山區鎮域山洪災害危險評價研究

左倩云　林孝松　韓賾　楊洋　楊陽

摘要：以重慶市巴南區接龍鎮為研究對象，在山洪災害孕災環境研究基礎上，選取孕災環境、匯流累積量、暴雨強度和河網密度4個指標，構建了山洪災害危險評價指標體系，通過層次分析法確定指標權重，采用加權綜合評價法構建山洪災害危險評價模型，基于山洪災害風險度評價技術與GIS技術，計算得到接龍鎮山洪災害危險綜合指數，并對接龍鎮山洪災害危險進行綜合等級劃分繪制出了山洪災害危險分區圖。結果表明：接龍鎮山洪災害危險綜合指數值位于8～69之間，全鎮主要處于中等危險區，占總面積的80.53%；高危險區和低危險區分別占1.43%和18.04%，未出現極高危險區。

關鍵詞：山洪災害；危險評價；接龍鎮；GIS

中圖分類號：P931文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02022305

1引言

山洪災害是指由于降雨在山丘區引發的洪水災害及由山洪誘發的泥石流、滑坡等對國民經濟和人民生命財產造成損失的災害，具有突發性、水量集中、破壞力大等特點[1]。我國地域遼闊，地貌形態復雜，暴雨頻發、人類活動劇烈等導致山洪災害頻繁發生且存在地域差異性。我國山洪災害點多面廣、發生頻繁，每年都要造成重大人員傷亡和基礎設施、生態環境的毀滅性破壞，已成為我國自然災害造成人員傷亡和經濟損失的主要災種。西南地區是我國山洪災害發育最嚴重的地區，隨著人們對山區資源利用強度的加大和自然環境的改變，使得山洪災害有進一步加劇的趨勢[2，3]。重慶市山區山高坡陡，河流眾多，城鎮多沿江分布，是山洪災害頻發區和重災區，山洪災害防御的形勢嚴峻。通過深入研究山洪災害發生和分布規律，從而增強防御山洪災害的預見性和科學性，把握防災抗災的主動權。

本文選取重慶市巴南區接龍鎮為研究對象，在構建山洪災害危險評價指標體系的基礎上，將山洪災害風險度評價技術[4]與GIS技術相結合，分析山洪孕災環境與致災因子空間分布規律，利用層次分析法和加權綜合評價法進行山洪災害危險性綜合分區研究。

2研究區域

接龍鎮位于重慶市巴南區東南部，是重慶市巴南區“一城五鎮”發展戰略的中心鎮之一，人口眾多，社會經濟較發達。全鎮幅員面積為196.36km2，整體海拔為255～1025m。屬低山孤丘區，境內多低山丘陵，地形起伏較大，整體呈現東西兩端高于中部并向北邊傾斜的地勢特點。接龍鎮雨量充沛，全年平均降水量1100mm。近年來，隨著巴南區城鎮建設規模的不斷擴大，極端天氣的日趨增多，造成了山洪災害的頻發。據山洪歷史災害數據顯示：2001～2009年接龍鎮共發生41次滑坡、泥石流等山洪災害，累計經濟損失達2400萬元人民幣，鎮域范圍山洪災害防治工作任務艱巨。

3數據來源

（1）地理數據：接龍鎮所在1∶10000地形圖16幅，重慶市土地利用現狀圖；

（2）降水數據：接龍鎮歷年降雨情況數據、重慶市氣象站點暴雨站點數據以及重慶市暴雨等值線圖等；

（3）歷史災情數據：接龍鎮2001～2009年山洪災害歷史數據；

（4）研究區相關的各種自然和社會經濟統計資料等。

4山洪災害危險評價方法

4.1山洪災害危險評價指標選取與權重計算

4.1.1指標選取與分級賦值

影響山洪災害的因素很多，其發生是多種因素綜合作用的結果。山洪災害危險性主要取決于天氣和下墊面等自然因素[5]。根據相關規定[1]，參考山洪災害危險性評價相關研究[6～12]，結合研究區域的實際情況，綜合考慮孕災環境因子和致災因子對研究區山洪災害危險性的影響，從而進行相應指標的選取。其中孕災環境因子主要考慮降水和下墊面因素，選取年均降水量、地形坡度、地形起伏度、植被覆蓋率、路網密度、居民點密度、歷史災害點密度共7個指標；致災因子主要考慮降水因素和水系因素，選取匯流累積量、暴雨強度、河網密度共3個指標。在研究已獲得的孕災環境綜合分區結果基礎上，綜合考慮孕災環境（x1）、匯流累積量（x2）、暴雨強度（x3）和河網密度（x4）共4個指標對山洪災害危險性的影響，構建山洪災害危險評價指標體系并對各指標分級賦值。將4個指標分為4級賦值，各指標4個分區等級賦值之和為100。指標體系的具體分級賦值見表1。表1接龍鎮山洪災害危險評價指標體系

指標分級與賦值極高危險區高危險區中危險區低危險區孕災環境（x1）分級>7373-5656-32<32賦值[100，73）[73，56）[56，32）[32，0）匯流累積量（x2）分級>50005000-10001000-100<100賦值[100，60）[60，30）[30，10）[10，0）暴雨強度（x3）分級>85.7585.75-82.2584-82.25<82.25賦值[100，75）[75，50）[50，25）[25，0）河網密度（x4）分級>1.51.5-1.01.0-0.5<0.5賦值[100，75）[75，50）[50，25）[25，0）4.1.2指標權重計算

指標權重的計算方法有很多，根據簡單實用性的原則，本次選擇層次分析法進行計算。層次分析法源自美國運籌學家T.L.Saaty于20世紀70年代提出的“分析的遞階過程（Analytic Hierarchy Process）”，又稱AHP法[13～15]。它是一種定性和定量分析相結合的多目標決策分析方法，能夠將決策者的經驗判斷定量化?；?0位專家的判斷評分構造判斷矩陣，利用和積法計算得到山洪災害危險指標孕災環境（x1）、匯流累積量（x2）、暴雨強度（x3）和河網密度（x4）的權重值，分別為0.2272、0.4231、0.2272和0.1225，并通過了一致性檢驗。

4.2山洪災害危險評價數據獲取

在構建的評價指標體系基礎上，收集大量相關數據資料，并利用GIS技術對數據進行提取和處理，并將各指標數據圖層進行柵格化處理，柵格單元大小取100m×100m。endprint

4.2.1孕災環境數據獲取

本研究中將已得到的孕災環境綜合分區作為山洪災害危險評價的一個指標。孕災環境綜合指數值采用多因素綜合指數法對7個孕災指標進行綜合分析加權疊加計算而得。各孕災指標數據的獲取方法如下所述。

（1）年均降水量：利用重慶市周邊149個氣象站點年均降雨量觀測數據，與站點經度、緯度和高程之間進行線性回歸分析，建立線性回歸方程，利用ArcGIS軟件中柵格計算器計算模擬得到接龍鎮年均降水量分布圖。

（2）地形坡度數據：以1∶10000地形圖為基礎，利用ArcGIS軟件空間分析功能生成TIN，按照100m×100m柵格化處理得到研究區DEM（數字高程模型），并提取出坡度信息。

（3）地形起伏度：在ArcGIS軟件空間分析模塊中移動窗口功能支持下，調整窗口大小，最終選取1.1km×1.1km窗口大小統計接龍鎮的地形起伏度。

（4）植被覆蓋率：利用接龍鎮土地利用現狀圖，結合實地野外調研情況以及專家意見對各土地利用類型的植被覆蓋率進行賦值而得到。

（5）路網密度、居民點密度和歷史災害點密度：以接龍鎮DEM數據為基礎，利用ArcGIS軟件水文分析功能提取劃分得到127個小流域。以各小流域為統計單元，結合路網數據、居民點分布數據和接龍鎮2001～2009年山洪災害歷史統計數據，利用ArcGIS軟件空間疊加和統計分析功能得到各小流域中道路總長度、居民點總面積和歷史災害點數量，并分別除以所在小流域面積計算得到路網密度、居民點密度和歷史災害點密度。

依據各指標實際情況和專家意見，將各指標劃分為極高易發區、高易發區、中易發區和低易發區4個等級并對其分別進行賦值，其中最大值為100，最小值為0。同時采用層次分析法和專家評分法得到山洪災害孕災環境7個指標的權重值分別是0.1588、0.3498、0.1035、0.0435、0.0675、0.0306和 0.2463，并通過一致性檢驗。最后采用多因素綜合指數法計算得到山洪災害孕災環境綜合指數，對其設置相應閾值得到山洪災害孕災環境分區圖（圖1）。

4.2.2致災因子數據獲取

（1）暴雨強度：基于重慶市暴雨等值線圖和相關歷史資料，利用ArcGIS軟件空間插值功能，采用反距離加權法，模擬得到接龍鎮暴雨強度分布情況，并按照指標體系進行量化分級得到暴雨強度量化分值圖（圖2）。

（2）匯流累積量：基于接龍鎮無洼地DEM，利用GIS水文分析功能，計算水流方向匯流經過每個柵格單元的柵格數量總和，并按照4個等級量化賦值得到匯流累積量量化分值圖（圖3）。

（3）河網密度：根據接龍鎮DEM，利用ArcGIS軟件水文分析功能，提取出矢量化河網數據。然后在已獲得的各小流域為基礎，利用空間疊加分析與空間統計分析功能，統計落在每個小流域內的河網總長度，除以小流域面積，計算出每個小流域的河網密度。最后結合量化標準和評價體系對河網密度進行分級量化得到河網密度量化分值圖（圖4）。

5山洪災害危險評價

5.1山洪災害危險評價模型

山洪災害危險性分析是對某區域山洪災害的孕災環境或致災因子的各種自然屬性特征的概率分布做出評價[5]。接龍鎮山洪災害危險評價采用加權綜合評價法[16]。加權綜合評價法綜合考慮各指標對評價因子的影響程度，將各個指標的作用大小綜合起來，用數量化指標加以集中，其計算公式如下：

5.2山洪災害危險綜合分區與評價

根據已獲取的山洪災害危險指標數據以及指標權重，通過對各指標影響情況的分析，利用山洪危險綜合指數計算模型，采用加權綜合利用ArcGIS軟件空間分析技術對各指標進行疊加分析，得到研究區100m×100m柵格單元的山洪災害危險綜合指數值，如圖5所示。

6結論與討論

（1）山洪災害是我國自然災害造成人員傷亡的主要災種，其造成的基礎設施損毀、生態環境破壞也十分嚴重，已成為我國防洪減災工作的重點和難點。西南地區山區丘陵鎮域山洪災害對鎮域人民的生命財產構成重大威脅，進行山洪災害危險合理分區研究，可對建立鎮域山洪災害預警預報機制以及為政府的防災減災決策提供科學依據。

（2）以山區鎮域為研究單元，選取孕災環境、匯流累積量、暴雨強度和河網密度4個指標構建了山區鎮域山洪災害危險評價指標體系，并在GIS技術支持下，獲取了各個指標的評估數據。 利用層次分析法和專家評分法得到各指標的權重值。

（3）采用加權綜合評價法構建山洪災害危險評價模型，計算得到接龍鎮山洪災害風險綜合指數，同時依據評價指標體系中各危險等級的閾值將山洪災害危險分為4個等級，最終得到山洪災害危險綜合分區。從分析結果可以看出：接龍鎮山洪災害危險綜合指數值處于8～69之間，全鎮范圍內約80.53%的地區處于中等危險區，山洪災害危險對全鎮的潛在影響情況不容忽視，山洪災害防治預警工作不容懈怠。

（4）由于山洪災害發生的復雜性與不確定性，影響因子眾多，結合實際情況選取哪些因子能更加全面地作為不同區域山洪危險評價指標，有待進一步的探討和完善。

（5）本文只對山區鎮域山洪災害危險性進行了分析研究，可進一步對山洪災害社會經濟易損性進行分析研究，對山區鎮域山洪災害風險進行綜合評價。

參考文獻：

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[16] 鄧麗君.加權綜合評價法在護士長績效考核中的運用[J].青海醫藥雜志，2011（5）：39～40.endprint

4.2.1孕災環境數據獲取

本研究中將已得到的孕災環境綜合分區作為山洪災害危險評價的一個指標。孕災環境綜合指數值采用多因素綜合指數法對7個孕災指標進行綜合分析加權疊加計算而得。各孕災指標數據的獲取方法如下所述。

（1）年均降水量：利用重慶市周邊149個氣象站點年均降雨量觀測數據，與站點經度、緯度和高程之間進行線性回歸分析，建立線性回歸方程，利用ArcGIS軟件中柵格計算器計算模擬得到接龍鎮年均降水量分布圖。

（2）地形坡度數據：以1∶10000地形圖為基礎，利用ArcGIS軟件空間分析功能生成TIN，按照100m×100m柵格化處理得到研究區DEM（數字高程模型），并提取出坡度信息。

（3）地形起伏度：在ArcGIS軟件空間分析模塊中移動窗口功能支持下，調整窗口大小，最終選取1.1km×1.1km窗口大小統計接龍鎮的地形起伏度。

（4）植被覆蓋率：利用接龍鎮土地利用現狀圖，結合實地野外調研情況以及專家意見對各土地利用類型的植被覆蓋率進行賦值而得到。

（5）路網密度、居民點密度和歷史災害點密度：以接龍鎮DEM數據為基礎，利用ArcGIS軟件水文分析功能提取劃分得到127個小流域。以各小流域為統計單元，結合路網數據、居民點分布數據和接龍鎮2001～2009年山洪災害歷史統計數據，利用ArcGIS軟件空間疊加和統計分析功能得到各小流域中道路總長度、居民點總面積和歷史災害點數量，并分別除以所在小流域面積計算得到路網密度、居民點密度和歷史災害點密度。

依據各指標實際情況和專家意見，將各指標劃分為極高易發區、高易發區、中易發區和低易發區4個等級并對其分別進行賦值，其中最大值為100，最小值為0。同時采用層次分析法和專家評分法得到山洪災害孕災環境7個指標的權重值分別是0.1588、0.3498、0.1035、0.0435、0.0675、0.0306和 0.2463，并通過一致性檢驗。最后采用多因素綜合指數法計算得到山洪災害孕災環境綜合指數，對其設置相應閾值得到山洪災害孕災環境分區圖（圖1）。

4.2.2致災因子數據獲取

（1）暴雨強度：基于重慶市暴雨等值線圖和相關歷史資料，利用ArcGIS軟件空間插值功能，采用反距離加權法，模擬得到接龍鎮暴雨強度分布情況，并按照指標體系進行量化分級得到暴雨強度量化分值圖（圖2）。

（2）匯流累積量：基于接龍鎮無洼地DEM，利用GIS水文分析功能，計算水流方向匯流經過每個柵格單元的柵格數量總和，并按照4個等級量化賦值得到匯流累積量量化分值圖（圖3）。

（3）河網密度：根據接龍鎮DEM，利用ArcGIS軟件水文分析功能，提取出矢量化河網數據。然后在已獲得的各小流域為基礎，利用空間疊加分析與空間統計分析功能，統計落在每個小流域內的河網總長度，除以小流域面積，計算出每個小流域的河網密度。最后結合量化標準和評價體系對河網密度進行分級量化得到河網密度量化分值圖（圖4）。

5山洪災害危險評價

5.1山洪災害危險評價模型

山洪災害危險性分析是對某區域山洪災害的孕災環境或致災因子的各種自然屬性特征的概率分布做出評價[5]。接龍鎮山洪災害危險評價采用加權綜合評價法[16]。加權綜合評價法綜合考慮各指標對評價因子的影響程度，將各個指標的作用大小綜合起來，用數量化指標加以集中，其計算公式如下：

5.2山洪災害危險綜合分區與評價

根據已獲取的山洪災害危險指標數據以及指標權重，通過對各指標影響情況的分析，利用山洪危險綜合指數計算模型，采用加權綜合利用ArcGIS軟件空間分析技術對各指標進行疊加分析，得到研究區100m×100m柵格單元的山洪災害危險綜合指數值，如圖5所示。

6結論與討論

（1）山洪災害是我國自然災害造成人員傷亡的主要災種，其造成的基礎設施損毀、生態環境破壞也十分嚴重，已成為我國防洪減災工作的重點和難點。西南地區山區丘陵鎮域山洪災害對鎮域人民的生命財產構成重大威脅，進行山洪災害危險合理分區研究，可對建立鎮域山洪災害預警預報機制以及為政府的防災減災決策提供科學依據。

（2）以山區鎮域為研究單元，選取孕災環境、匯流累積量、暴雨強度和河網密度4個指標構建了山區鎮域山洪災害危險評價指標體系，并在GIS技術支持下，獲取了各個指標的評估數據。 利用層次分析法和專家評分法得到各指標的權重值。

（3）采用加權綜合評價法構建山洪災害危險評價模型，計算得到接龍鎮山洪災害風險綜合指數，同時依據評價指標體系中各危險等級的閾值將山洪災害危險分為4個等級，最終得到山洪災害危險綜合分區。從分析結果可以看出：接龍鎮山洪災害危險綜合指數值處于8～69之間，全鎮范圍內約80.53%的地區處于中等危險區，山洪災害危險對全鎮的潛在影響情況不容忽視，山洪災害防治預警工作不容懈怠。

（4）由于山洪災害發生的復雜性與不確定性，影響因子眾多，結合實際情況選取哪些因子能更加全面地作為不同區域山洪危險評價指標，有待進一步的探討和完善。

（5）本文只對山區鎮域山洪災害危險性進行了分析研究，可進一步對山洪災害社會經濟易損性進行分析研究，對山區鎮域山洪災害風險進行綜合評價。

參考文獻：

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[9] 林孝松，陳洪凱，王先進，等.重慶市涪陵區G319公路洪災風險評估研究[J].長江流域資源與環境，2013（2）：244～250.

[10] 李樹軍，袁靜，何永健，等.基于GIS的濰坊市暴雨洪澇災害風險區劃[J].中國農學通報，2012（20）：295～301.

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[14] 謝承華.AHP及其應用[J].蘭州商學院學報，2001（2）：79～82.

[15] 常建娥，蔣太立.層次分析法確定權重的研究[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2007（1）：153～156.

[16] 鄧麗君.加權綜合評價法在護士長績效考核中的運用[J].青海醫藥雜志，2011（5）：39～40.endprint

4.2.1孕災環境數據獲取

本研究中將已得到的孕災環境綜合分區作為山洪災害危險評價的一個指標。孕災環境綜合指數值采用多因素綜合指數法對7個孕災指標進行綜合分析加權疊加計算而得。各孕災指標數據的獲取方法如下所述。

（1）年均降水量：利用重慶市周邊149個氣象站點年均降雨量觀測數據，與站點經度、緯度和高程之間進行線性回歸分析，建立線性回歸方程，利用ArcGIS軟件中柵格計算器計算模擬得到接龍鎮年均降水量分布圖。

（2）地形坡度數據：以1∶10000地形圖為基礎，利用ArcGIS軟件空間分析功能生成TIN，按照100m×100m柵格化處理得到研究區DEM（數字高程模型），并提取出坡度信息。

（3）地形起伏度：在ArcGIS軟件空間分析模塊中移動窗口功能支持下，調整窗口大小，最終選取1.1km×1.1km窗口大小統計接龍鎮的地形起伏度。

（4）植被覆蓋率：利用接龍鎮土地利用現狀圖，結合實地野外調研情況以及專家意見對各土地利用類型的植被覆蓋率進行賦值而得到。

（5）路網密度、居民點密度和歷史災害點密度：以接龍鎮DEM數據為基礎，利用ArcGIS軟件水文分析功能提取劃分得到127個小流域。以各小流域為統計單元，結合路網數據、居民點分布數據和接龍鎮2001～2009年山洪災害歷史統計數據，利用ArcGIS軟件空間疊加和統計分析功能得到各小流域中道路總長度、居民點總面積和歷史災害點數量，并分別除以所在小流域面積計算得到路網密度、居民點密度和歷史災害點密度。

依據各指標實際情況和專家意見，將各指標劃分為極高易發區、高易發區、中易發區和低易發區4個等級并對其分別進行賦值，其中最大值為100，最小值為0。同時采用層次分析法和專家評分法得到山洪災害孕災環境7個指標的權重值分別是0.1588、0.3498、0.1035、0.0435、0.0675、0.0306和 0.2463，并通過一致性檢驗。最后采用多因素綜合指數法計算得到山洪災害孕災環境綜合指數，對其設置相應閾值得到山洪災害孕災環境分區圖（圖1）。

4.2.2致災因子數據獲取

（1）暴雨強度：基于重慶市暴雨等值線圖和相關歷史資料，利用ArcGIS軟件空間插值功能，采用反距離加權法，模擬得到接龍鎮暴雨強度分布情況，并按照指標體系進行量化分級得到暴雨強度量化分值圖（圖2）。

（2）匯流累積量：基于接龍鎮無洼地DEM，利用GIS水文分析功能，計算水流方向匯流經過每個柵格單元的柵格數量總和，并按照4個等級量化賦值得到匯流累積量量化分值圖（圖3）。

（3）河網密度：根據接龍鎮DEM，利用ArcGIS軟件水文分析功能，提取出矢量化河網數據。然后在已獲得的各小流域為基礎，利用空間疊加分析與空間統計分析功能，統計落在每個小流域內的河網總長度，除以小流域面積，計算出每個小流域的河網密度。最后結合量化標準和評價體系對河網密度進行分級量化得到河網密度量化分值圖（圖4）。

5山洪災害危險評價

5.1山洪災害危險評價模型

山洪災害危險性分析是對某區域山洪災害的孕災環境或致災因子的各種自然屬性特征的概率分布做出評價[5]。接龍鎮山洪災害危險評價采用加權綜合評價法[16]。加權綜合評價法綜合考慮各指標對評價因子的影響程度，將各個指標的作用大小綜合起來，用數量化指標加以集中，其計算公式如下：

5.2山洪災害危險綜合分區與評價

根據已獲取的山洪災害危險指標數據以及指標權重，通過對各指標影響情況的分析，利用山洪危險綜合指數計算模型，采用加權綜合利用ArcGIS軟件空間分析技術對各指標進行疊加分析，得到研究區100m×100m柵格單元的山洪災害危險綜合指數值，如圖5所示。

6結論與討論

（1）山洪災害是我國自然災害造成人員傷亡的主要災種，其造成的基礎設施損毀、生態環境破壞也十分嚴重，已成為我國防洪減災工作的重點和難點。西南地區山區丘陵鎮域山洪災害對鎮域人民的生命財產構成重大威脅，進行山洪災害危險合理分區研究，可對建立鎮域山洪災害預警預報機制以及為政府的防災減災決策提供科學依據。

（2）以山區鎮域為研究單元，選取孕災環境、匯流累積量、暴雨強度和河網密度4個指標構建了山區鎮域山洪災害危險評價指標體系，并在GIS技術支持下，獲取了各個指標的評估數據。 利用層次分析法和專家評分法得到各指標的權重值。

（3）采用加權綜合評價法構建山洪災害危險評價模型，計算得到接龍鎮山洪災害風險綜合指數，同時依據評價指標體系中各危險等級的閾值將山洪災害危險分為4個等級，最終得到山洪災害危險綜合分區。從分析結果可以看出：接龍鎮山洪災害危險綜合指數值處于8～69之間，全鎮范圍內約80.53%的地區處于中等危險區，山洪災害危險對全鎮的潛在影響情況不容忽視，山洪災害防治預警工作不容懈怠。

（4）由于山洪災害發生的復雜性與不確定性，影響因子眾多，結合實際情況選取哪些因子能更加全面地作為不同區域山洪危險評價指標，有待進一步的探討和完善。

（5）本文只對山區鎮域山洪災害危險性進行了分析研究，可進一步對山洪災害社會經濟易損性進行分析研究，對山區鎮域山洪災害風險進行綜合評價。

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