基于GIS的寧夏六盤山地區干旱風險分析

梁如心 李娟 張維江 褚金鏑

摘要：寧夏六盤山地區作為當地地表水的主要發源地，水文干旱情勢是該地區水資源規劃的重要影響因素。以好水川流域為例，基于災害學理論，建立了包含致災因子危險性、孕災環境脆弱性、成災體暴露性的評價系統，采用模糊層次分析法確定各指標權重，進行流域干旱風險分析及區劃。結果表明：評價系統中，致災因子危險性權重為0.45，是干旱風險的主要影響因子;流域下游的干旱風險高于上游流域，中下游南部的干旱風險最大，50%以上的區域風險等級屬于中、高風險。

關鍵詞：干旱風險：模糊層次分析法：好水川流域：寧夏六盤山地區

中圖分類號：TV213.4

文獻標志碼：A

d0i：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.叭.010

近年來，隨著全球氣候的變化，自然災害頻發，干旱災害日趨嚴重，已成為影響人民生產和生活的主要災害之一[ 1-4]。干旱風險分析是尋找有效干旱應對措施及提高防災減災能力的重要基礎工作。馮星等[5]通過Copula函數構建二維干旱特征變力的重現期聯合分布模型來進行干旱分析;徐玉霞等[6]結合災害學相關理論，建立干旱風險評價子系統對陜西省的干旱災害風險進行評估;王理萍等[7]基于AHP方法研究云南省干旱災害風險。由于目前尚未形成統一的災害風險評估體系，因此有必要根據不同區域的特征建立符合特定區域的評價指標系統，并確定各評價指標的權重?，F有的災害風險指標模型在分析干旱風險及區劃時，大部分是基于AHP方法確定評價指標的權重，而AHP方法往往會忽略實際存在的模糊性，需要進一步改進權重分析方法來準確確定指標權重。張吉軍[8]、呂躍進[9]利用模糊層次分析法得出了基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法一般應用模型?；谌悄：龜档哪：龑哟畏治龇ǎ?FAHP）在理論和實踐方面有廣泛的發展和應用，三角模糊數用于確定影響因素的權重排序，模糊層次分析法（ FAHP）主要用于權重的確定。

近年來，好水川流域干旱頻發，水文干旱風險不斷增大，其降水、地形地貌、土地利用、水資源及水土保持工程等條件在寧夏六盤山地區具有較強的典型性及代表性。好水川流域天然環境的特殊性決定了其對研究寧南地區水文干旱具有一定的典型性，因此筆者結合災害風險模型，依據流域特點，選取評價指標，采用三角模糊層次法確定各指標權重，基于GIS對流域水文干旱風險進行評估及區劃，以期為流域水資源開發利用及災害預警提供參考。

1 流域概況

六盤山地區是清水河、涇河、葫蘆河的發源地，也是寧夏“北部節水、中部調水、南部開源”分區治水方略水資源開發保護的重點區域。好水川流域地處寧夏回族自治區固原市隆德縣，東臨六盤山，屬于渭河上游支流的葫蘆河，總面積102 km2，地勢東高西低，海拔2 894-1 825 m.相對高差1 069 m。流域降水量自東向西遞減，多年平均降水量為520 mm.其中6-9月降水量約占年降水量的60%，春旱及秋旱較為明顯。流域主要地貌類型為土石山區、黃土丘陵溝壑區和河谷川道區，上游溝道呈V形，中游較為平緩、梁坡較陡，下游有面積較大的河谷，溝道呈U形。流域為半濕潤氣候向干旱半干旱氣候過渡區域，流域降水量呈現降低及分散趨勢;土地利用類型有林地、荒坡地、草地、梯田。

流域內建有1座水庫、11座骨干壩，形成壩系水資源聯合調度系統，使得好水川流域內的水資源效益、灌溉效益、生態效益發生顯著變化[10]。流域壩系工程分布見圖1。

2 資料來源與研究方法

2.1 資料來源

1990-2016年的降水、蒸發、氣溫、濕度等氣象資料由隆德縣氣象站提供。河網密度分布圖在中國地理信息百度云通過ArcGIS軟件提取，地形資料來源于國家科技基礎條件平臺建設項目地球系統科學數據共享平臺。好水川流域土地利用的類型、面積及分布情況通過實際調研與測量獲得。

2.2 研究方法

2.2.1 三角模糊層次分析法

模糊層次分析法（ FAHP）是模糊數學和層次分析法相結合的產物，是在層次分析法（ AHP）的基礎上，對AHP的一種完善和改進，主要用于權重的確定。1983年，荷蘭學者Van Loargoven[11 ]提出用三角模糊數表示模糊比較判斷的方法，利用三角模糊數確定影響因素的權重排序。三角模糊數的定義：設論域R上的模糊數為M，如果M的隸屬度函數μM使得R在[0，1]區間內，則稱M為三角模糊數[12]。

3 結果分析

3.1 建立評價子系統

在災害風險研究中，自然災害風險是由致災因子的危險性、承災體的暴露性和孕災環境脆弱性3個要素共同組成的宏觀結構[14-16]。水文干旱主要受自然環境影響，評價指標選取應以數據的可測性、規范性及一致性為原則，主要依據氣象、土地利用、地形、地貌特點選取相應的評價指標，建立3個水文干旱風險評價子系統。

（1）干旱風險致災因子的危險性評價子系統。致災因子即導致災害發生的因素，結合自然災害風險分析，氣象要素是導致水文干旱災害發生的主導因子，主要包括降水、蒸發、氣溫、濕度。受水資源時間尺度的影響，年內降水、蒸發、氣溫、濕度等分布不均勻，需要選擇多年平均降水量、多年平均蒸發能力、多年平均氣溫、多年平均濕度為致災因子的危險性指標，其中多年平均降水量與多年平均濕度為負向指標。

（2）干旱風險孕災環境脆弱性評價子系統。孕災環境脆弱性指受到災害威脅所在地區的外部環境對災害的脆弱程度，在同等強度災害下，脆弱程度越高，自然災害所造成的破壞損失就越嚴重，干旱災害的風險也就越大。流域內干旱形勢嚴重，流域水系會受到嚴重影響，而水系的變化直觀反映在河網密度的變化;流域內的地形較易被侵蝕，在評價流域水文干旱時，地形的脆弱程度也需重點關注，因此選定河網密度、地形（高程標準差）作為孕災環境脆弱性評價指標。

（3）干旱風險承災體的暴露性評價子系統。承災體的暴露性評價指標反映承災體與致災因子的接觸程度以及干旱缺水可能對承災體的威脅與破壞程度。土地利用在干旱缺水時，遭到的威脅及破壞程度是相對較大且明顯的，干旱嚴重會改變土地利用類型，因此選用不同的土地利用類型作為暴露性評價指標。土地利用類型主要包括人工牧草地、其他林地、其他草地、內陸灘涂、坑塘水面、旱地、村莊、水工建筑用地、水庫水面、水澆地、灌木林地、裸地、設施農用地、采礦用地、風景名勝及特殊用地等15種類型。流域土地利用類型分布見圖3。占地面積最大的旱地主要集中在下游，而占地面積僅次于旱地的林地、梯田主要集中在上游。

3.2 權重確定

通過模糊層次分析法獲得好水川流域干旱影響指標的權重并進行一致性檢驗，滿足要求的干旱災害風險各評價指標權重見表2。

3.3 結果分析

將致災因子危險性中各指標的基礎數據利用反距離加權平均插值法分布在整個流域，再對GIS矢量數據指標歸一化，并結合各指標的權重值以及式（6）得出圖形數據，運用自然斷點法劃分致災因子危險性等級（見圖4）。由圖4可知，好水川流域干旱風險分析致災因子危險性區劃等級上游流域明顯低于下游流域，其中：高危險區處于流域中游南部，此處有下岔、上岔、岔口3座骨干壩;低危險區、次低危險區主要處于流域上游，包括張銀水庫和后海子、團結、下老莊、后溝等骨干壩;中等危險區處于流域中游，包括何家岔骨干壩;次高危險區處于流域中下游，包括范灣、老張溝、張家臺子等骨干壩。

調整河網密度及地形（高程標準差）的矢量數據并歸一化，結合權重值及式（8）獲得好水川流域干旱風險孕災環境脆弱性區劃圖（見圖5）。由圖5可知，干旱災害孕災環境的脆弱性分布比較分散：高脆弱性區主要集中在中游流域南部，次高脆弱性區零散分布在流域南部;中脆弱性區域最大，集中分布在上游與下游流域;低脆弱性區、次低脆弱性區集中分布在中游流域中部。

承災體暴露性主要體現在土地利用類型的不同，根據不同土地利用類型的權重，結合式（7），利用GIS自然斷點法得出好水川流域干旱風險承災體暴露性區劃圖（見圖6）。由圖6可知，干旱災害承災體暴露性劃分呈現明顯的等級，各區劃分布比較集中：高暴露性區分布區域最大，主要分布在流域下游;次高暴露性區分布在流域中游中部及上游;低暴露性區、次低暴露性區分布在上中游及下游北部。

基于對3個因子的定量分析，依據式（9）與GIS自然斷點法，得出好水川流域干旱綜合風險等級區劃圖（見圖7）。由圖7可知：流域下游是發生干旱災害的高頻區域，高風險區、次高風險區包括上岔、下岔、岔口、張家臺子、老張溝等骨干壩;中風險區處于中游及上游流域北部，包括范灣骨干壩;低風險區、次低風險區處于上游流域，包括張銀水庫與后海子、團結、下老莊、后溝、何家岔等骨干壩。

4 結語

利用氣象觀測數據、基礎地理信息數據和社會經濟數據，結合GIS技術與模糊層次分析法，建立好水川流域的干旱風險評價系統，獲得干旱災害風險中各影響因子及綜合風險等級區劃圖，結果表明：干旱低風險區主要集中在好水川流域上游，流域中下游的干旱情況最為嚴重，整體來看，流域發生干旱災害的風險較大。

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【責任編輯張華興】

收稿日期：2018 - 11- 07

基金項目：寧夏對外科技合作項目：中央引導地方科技發展項目

作者簡介：梁如心（1990-），女，山西臨汾人，碩士研究生，研究方向為水資源調控理論與技術

通信作者：李娟（1981-），女，寧夏銀川人，副教授，研究方向為旱區水資源與水環境