四川省山洪灾害风险评估与区划

丁文峰,杜 俊,陈小平,任洪玉,张平仓

（长江科学院水土保持研究所,武汉 430010）

四川省山洪灾害风险评估与区划

丁文峰,杜 俊,陈小平,任洪玉,张平仓

（长江科学院水土保持研究所,武汉 430010）

基于GIS技术以及全国山洪灾害防治规划资料,以四川省为例,借鉴自然灾害风险概念,对山洪灾害危险度、易损度和风险度进行了量化与分析,并根据区划理论的一般原则和全国山洪灾害一、二级防治分区范围,对四川省山洪灾害风险进行了区划。结果表明：四川省山洪灾害可划分为6个风险区划单元,5个风险等级（低风险区、较低风险区、中风险区、较高风险区、高风险区）,各风险等级所占全省面积的比例分别为59.9%,12.8%,14.9%,5.9%和6.5%。其中,四川盆地及周边地区山洪灾害风险水平较高,中风险区等级以上的面积占到了四川盆地及周边总面积的近80%；其次,秦巴山地区为山洪灾害次严重地区,中风险区等级以上的面积占到了区域总面积的近18%；其它几个三级区域山洪灾害风险水平不高,大多处于低风险和较低风险水平。

山洪灾害；风险评估；风险区划；GIS技术；易损性指标

2015,32（12）：41－45,97

1 研究背景

我国是一个多山的国家,山丘区面积约占全国陆地面积的2/3。复杂的地形地质条件、暴雨多发的气候特征、密集的人口分布和人类活动的影响,导致山洪灾害发生频繁。据《全国山洪灾害防治规划报告》数据统计,我国山丘区流域面积在100 km2以上的山溪河流约5万条,其中70%因受降雨、地形及人类活动影响会发生山洪灾害[1］。由于山洪灾害的发生具有突发性强、来势猛、时间短等一系列特点,且其造成的危害对人们的生命财产影响巨大[2］,因此,关于山洪灾害的研究早在20世纪初就已经开始了。经过半个多世纪的发展,山洪灾害的研究已经涉及成因、空间分布特征、灾害损失评估、风险评价与制图等各方面[3－11］。风险评估与管理逐渐也成为国际上倡导和推广的减灾防灾有效途径之一[12］。目前,山洪灾情评估工作得到了来自地学工作者、工程专家和各级政府部门的高度重视,并逐渐成为国际性的研究项目。特别是在山洪风险评估方面的表现尤为突出[7－11］。但是,这些评价工作的对象往往是泥石流、滑坡或单纯的溪河洪水等单一灾种,评价单元基本以行政区域为单元,缺乏流域系统性、灾害种类完整性,评价指标选择也无可比性[2－6］。其次,目前对大尺度范围上的山洪灾害区划成果,多为如何防治山洪灾害的目的进行的,是一种黑箱模型,未完整给出各山洪沟的危险性、易损性和风险等级水平,因而无法准确判断不同区域的山洪风险等级。因此,本文将借鉴全国山洪灾害防治规划中对山洪灾害的定义,将由降雨在山丘区引发的洪水及由山洪诱发的泥石流、滑坡等对国民经济和人民生命财产造成损失的灾害统一纳入研究范围[1］。以小流域为评价单元,开展四川省山洪灾害风险评估研究,以期为四川省山洪灾害管理及防治提供一定的理论依据。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

本研究对风险评估的方法,仍借鉴联合国有关自然灾害风险的定义,即风险是危险性与易损性的乘积。其中危险性是灾害的自然属性,易损性则是灾害的社会属性。风险分析在危险性和经济社会易损性分析的叠加基础上完成。因此,本研究的内容主要包括危险性分析、易损性分析以及二者叠加基础上的风险分析。最后,在风险分析的结果基础上,采用一定的区划原则和方法,结合全国山洪灾害防治规划中的一级区划和二级区划,对四川省山洪灾害风险进行更进一步的三级分区,形成风险区划图。

由于在进行危险性和易损性分析时,选取的指标较多,各个指标在危险性和易损性大小中的贡献不同,为定量评价各指标在其中的权重,本研究选用层次分析法进行分析。其基本原理为：首先建立山洪灾害危险性、易损性分析评价指标体系,每一层都有1个或2个评价因素对应上层目标层,根据这些相互影响,相互制约的因素按照它们之间的隶属关系排成3层评价结构体系；然后,根据专家经验针对某一个指标相对于另一个指标的重要程度进行打分,打分后即建立判别矩阵。根据公式将判别矩阵归一化为

式中：n为易损性或危险性评价指标体系中的指标个数；bij表示易损性或危险性评价体系中第i个因子和第j个因子对易损性或危险性影响比重大小之比。

根据山洪灾害的成因和特点,结合目前现有数据情况,本研究选取的危险性和易损性评价指标体系见表1和表2。在进行山洪灾害危险性和易损性的评价时,为了将不同的指标体系组合后用一个统一的量化标准对其等级进行划分,首先根据已有数据的分布区间按照Standard Deviation分类方法,对危险性和易损性水平进行划分,根据实际需要,共划分为5个等级,各个等级的指标范围见表1和表2。

表1 危险性指标体系及等级划分标准Table 1 System and degree classification of risk indexes of mountain torrent disaster

表2 易损性指标体系及等级划分标准Table 2 System and degree classification of vulnerability indexes of mountain torrent disaster

2.2 数据来源

四川省山洪历史灾害资料来自四川省山洪灾害防治分区项目调查数据。该数据以小流域为单元,其面积界定为＜200 km2[1］的小流域共计2 471条（近50 a来发生过山洪灾害的小流域）。部分县域,小流域单元数据是由国家气象局与国家科技基础条件平台建设项目——系统科学数据共享平台提供；四川省内及周边82个站点年雨量数据来自中国气象局数据库；DEM（90 m）数据来自SRTM；土地利用数据来自中国科学院资源环境科学数据中心；岩性数据来自中国地质调查局发布的1∶250万中国数字地质图；基础土壤数据来自中国科学院南京土壤研究所发布的1∶100万中国土壤属性数据库。

3 山洪灾害风险评估与区划

3.1 危险性指标体系及评估

根据危险性各评价指标及对各指标数值的综合统计分析,结合专家的经验判断,参与者均为全国山洪灾害防治规划中承担相应数据资料分析的专家（共3位）,各位专家根据经验判断各级指标间的相对重要性,然后利用层次分析法确定出危险性各指标的权重值,如表3所示。

结合ArcGIS的空间分析计算,将各指标危险性分级图转换为栅格格式（见图1（a）至图1（e））,结合上表给出的每个指标所确定的综合权重值,利用ArcGIS的栅格叠加计算功能,可得到山洪灾害危险性图（见图1（f））。具体计算方法为：山洪灾害危险性＝0.041×最大24 h暴雨极值＋0.021×最大24 h暴雨极值变差系数＋0.207×最大1 h暴雨极值＋0.105×最大1 h时暴雨极值变差系数＋0.035×地形坡度＋0.04×地形起伏度＋0.091×小流域主沟比降＋0.19×河网缓冲区＋0.071×历史灾害缓冲区。

3.2 易损性指标体系及评估危险性

根据易损性评价指标体系,依据层次分析法计算了四川省山洪灾害易损性指标的权重值（见表4）。

表4 山洪灾害易损性评价指标权重值Table 4 Vulnerability indexes and their weights of mountain torrent disaster

在ArcGIS中,将各指标分级图转换为栅格格式（见图2（a）至图2（c））,结合表4给出每个指标所确定的综合权重值,利用ArcGIS的栅格叠加计算功能,可得到山洪灾害易损性成果图（见图2（d））。具体计算方法即为山洪灾害易损性＝0.18×沟道两侧范围人口数量＋0.42×沟道两侧范围人口密度＋0.18×地均GDP＋0.12×人均住房数量＋0.06×历史灾害死亡人数＋0.04×历史灾害冲毁房屋数。

图2 四川省山洪灾害易损性指标分级图和易损性评价Fig.2 Grade classification and assessment of vulnerability of mountain torrent disaster in Sichuan province

3.3 山洪风险评估

根据山洪风险度R等于危险度H乘以易损度V的定义,利用ArcGIS的空间分析叠加功能,可以计算山洪灾害的风险度图。在处理数据时,首先将危险性分级图和易损性分级图进行归一化取值（0～1）见表5,然后进行栅格相乘计算,即可得到四川省山洪灾害的风险图,其取值范围为0～1之间。根据山洪灾害风险区等级划分标准进行分级,可得到四川省山洪灾害风险分级图,如图3所示。

表5 山洪灾害风险等级划分标准Table 5 Standard of grade classification of risk of mountain torrent disaster

图3 四川省山洪灾害风险分级Fig.3 Grade classification of risk of mountain torrentdisaster in Sichuan province

3.4 山洪风险区划

根据山洪灾害风险分级结果,结合全国山洪灾害防治规划中的一、二级防治分区范围,采用基于空间邻接系数的聚类分析方法,对风险分级结果中的最小单元进行逐级向上合并,根据主导因素与综合因素相结合、区域单元内部相对一致、以人为本的经济社会分析等山洪灾害区划原则,划分出全国山洪灾害风险区划单元。以四川省山洪灾害风险等级为基础进行最小单元聚类,在ArcGIS中叠加全国山洪灾害防治二级区划（四川省境内）成果,同时根据四川省自然条件和山洪灾害防治现状,将四川省境内的西南地区细分为3个三级区（图4所示Ⅰ－8－3,Ⅰ－8－1,Ⅰ－8－2）,原二级区划中的藏南地区、藏北地区、秦巴山地区由于面积不大,山洪灾害现状和自然条件比较一致,因此不做进一步划分（如图4所示的Ⅲ－1,Ⅲ－2和I－4）。因此,四川省山洪灾害风险区划共涉及6个区划单元,如图4所示。

图4 四川省山洪灾害风险区划划分Fig.4 Regionalization classification of risk of mountain torrent disaster

在完成风险性等级划分图和区划图以后,以各风险区划单元为单位,统计各三级区内风险度等级分布特征。表6为四川省各风险区划单元内风险度等级面积统计,表7为四川省各风险区风险等级比例统计。

从表7中可见,四川盆地及周边为山洪灾害中高风险区,为四川省山洪灾害重点防治地区。其它地区山洪灾害风险等级较低,在进行山洪灾害防治时,应以防治措施为主,同时加强灾害监测的预警预报。

4 结 论

（1）整个四川省的山洪灾害风险等级水平处于较高水平,特别是四川盆地及周边地区是山洪灾害的高风险值地区,中风险区等级以上的面积占到了整个四川盆地及周边总面积的近80%,这一区域也是四川省人口、经济密度最大的区域,因此山洪灾害防治任务艰巨。其次,秦巴山地区是四川省山洪灾害次严重地区,中风险区等级以上的面积占到了整个四川省秦巴山地区总面积的18%。其它几个三级区域山洪灾害风险水平不高,大多处于低风险和较低风险水平,山洪灾害防治应以防治措施为主,同时加强灾害监测的预警预报。

表6 四川省各三级区不同山洪灾害风险等级面积统计Table 6 Statistics of area with different risk levels of mountain torrent disaster of the third-level regions in Sichuan province

表7 四川省各三级区不同山洪灾害风险等级比例Table 7 Percentage of area of mountain torrent disaster with different risk levels accounting for total area of the third-level regions in Sichuan province

（2）由于山洪灾害的成因机理十分复杂,特别是溪河洪水及其诱发的滑坡、泥石流灾害成因更为复杂,在进行山洪灾害危险性、易损性评估时,评价指标体系应在深入研究成因机理的基础上进行选取,但限于目前研究成果和资料的可获取性限制,本研究风险评估结果的准确性仍有待验证。

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（编辑：曾小汉）

Risk Assessment and Regionalization of Mountain Torrent Disaster in Sichuan Province

DING Wen-feng,DU Jun,CHEN Xiao-ping,REN Hong-yu,ZHANG Ping-cang
（Soil＆Water Conservation Department,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China）

Based on GIS technology and the national planning data about prevention of mountain torrent disaster,the risk of mountain torrent disaster,vulnerability and risk degree of Sichuan province were quantified and analyzed in this paper by using the concept of natural disaster risk.According to the general principles of the regionalization theory and the regionalization classification of national mountain torrent disasters,the risk regionalization of Sichuan province was put forward.Results show that the risk levels of mountain torrent disaster in Sichuan province can be divided into 5 kinds：low risk,low-middle risk,middle risk,middle-high risk,and high risk.The percentage of area of the five risk levels accounting for total area of the province is 59.9%,12.8%,14.9%,5.9%and 6.5%,respectively.In the Sichuan basin and the surrounding regions,risk level of mountain torrent disaster is high,for area with the risk level middle or above takes up nearly 80%of total area of these regions.Furthermore,mountain torrent disaster in mountain regions of Qinling and Dabashan is relatively serious,for the risk level is middle or above in nearly 18%of total area of the mountain regions.Finally,risk levels of mountain torrent disaster in several other regions is not high,most of them are low risk and low-middle risk.

mountain torrent disaster；risk assessment；risk regionalization；GIS technology；vulnerability index

S157.1

A

1001－5485（2015）12－0041－05

10.11988/ckyyb.20140518

2014－06－24；

2014－08－11

国家自然科学基金项目（41271303）；国家“十二五”科技支撑计划课题（2012BAK10B04）；水利部公益性行业科研专项经费（201301058,201301059）；中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（CKSF2013013/TB）；长江科学院创新团队项目（CKSF2012052/TB）

丁文峰（1975－）,男,河南汝州人,教授级高级工程师,博士,主要从事土地资源与环境等方面的研究,（电话）027－82926357（电子信箱）wenf engding＠163.com。