基于模糊层次分析法的陕西省山洪灾害风险评价.pdf

第11期2023年11月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)11-0 0 7 8-0 2陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.11November,2023基于模糊层次分析法的陕西省山洪灾害风险评价李惠芳，吴悠？（1.延安市宝塔区水旱灾害防治监测中心，陕西延安7 16 0 0 0；2.陕西省水文水资源勘测中心，陕西西安710068)【摘要运用模糊层次分析法对陕西省山洪灾害的危险性、易损性以及各风险程度的面积占比展开分析。分别选取降水、坡度等七个危险性因子，以及人口密度和GDP两个易损性因子，确定对应9 个指标的权重后，基于模糊层次分析法和ArcCIS软件对陕西省山洪灾害危险性和易损性作出评价。结果表明，陕西省低危险区和中低危险区的面积占比较高，合计占比达到了6 2.0 6%；低易损区在全省面积中的占比达到了8 5.6 0%。全省山洪灾害风险程度评价方面，山洪灾害危险程度呈现出由北向南依次递增的趋势，陕南的秦巴山区山洪灾害风险评价为高风险区。陕北的延安市山洪灾害风险评价结果为较高风险区，需要在雨季重点做好山洪灾害的预警预防工作。【关键词模糊层次分析法；山洪灾害风险评价；危险性因子；易损性因子【中图分类号TV122文献标识码B由高强度暴雨引起的山洪灾害具有成灾迅速、破坏力强等特征，特别是山地丘陵地带更容易发生山洪灾害，做好防洪减灾工作对确保人民生命财产安全有积极帮助。结合山洪灾害的形成原因和影响因素，选择典型指标并科学设计权重，在此基础上利用ArcGIS软件展开风险评价分析，了解各地区山洪灾害的危险程度进而提前制定科学有效的预防方案，将山洪灾害的发生率和损失降到最低。1研究区概况陕西省东西狭、南北长，全省土地面积2 0 56 2 4.3km，山地丘陵占比达到7 8.8%，整体地势呈现出南北高、中间低的变化趋势，以北山和秦岭为界，全省被分为陕北黄土高原、关中盆地和陕南秦巴山区三大部分。其中，延安市属于陕北区，土地面积36 7 12 km。全省跨越3个气候带，春季温暖干燥、夏季炎热多雨、秋季湿润?爽、冬季寒冷干燥。多年平均降水量在40 0 mm1200mm,陕北地区在450 mm600mm之间。据统计，自建国以来陕西省共发生山洪灾害130 0 余次，平均每年发生17.5次，以安康、宝鸡发生山洪灾害数量较多，其次是咸阳、商洛、延安等地。2基于模糊层次分析法的山洪灾害风险评价模糊层次分析法（AHP）是一种基于层次权重进行分析决策的数学模型，可以将复杂的定性问题转化成易于量化的定量问题。将该方法应用到山洪灾害风险评价中，从自然和社会2 个方面选择降水、高程、坡度以及人口密度、GDP等9 个因子作为评价陕西省山洪灾害风险的主要指标，并赋予权重，根据分析结果评价山洪灾害风险。2.1指指标的选取2.1.1危险性因子危险性因子包含7 项，分别是：（1）降水。降雨量是影响山洪灾害的关键因素，尤其是对于植被较为稀疏的山区丘陵地带，如果出现短时强降雨极易诱发山洪灾害。（2）高程。高程也是引起山洪灾害的一个重要因素。通常来说，高程越低，雨水越容易聚集，相应的出现山洪灾害的几率越高。（3）坡度。坡度表示的是地形陡峭程度，坡度越大，雨水的渗透和汇聚难度越大，会以径流形式沿着坡面自上而下的流动。另外，在坡度较大的情况下，坡面径流的冲击动能也会增加，容易诱发山洪灾害。（4）地貌类型。不同地貌诱发山洪灾害的能力也有所差别。例如山地丘陵地区的降水会迅速转化为坡面径流，从而促进山洪的成型；而平原地区的降水则向地下渗透，难以形成流动的水流，不容易出现山洪灾害2。（5）土壤类型。不同土壤的渗透能力存在差异，通常来说土壤渗透能力越强，则土壤抗冲刷能力越强，大多数降水都会被土壤存储起来，不易形成山洪。（6）植被覆盖。地面植被覆盖率越高，植被根系对土壤的固定能力越强，同时树冠还能避免雨水直接冲刷地面，降低山洪灾害的发生风险。（7）土地利用类型。土地利用方式（如耕地、林地、建设用地）会改变下垫面条件，进而影响山洪灾害的形成。收稿日期2 0 2 3-0 7-0 6【作者简介李惠芳（19 7 9-），女，陕西延安人，工程师，主要从事水旱灾害防治监测工作。.78.第11期2023年11月2.1.2易损性因子（1）人口密度。人口密度客观表示某个区域的人口分布状况。人口密度越大的情况下，发生山洪灾害造成的直接和间接损失越严重，可以利用该指标评价山洪灾害的易损性。（2）国内生产总值（GPD）。G D P能够直观反映某个地区的经济发展水平，GDP越高说明该地区经济越发达，相应的发生山洪灾害带来的损失越严重。2.2指标权重的确定在确定了山洪灾害风险评价的主要指标后，还要利用模糊判断矩阵计算每一个指标的权重。一级指标（准则层）的权重划分为：危险性0.8,易损性0.2；在此基础上利用地理探测器分析9 种因子对山洪灾害空间分布的解释力（PD）。PD值代表该因子对山洪灾害空间分布的解释程度，9 项指标的权重计算结果见表1。表1各指标的权重设计目标层准则层山洪灾害山洪灾害危险性风险度山洪灾害易损性2.3山洪灾害危险性评价本文进行山洪灾害危险性评价时，共选取了降雨、高程、坡度等7 个因子，这7 项危险性指标对应的权重分别为0.7 19、0.094、0.0 0 9、0.0 54、0.0 6 0、0.0 56、0.0 0 9。利用ArcGIS软件中的空间分析模块，选取栅格计算器对7 项指标进行标准化处理，得到每个栅格的危险度公式：H=0.7191,+0.094/2+0.0091;+0.05414+0.0601,+0.056l6+0.0091,使用ArcGIS软件提供的重分类功能，根据危险度计算结果将全省山洪灾害危险度等级划分为5级，并使用该软件提供的空间统计分析功能，计算出5个危险等级下的面积与占比。结果见表2。表2 陕西省不同地区山洪灾害危险度等级面积统计低危较低中等较高高危类别合计险区危险区危险区危险区险区面积/km67755598623270427703占比1%32.95由表2 数据可知，陕西省山洪灾害高危险区面积为17600km，占陕西省总面积的8.56%，从位置分布上来看主要集中在安康和汉中两个城市。横向对比5个区域所占面积，可以发现低危险区面积最大，占比达到了32.8 5%，其次是较低危险区（2 9.11%）。从整体上来看，陕西省山洪灾害危险性从北往南依次增加，分析其原因是该省降雨呈现出由北向南递增的趋势；同时，安康、汉中等沿河城市发生山洪灾害的危险性要高于省内其他不靠近河流的城市。陕西水利Shaanxi Water Resources2.4L山洪灾害的易损性评价本文进行山洪灾害易损性评价时，共选取了人口密度和GDP两个因子，这2 项易损性指标对应的权重分别为0.9 2、0.08。按照上文方法计算每个栅格单元的易损度，计算公式为：将全省山洪灾害易损度划分为5个等级，计算出5个危险等级下的面积与占比，结果见表3。表3陕西省不同地区山洪灾害易损度等级面积统计低易较低中等较高高易类别合计损区易损区易损区易损区损区面积/km17672826736占比1%85.60由表3数据可知，社会经济高易损区的面积为150 km，占全省总面积的0.0 7%,该区域主要在西安市。分析其原因，西安市作为陕西省的省会，城市化程度较高，经济基础较好，方案层权重降雨强度0.575高程0.075坡度0.007地貌类型0.043土壤类型0.048植被因子0.045土地利用类型0.007人口密度0.184GDP0.0161760020562429.1115.90No.11November,2023V=0.921g+0.081,192613.330.96人口相对密集，因此在发生山洪灾害后更容易造成损失。从整体上来看，陕西省关中地区山洪灾害的易损性要超过陕南地区，陕北地区的山洪灾害易损性最低。横向比较5个地区，陕西省低易损区的面积占比较高，达到了8 5.6 0%。3L山洪灾害风险评价3.1陕西省全省山洪灾害风险评价本文使用ArcCIS软件提供的空间分析工具，运用“反距离权重插值法”分析9 个评价指标；同时，运用“自然断点分类法”将风险度分成“低、较低、中等、较高、高”5个区间。最后根据分析结果，将其划分到5个风险度区间中，即可对陕西省山洪灾害风险进行量化表示5。结果见图1。14.00%18.00%低风险区较低风险区中风险区较高风险区高风险区图1陕西省全省山洪灾害风险程度所占面积比由图1可知，陕西省山洪灾害各风险区的面积比排序为：较低风险区（32%）低风险区（2 8%）中风险区（18%）较高风险区（14%）高风险区（8%）。从整体上看，陕西省的山洪灾害呈现出片状、带状的分布规律，并且山洪灾害风险13.478.56840.048%28.00%.32.00%100程度由北向南逐步增加。其中，陕西南部的秦巴山区受到特殊地形和独特气候的双重影响，在夏季容易出现多暴雨且集中的气象，进而造成该地区夏季易发生山洪灾害，特别是安康市属于山洪灾害的高风险区，夏季山洪灾害的预防任务较重。3.2陕西省北部地区山洪灾害风险评价笔者所在的延安市宝塔区属于陕北地区，按照上述方法统计陕北地区不同灾害风险程度的面积占比，结果见图2。（下转第8 5页）.791502056240.07100第11期2023年11月核，结论如下：（1）与原设计相比，工程等别由等提高至I等，溢流坝、厂房、左右岸非溢流坝等主要建筑物级别由4级提高至2级，厂坝导墙和上下游护岸等次要建筑由5级提高至3级。除新增复核洪水标准为10 0 年一遇（P=1%）外，其余洪水标准维持原设计，挡水建筑物设计洪水标准为50 年一遇(P=2%消能防冲建筑物设计洪水标准为30 年一遇（P=3.33%）。（2)经调洪复核,50 年一遇洪水过闸流量为52 40 m/s，低于原设计的59 8 0 ms，闸前最高水位为10 3.8 7 m，低于原设计陕西水利Shaanxi Water Resources的10 4.7 3m。30 年一遇过闸流量为47 40 m/s，低于原设计的5310ms，闸前最高水位为10 3.2 4m，低于原设计的10 3.9 5m。新增10 0 年一遇洪闸前最高水位为10 4.6 5m，相应过闸流量为59 30 m/s。（3）经抗洪能力复核，左岸非溢流坝和厂房坝顶高程满足抗洪能力要求；船闸和土坝坝顶高程不满足抗洪要求；厂区部分防洪墙墙顶高程不满足抗洪要求。因此，巫需对船闸、土坝坝顶、厂区部分防洪墙墙顶高程作加高处理。No.11November,2023（上接第7 9 页）4结语参考文献13%17.00%34.00%低风险区较低风险区中风险区较高风险区高风险区图2 陕西北地区山洪灾害风险评价结果由图2 可知，陕北地区5个等级的风险区中，面积占比排序为：中风险区（34%）较低风险区（2 4%）较高风险区（17%）高风险区（13%）低风险区（12%）。中风险区面积约为2 6 6 50 km。从整体上来看，陕北地区发生山洪灾害风险程度呈现出由北往南依次增高的趋势，与整个陕西省山洪灾害风险程度的变化规律一致。其中，高风险区和较高风险区主要集中在延安市，其中洛川县、黄陵县、黄龙县的山洪灾害发生更为频繁，是需要重点加强防范的地区。12.00%24.00%本文以陕西省为例，选取了降水、高程、人口密度等9个山洪灾害风险评价指标，使用模糊层次分析法和ArcGIS软件对该省山洪灾害的危险性、易损性和风险程度展开了评价。以评价结果为参考，指导下一步山洪灾害的防治工作，有利于达到防洪减灾、保障人民群众生命财产安全的效果。1敬双怡，莘明亮，于玲红.基于模糊综合评价法的大同市山洪灾害风险评价J.水利水电技术,2 0 18（5）：12-13.2李琼，蔡佳明，周建中.基于梯形模糊数灰色聚类的山洪灾害风险区划研究J.环境保护前沿,2 0 18（3）：11-13.3张容焱，游立军，高建芸，等.统计方法与淹没模型结合的山洪灾害风险评估方法及其应用J.气象，2 0 2 3（0 2）：10 7-10 8.4徐庆云，基于调查数据的山洪灾害风险评价技术分析J.水利天地,2 0 2 1(6):9 0-9 2.5李文静，林凯荣，刘玥.基于GIS-AHP集成的无资料小流域山洪灾害风险评价J.中国农村水利水电，2 0 2 0（8）：52-52.（上接第8 2 页）参考文献雨季山洪重点防治对象。同时随着近些年的开发建设，在以上区域修建山体截洪沟，完善山区防洪排水系统，对于提高城市防洪显得尤为重要。6结论与建议深圳市龙华区地处广东省南部，受锋面雨、台风雨影响，暴雨频发，洪、涝、潮灾害时常发生。通过对龙华区山洪成灾进行调研，利用层次分析法对龙华区山洪成因进行分析，参照生态风险评价原理步骤，通过计算洪水灾害综合风险值对整个研究区进行洪水灾害风险评价。结果表明降雨是龙华区山洪发生的主导因素，其中短时强降雨是诱发山洪的最主要成因。除去降雨的影响，可以认为山区地势起伏较大处山洪更易发生；城区面积的扩大以及植被覆盖率的减少，也对山洪的发生造成一定程度的影响。黄竹园山区风险等级最高，是山洪防治的重点。完善城市基础设施建设，包括截洪沟、排洪管渠等在内的设施，划定防洪重点区域，可有效减少龙华区山洪内涝的发生。1】王凤雪.淄博市山洪灾害防治县级非工程措施建设情况J.农业与技术,2 0 17,37(2 4):8 1-9 2.2胡海静.青海省山洪灾害对生态环境影响及预防措施J.资源节约与环保,2 0 15（0 8):12 2-12 6.3】格宁.延安市山洪灾害防治县级非工程措施项目建设实践与思考J.水利科技与经济,2 0 15,2 1（0 5）：8 4-8 6.4陈建云，林春艳，陈伟.防治山洪灾害的雨量站布设研究J.农业与技术,2 0 15,35（0 2）：2 0 1-2 0 6.85