林 波

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635)

自2000年以來，全國的山洪災(zāi)害每年死亡人數(shù)不斷上升，已占各種洪澇災(zāi)害死亡總?cè)藬?shù)的80%[1]。我國山丘分布地區(qū)經(jīng)濟(jì)正在持續(xù)發(fā)展，人口迅速增長，人類活動導(dǎo)致的極端氣候加劇，山洪災(zāi)害對生活生命的影響也不斷加大[2]，山洪災(zāi)害來勢猛，成災(zāi)快，極具破壞性，加上地域性分布非常明顯，極易發(fā)生，山洪預(yù)防的難度加大[3]。張鵬、孫秀峰等[4]通過審核與匯集廣東省全省的山洪災(zāi)害調(diào)查和分析評價成果，審核結(jié)果顯示廣東省的大部分區(qū)域均為山洪災(zāi)害防治區(qū)(包括80個縣區(qū))，為了對80個縣區(qū)進(jìn)行山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評價研究，基于國際上相關(guān)方法，一般采用的風(fēng)險(xiǎn)評價模式，主要為風(fēng)險(xiǎn)性(R)=危險(xiǎn)性(H)×易損性(V)[5]。目前，國際國內(nèi)主要采用多目標(biāo)分析方法，以確定各影響因子的權(quán)重，通過地理信息系統(tǒng)(GIS)的空間分析功能來分析某一區(qū)域的山洪風(fēng)險(xiǎn)性。李永紅通過利用數(shù)字高程的DEM地形圖，以小流域?yàn)閱卧?，運(yùn)用GIS分析山洪災(zāi)害的重點(diǎn)易發(fā)生程度，并劃分二級區(qū)劃[6]；李林濤、徐宗學(xué)等綜合分析地形地貌、水文氣候和河流水系等影響因素，編制不同重現(xiàn)期的洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖[7]。Chatterjee S[8]等在印度Keleghai流域內(nèi)，運(yùn)用層次分析法(AHP)分析該流域的洪水風(fēng)險(xiǎn)性。LIN K R等[9]則基于ISO聚類—最大似然法，對廣東省山洪災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級，并取得結(jié)果更合理。在多目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)分析過程中，通過不同方法而確定的影響因子權(quán)重，其中AHP法操作較為簡單，并經(jīng)常結(jié)合GIS，對山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)分析更為合理[10]，因此利用AHP-GIS方法分析山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究取得了較好的成果，而在大范圍(如省級行政區(qū))的有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)分析研究較少。綜上所述，本文基于前人的相關(guān)分析研究[11-16]，選取整個廣東省為分析對象，從山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性、社會經(jīng)濟(jì)的易損性兩個方面進(jìn)行構(gòu)建廣東省山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評價指標(biāo)體系，運(yùn)用AHP-GIS方法對危險(xiǎn)性、易損性進(jìn)行分析，確定山洪災(zāi)害的綜合風(fēng)險(xiǎn)性，并分析風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評價結(jié)果與各指標(biāo)值的相關(guān)性，初步判定山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響的主導(dǎo)因素，進(jìn)而為廣東省山洪災(zāi)害的防治區(qū)劃及相關(guān)防御工作提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

a 廣東省山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性等級

a 廣東省暴雨綜合指標(biāo)危險(xiǎn)性等級

1 研究區(qū)域基本情況

1.1 研究區(qū)域概況

廣東省位于我國大陸南端，地處北緯20°14′～25°31′、東經(jīng)109°40′～117°20′，北回歸線橫貫中部。北倚南嶺，與湖南、江西兩省相連，東鄰福建，西接廣西，南瀕浩瀚的南海，西南端隔瓊州海峽與海南相望。全省國土面積為17.97萬km2，約占全國總面積的2.2%。

廣東省屬熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季盛行西南季風(fēng)和東南風(fēng)，氣候溫暖，全年氣溫高，濕度大，常見干早，春季2—3月往往形成大范圍的低溫陰雨天氣，從4月上旬開始進(jìn)入雨季。臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴是廣東省主要災(zāi)害性天氣，臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴主要集中在7—9月。廣東省位于我國大陸南部，地形地貌類型復(fù)雜多樣，且以山地丘陵為主，海拔500 m以上的山地占31.7%，丘陵占28.5%。加之地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，暴雨頻發(fā)，受特殊自然地理環(huán)境、日趨極端的災(zāi)害性天氣以及山丘區(qū)的人類經(jīng)濟(jì)社會活動等多種自然和人為因素的影響，導(dǎo)致廣東省山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁。

1.2 數(shù)據(jù)來源

為客觀反應(yīng)廣東省各區(qū)域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，前期工作中針對廣東省自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)條件展開調(diào)查，搜集的基礎(chǔ)資料見表1所示。將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)過ArcGIS柵格化、投影變換及重采樣，得到具有相同坐標(biāo)系及分辨率的數(shù)據(jù)柵格圖層，坐標(biāo)系為WGS_1984_UTM_Zone_49N，分辨率為90 m。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃評價的分析要求，結(jié)合實(shí)際，遵循簡明性、可操作性、目的性等相關(guān)原則選取相應(yīng)分析評價指標(biāo)。利用 “風(fēng)險(xiǎn)度=危險(xiǎn)度×易損度”公式，選取降雨、坡度、高程、河網(wǎng)密度等作為危險(xiǎn)性分析影響因子，選取一產(chǎn)比重、人口密度、地均GDP、城鎮(zhèn)化率等作為易損性分析影響因子；利用GIS中的重分類專門工具進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化，然后將各指標(biāo)劃分為5級，得到各個評價指標(biāo)的不同等級空間分布特征(見圖1)。

2 分析研究方法

2.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

在山洪災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性因子中，降雨是引發(fā)山洪災(zāi)害的主導(dǎo)因素，其影響力最大，地形地貌、河網(wǎng)水系等下墊面條件又為山洪災(zāi)害的發(fā)生提供了孕災(zāi)環(huán)境，但影響力較降雨小。而在山洪災(zāi)害易損性分析的各指標(biāo)中，人口是山洪災(zāi)害中最重要的保護(hù)對象，城鎮(zhèn)化率是防洪能力的體現(xiàn)，所以人口和城鎮(zhèn)化率指標(biāo)是最重要的指標(biāo)；地均GDP、一產(chǎn)比重反映了資產(chǎn)暴露狀況和下墊面土壤持水能力影響防洪能力，對山洪災(zāi)害易損性評價有重大影響，由此建立各層次判斷矩陣，最終采用層次分析法確定山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)權(quán)重(見表2)。

表2 廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃各指標(biāo)權(quán)重

2.2 模型構(gòu)建

本次廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析，主要通過AHP法建立指標(biāo)體系，并匯總各指標(biāo)層的指標(biāo)及相應(yīng)權(quán)重，得到各個柵格的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值，風(fēng)險(xiǎn)值越高，則表示可能發(fā)生的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性越大。利用地理信息系統(tǒng)中的柵格計(jì)算器，疊加不同的指標(biāo)圖層，最終獲得山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性、易損性和風(fēng)險(xiǎn)性柵格分布圖。

危險(xiǎn)性：

(1)

易損性：

(2)

風(fēng)險(xiǎn)性：

D=f(H,V)=ωHH+ωVV

(3)

式中:

hi、vi——各個柵格單元經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后危險(xiǎn)性指標(biāo)和易損性指標(biāo)的取值；

ω——危險(xiǎn)性和易損性各指標(biāo)權(quán)重。

根據(jù)表2得到的各層次中指標(biāo)的權(quán)重，得到本文危險(xiǎn)性、易損性和風(fēng)險(xiǎn)性計(jì)算公式。

危險(xiǎn)性：

(H)=0.375CH1+0.15CH2+0.35CH3+0.125CH4

(4)

易損性：

(V)=0.3CV5+0.2CV6+0.3CV7+0.2CV8

(5)

風(fēng)險(xiǎn)性：

(R)=0.6H+0.4V

(6)

式中:

CH1、CH2、CH3、CH4、CV5、CV6、CV7、CV8——分別為各柵格單元經(jīng)過歸一化處理后的降雨、高程、坡度、河網(wǎng)密度、人口密度、地均GDP、城鎮(zhèn)率、一產(chǎn)比重取值。

3 結(jié)果分析

山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性指的是山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性的結(jié)合體，是在山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性等影響要素評估結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行評價的，用山洪災(zāi)害綜合性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來表征其強(qiáng)度。利用AHP法確定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)性評價指標(biāo)權(quán)重，然后將人工干預(yù)后的危險(xiǎn)性、易損性柵格圖進(jìn)行疊加，利用GIS中的自然間斷點(diǎn)重分類方法，分類得到山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，最后獲得廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度分布示意(見圖2)，并將其與歷史山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)比較(見圖3)，進(jìn)行分析驗(yàn)證相關(guān)性。

圖3 歷史山洪災(zāi)害情況驗(yàn)證結(jié)果示意

3.1 危險(xiǎn)性評價

根據(jù)圖2a顯示，廣東省山洪災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)與廣東省三大暴雨中心的分布相對一致，集中在降雨量大、地形地貌以低山丘陵為主、坡度較大的區(qū)域。

中北部地區(qū)如清遠(yuǎn)市、韶關(guān)市、惠州市等地的山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性較高。主要原因是該區(qū)域雖然受臺風(fēng)影響較沿海地區(qū)小，植被覆蓋度高，但該區(qū)地貌類型以中低山丘陵為主，局地氣候的影響明顯，降雨量大，再加上地勢陡峭，常常爆發(fā)以溪河洪水災(zāi)害為主的山洪災(zāi)害。

西南部地區(qū)如陽江市、江門市等地的山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性較高。主要原因是該區(qū)域雖以山丘、平原臺地為主，地勢起伏相對平緩，但地處廣東省的暴雨中心，受臺風(fēng)暴雨影響嚴(yán)重，加之地表植被不發(fā)育，水土流失較為嚴(yán)重，在強(qiáng)降雨作用下容易引起滑坡、泥石流災(zāi)害。因此，該區(qū)以滑坡為主，其次是溪河洪水和泥石流災(zāi)害。

東部地區(qū)如河源市、梅州市、揭陽市等地危險(xiǎn)性較高。主要原因是該區(qū)受臺風(fēng)暴雨影響明顯，小支流密布，河道較長，河床比降較小，洪水出流不暢，容易形成洪水災(zāi)害。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖體穩(wěn)定性較差，加上人類活動強(qiáng)烈，人工邊坡較多，在暴雨洪流沖刷切割作用下，滑坡災(zāi)害發(fā)育，局部有泥石流災(zāi)害。因此，該區(qū)溪河洪水災(zāi)害和滑坡、泥石流災(zāi)害并存。

珠三角地區(qū)如廣州市、佛山市、中山市等地的山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性較低。主要原因是該區(qū)地貌類型以堆積平原為主，而本次項(xiàng)目的山洪災(zāi)害特指在山區(qū)溪溝中發(fā)生的暴漲洪水，因此雖然珠江三角洲地區(qū)河網(wǎng)密布，降雨量大，由于土地利用方式發(fā)生變化，洪水災(zāi)害問題主要是城市內(nèi)澇問題而非本次項(xiàng)目研究的山洪災(zāi)害問題。

3.2 易損性評價

根據(jù)圖2b顯示，廣東省山洪災(zāi)害易損性分布錯綜復(fù)雜，區(qū)域性明顯，這與易損性評價指標(biāo)的社會經(jīng)濟(jì)屬性相符合。本項(xiàng)目易損性評價指標(biāo)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)是以縣域?yàn)閱挝坏?，各縣級市人口、經(jīng)濟(jì)、城鎮(zhèn)建設(shè)水平不一致，地區(qū)差異明顯。易損性水平高值區(qū)集中在人口密度大、城鎮(zhèn)化率低、一產(chǎn)比重較大、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域，如粵北的五華、東源、龍川、興寧、梅州市區(qū)、樂昌、梅縣、陽山、和平、連山、英德、紫金；粵東的揭西；粵西的高州、化州、信宜、云安、陽春、封開、徐聞、雷州、遂溪、羅定、郁南、新興、電白等縣級行政區(qū)。

總體而言，粵北、粵西、粵東地區(qū)山洪災(zāi)害易損性普遍偏高，珠三角易損性普遍偏低。結(jié)合前文各易損性評價指標(biāo)的分析可知，可以明顯看到粵西和部分粵東地區(qū)城鎮(zhèn)化率較低、一產(chǎn)比重較高、居民點(diǎn)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)低，更易受到山洪侵?jǐn)_，資產(chǎn)損失嚴(yán)重；珠三角易損性普遍偏低，主要原因是城鎮(zhèn)化程度高、一產(chǎn)比重低、居民點(diǎn)設(shè)施和防洪設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)高，不易受到山洪災(zāi)害威脅，集中資產(chǎn)損失小。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)性評價

根據(jù)圖2c顯示，風(fēng)險(xiǎn)性水平較高的區(qū)域集中在粵北、粵西、粵東地區(qū)，如粵北的英德、連山、陽山、東源、樂昌、清新、佛岡、五華、翁源、連南、新豐、紫金、龍川、連平、始興、梅縣、仁化、梅州市區(qū)、興寧；粵東的陸河、揭西、普寧；粵西的高州、信宜、陽東、電白、化州、陽西、云安、徐聞、雷州；珠三角的龍門、懷集、博羅、廣寧、恩平等行政區(qū)。

將圖2a、圖2b與圖2c進(jìn)行對比分析，由于山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性水平高而導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)性水平高的區(qū)域集中在粵北、粵東、珠三角地區(qū)部分地區(qū)；由于山洪災(zāi)害易損性水平高而導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)性水平高的區(qū)域集中在粵北和粵西地區(qū)。

總體而言，除了珠三角地區(qū)外，廣東省大部分地區(qū)均面臨中等偏高的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 有效性驗(yàn)證

將廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度分布圖與歷史山洪災(zāi)害分布圖進(jìn)行疊加，結(jié)果顯示風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度較高的區(qū)域均是歷史山洪災(zāi)害發(fā)生次數(shù)與損失較大的區(qū)域，如清遠(yuǎn)市的清新、英德、佛岡、陽山、連山、連南；韶關(guān)市的樂昌；河源市的連平、東源、紫金；梅州市的五華、興寧；惠州市的龍門、博羅；陽江市的陽春；茂名市的信宜、高州、電白、化州等地[13]。根據(jù)初步對比驗(yàn)證結(jié)果，本次廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃結(jié)果較為符合實(shí)際情況。

3.5 主導(dǎo)因素分析

評價結(jié)果顯示，廣東省山洪災(zāi)害危險(xiǎn)程度與降雨量、地貌類型、坡度密切相關(guān)，降雨量越大，山坡越陡峭，發(fā)生山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性就越高；就廣東全省而言，中北部和西南部山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性普遍高于中部珠三角地區(qū)。易損性比較高的地方往往集中于人口密度大、城鎮(zhèn)化率低、一產(chǎn)比重較大、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)。

4 結(jié)語

本文以廣東省為研究對象，利用ArcGIS軟件對廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價結(jié)果進(jìn)行ISO最大似然法聚類分析，得到廣東省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析5類聚類結(jié)果(圖2c)。風(fēng)險(xiǎn)值1、2、3、4、5代表山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度，分別代表微風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

1)區(qū)劃結(jié)果表明廣東省山洪災(zāi)害總體風(fēng)險(xiǎn)值為2.90，屬于山洪災(zāi)害中風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度，其中微、低、中、高、極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占本區(qū)面積的比例分別為11.95%、25.41%、32.84%、19.93%、9.87%，基本呈正態(tài)分布特征。這與《全國山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃報(bào)告》中廣東省屬于滇東南粵桂山地中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、粵桂低山平原中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)相一致。山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)主要分布在粵東、粵西和粵北，珠三角地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度總體較低。

2)從危險(xiǎn)性水平來看，高值區(qū)集中在降雨量大、地形地貌以低山丘陵為主、坡度較大的區(qū)域，如粵北的佛岡、清新、英德、新豐、連山、連南、翁源、河源市區(qū)、乳源、陽山、始興、樂昌、連平、曲江、東源、紫金、清城、仁化、大埔、豐順、連州；粵東的陸河、汕城、南澳、普寧、海豐、揭西；粵西的陽春、陽東、電白、江城、陽西、高州；珠三角的龍門、惠東、從化、博羅、恩平、增城、惠陽、惠州市區(qū)、廣寧、珠海、臺山、懷集、龍崗等行政區(qū)。

3)從易損性水平來看，高值區(qū)集中在人口密度大、城鎮(zhèn)化率低、一產(chǎn)比重較大、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的區(qū)域，如粵北的五華、東源、龍川、興寧、梅州市區(qū)、樂昌、梅縣、陽山、和平、連山、英德、紫金；粵東的揭西；粵西的高州、化州、信宜、云安、陽春、封開、徐聞、雷州、遂溪、羅定、郁南、新興、電白等行政區(qū)。

4)從風(fēng)險(xiǎn)性水平來看，危險(xiǎn)性較高的地區(qū)一般有著較高風(fēng)險(xiǎn)性，風(fēng)險(xiǎn)性水平較高的有粵北的英德、連山、陽山、東源、樂昌、清新、佛岡、五華、翁源、連南、新豐、紫金、龍川、連平、始興、梅縣、仁化、梅州市區(qū)、興寧；粵東的陸河、揭西、普寧；粵西的高州、信宜、陽東、電白、化州、陽西、云安、徐聞、雷州；珠三角的龍門、懷集、博羅、廣寧、恩平等行政區(qū)。

5)經(jīng)與歷史山洪災(zāi)害分布情況進(jìn)行對比驗(yàn)證，結(jié)果顯示風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度較高的區(qū)域均是歷史山洪災(zāi)害發(fā)生次數(shù)與損失較大的區(qū)域，如清遠(yuǎn)市的清新、英德、佛岡、陽山、連山、連南；韶關(guān)市的樂昌；河源市的連平、東源、紫金；梅州市的五華、興寧；惠州市的龍門、博羅；陽江市的陽春；茂名市的信宜、高州、電白、化州等地。

基于AHP-GIS的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分析評價，根據(jù)區(qū)劃結(jié)果，廣東省大部分地區(qū)均面臨中等偏高的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)部門可根據(jù)各地方風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度及實(shí)際情況，科學(xué)、有效、針對性地開展防洪減災(zāi)工作，因地制宜，制定各縣(區(qū)、市)的防御山洪災(zāi)害的相關(guān)措施，全面分析山洪災(zāi)害成因分析，形成數(shù)字流域模型、山洪預(yù)測模型等高新技術(shù)與傳統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)相結(jié)合的完整的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價系統(tǒng)。