基于層次分析法平原地區城鎮內澇災風險快速評估

萬飛++石云++殷娜++張達++周兆軍

摘要：城鎮內澇災害的影響日益嚴重，內澇災害的風險研究也成為了科學研究的熱點，文中利用AHP層次分析法，通過分析平原地區城鎮暴雨內澇災害發生的物理過程，構建城鎮內澇災害與內澇災害危險性和脆弱性兩方面，以及多個風險因子的層次關系，利用專家法確定權重，文獻法確定危險度等級，建立平原地區城鎮暴雨內澇災害快速定性風險評估。

關鍵詞：內澇災害；風險評估；層次分析法（AHP）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2018）02-0203-04

一、引言

中國位于世界上季風活動最強盛的東亞地區，同時緯度位于北緯30±10°的干旱—半干旱季風降雨區域，夏季為我國主要的雨季，降雨形式以極端的暴雨、雷雨和臺風降雨為主。這些極端降雨活動多發生在我國長江和黃河中下游平原地區，洪水、洪澇與內澇災害頻發且造成的影響也極其嚴重。北京2012年7月21日的暴雨內澇災害；2011年6月18日武漢市的特大暴雨內澇災害；2009年因臺風“莫拉克”影響我國臺灣、福建、浙江、江蘇和安徽一帶，多地內澇；至今中國城鎮暴雨內澇災害數不勝數。

針對日益嚴重的城鎮暴雨內澇災害，目前有多種災害風險評估方法，如資料統計法[1]、歷史調查法[2]、水利學模型法[3-5]、基于GIS的洪澇評估法[6-8]等定量的評價方法。其中，資料統計與歷史調查法對水文資料的需求較高；水利學模型法和基于GIS的洪澇評估法對地形、地面資料和數據處理等要求較高。但隨著全球氣候變化極端天氣越來越多發且日益嚴重，城鎮化進程的快速發展使地面的入滲狀況改變，這些方法也變得越來越難以滿足定量準確的評估快速發展變化中的城鎮受暴雨影響而出現的內澇災害的風險。

因此，本文考慮城鎮暴雨內澇形成物理過程中的主要因素：自然和人為因子，將其分為自然現象的危險性和城鎮的脆弱性兩大類，通過建立主—子因子的層次關系與判斷影響因子的權重系，以便快速定性地對城鎮暴雨內澇災害做出風險評估。

二、城鎮暴雨內澇物理過程與主要指標

內澇災害指的是暴雨降到地面后無法入滲或徑流流走而長時間滯留淹沒地面的現象，當它淹沒人類生活、生產的地方時即為內澇災害。城鎮是經人類改造自然環境后居住、生活和生產的地方，改造過程中因修建居民區、公路等多種城鎮設施大多都阻止了雨水的入滲、徑流過程，因此加劇了內澇災害現象。如圖1所示。

從水量守恒和以上物理過程可以得知：填洼滯留量=總降雨量-入滲蓄積量-徑流輸出量。因此，判斷城鎮內澇災害風險主要考慮各種事件對總降雨量、入滲蓄積量和徑流輸出量產生的影響過程。

三、二級指標的確定與層次關系

（一）降雨量因子

其危險性子因子降雨量主要由氣候決定。但是隨著城鎮熱島效應的對流作用，也會對降雨量有所影響，此為城鎮的脆弱性子因子。

（二）入滲蓄積量因子

其危險性子因子主要包括兩個方面，一是地面狀況，即土壤含水量、巖性、植被狀況；二是蓄水空間，即地下水埋深、地表儲水空間。城鎮脆弱性子因子主要包括非土地綠地面積、人工蓄水空間與城鎮化進程階段。

（三）徑流輸出量因子

其危險性子因子主要包括地形起伏傾角、地面水文網絡（流域狀況）。脆弱性因子主要包括城鎮的下水排水能力、降雨發生時的排水補救能力。因此，平原地區城鎮暴雨內澇層次關系如表1所示。

四、權重系數與危險度脆弱度的確定

（一）權重系數確定

由表1可以構建權重系數判斷矩陣，目標層為A，一級指標為B1到B3，二級指標為C1到C12。構造判斷矩陣的方法是：每一個具有向下隸屬關系的元素（被稱作準則）作為判斷矩陣的第一個元素（位于左上角），隸屬于它的各個元素依次排列在其后的第一行和第一列。然后向專家咨詢其中兩個元素兩兩比較哪個重要、重要多少，對重要性程度按1—9賦值（重要性標度值見表2）。

判斷矩陣為：對角線1矩陣，對多位水文專家回饋的問卷結果，利用合法求的其權重并且對結果進行一致性檢驗，合法的原理是對于一致性判斷矩陣，每一列歸一化后就是相應的權重。對于非一致性判斷矩陣，每一列歸一化后近似其相應的權重，在對這n個列向量求取算術平均值作為最后的權重。

計算公式為：

W■=■■■

一致性性比例C.R.（consistency ratio）判斷試為：

C.R.=C.I./R.I.

其中，C.I.為計算一致性指標（C.I.=■，λmax為最大特征值，R.I.為相應的平均隨機一致性指標可查表得到。

通過計算得到權重系數與C.R.結果為：

所有結果中的CR均小于0.1，都通過了一致性檢驗。

（二）危險度確定

針對二級指標危險性因子與脆弱性因子，利用文獻資料法[9、10、11、12、13]確定其危險度的劃分范圍與方式。其結果見表3。

五、應用

以2016年燕郊鎮地為例，以降雨量為變量，其他條件經過初步區域調研其危險度信息如下C2：4攝氏度=6；C3：滲透率0.13=6；C4：25%=6；C5：1/5=10；C6：1/7=10；C7：65%=6；C8：2.7°=8；C9：暴雨后疏水能力6h內小于30%=6；C10：不滿足中國相關規范=10；C11：無補救=10。通過模型可以快速定性評估得到當降雨量C1為50年一遇時，城鎮內澇風災害險為7.0582，為內澇災害發生高危險結果；2016年期間發生了3次50年一遇的暴雨，嚴重積水3次滿足快速評估結果。

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