沈陽市內澇災害脆弱性評價

唐有臻

(沈陽市蘇家屯區水土保持辦公室，遼寧 沈陽 110101)

近年來我國城市內澇災害頻發，嚴重制約了我國的經濟可持續發展。內澇災害脆弱性的評估可以為相關管理者提供重要的災害風險信息，是城市防災減災和海綿城市建設的重要基礎性工作，對劃分城市脆弱性等級、提高城市內澇災害抵抗能力具有重要意義[1]。目前，國內外城市內澇脆弱性評估方法主要有3種：指標體系法、歷史災情數據法和情景模擬法，其中指標體系法原理簡單、易操作，在我國應用最為廣泛。指標體系法又可分為直觀判斷法、單因子分析法、灰色關聯投影法等[2- 3]，其中Fuzzy功效系數法具有非常好的應用前景。功效系數法是多指標、綜合分析的定量評價方法，目前廣泛應用于服務質量評價、經營水平評價、商業趨勢預測等方面。陸華山與繆曹富[4]又采用閆曉惠等人[5]提出的模糊邏輯分析方法與步驟對傳統的功效系數法進行了改進，該改進方法稱為Fuzzy功效系數法。相對于傳統的功效系數法，Fuzzy功效系數法具有計算過程簡明、便于比較不同方案等優勢，但目前該方法幾乎沒有被應用于城市內澇災害脆弱性的評估中。鑒此，筆者以沈陽市為例，采用Fuzzy功效系數法對該市各區劃的內澇災害脆弱性進行評估，一方面旨在拓展Fuzzy功效系數法的應用范圍，另一方面也為沈陽市的防澇減災工作提供科學參考。

1 內澇災害評價方法

1.1 研究區域概況

沈陽地處中國東北地區南部，位于北緯41°48′11.75″、東經123°25′31.18″之間，是遼寧省省會，副省級特大城市，全市總面積逾12948平方公里，常住人口829.1萬人，戶籍人口730.4萬人，生產總值7280.5億元。該市地處溫帶半濕潤大陸性氣候區，年平均氣溫6.2～9.7℃，全年降水量600～800mm，全年無霜期155～180天。受季風影響，降水集中在夏季，溫差較大，四季分明。沈陽市境內主要有遼河、渾河兩大水系，有遼河、繞陽河、渾河、柳河、養息牧河、蒲河、北沙河、秀水河等大小河流27條，水資源總量為32.6億m3，其中地表水11.4億m3，地下水21.2億m3[6]。沈陽市轄10個區、2個縣和1個代管縣級市，以行政區劃為內澇災害脆弱性的評價單元，因此各評價單元分別為：和平區、沈河區、皇姑區、大東區、鐵西區、渾南區、于洪區、沈北新區、蘇家屯區、遼中區、新民市、康平縣和法庫縣。

1.2 Fuzzy功效系數法

功效系數法是一種可以從不同側面進行分析判斷的綜合評價和多目標決策方法，主要分為建立評價指標體系、確定滿意值與不允許值、確定單項功效系數、以及計算總功效系數4步。在該方法中，總功效系數E的計算公式為：

(1)

式中，n—單項指標個數，w—單項指標的權重值，e—單項功效系數。

某單項功效系數ei又可由功效要素來確定：

(2)

式中，ni—某功效系數下的功效要素個數，wij—各要素的相對權重，Pij—各功效要素值。

在標準功效系數法中，功效要素可分為極大型、極小型、穩定型和區間型4類，每類有不同的計算公式，其中極大型與極小型的計算公式分別為：

(3)

(4)

式中，p—某要素的數據值，pn—不允許值，pm—滿意值。

陸華山與繆曹富[4]對功效要素的確定方法進行了改進，主要是采用閆曉惠等人[5]提出的Fuzzy邏輯法分析步驟，首先定義各要素的論域、選擇高斯式隸屬方程和IF- THEN計算規則、定義輸出量，從而得到基于0和1之間的單個標量，實現了各參數的無量綱化，且所有要素不再分為4種不同的類型，而是與總功效系數保持同向，各要素越接近于0則總功效系數越小，越接近于1則總功效系數越大。

根據Fuzzy功效系數法，將沈陽市內澇災害評價中的功效要素值定義為沈陽市內澇災害脆弱性要素值，單項功效系數定義為內澇災害脆弱性單項指數，綜合功效系數定義為內澇災害脆弱性綜合指數，各指數均介于0與1之間，無量綱，接近于0表示脆弱性小，接近于1則表示脆弱性大。根據鄭霞忠等人的成果[7]，其等級標準可分為輕度脆弱(0～0.5)、中度脆弱(0.5～0.7)、強度脆弱(0.7～0.9)、高危脆弱(0.9～1)。

1.3 評價指標與權重體系

評價指標與權重體系的建立要依照目的性、理論性、系統性、科學性、可比性、代表性和可操作性等原則。內澇災害一般是內部致災因子、孕災環境和承災體綜合作用的結果，因此可選取致災因子危險性、孕災環境易損性和抗災救災能力為沈陽市內澇災害脆弱性評價的單項功效系數(內澇災害脆弱性單項指標)。根據專家意見，以上3項指標的權重值分別確定為0.42、0.31和0.27。根據劉鐵民[8]以及鄭霞忠等人[7]的研究成果，各單項指標又可包含兩項要素，根據兩項要素之間的相對重要性可確定其相對權重，將相對權重與要素所屬指標本身的權重值相乘則可得其組合權重。沈陽市內澇災害脆弱性評價指標與權重體系如圖1所示。

圖1 沈陽市內澇災害脆弱性評價指標與權重體系

2 內澇災害評價結果

2.1 內澇災害脆弱性要素值

采用Fuzzy功效系數法評價沈陽市內澇災害脆弱性所需要的基礎資料主要來源于沈陽各地《統計年鑒》、《國民經濟和社會發展統計公報》、統計局官方網站、沈陽市政務公開網站等。評價結果如表1所示，可知在內澇發生頻率與災害強度方面，市區明顯高于其它地區，主要因為城市中心區受城市熱島效應的影響降水較多，且較高的路面硬化程度阻隔了降水的正常下滲；在人口總數方面，鐵西區最高，約為114萬人，康平縣最低，為35萬人；在經濟規模方面，沈河區最高，年GDP約為941億，康平縣最低，年GDP約為201億；在工程措施方面，市中心區域的要素值相對較低，即脆弱性較低、工程措施相對較好，目前沈陽市區正將推進海綿城市建設，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，將80%的降雨就地消納和利用，因此可預期沈陽市區在工程措施方面還將有較大的進步。在醫療水平方面，市區醫院與診所的數量與質量相對較高且差別不大，而康平與法庫等地相對較低。

2.2 內澇災害脆弱性單項指數

根據公式(2)、圖1所示相對權重值和表1所列要素值，可計算出沈陽市內澇災害脆弱性單項指數，結果如圖2所示。由圖2可知，在致災因子危險性方面，各地相對較為平均，其中沈河區危險性最大，單項指數為0.76，鐵西區、新民市和康平縣危險性較低，單項指數均為0.63；在孕災環境易損性方面，各地相差較大，主要因為沈陽市的人口與經濟發展分布較不均勻，其中鐵西區易損性最高，其單項指數為0.92，康平縣易損性最低，其單項指數為0.04；在抗災救災能力方面，城市中心區域相對較強，其中和平區抗災救災能力最強(即指數最低)，其單項指數為0.32，法庫縣抗災救災能力最強(即指數最高)，其單項指數為0.72。

表1 沈陽市內澇災害脆弱性要素值

圖2 沈陽市內澇災害脆弱性單項功效系數

2.3 內澇災害脆弱性綜合指數

根據公式(1)與圖2所示數據可計算出沈陽市各地區內澇災害脆弱性綜合指數，結果如圖3所示。由圖3所示，在沈陽市范圍內，鐵西區的內澇災害脆弱性水平最高，其內澇災害脆弱性綜合指數為0.63，雖然該區的致災因子危險性并不高，抗災救災能力也相對較強，但由于人口較多、經濟規模較大，該區孕災環境易損性遠超其它地區，使其綜合脆弱性較高?？灯娇h雖然在抗災救災能力方面的水平相對較低，但致災因子危險性不高、孕災環境易損性又較低，因此其內澇災害脆弱性水平最低，內澇災害脆弱性綜合指數僅為0.39。根據內澇災害脆弱性分級標準，和平區、沈河區、皇姑區、大東區、鐵西區、新民市屬于中度脆弱，其它地區屬輕度脆弱；各區綜合指數的平均值為0.5，故可知沈陽市總體內澇災害脆弱性介于輕度與中度脆弱之間。

圖3 沈陽市內澇災害脆弱性綜合指數

3 結論

在沈陽市范圍內，鐵西區的內澇災害脆弱性水平最高，康平縣最低，其中和平區、沈河區、皇姑區、大東區、鐵西區、新民市屬于中度脆弱，其它地區屬輕度脆弱；沈陽市總體內澇災害脆弱性介于輕度與中度脆弱之間。本文首次將Fuzzy功效系數法應用于內澇災害脆弱性評價中，不僅為沈陽市的防澇減災工作提供了參考，也拓展了該評價方法的應用范圍。但是，在實際情況中，各項評價指標值均處于不斷變動之中，因此在以后的研究中也應該考慮人類活動與氣候變化對內澇災害脆弱性的影響。

[1] 王思思, 于迪, 車伍. 國際城市暴雨內澇脆弱性評估和適應性對策研究. 城市發展研究, 2015(07): 025．

[2] 曹偉. 基于灰色關聯投影模型的作物適宜灌溉方式評價. 水利規劃與設計, 2016(07): 28- 31．

[3] 董桂華. 基于單因子分析法的河流地表水質監測與評價. 水利技術監督, 2016(04): 5- 18．

[4] 陸華山, 繆曹富. 基于Fuzzy功效系數法的不同土質下泥漿泵施工功效研究, 水利規劃與設計, 2017(05): 110- 112．

[5] 閆曉惠, 陳新, 張博威. 模糊邏輯在水利工程環境評價中的應用探析, 科技展望, 2015(23): 065．

[6] 馬興冠, 紀文娟, 王夢琪, 等. 沈陽市雨澇源頭控制措施關鍵影響因素分析. 水土保持研究, 2014(03): 201- 207．

[7] 鄭霞忠, 王曉宇, 周勝. 湖北省城市內澇災害脆弱性研究. 水電能源科學, 2017(06): 51- 54．

[8] 劉鐵民. 事故災難成因再認識——脆弱性研究. 中國安全生產科學技術, 2010,6(05): 5- 10．