汪 怡，梁 龍，孫延忠，宮阿都，劉穎慧，陳云浩

（1.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；2.中國文化遺產(chǎn)研究院，北京 100029）

引言

洪澇災(zāi)害一直以來位于威脅全球不同國家和地區(qū)的各類自然災(zāi)害影響程度之首，洪澇災(zāi)害已成為人類社會面臨的共同重大問題［1－3］。尤其是我國，自然地理、氣候條件復(fù)雜，是世界上洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一［4－5］。隨著全球環(huán)境不斷變化，不可移動文物面臨的災(zāi)害威脅加劇，一些學(xué)者也逐漸開始對不可移動文物進行災(zāi)害風(fēng)險研究。然而目前國內(nèi)外學(xué)者對不可移動文物遺產(chǎn)的保護缺乏對洪澇害災(zāi)害系統(tǒng)發(fā)生機制的綜合研究［6－7］。針對不可移動文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險研究是指某一地區(qū)在某一時間內(nèi)洪澇發(fā)生對不可移動文物的可能造成的破壞損失及其經(jīng)濟、社會和自然環(huán)境系統(tǒng)方面的影響和危害的評估［8］。從災(zāi)害角度對不可移動文物遺產(chǎn)進行風(fēng)險評價具有重大意義，目前國際社會已有相關(guān)學(xué)者開展了洪澇災(zāi)害、氣候變化對遺產(chǎn)危害的評估與防范研究，而國內(nèi)相關(guān)研究比較缺乏［9］。國內(nèi)外學(xué)者針對不可移動文物的研究主要集中在文物時空分布及其與地理要素和人文要素之間的關(guān)系、不可移動文物所在地的開發(fā)與保護及環(huán)境變化等方面［6，10－15］。而在洪澇災(zāi)害風(fēng)險方面的研究卻已有很多成熟的研究方法可以借鑒，如曹茹、張洪玲、田光文等從危險性、敏感性、脆弱性等3個方面因子進行綜合評估分析，分別得到寶雞市冰雹、黑龍江洪澇、南鄭縣暴雨的災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃［16－18］。加之很多新興技術(shù)手段在洪澇災(zāi)害風(fēng)險上的應(yīng)用也日益成熟［19－20］。在對文物及洪澇災(zāi)害相結(jié)合的風(fēng)險研究領(lǐng)域，喬文慧等［21］結(jié)合城市防洪、救災(zāi)與重建能力對廣州市內(nèi)的文化遺產(chǎn)進行了洪澇風(fēng)險評估模型的構(gòu)建，梁龍等［22］基于自然災(zāi)害風(fēng)險評估理論，基于區(qū)域災(zāi)害風(fēng)險評估理論從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及文物本體3個方面在福建省域尺度上構(gòu)建了不可移動文物季節(jié)性暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估方法。文中在考慮不同文物類型對暴雨洪水漬澇的敏感性后，發(fā)現(xiàn)山西省古遺址、古建筑這兩類不可移動文物都具有種類眾多，規(guī)模龐大，但大多質(zhì)地脆弱，洪澇災(zāi)害對于不可移動文物具有波及范圍大和破壞程度高的特點，且在所有自然災(zāi)害中，洪澇災(zāi)害對其影響最大且相對頻繁。孫滿利［47］提出，降雨及洪澇對于古遺址的影響主要存在3個階段，即土體崩解、形成沖溝、墻體失穩(wěn)倒塌；而古建筑及石窟寺及石刻在暴雨沖刷下，古建筑屋頂屋脊、瓦片、屋檐彩繪等容易脫落，石窟寺及石刻如云岡石窟等其內(nèi)部不僅有石窟，有佛像，還有著眾多精美的壁畫，在受到雨水腐蝕及短時間內(nèi)高強度降雨導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害，若排水系統(tǒng)不完善，積水不能及時排出，古建筑及石窟寺及石刻會因長時間雨水的浸泡受到侵蝕，致使墻體出現(xiàn)開裂和傾斜現(xiàn)象，嚴(yán)重的將會影響其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［48－50］。因此選擇此三類不可移動文物為代表性文物類型。因此，本研究基于現(xiàn)有的研究方法和思路，依據(jù)不可移動文物自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防范需求［23］，選取古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三類不可移動文物，提出針對三類不可移動文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險山西省域尺度的評估方法。通過分析文物本體屬性分析對其產(chǎn)生主要影響的降水特性，即導(dǎo)致洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的根本原因，開展致災(zāi)因子危險性研究；基于三類文物本體不同屬性的影響特征，利用綜合分析法開展針對不同類型文物本體的脆弱性研究；通過分析研究區(qū)域易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的地形地貌等環(huán)境特征研究孕災(zāi)環(huán)境敏感性，形成綜合面向三類文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估方法體系［22］。以層次分析法結(jié)合專家打分法確定指標(biāo)權(quán)重，加權(quán)綜合評價構(gòu)建不可移動文物遺產(chǎn)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估體系，以期有效地預(yù)見與防范不可移動文物遺產(chǎn)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險，為不可移動文物遺產(chǎn)的防洪減災(zāi)提供服務(wù)，進而豐富不可移動文物遺產(chǎn)保護的理論與應(yīng)用領(lǐng)域。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)源概況

1.1 研究區(qū)概況

山西省地處黃河中游，黃土高原東部，南北長約682 km，東西寬約385 km，總面積15.63×104 km2。因受大氣環(huán)流及地形的影響，山西省降水分布東多于西，南多于北，山地多于盆地，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡，年際和季節(jié)變化大，降水強度大。年平均降水由西北向東南遞增，介于380 mm～650 mm，總平均511.8 mm。因地形地貌及長期采煤所致，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)、易發(fā)［24］。由于山西省在經(jīng)緯度上跨度較大，因而其省域境內(nèi)氣候東西垂直變化以及橫向南北變化都十分顯著，總體上山西省可歸屬于中緯度大陸性季風(fēng)氣候，即溫帶大陸性氣候，其復(fù)雜的地形地貌使其氣候比較復(fù)雜，屬于典型的氣候脆弱區(qū)域，主要表現(xiàn)為夏季受東亞季風(fēng)影響為多雨季節(jié)，其總體持續(xù)時間較短，因而極容易產(chǎn)生暴雨及洪澇災(zāi)害［25］。山西全省地處黃土高原地區(qū)范圍內(nèi)，而黃土高原地區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱和水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，除土壤類型結(jié)構(gòu)外，降水集中且多為暴雨是造成該地區(qū)水土流失的主要原因［41］。已有研究表明，一次大暴雨導(dǎo)致的土壤侵蝕往往占到年總量的90%以上［42］。因此黃土高原的特殊土壤類型也是導(dǎo)致洪澇災(zāi)害影響加重的重要因素。雖然近幾年山西省發(fā)生洪澇災(zāi)害的次數(shù)有所下降，但2014－2018年期間山西省發(fā)生洪澇災(zāi)害影響等級卻高于全國平均水平25%［26］。

山西省歷史悠久，文物資源豐富。第三次全國文物普查結(jié)果顯示，山西省不可移動文物共有5萬余處，其中全國重點文物保護單位271處，占全國國保單位總數(shù)2 351處的11.5%，位居全國第一；省保單位428處，市、縣保單位9 000余處；世界文化遺產(chǎn)3處；中國歷史文化名城5個；中國歷史文化名鎮(zhèn)、名村30個，其中名鎮(zhèn)7個、名村23個，總數(shù)位居全國第一。本研究所選用的不可移動文物包含第一至八批國保單位共計422處，分布于山西省86個縣（市）中。

1.2 數(shù)據(jù)源選取及處理

文中選用了基于國家氣象信息中心2 400余全國國家級臺站（基本、基準(zhǔn)和一般站）的日觀測數(shù)據(jù)，選用1980年至2015年36年分辨率為0.25°的CN05.1格點化觀測的氣象數(shù)據(jù)［27，28］，結(jié)合國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn/）提供的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集中的同年份跨度所記錄的降雨量數(shù)據(jù)為參考，用于提取出分析致災(zāi)因子危險性所需要的山西省降雨量、年均暴雨日數(shù)和年均暴雨量指標(biāo)信息。歷史災(zāi)害點數(shù)據(jù)來源于《山西氣象災(zāi)害大典》中洪澇災(zāi)害的統(tǒng)計資料構(gòu)建山西省縣級尺度歷史洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)集。孕災(zāi)環(huán)境敏感性所需的指標(biāo)數(shù)據(jù)有高程數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)和河網(wǎng)密度數(shù)據(jù)，其中高程數(shù)據(jù)為分辨率為12.5 m的全國高程數(shù)據(jù)，坡度由高程數(shù)據(jù)在ArcMap中提取，NDVI數(shù)據(jù)為中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心2015年分辨率為1 km×1 km的全國NDVI數(shù)據(jù)，河流數(shù)據(jù)為OpenStreetMap網(wǎng)站上下載的全國1 km的全國河網(wǎng)數(shù)據(jù)，土壤類型數(shù)據(jù)為中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心1995年1：100萬中國土壤質(zhì)地空間分布數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)分辨率統(tǒng)一為1 km。再利用山西省行政區(qū)劃面狀矢量數(shù)據(jù)對影像進行裁剪處理，得到研究區(qū)圖像。具體數(shù)據(jù)來源可見表1。

表1 不可移動文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險數(shù)據(jù)源Table 1 Immovable cultural relics flood disaster risk data source

文物本體脆弱性數(shù)據(jù)及指標(biāo)賦值基于國保單位四有檔案資料（來源：中國文化遺產(chǎn)研究院）及實地調(diào)研所得到的山西省古建筑、古遺址和石窟寺及石刻三類文物點數(shù)據(jù)，共有效點422個，其中古建筑366個、古遺址46個，石窟寺及石刻10個，所選指標(biāo)為數(shù)量、結(jié)構(gòu)、文物占地面積及保存現(xiàn)狀。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重計算

考慮到各指標(biāo)單位的不同，采用離差標(biāo)準(zhǔn)化法，對原始數(shù)據(jù)進行線性變換，使結(jié)果值映射到0－1的標(biāo)準(zhǔn)歸一化范圍。以層次分析法結(jié)合專家打分法計算權(quán)重，所有權(quán)重值均通過一致性檢驗。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法，可在一定程度上將定性問題定量化［29］。其基本步驟為：建立由洪澇災(zāi)害風(fēng)險的組成要素所形成的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造比較判斷矩陣，計算權(quán)向量以及檢驗一致性。根據(jù)比較判斷矩陣，計算出要素X的各項影響指標(biāo)的x i權(quán)重w i，公式為：

式中：m ij為比較判斷矩陣第i行第j列的元素；n為比較判斷矩陣維數(shù)；M i為i行元素的幾何平均值［30］。

專家打分法主要通過征求專家意見并進行統(tǒng)計、處理、歸納和綜合分析。在洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估和區(qū)劃研究中，尤為關(guān)鍵的是合理地確定各個影響因子中的具體評估指標(biāo)與權(quán)重值，根據(jù)洪澇災(zāi)害特點，在層次分析法基礎(chǔ)上通過專家打分法綜合計算具體評估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)［31］。

針對致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性，基于層次分析法和專家打分法，對指標(biāo)進行兩兩重要性打分，構(gòu)建比較矩陣，計算各指標(biāo)相對權(quán)重。根據(jù)本研究給出的省域尺度下不可移動文物洪澇風(fēng)險概念模型表達(dá)式計算其風(fēng)險要素綜合指標(biāo)X的公式為：

式中：X為洪澇災(zāi)害風(fēng)險要素值；s i為指標(biāo)x i（包括f,m,b,s,r，t,g,l,w）經(jīng)過歸一化后的值；w i為經(jīng)過層次分析法結(jié)合專家打分法得到的指標(biāo)權(quán)重。

指標(biāo)體系及權(quán)重見表2。

表2 不可移動文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估指標(biāo)體系Table 2 Immovable cultural relics flood disaster risk assessment index system

2.2 評估模型

2.2.1 致災(zāi)因子危險性評估

對致災(zāi)因子綜合評估本文主要針對降水及歷史洪澇災(zāi)害點要素。根據(jù)中國氣象局規(guī)定，一般認(rèn)為短時間內(nèi)產(chǎn)生較強降雨（24小時降雨量≥50 mm）的天氣現(xiàn)象即為暴雨，認(rèn)定為存在致洪的可能，若研究區(qū)一年之中暴雨級別以上的降水愈頻繁，則該地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險也越高。在參考王莎等［32］研究的基礎(chǔ)上，選取直接和暴雨洪澇災(zāi)害相關(guān)的降雨量、年均暴雨日數(shù)及年均暴雨量作為致災(zāi)因子的3個指標(biāo)。同時，依據(jù)《山西氣象災(zāi)害大典》中洪澇災(zāi)害的統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)對比歷史洪澇災(zāi)害點數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，歷史洪澇災(zāi)害點分布越密集的地區(qū)，即歷史上頻繁發(fā)生洪澇災(zāi)害的地區(qū)，相對其他地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險更高。因此，本研究選用年降雨量，參考中國雨量等級標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計的年均暴雨日數(shù)和年均暴雨量［33］，加上歷史洪澇災(zāi)害點進行密度分析，歷史洪澇災(zāi)害點越密集的地區(qū)，其洪澇災(zāi)害的風(fēng)險也相對越高。綜合插值分析以加權(quán)致災(zāi)因子的危險程度。

2.2.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估

在山西省域尺度上綜合考慮地形地勢、水系、土壤類型、NDVI等土地利用因素的影響，其中，因山西境內(nèi)有眾多山區(qū)，山洪作為洪澇災(zāi)害的一種類型，是造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失的重要因素，考慮地形因素的重要影響，即地形起伏度越小，地勢越低，發(fā)生洪澇災(zāi)害的風(fēng)險程度就越高［34－36，44］，因此，地形因子以高程和坡度為指標(biāo)作綜合表征評價［37］；水系因子考慮河網(wǎng)密度，河網(wǎng)密度很大程度上決定了文物所在區(qū)域可能遭受洪澇災(zāi)害的難易程度，河網(wǎng)越密集地區(qū)越易遭受洪澇災(zāi)害［38］。NDVI指數(shù)是能夠最有效反映地表植被覆蓋情況的遙感指數(shù)之一，NDVI值越高的地區(qū)，植被覆蓋越密集，越能有效吸收地表的水分，對洪澇災(zāi)害越不敏感［40］。具體細(xì)化土地類型數(shù)據(jù)來做綜合評價，本研究依據(jù)土壤質(zhì)地，將山西省土壤類型分為砂土、黏土、壤土三類，參考已有研究得知三類土壤的保水性能依次增強，即對洪澇災(zāi)害越不敏感［43］。

2.2.3 文物本體脆弱性評估

文物本體脆弱性評估以不可移動文物價值量化評價，依據(jù)該不可移動文物的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、占地面積和保存現(xiàn)狀評定不可移動文物價值，認(rèn)為不可移動文物數(shù)量越多、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、占地面積更大、保存現(xiàn)狀級別越高，其價值越高、脆弱性越強［21］。其中數(shù)量指標(biāo)用以在省域尺度上將研究聚焦至縣級單位，即各縣級單位擁有的國保單位文物點數(shù)量，數(shù)量越多，相對面臨的洪澇災(zāi)害風(fēng)險越高，保護工作更加困難，結(jié)果在風(fēng)險區(qū)劃圖中得以呈現(xiàn)。在聚焦于文物點的脆弱性及風(fēng)險評估中，我們將該縣級的數(shù)量作為指標(biāo)值提取至該縣域內(nèi)的文物點用以進行文物點脆弱性計算。其余三項指標(biāo)直接可在文物點的角度進行計算。同時通過文物四有檔案查詢、實地調(diào)研、問卷調(diào)查等方法，對山西省存在的的422個三類不可移動文物本體基于構(gòu)建的賦值表進行打分賦值。

2.2.4 綜合風(fēng)險評估

由于洪澇災(zāi)害風(fēng)險的定義都是定性的風(fēng)險概念，對風(fēng)險無法進行定量化的表達(dá)，因此建立針對不可移動文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險表達(dá)式可以清楚直觀的表達(dá)出災(zāi)害風(fēng)險的主要構(gòu)成要素，對洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估具有重要的實際意義。本研究就近些年國內(nèi)外具有代表性的洪澇災(zāi)害風(fēng)險表達(dá)式進行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，其概念和表達(dá)式的理論多是針對自然災(zāi)害領(lǐng)域，并且多是以大尺度區(qū)域研究為主，對不可移動文物的洪澇災(zāi)害風(fēng)險理論尚未普及［45－46］。文中針對不可移動文物領(lǐng)域的災(zāi)害風(fēng)險表達(dá)從致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性交互關(guān)系出發(fā)，考慮致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及不可移動文物本體復(fù)雜性，構(gòu)建不可移動文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估模型。

在本研究提出的不可移動文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險概念模型中，文物本體包含古建筑（b）、石窟寺及石刻（s）、古遺址（r）三類；孕災(zāi)環(huán)境考慮地形（t）、地貌（g）、河網(wǎng)密度（w），土壤類型（l），NDVI（n）五類要素；致災(zāi)因子即為洪澇（f），歷史災(zāi)害點密度（m）。在概念模型空間中，文物本體與孕災(zāi)環(huán)境之間存在空間不確定性，與致災(zāi)因子之間也存在空間不確定性以及時間隨機性；孕災(zāi)環(huán)境與致災(zāi)因子相互作用具有事件突發(fā)性。正是由于這些特性的存在，使得不可移動文物洪澇風(fēng)險模型構(gòu)建更加錯綜復(fù)雜。

對于不可移動文物本體，考慮文物類型多樣、材質(zhì)多樣、年代久遠(yuǎn)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜特點，文物脆弱性具有時間不敏感、空間不確定、類型復(fù)雜等性質(zhì)；對于致災(zāi)因子，考慮其類型多樣、隨機突變、災(zāi)害過程復(fù)雜、極端事件多樣特點，因而致災(zāi)因子危險性具有時間敏感、空間尺度大、類型復(fù)雜的特性；對于孕災(zāi)環(huán)境，考慮環(huán)境復(fù)雜、人類活動影響以及全球變化，使得孕災(zāi)環(huán)境敏感性具有時間不敏感、空間尺度大、類型復(fù)雜特性。

而在時間尺度上，由于山西作為典型的北方省份，其降雨主要發(fā)生在7～8月，偶爾會遭受秋汛影響，因此第一、四季度降雨量可忽略不計而對汛期6～10月份的逐月分析，挖掘洪澇災(zāi)害風(fēng)險的月際分布特征。將致災(zāi)因子指標(biāo)數(shù)據(jù)均按照汛期6～10月份劃分并單獨對其危險性、風(fēng)險性進行逐月分析，計算模型與綜合風(fēng)險一致。

通過構(gòu)建概念模型空間、分析不可移動文物洪澇災(zāi)害風(fēng)險要素（文物本體、孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子）相互關(guān)系，本研究給出的省域尺度下不可移動文物洪澇風(fēng)險概念模型表達(dá)式如下：

式中：R表示洪澇災(zāi)害表示風(fēng)險值；H，V，S分別代表危險性、脆弱性與敏感性；f，m對應(yīng)為洪澇、歷史災(zāi)害點密度；b,s,r對應(yīng)為古建筑、石窟寺及石刻、古遺址；t,g,l,w,n分別對應(yīng)為地形、地貌、土壤類型、河網(wǎng)密度及NDVI。

3 結(jié)果分析

3.1 致災(zāi)因子危險性評估

利用ArcGIS軟件對1980-2015年，共36年氣象數(shù)據(jù)選擇年均降水量、年均暴雨日數(shù)、年均暴雨量3個因素結(jié)合歷史洪澇災(zāi)害點分布密度進行空間分析，首先將這3個指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理，再根據(jù)AHP結(jié)合專家打分法確定危險性的權(quán)重，最后綜合插值分析以加權(quán)致災(zāi)因子的危險程度得出山西省洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險性評估結(jié)果（圖1）。同時，本文對氣象數(shù)據(jù)進行汛期（6～10月）逐月劃分用以評估汛期洪澇災(zāi)害危險性，得到時間尺度上的致災(zāi)因子危險性結(jié)果（圖2）。

圖1 山西省致災(zāi)因子危險性評估情況Fig.1 Risk assessment of disaster-causing factors in Shanxi Province

圖2 山西省汛期致災(zāi)因子危險性評估情況Fig.2 Risk assessment of disaster-causing factors in flood season in Shanxi Province

山西省洪澇致災(zāi)因子危險性評估結(jié)果表明：山西省洪澇災(zāi)害危險性空間分布整體上表現(xiàn)為由南向北逐漸減弱的規(guī)律，危險性相對較低的區(qū)域主要分布在山西省北部尤其是西北部地區(qū)，如朔州市、大同市等。這是因為該地區(qū)降雨量較少，暴雨頻次較低；由于山西省獨特的地理位置及氣候條件，洪澇災(zāi)害相對較高的區(qū)域主要分布在降雨量較大且暴雨頻次較頻繁的南部地區(qū)及中東地區(qū)，如晉城市、長治市、運城市等。

時間分布整體上表現(xiàn)為7～8月較其他汛期月份危險性更為顯著，尤其在一年的7月份達(dá)到峰值，正是因為山西在該月份降水較多且頻率較大，全省均處于危險性較高的范圍。從時間尺度上看，山西省于6月進入汛期開始，危險性開始逐漸由東南擴大至全省并于7月達(dá)到峰值后逐漸下降到10月左右全省危險性降到較低水平。

總體而言，由于山西省南北跨越5個緯度，降水差異明顯，其降水分布的空間結(jié)構(gòu)為南部地區(qū)降水相對較多，有較為顯著的區(qū)域劃分。多雨城市主要分布在晉東南地區(qū)，少雨地區(qū)主要分布在晉北部地區(qū)，其他地區(qū)降雨總量相對中等［39］。降水的空間分布差異于本研究得出的結(jié)果大致相同，且對致災(zāi)因子危險性的評估方面具有決定性的影響。前有研究山西洪澇災(zāi)害、氣象災(zāi)害、歷史災(zāi)情的相關(guān)學(xué)者如王偉斯［25］等研究得出的山西省降雨大于50 mm的暴雨日數(shù)分布特征呈現(xiàn)從東南向西北減少的分布特點，且年均暴雨日數(shù)東南部地區(qū)平均每年在一天以上，而北部局部地區(qū)幾乎每10年才能出現(xiàn)一次大于50 mm的暴雨天氣。申欣凱等［27］對山西省暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估顯示長治西部、運城東南部處于高危險區(qū)；晉城、晉中南部、陽泉等地區(qū)處于次高危險區(qū)；山西北部處于低危險區(qū)。由于文中詣在研究不可移動文物的洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險性，所以在指標(biāo)選取上將此研究選用的最大日暴雨量改為降雨量，同時增加了歷史洪澇災(zāi)害點密度指標(biāo)，得到的結(jié)果與現(xiàn)有研究大體相同，但在各縣級區(qū)劃的高低值上存在差異，歷史洪澇災(zāi)害點密度越大的地區(qū)相對危險性更高。結(jié)合數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，歷史洪澇災(zāi)害點密度相對較大的地區(qū)與降雨量較大且暴雨頻次較頻繁的地區(qū)具有明顯的相關(guān)性，即歷史洪澇災(zāi)害點數(shù)據(jù)也印證著致災(zāi)因子危險性的空間分布特征，同時也意味著該地因山區(qū)地形地勢地貌等影響而導(dǎo)致較為經(jīng)常發(fā)生洪澇災(zāi)害，這在本研究后續(xù)的孕災(zāi)環(huán)境敏感性中也可得以論證。以上同類型對比研究與文中致災(zāi)因子危險性評估結(jié)果大致相同。

3.2 孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估

山西省域尺度孕災(zāi)環(huán)境敏感性系數(shù)偏高的地區(qū)分布呈東北—西南條狀帶走向，該“高敏感性條狀帶”地區(qū)水系密布、地勢低洼、植被覆蓋度較兩側(cè)山脈低，屬于洪澇易發(fā)區(qū)。山西省域尺度上最高孕災(zāi)環(huán)境敏感性達(dá)0.78，整體孕災(zāi)環(huán)境敏感性平均達(dá)0.48。對于河網(wǎng)密度較大，海拔和坡度較低，植被覆蓋度較低及土壤蓄水能力較弱的地區(qū)，其孕災(zāi)環(huán)境敏感性相對越高。對于山西省域尺度而言，其境內(nèi)有眾多山區(qū)，山洪作為洪澇災(zāi)害的一種類型，是造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失的重要因素，觀察結(jié)果也易發(fā)現(xiàn)山西省內(nèi)山區(qū)兩側(cè)地勢低洼、坡度平緩的地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境敏感性更高。同時因為山西地處黃土高原地區(qū)，其特殊土壤類型也是導(dǎo)致洪澇災(zāi)害影響加重的重要因素之一，孕災(zāi)環(huán)境高敏感性地區(qū)與土壤類型中相對保水性能較差的地區(qū)具有一致性?；谛姓^(qū)分布而言，運城市、晉中市西部地區(qū)及太原市為孕災(zāi)環(huán)境敏感性高值區(qū)域。若洪澇災(zāi)害發(fā)生，這些高孕災(zāi)環(huán)境敏感性不可移動文物地區(qū)損失將大于其他不可移動文物分布區(qū)（圖3）。

圖3 山西省孕災(zāi)環(huán)境敏感性評估情況Fig.3 Environmental sensitivity assessment of disaster pregnancy in Shanxi Province

由于受到大氣環(huán)流、地形條件及水汽輸送途徑等多種機制影響，山西省暴雨中心多出現(xiàn)在山脈的迎風(fēng)區(qū)，特別是氣流隨山勢升高的喇叭口狀的河谷地帶更容易出現(xiàn)大暴雨，從而更易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害的發(fā)生，如太行山中南部到中條山南麓、呂梁山東側(cè)、太岳山等地都是大暴雨洪災(zāi)的多發(fā)區(qū)［25］。同時參考致災(zāi)因子指標(biāo)中的歷史洪澇災(zāi)害點數(shù)據(jù)，其分布密度與本文所提出的“高敏感性條狀帶”洪澇易發(fā)區(qū)位置具有較為明顯的一致性，因此可以得以驗證孕災(zāi)環(huán)境敏感性的分布特征對洪澇災(zāi)害的影響。

3.3 文物本體脆弱性評估

山西省域尺度上可收集的有效文物點數(shù)據(jù)共有422個，其中古建筑366個、古遺址46個，石窟寺及石刻10個。按照自然斷點法將山西省不可移動文物本體脆弱性分為五個等級：低（0.185～0.400），較低（0.401～0.486），中（0.487～0.570），較高（0.570～0.666）和高（0.667～0.787）。結(jié)果表明：山西省東南及西南部地區(qū)的國保文物脆弱性最高，其次是中部地區(qū)相對較高，而北部及西部地區(qū)的國保文物本體脆弱性值相對較低。三類文物中，石窟寺及石刻整體脆弱性值偏低，而古遺址整體脆弱性較高，古建筑則整體劃分均勻（圖4）。

圖4 山西省三類文物本體脆弱性評估情況Fig.4 The vulnerability assessment of the three types of cultural relics in Shanxi Province

3.4 洪澇災(zāi)害風(fēng)險綜合評估

綜合考慮致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性3個評估模塊，對所選定的指標(biāo)根據(jù)層次分析法得出權(quán)重，再進行加權(quán)計算得出山西省域尺度上洪澇災(zāi)害對不可移動文物風(fēng)險評估結(jié)果（圖5），并根據(jù)汛期逐月變化得到山西省汛期不可移動文物風(fēng)險評估結(jié)果（圖6）。

圖5 山西省不可移動文物風(fēng)險評估情況Fig.5 Risk assessment of immovable cultural relics in Shanxi Province

在空間尺度上，山西省不可移動文物洪澇災(zāi)害高風(fēng)險地區(qū)集中分布與山西省南部地區(qū)，包含晉城市、運城市及長治市南部地區(qū)，主要原因是該地區(qū)降水分布相對集中，暴雨頻率相對頻繁，且國保文物本體脆弱性也相對較高，高風(fēng)險不可移動文物共56處，類型主要以古遺址和古建筑為主。不可移動文物洪澇災(zāi)害低風(fēng)險地區(qū)主要分布在山西省北部地區(qū)，如大同市及忻州市東部，低風(fēng)險不可移動文物共58處，類型主要以石窟寺及石刻和古建筑為主。同時，擁有更多國保單位不可移動文物的地區(qū)其保護難度較其他地區(qū)更大，在風(fēng)險區(qū)劃上表現(xiàn)較為明顯。較低、較高及中風(fēng)險分布相對較分散，空間分布規(guī)律整體呈由北向南風(fēng)險逐漸升高的趨勢。

在時間尺度上，由于山西省降水主要發(fā)生在汛期（6～10月），而從圖6中可以看出在汛期內(nèi)7月風(fēng)險性最高且地域分異顯著，而汛期的其余4個月以中風(fēng)險、較低風(fēng)險及低風(fēng)險為主導(dǎo)。參考《山西氣象災(zāi)害大典》中暴雨洪澇歷史災(zāi)情等文獻資料研究發(fā)現(xiàn)，山西南部大部分地區(qū)及中部晉中、陽泉地區(qū)發(fā)生暴雨災(zāi)害的風(fēng)險較大，北部大同、朔州地區(qū)發(fā)生暴雨災(zāi)害的風(fēng)險較小，與暴雨危險性區(qū)域圖較為一致，但處于高風(fēng)險區(qū)的區(qū)域范圍有所擴大。總體來看，高風(fēng)險區(qū)處于人口較為密集的平原地區(qū)，山區(qū)危險性相對較?。?7］。這與本研究所劃分的風(fēng)險區(qū)劃大致相同，但由于所選的一些參評指標(biāo)和賦權(quán)方法與之前學(xué)者有所不同，文中增加了文物本體脆弱性指標(biāo)以及孕災(zāi)環(huán)境敏感性指標(biāo)與該研究中的承災(zāi)體易損性的不同，所以導(dǎo)致洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃在山西省局部地區(qū)的分布也存在一定差異，但總體評估效果相對較好。

圖6 山西省汛期不可移動文物風(fēng)險評估情況Fig.6 Risk assessment of immovable cultural relics in flood season in Shanxi Province

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究通過構(gòu)建洪澇災(zāi)害對不可移動文物風(fēng)險評估方法，并在山西省以三類全國文物重點保護單位為例，基于對所選指標(biāo)進行精細(xì)化、歸一化處理，結(jié)合GIS技術(shù)綜合分析洪澇災(zāi)害致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、文物本體脆弱性，使用該方法進行了省域尺度上洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估。主要得出以下結(jié)論：

（1）在空間尺度上，山西省域尺度下洪澇災(zāi)害風(fēng)險中致災(zāi)因子危險性較強的地區(qū)主要分布在降雨量相對較大、暴雨頻率頻繁的南部，孕災(zāi)環(huán)境敏感性較強的地區(qū)主要分布在河網(wǎng)密度較大，植被覆蓋度低、土壤保水性較差且地勢較低、地形平緩，分布呈東北—西南條狀帶走向的“高敏感性條狀帶”地區(qū)，文物本體脆弱性較強的地區(qū)主要分布在東南及中部地區(qū)，且以古建筑及古遺址文物類型為主。洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險指數(shù)較高的地區(qū)有晉城市、長治市、運城市、晉中市及臨汾市東部等地，主要集中在山西省南部地區(qū)，而綜合風(fēng)險指數(shù)較低的區(qū)域主要集中在北部地區(qū)。通過與歷史洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)對比，綜合風(fēng)險評估結(jié)果中，高風(fēng)險性區(qū)域與實際洪澇災(zāi)害損失較大的區(qū)域?qū)?yīng)關(guān)系較好，基本能夠反映山西省域尺度上洪澇災(zāi)害風(fēng)險空間分布狀況。

（2）在時間尺度上，山西省域尺度下洪澇災(zāi)害風(fēng)險中致災(zāi)因子危險性較強的地區(qū)主要分布在降雨量相對較大、暴雨頻率更為頻繁的汛期并集中于7～8月且在7月達(dá)到峰值，從而導(dǎo)致7月整體風(fēng)險也相對最高。通過與歷史洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)對比，汛期逐月風(fēng)險評估結(jié)果中，山西省實際洪澇災(zāi)害損失較大的月份與處于汛期的時間跨度相對應(yīng)，本研究結(jié)果基本能夠反映山西省域尺度上洪澇災(zāi)害風(fēng)險時間分布狀況。

4.2 討論

（1）本研究可為不可移動文物防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃與監(jiān)測防范措施提供科學(xué)參考，具有一定的現(xiàn)實意義。但是洪澇災(zāi)害是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，影響因子涉及自然與社會的諸多方面，由于前期搜集的數(shù)據(jù)和指標(biāo)有限，以及研究區(qū)域尺度較小，所以結(jié)果仍存在不夠精細(xì)的情況。

（2）目前本研究基于課題所進行的工作還將進行更大尺度上的研究，將考慮更多的指標(biāo)進行更加精細(xì)尺度上的計算，細(xì)化到縣域尺度及文保單位尺度進行進一步討論，將結(jié)合最新的研究方向在更大尺度上選取合適的指標(biāo)，如致災(zāi)因子可考慮到逐小時的降雨強度以及研究區(qū)淹沒范圍，孕災(zāi)環(huán)境在大尺度上可考慮巖性、不透水層面積等，而針對文物本體，在相對省域尺度較大的尺度如縣域尺度上采用不可移動文物防災(zāi)能力，即文物單位應(yīng)對洪澇災(zāi)害所具備的抵御能力、適應(yīng)能力、調(diào)節(jié)能力及解決問題的能力等指標(biāo)細(xì)化文物本體脆弱性的影響，在更大更細(xì)致的尺度如文保單位尺度上更能聚焦于單一文物個體本身，如文物本體結(jié)構(gòu)損傷程度、材料劣化程度等。以期研究結(jié)果更加細(xì)致，更符合實際情況。

（3）目前本研究對時間尺度上的變化僅考慮了年際內(nèi)的汛期逐月變化，將在下一步的研究中展開多年時間變化，考慮時間上的整體發(fā)展和改變，并可以此為依據(jù)對未來做出預(yù)測。

（4）此次研究的文物本體均為全國文物重點保護單位，將在下一步研究中考慮省保單位等文物本體，同時此次研究以古遺址、古建筑和石窟寺及石刻三類文物為文物本體研究對象，但實際文物類型種類多種多樣，應(yīng)在進一步研究中考慮更多更全面的文物本體研究類型。

（5）本文當(dāng)前僅進行了洪澇災(zāi)害對不可移動文物風(fēng)險研究，后續(xù)還將基于課題進行多風(fēng)險綜合研究，如地震災(zāi)害、大風(fēng)災(zāi)害等，結(jié)合多風(fēng)險討論綜合對不可移動文物可能造成的影響。

（6）本研究目前所用的土壤數(shù)據(jù)相對分類較為簡單，后續(xù)還將結(jié)合黃土高原情況收集更多相關(guān)土壤類型及土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)，以期更細(xì)致地進行孕災(zāi)環(huán)境敏感性計算。

致謝：

感謝北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部地理數(shù)據(jù)與應(yīng)用分析中心地學(xué)高性能計算平臺支持［https://gda.bnu.edu.cn/］/“We would like to thank the high-performance computing support from the Center for Geodata and Analysis，F(xiàn)aculty of Geographical Science，Beijing Normal University［https://gda.bnu.edu.cn/］