山區縣域洪災危險性評價指標體系構建方法

王芳+林孝松+何浪+崔夢瑞+周元瑞+楊晗

摘要：洪災作為影響人類最嚴重的自然災害之一，給人類帶來了巨大的傷亡和經濟損失。而山區由于其特殊的地形地貌和氣候水文條件，是洪災形成且受洪災影響最大的區域之一。以山區縣域為研究尺度，從地形地貌、氣象水文、下墊面和人類活動等4方面因素入手，針對每個因素對山區洪災的影響機制，進行指標遴選及量化分級，最終選取坡度、起伏度、微地貌類型、河網密度、夏半年降雨量、土壤類型、植被覆蓋度、土地利用綜合程度等作為靜態指標，將不同暴雨強度下的匯流累積量作為動態指標，詳細探討了各評價指標的獲取方法并將山區縣域洪災危險劃分為高、中、低和微危險4個等級，最終構建得到山區縣域洪災危險性綜合評價指標體系。

關鍵詞：洪災；危險評價；指標體系；山區縣域

中圖分類號：P426.616 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）2-0001-04

1 引言

洪災指在自然和人為條件下，降水達到一定強度，引起陸地水域匯流量驟增，導致堤壩漫溢或潰決，在短期內因高強度突變引發成災的客觀自然事件[1]。我國是一個多山地的國家，有69%國土面積屬于山地、丘陵、高原地形。在我國每年因洪災造成的人民生命損失和社會經濟財產損失不計其數，據中國國家防總數據顯示，截至2016年7月3日，該年全國已有26個省（區、市）1192個縣遭受洪澇災害，農作物受災面積294.2萬hm2，受災人口3282萬人，緊急轉移148萬人，因災死亡186人、失蹤45人，倒塌房屋5.6萬間，直接經濟損失約506億元。國內外不同學者針對不同的洪災研究方向和洪災研究尺度，選用了不同的指標體系對洪災危險性進行評價。如許小華（2015）選取高程、坡度、河網密度、土地利用等指標對江西省山洪災害危險性進行研究[2]；李謝輝等（2013）從歷史洪災、降水、地形、土壤、水系等方面對河南省洪災風險危險性進行區劃研究[3]；王一秋等（2010）選取降水、水系、地形、人口、GDP和播種面積等對太湖流域江蘇片區洪災進行研究[4]；孫欣等（2014）選取坡度、起伏度、匯流量、植被覆蓋率、房屋、道路、暴雨量、年均降水量等因子分析安瀾鎮山洪災害 [5]。綜合來看，相關學者選取的指標均是靜態的，均是從靜態的角度分析各指標因子所起的綜合作用，但洪災的形成尤其是山區洪災的致災過程是動態性的，因此，構建的危險評價指標不僅要包括較全面的靜態性，而且要能體現洪災的動態特性。

以山區縣域作為研究尺度，針對山區縣域洪災孕災敏感性和致災動態性特征，從地形地貌、氣象水文、下墊面和人類活動等方面遴選縣域洪災危險評價的動態指標，根據降雨-匯流-洪水量（位）之間的動態關聯關系構建洪災危險評價的動態指標，由此建立包含靜態和動態相結合的綜合評價指標體系。在此基礎上，詳細分析了各指標數據的獲取方法并將山區縣域洪災劃分為高、中、低、微危險4個等級，構建的指標體系可運用于山區縣域的洪災危險綜合評價。

2 洪災影響因素分析

洪災的孕育與形成由多方面因素綜合導致[5～8]，根據其成因可將其分為地形地貌、氣象水文、下墊面和人類活動等四個方面因素。

2.1 地形地貌因素

地形地貌是一個地區的地表形態，它反映區域內的宏觀地勢起伏情況。地形地貌通過影響降雨的匯流速度與時間，從而影響洪災的危險性。在縣域尺度主要體現在坡度、起伏度和微地貌類型。

坡度表征地勢的陡緩程度，坡度值越大，地勢越陡峭，降雨發生時在陡峭的地勢上流速增加，從而雨水匯流時間減少，增加洪災的危險性；起伏度主要反映一定區域內的地勢起伏狀況，是一定范圍內高程的閾值，同一個地區由于選取的范圍不同，其起伏度數值也會有所差異。起伏度越大地表水流速度越大，并且在低地勢處形成匯積，達到一定水量后又向更低的地勢處匯流，最終形成洪水；微地貌是相對宏觀地形地貌來講的，主要體現為較微小地貌的差異，一般來說不同的微地貌類型對雨水的匯積作用不同，因此其危險性也存在差異。

2.2 氣象水文因素

氣象水文條件是洪災發生的直接因素，降雨形成徑流在地表匯流累積，最終匯入水系中并與其共同形成洪水。其對洪災的影響主要體現在降雨量、河網密度、匯流累積量和降雨強度。

降雨量決定了河流的匯流累積量，當降雨量越大，匯流量也相應越多，洪災的危險程度也越高[5，8]；河網密度是研究區內河流長度與區域面積的比值，其數值反映河流的密集程度，對于河網越密集的區域，雨水越容易匯集，且易發生漲洪現象，由此洪災危險性越高；匯流累積量的大小反映了地表徑流形成的難易程度以及水量的大小。匯流累積量越大，則表示越容易形成地表徑流，水量也相應較大，并使洪災危險性變得越嚴重；降雨強度是一定時間內降雨量的大小，它作為一個動態因子，直接影響匯流累積量。伴隨著降雨強度的增加，匯流累積量也相應增大，由此造成洪災的危險性也相應增高。由于匯流累積量和降雨量均是隨時間變化的動態性因素，同時單位時間降雨量對匯流累積量也有較大影響，即降雨強度影響匯流累積量，因此將匯流累積量和降雨強度同時作為動態因子用于評價縣域洪災危險性。

2.3 下墊面因素

影響洪災的下墊面因素主要包括植被和土壤。降雨落到地面，地面的物質組成決定了地表徑流的形成速度和徑流量大小，從而導致洪災具有不同的危險性。在一次降雨過程中，植被覆蓋度不同，雨水被植被截留量會有所不同。一般在植被密集的地方，有20%左右的降雨量能夠被地表植被阻攔。由于植被對雨水的這種截留作用，地表徑流匯積的時間增長，推遲洪峰形成的時間，并且削減了山洪流量峰值，降低洪災危險性。土壤分為多種類型，不同地區土壤類型不同，不同類型的土壤其下滲率也有較大差異。一般來說，下滲率大的土壤能減少地表徑流量，當發生降雨時，土壤可下滲一部分的雨水，減少匯流量，降低洪災的危險程度。

2.4 人類活動因素

人類的活動會對上述因素造成不同程度的直接或間接影響，人類在地表的生產生活使得地表形態和土地利用方式發生變化，因此可用土地利用綜合程度來表征人類活動的強度大小。在人口密集的區域，對土地的利用程度高，人類生產生活會對地表形態造成一定的破壞作用，從而地表對雨水的滲透作用以及截留作用減弱，雨水匯流成地表徑流時間減少，洪水也就越容易形成。土地利用的程度不同其對地表形態破壞程度不同，越是高效利用的土地，對地表的影響越大，增加了洪災的危險性。

3 評價指標遴選及數據獲取方法

3.1 評價指標因子及分級賦值

山區縣域洪災是多種因素綜合作用的結果。結合山區縣域特征，綜合考慮孕災和致災因子對洪災危險性的影響[9～13]，對相應指標進行綜合遴選。最后選取坡度、起伏度、微地貌類型、河網密度、夏半年降水量、土壤類型、植被覆蓋度和土地利用綜合程度8個指標作為靜態評價指標，選取不同暴雨強度下的匯流累積量作為動態指標，從靜態和動態兩方面構建山區縣域洪災危險性評價綜合指標體系。對山區縣域洪災危險性劃分為高危險、中危險、低危險和微危險四個等級，并對每個評價指標進行分級賦值，

3.2 指標數據獲取方法

研究山區縣域洪災危險性需要用到研究區域行政邊界圖、土地利用類型圖和遙感影像圖、DEM數據等基礎數據以及各評價指標數據，以下具體說明指標數據獲取方法。

3.2.1 地形地貌數據獲取

坡度數據提取一般選取1∶10000地形圖或具有相應精度的DEM數據，在提取坡度時建議依據研究區面積大小選取10 m×10 m或30 m×30 m的柵格尺寸；起伏度數據也是通過DEM數據進行提取，其中的關鍵是確定最佳窗口大小。建議采用不同窗口大小計算得到研究區不同的起伏度值，然后利用起伏度數據與相應窗口大小進行擬合，得到兩者的回歸曲線，最后以其與45°直線相切的點確定為計算起伏度的最佳窗口大小；利用TPI（地形坡位指數）可進行研究區地形坡位和微地貌類型的劃分并獲取相應數據。根據Weiss的劃分標準，利用DEM數據選取3×3和11×11窗口大小可提取得到微地貌類型[14]。

3.2.2 氣候水文數據獲取

當前情況下，常使用空間插值和回歸分析兩種方法獲取降雨量的空間分布。其中常用的空間插值方法主要有：反距離權重法、樣條函數法、協同克里格法和普通克里格法4種。在山區，對降雨量量影響較大的是高程和坡向等因素。因此可以考慮將高程變化作為約束條件進行插值分析；回歸分析是根據回歸模型計算得到每個網格的降雨量，根據研究區域的不同選取的柵格尺寸大小也不同，在研究山區縣域時建議選用10 m×10 m或30 m×30 m柵格尺寸。回歸模型的建立主要根據歷年降雨量數據求得，比較求得的回歸曲線相關系數確定最佳回歸模型。再考慮坡向對降雨量的影響，選用坡向系數來對計算的降雨量進行校正得到最終降雨量；河網密度即區域內河流長度與區域面積的比值，利用水系圖和行政區劃圖進行疊加計算即可方便得到。

利用不同降雨強度將原本以柵格數為單位的匯流累積量換算成以雨水量為單位的具體水量。降雨強度數值單位有很多種，一般選取mm/24h作為單位。結合當前山區縣域的降雨強度值，建議選取50 mm/24h、75 mm/24h、100 mm/24h、125 mm/24h、150 mm/24h、175 mm/24h、200 mm/24h、250 mm/24h進行動態模擬。降雨強度對匯流累積量的影響就是將不同的降雨強度換算成每個柵格中匯流的流量總和，其大小也與柵格尺寸有關。

3.2.3 下墊面數據獲取

植被覆蓋度主要利用遙感影像圖進行計算，在眾多的遙感影像系列中，其費用、分辨率均有所不同，綜合考慮建議選取TM遙感影像，利用遙感圖像處理軟件進行植被覆蓋度計算。而土壤類型主要根據不同土壤類的下滲率進行劃分，即利用其土壤類型進行分等定級。例如某南方地區其土壤下滲率順序為：紫色土<黃棕壤<黃壤<潮土<石灰巖<裸巖<水稻土。

3.2.4 人類活動數據獲取

土地利用綜合程度可利用土地利用類型數據[15]，結合實際情況，針對不同用地類型其對地表形態改變的程度對其進行等級劃分，一般分為高度利用、中度利用、低度利用和未利用，

4 結語

以山區縣域為研究尺度，在洪災影響因素分析的基礎上，從靜態和動態兩個方面入手構建了山區縣域洪災危險性綜合評價指標體系，得到以下研究結果。

（1）從地形地貌、氣象水文、下墊面和人類活動等4方面因素入手，選取坡度、起伏度、微地貌類型、河網密度、夏半年降雨量、土壤類型、植被覆蓋度、土地利用綜合程度等作為靜態指標，將不同暴雨強度下的匯流累積量作為動態指標，由此得到動靜結合的綜合評價指標。

（2）詳細探討了縣域尺度洪災危險性評價指標的獲取方法，為實例應用提供相應方法。

（3）將山區縣域洪災危險劃分為高危險、中危險、低危險和微危險4個等級，并將各等級按照簡便方法進行賦值量化。

構建的山區縣域洪災危險評價指標體系在以下2個方面還需要進一步改進與完善。

（1）各指標危險等級的劃分閾值可結合實際的研究區域進行適當調整。

（2）在遴選動態指標時，僅僅是將匯流累積量由傳統的柵格數量轉變為不同降雨強度背景下的洪水量，今后需要結合研究區各河段的寬度、高程變化情況進行精準的危險分區劃分。

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Methods for Assessment Index System of Flood Disaster Risk

in Mountainous Counties

Wang Fang，Lin Xiaosong，He Lang，Cui Mengrui，Zhou Yuanrui，Yang Han

（College of Architecture and Urban Planning， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074，China）

Abstract： The floods as one of the most serious natural disasters which affects human production and living has brought huge casualties and economic losses to human beings.And mountainous area is one of the largest areas influences by the floods because of its special topography and meteorologic hydrological conditions.This work started with four aspects including topography，meteorologic hydrological ，underlying surface and humans activities with mountainous area being research scale.Then weconducted index selection and quantitative classification aiming at each factors influence on mountainous flood.Eventually we selected slope，ups and downs，the types of micro landform ，drainage density，rainfall in summer ， soil type， vegetation coverage and the comprehensive degree of landuse as static indexes，confluence cumulants affected by different rainfall intensity as dynamic index.We discussed the acquisition method of each evaluation index detailly and divided the risk of flood in mountainous area count into four grades such as high，moderate，low and slight dangerous. The work established the index system of the comprehensive evaluation to flood risk in the mountainous area county.

Key words： flood disaster；risk assessment；index system；mountainous counties