùn)用SDE方法測量1950—2015年各年代山洪暴發(fā)的空間格局，見圖5[基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站審圖號為GS（2020）4619的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改]。橢圓面積由1980—1989年的97121.21 km2逐漸減小到2010—2015年的78677.00km2，山洪災(zāi)害的聚集程度越來越高。1980—2015年橢圓偏移角度由21.55°減小為10.02°，山洪災(zāi)害重心點(diǎn)的位置由關(guān)中地區(qū)的咸陽市、西安市逐漸轉(zhuǎn)移到陜南地區(qū)的商洛市。

陜南地區(qū)成為山洪災(zāi)害的高發(fā)地，尤其是陜南東南部地區(qū)。陜南地區(qū)在橢圓內(nèi)面積的比例由46%上升為67%，橢圓內(nèi)的山洪災(zāi)害發(fā)生次數(shù)比例逐漸上升，1980—1989年橢圓內(nèi)包括約42%的山洪災(zāi)害，到2010—2015年橢圓內(nèi)包括山洪災(zāi)害比例上升到59%。陜北地區(qū)在橢圓內(nèi)面積的比例逐漸減少，2010—2015年橢圓內(nèi)只有關(guān)中和陜南地區(qū)，陜北地區(qū)不在橢圓內(nèi)。

3.3 山洪災(zāi)害驅(qū)動(dòng)因子分析

根據(jù)山洪災(zāi)害成因機(jī)理，從降雨、地表環(huán)境和人類活動(dòng)3個(gè)方面進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因子分析，其中P10、P25、P50、P100為降雨因子，高程（DEM）、坡度（SLOPE）、土壤類型和NDVI為地表環(huán)境因子，LUCC、人口密度、GDP為人類活動(dòng)因子（見圖6）。

為量化驅(qū)動(dòng)因子及驅(qū)動(dòng)因子間的交互作用對山洪暴發(fā)的影響，基于地理探測器得到各驅(qū)動(dòng)因子對不同地區(qū)山洪暴發(fā)的解釋力（見表2）。各因子的q值均小于0.1，表明各因子都在一定程度上揭示了山洪災(zāi)害的發(fā)生和分布情況。解釋力q值小于0.01的因子解釋力太弱，忽略不計(jì)。

陜北地區(qū)驅(qū)動(dòng)因子對山洪暴發(fā)的解釋力依次為高程、GDP、P50、人口密度、P100、P10、P25及NDVI。高程的解釋力最高，主要原因是陜北位于土壤侵蝕嚴(yán)重的黃土高原，地形破碎，溝壑縱橫，水土流失嚴(yán)重，黃土構(gòu)成的斜坡陡峭，易失穩(wěn)，造成滑坡、坍塌、泥石流等災(zāi)害[24]?？蓪ι钤谏胶闉?zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的居民進(jìn)行搬遷，主動(dòng)避讓山洪災(zāi)害，避免把房屋建在山洪易發(fā)區(qū)。

關(guān)中地區(qū)各因子解釋力由大到小依次為高程、人口密度、NDVI、P25、坡度、土壤類型及P10。高程和人口密度影響較大，主要原因是山洪暴發(fā)集中在山地和平原的交界處和沿江地區(qū)，低海拔地區(qū)更容易受到洪水的影響。關(guān)中地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，吸引了大量人口，隨著城市擴(kuò)張和荒地開墾，土地的下墊面條件改變，雨水匯流時(shí)間縮短，更容易引發(fā)山洪。因此，關(guān)中地區(qū)應(yīng)當(dāng)對山洪侵?jǐn)_區(qū)調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，合理規(guī)劃利用土地，結(jié)合工程措施綜合治理。

陜南地區(qū)各因子解釋力由大到小依次為人口密度、P10、P25、高程、NDVI、GDP及LUCC。陜南地區(qū)受人口密度和中雨、大雨影響顯著，原因是該地區(qū)發(fā)生降水的頻率高，降水持續(xù)時(shí)間長[25]，山脈引發(fā)的地形降雨使降水事件更加頻繁[26]；陜南部分地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，不合理的礦山開采造成山體不穩(wěn)，棄土棄渣隨意堆放，易引發(fā)山洪災(zāi)害。陜南地區(qū)要規(guī)范山洪區(qū)建設(shè)，避免因大量開采礦產(chǎn)而造成地質(zhì)災(zāi)害隱患，對人口集中的重要城鎮(zhèn)、村組等做好防災(zāi)知識的普及，強(qiáng)化躲災(zāi)、避災(zāi)意識。

各降雨因子對山洪災(zāi)害解釋力具有明顯區(qū)域差異，陜北地區(qū)暴雨的解釋力最高，其次為大暴雨；關(guān)中地區(qū)大雨的解釋力最高，暴雨和大暴雨解釋力很弱，幾乎沒有影響；中雨和大雨在陜南地區(qū)的解釋力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)地區(qū)。因此，各地區(qū)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同強(qiáng)度降雨的預(yù)報(bào)采取相應(yīng)的山洪防治措施。

基于交互探測器探測驅(qū)動(dòng)因子的交互作用對不同地區(qū)山洪暴發(fā)的解釋能力，得到陜西省多因子驅(qū)動(dòng)力交互探測熱力圖，見圖7。

與單因子的解釋力相比，各驅(qū)動(dòng)因子兩兩交互表現(xiàn)出更強(qiáng)的解釋力，例如陜北地區(qū)高程因子的解釋力為0.076，疊加了人口密度、GDP之后解釋力分別提升至0.186、0.134?？v觀所有因子，人口密度因子與其余任意因子的交互作用均可顯著提升山洪災(zāi)害發(fā)生的解釋力，尤其是陜南地區(qū)。這可能與人類活動(dòng)破壞自然的自我調(diào)節(jié)能力有關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致山洪災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加，因此須特別關(guān)注人類活動(dòng)對山洪災(zāi)害的影響。

4 結(jié)論

本文利用重力模型與標(biāo)準(zhǔn)差橢圓等方法分析了陜西省1949—2015年1297次山洪災(zāi)害時(shí)空異質(zhì)特征，并通過地理探測器進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)因子分析，結(jié)論如下：

1）陜北、關(guān)中和陜南地區(qū)山洪災(zāi)害的年內(nèi)變化呈現(xiàn)不同趨勢及特征。陜北地區(qū)山洪災(zāi)害高發(fā)期由8月提前至7月，關(guān)中地區(qū)山洪災(zāi)害高發(fā)時(shí)間延長，陜南地區(qū)7月山洪災(zāi)害數(shù)量大幅度增長。

2）山洪災(zāi)害呈現(xiàn)南多北少的空間特征，南北災(zāi)害次數(shù)差異越來越大，山洪暴發(fā)高發(fā)區(qū)從關(guān)中地區(qū)逐漸向陜南東南部移動(dòng)。

3）陜北、關(guān)中和陜南地區(qū)山洪暴發(fā)的主要驅(qū)動(dòng)力存在差異。陜北、關(guān)中、陜南地區(qū)最強(qiáng)驅(qū)動(dòng)降雨分別為暴雨、大雨、中雨。

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