洪災避險安置區與轉移單元匹配

征 程，王山東，毛澤紅，于大超，徐志遠

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098）

洪災避險安置區與轉移單元匹配

征 程1，王山東1，毛澤紅1，于大超1，徐志遠1

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098）

利用ArcGIS在洪災避險決策方面的優勢，通過對洪水風險分析計算得到的淹沒信息、安置區規劃和道路通行時間的分析，結合轉移單元人口、安置區容量和安全系數等影響因素，研究了避險安置區與轉移單元匹配的問題，最終得到最佳安置區。

影響因素；匹配；安置區；轉移單元

近些年對洪災防御和洪災避險的研究取得了重要的成果，已逐漸形成了一套研究體系和理論方法，但在防洪決策的過程中仍然存在一些問題[1]。本文利用層次分析法、線性規劃決策和雙向匹配方法，結合ArcGIS的空間分析功能，根據轉移單元的分布、人口數量，兼顧行政隸屬關系，按照就近原則和最優匹配原則，完成了洪災避險安置區與轉移單元的匹配。

1 轉移單元和轉移人口的確定

在洪災避險轉移過程中，首先要確定轉移單元和轉移單元人口數量。利用ArcGIS的空間分析能力，確定需要轉移的轉移單元和轉移人口數量。

設研究區域的平面空間為Ω1，根據計算得到的可能的洪水淹沒范圍的平面空間為Ω2，通過ArcGIS的圖層空間疊置分析，可以得到研究區域內需要進行避險轉移的轉移單元集合X=（x1，x2，…，xm），m為需要轉移的轉移單元數量，每個轉移單元中包含該轉移單元的人口數量。

2 安置區初選

洪水到達前，受災群眾在進行避險轉移的過程中，應當爭取在最短時間內到達避險安置區。每個轉移單元的避險安置區都有多種方案可供選擇，為了能夠短時間內安全到達，必須對決策方案進行初步篩選[2]。確定合理的安置區需要考慮轉移時間、轉移距離、安置區的人口容量和安全系數等影響因素。

Y=（y1，y2，…，yn）為避險安置區的集合，n為避險安置區的數量，則安置區方案選擇的約束條件為：①轉移距離約束，d為距離閾值，則約束條件為：di≤d；②轉移時間約束，t為時間閾值，則約束條件為：Ti≤t；③安置區安全系數約束，s為最低安全系數，則約束條件為：Si≥s；④安置區人口容量約束，c為安置區的最大人口容量，則約束條件為：Ci≥c。

根據上述的約束條件，利用ArcGIS進行疊加分析，可初步篩選得到滿足條件的安置區集合[3]。

3 最佳安置區的選擇

層次分析法，是一種定性和定量相結合的、系統的、層次化的多目標決策分析的方法[4]。首先按照被評價對象內在的相互關系，確定評價指標并劃分層次，然后根據專家的知識和經驗構造判斷矩陣再通過計算判斷矩陣的最大特征值λmax和相應的特征向量，將特征向量進行歸一化處理，得到各評價指標的權重向量V；最后對判斷矩陣進行一致性檢驗[5]。

以上符合約束條件的安置區，每個轉移單元都可進行多種選擇，但在實際轉移過程中，需要確定一個最佳的安置區。而這個選擇過程中，其實是安置區和轉移單元的雙向選擇。

3.1 轉移單元選擇安置區

3.1.1 安置區選擇的權重確定

本研究選取轉移時間、轉移距離、安置區人口容量和安全系數4個影響因素參與最終的決策評價。

表1 判斷矩陣的平均隨機一致性指標

3.1.2 線性規劃決策方法

線性規劃是一種重要的系統優化方法，首先確定變量，然后確定目標函數和約束條件，最后計算得到符合目標函數的最優解。

實際選擇過程中應是轉移時間和距離越小，安置區安全系數和人口容量越大，越適合作安置區，因此，采用越小越優的模型，模型函數如下：

計算得到的wij最小值，則為該轉移單元的最佳安置區。

3.2 安置區選擇轉移單元

通過安置區選擇轉移單元，同樣需要考慮轉移時間和距離，還要考慮轉移單元的人口數量。以上3個影響因素的權重分配同樣可通過層次分析法得到，模型函數為：

轉移單元的匹配程度也可通過線性規劃決策方法得到。

3.3 雙向選擇中的最優匹配

雙向選擇問題,就是對于兩個集合X=（x1，x2，…，xn）和Y=（y1，y2，…，ym），X中的xi計劃在Y中擇優選取yj作為自己的合作對象，如果xi對于選取的yj的滿意程度不低于其他任意合作的對象，則yj為xi的最優分配；對于Y集合亦然。

用pij和qij分別表示xi選擇yj的意愿程度和yj選擇xi的意愿程度，這樣可以得到兩個矩陣：

二者的匹配意愿數字之和矩陣與數字之差絕對值矩陣分別為C= （cij）、 D=（dij），其中cij=pij+qij，在 cij越小的情況下，若dij越小，則越匹配，最終可確定最優匹配[7]。

4 實例分析

以研究區內太慈鎮為例，太慈鎮轄15個行政村，根據計算得到的待轉移的轉移單元有8處，附近安置區為7個，見表2、3。

4.1 轉移單元選擇安置區

1）以白蓮洲村為示例，設定約束條件：

通過疊加分析，得到滿足條件的安置區（A、B、C）。

2）權值計算。根據分析得到判斷矩陣：

表2 待轉移的轉移單元及人數

表3 各安置區指標

歸一化處理，得到 V=（0.214，0.644，0.071，0.071），λmax=4.001；再進行一致性檢驗：CR=0.000 4＜0.1，滿足一致性檢驗；得到各影響因素的權重： V=（0.214，0.644，0.071，0.071）。

3）最佳安置區的確定。根據表4，利用模型函數計算可得wij=（633.97，982.28，647.83），因此合適白蓮洲村的安置區優先順序為A、C、B。

表4 安置區影響因素

4.2 安置區選擇轉移單元

1）以A安置區為例，設定約束條件：

di≤d=10 000，Ti≤t=30，Ci≥c=4 000

通過疊加分析，得到滿足條件的轉移單元（白蓮洲村、沈沖村、馬山村和桃嶺村）。

2）通過計算得到轉移距離、轉移時間和轉移人口數量等影響因素的權重值為：V=（0.231，0.692，0.077）。

3）轉移單元影響因素見表5。通過模型函數計算可 得wij=（601.03，1 988.62，1 676.77，750.49），可跟安置區A匹配的順序為白蓮洲村、桃嶺村、馬山村和沈沖村。

表5 轉移單元影響因素

4.3 雙向匹配

根據雙向匹配，安置區A和白蓮洲村都作為各自的首選，滿意程度pij和qij均為1，cij=2，dij=0，即安置區A為白蓮洲村的最佳安置區。計算得到表6，可知安置區C為馬山村的最佳安置區。

但桃嶺村對于安置區A和B的pij和qij均相等。通過對各影響因素值和加權值的比較得出：桃嶺村到安置區A的距離更近，時間更短，且wij更小，在安置區A仍有足夠容量的前提下，安置區A比B更適合成為桃嶺村的最佳安置區。本區域內的最終匹配情況見表7。

P208

B

1672-4623（2016）07-0045-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.013

2015-03-06。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41271538）。