山区县域洪灾危险性评价指标体系构建方法

王芳+林孝松+何浪+崔梦瑞+周元瑞+杨晗

摘要：洪灾作为影响人类最严重的自然灾害之一，給人类带来了巨大的伤亡和经济损失。而山区由于其特殊的地形地貌和气候水文条件，是洪灾形成且受洪灾影响最大的区域之一。以山区县域为研究尺度，从地形地貌、气象水文、下垫面和人类活动等4方面因素入手，针对每个因素对山区洪灾的影响机制，进行指标遴选及量化分级，最终选取坡度、起伏度、微地貌类型、河网密度、夏半年降雨量、土壤类型、植被覆盖度、土地利用综合程度等作为静态指标，将不同暴雨强度下的汇流累积量作为动态指标，详细探讨了各评价指标的获取方法并将山区县域洪灾危险划分为高、中、低和微危险4个等级，最终构建得到山区县域洪灾危险性综合评价指标体系。

关键词：洪灾；危险评价；指标体系；山区县域

中图分类号：P426.616 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）2-0001-04

1 引言

洪灾指在自然和人为条件下，降水达到一定强度，引起陆地水域汇流量骤增，导致堤坝漫溢或溃决，在短期内因高强度突变引发成灾的客观自然事件[1]。我国是一个多山地的国家，有69%国土面积属于山地、丘陵、高原地形。在我国每年因洪灾造成的人民生命损失和社会经济财产损失不计其数，据中国国家防总数据显示，截至2016年7月3日，该年全国已有26个省（区、市）1192个县遭受洪涝灾害，农作物受灾面积294.2万hm2，受灾人口3282万人，紧急转移148万人，因灾死亡186人、失踪45人，倒塌房屋5.6万间，直接经济损失约506亿元。国内外不同学者针对不同的洪灾研究方向和洪灾研究尺度，选用了不同的指标体系对洪灾危险性进行评价。如许小华（2015）选取高程、坡度、河网密度、土地利用等指标对江西省山洪灾害危险性进行研究[2]；李谢辉等（2013）从历史洪灾、降水、地形、土壤、水系等方面对河南省洪灾风险危险性进行区划研究[3]；王一秋等（2010）选取降水、水系、地形、人口、GDP和播种面积等对太湖流域江苏片区洪灾进行研究[4]；孙欣等（2014）选取坡度、起伏度、汇流量、植被覆盖率、房屋、道路、暴雨量、年均降水量等因子分析安澜镇山洪灾害 [5]。综合来看，相关学者选取的指标均是静态的，均是从静态的角度分析各指标因子所起的综合作用，但洪灾的形成尤其是山区洪灾的致灾过程是动态性的，因此，构建的危险评价指标不仅要包括较全面的静态性，而且要能体现洪灾的动态特性。

以山区县域作为研究尺度，针对山区县域洪灾孕灾敏感性和致灾动态性特征，从地形地貌、气象水文、下垫面和人类活动等方面遴选县域洪灾危险评价的动态指标，根据降雨-汇流-洪水量（位）之间的动态关联关系构建洪灾危险评价的动态指标，由此建立包含静态和动态相结合的综合评价指标体系。在此基础上，详细分析了各指标数据的获取方法并将山区县域洪灾划分为高、中、低、微危险4个等级，构建的指标体系可运用于山区县域的洪灾危险综合评价。

2 洪灾影响因素分析

洪灾的孕育与形成由多方面因素综合导致[5～8]，根据其成因可将其分为地形地貌、气象水文、下垫面和人类活动等四个方面因素。

2.1 地形地貌因素

地形地貌是一个地区的地表形态，它反映区域内的宏观地势起伏情况。地形地貌通过影响降雨的汇流速度与时间，从而影响洪灾的危险性。在县域尺度主要体现在坡度、起伏度和微地貌类型。

坡度表征地势的陡缓程度，坡度值越大，地势越陡峭，降雨发生时在陡峭的地势上流速增加，从而雨水汇流时间减少，增加洪灾的危险性；起伏度主要反映一定区域内的地势起伏状况，是一定范围内高程的阈值，同一个地区由于选取的范围不同，其起伏度数值也会有所差异。起伏度越大地表水流速度越大，并且在低地势处形成汇积，达到一定水量后又向更低的地势处汇流，最终形成洪水；微地貌是相对宏观地形地貌来讲的，主要体现为较微小地貌的差异，一般来说不同的微地貌类型对雨水的汇积作用不同，因此其危险性也存在差异。

2.2 气象水文因素

气象水文条件是洪灾发生的直接因素，降雨形成径流在地表汇流累积，最终汇入水系中并与其共同形成洪水。其对洪灾的影响主要体现在降雨量、河网密度、汇流累积量和降雨强度。

降雨量决定了河流的汇流累积量，当降雨量越大，汇流量也相应越多，洪灾的危险程度也越高[5，8]；河网密度是研究区内河流长度与区域面积的比值，其数值反映河流的密集程度，对于河网越密集的区域，雨水越容易汇集，且易发生涨洪现象，由此洪灾危险性越高；汇流累积量的大小反映了地表径流形成的难易程度以及水量的大小。汇流累积量越大，则表示越容易形成地表径流，水量也相应较大，并使洪灾危险性变得越严重；降雨强度是一定时间内降雨量的大小，它作为一个动态因子，直接影响汇流累积量。伴随着降雨强度的增加，汇流累积量也相应增大，由此造成洪灾的危险性也相应增高。由于汇流累积量和降雨量均是随时间变化的动态性因素，同时单位时间降雨量对汇流累积量也有较大影响，即降雨强度影响汇流累积量，因此将汇流累积量和降雨强度同时作为动态因子用于评价县域洪灾危险性。

2.3 下垫面因素

影响洪灾的下垫面因素主要包括植被和土壤。降雨落到地面，地面的物质组成决定了地表径流的形成速度和径流量大小，从而导致洪灾具有不同的危险性。在一次降雨过程中，植被覆盖度不同，雨水被植被截留量会有所不同。一般在植被密集的地方，有20%左右的降雨量能够被地表植被阻拦。由于植被对雨水的这种截留作用，地表径流汇积的时间增长，推迟洪峰形成的时间，并且削减了山洪流量峰值，降低洪灾危险性。土壤分为多种类型，不同地区土壤类型不同，不同类型的土壤其下渗率也有较大差异。一般来说，下渗率大的土壤能减少地表径流量，当发生降雨时，土壤可下渗一部分的雨水，减少汇流量，降低洪灾的危险程度。

2.4 人类活动因素

人类的活动会对上述因素造成不同程度的直接或间接影响，人类在地表的生产生活使得地表形态和土地利用方式发生变化，因此可用土地利用综合程度来表征人类活动的强度大小。在人口密集的区域，对土地的利用程度高，人类生产生活会对地表形态造成一定的破坏作用，从而地表对雨水的渗透作用以及截留作用减弱，雨水汇流成地表径流时间减少，洪水也就越容易形成。土地利用的程度不同其对地表形态破坏程度不同，越是高效利用的土地，对地表的影响越大，增加了洪灾的危险性。

3 评价指标遴选及数据获取方法

3.1 评价指标因子及分级赋值

山区县域洪灾是多种因素综合作用的结果。结合山区县域特征，综合考虑孕灾和致灾因子对洪灾危险性的影响[9～13]，对相应指标进行综合遴选。最后选取坡度、起伏度、微地貌类型、河网密度、夏半年降水量、土壤类型、植被覆盖度和土地利用综合程度8个指标作为静态评价指标，选取不同暴雨强度下的汇流累积量作为动态指标，从静态和动态两方面构建山区县域洪灾危险性评价综合指标体系。对山区县域洪灾危险性划分为高危险、中危险、低危险和微危险四个等级，并对每个评价指标进行分级赋值，

3.2 指标数据获取方法

研究山区县域洪灾危险性需要用到研究区域行政边界图、土地利用类型图和遥感影像图、DEM数据等基础数据以及各评价指标数据，以下具体说明指标数据获取方法。

3.2.1 地形地貌数据获取

坡度数据提取一般选取1∶10000地形图或具有相应精度的DEM数据，在提取坡度时建议依据研究区面积大小选取10 m×10 m或30 m×30 m的栅格尺寸；起伏度数据也是通过DEM数据进行提取，其中的关键是确定最佳窗口大小。建议采用不同窗口大小计算得到研究区不同的起伏度值，然后利用起伏度数据与相应窗口大小进行拟合，得到两者的回归曲线，最后以其与45°直线相切的点确定为计算起伏度的最佳窗口大小；利用TPI（地形坡位指数）可进行研究区地形坡位和微地貌类型的划分并获取相应数据。根据Weiss的划分标准，利用DEM数据选取3×3和11×11窗口大小可提取得到微地貌类型[14]。

3.2.2 气候水文数据获取

当前情况下，常使用空间插值和回归分析两种方法获取降雨量的空间分布。其中常用的空间插值方法主要有：反距离权重法、样条函数法、协同克里格法和普通克里格法4种。在山区，对降雨量量影响较大的是高程和坡向等因素。因此可以考虑将高程变化作为约束条件进行插值分析；回归分析是根据回归模型计算得到每个网格的降雨量，根据研究区域的不同选取的栅格尺寸大小也不同，在研究山区县域时建议选用10 m×10 m或30 m×30 m栅格尺寸。回归模型的建立主要根据历年降雨量数据求得，比较求得的回归曲线相关系数确定最佳回归模型。再考虑坡向对降雨量的影响，选用坡向系数来对计算的降雨量进行校正得到最终降雨量；河网密度即区域内河流长度与区域面积的比值，利用水系图和行政区划图进行叠加计算即可方便得到。

利用不同降雨强度将原本以栅格数为单位的汇流累积量换算成以雨水量为单位的具体水量。降雨强度数值单位有很多种，一般选取mm/24h作为单位。结合当前山区县域的降雨强度值，建议选取50 mm/24h、75 mm/24h、100 mm/24h、125 mm/24h、150 mm/24h、175 mm/24h、200 mm/24h、250 mm/24h进行动态模拟。降雨强度对汇流累积量的影响就是将不同的降雨强度换算成每个栅格中汇流的流量总和，其大小也与栅格尺寸有关。

3.2.3 下垫面数据获取

植被覆盖度主要利用遥感影像图进行计算，在众多的遥感影像系列中，其费用、分辨率均有所不同，综合考虑建议选取TM遥感影像，利用遥感图像处理软件进行植被覆盖度计算。而土壤类型主要根据不同土壤类的下滲率进行划分，即利用其土壤类型进行分等定级。例如某南方地区其土壤下渗率顺序为：紫色土<黄棕壤<黄壤<潮土<石灰岩<裸岩<水稻土。

3.2.4 人类活动数据获取

土地利用综合程度可利用土地利用类型数据[15]，结合实际情况，针对不同用地类型其对地表形态改变的程度对其进行等级划分，一般分为高度利用、中度利用、低度利用和未利用，

4 结语

以山区县域为研究尺度，在洪灾影响因素分析的基础上，从静态和动态两个方面入手构建了山区县域洪灾危险性综合评价指标体系，得到以下研究结果。

（1）从地形地貌、气象水文、下垫面和人类活动等4方面因素入手，选取坡度、起伏度、微地貌类型、河网密度、夏半年降雨量、土壤类型、植被覆盖度、土地利用综合程度等作为静态指标，将不同暴雨强度下的汇流累积量作为动态指标，由此得到动静结合的综合评价指标。

（2）详细探讨了县域尺度洪灾危险性评价指标的获取方法，为实例应用提供相应方法。

（3）将山区县域洪灾危险划分为高危险、中危险、低危险和微危险4个等级，并将各等级按照简便方法进行赋值量化。

构建的山区县域洪灾危险评价指标体系在以下2个方面还需要进一步改进与完善。

（1）各指标危险等级的划分阈值可结合实际的研究区域进行适当调整。

（2）在遴选动态指标时，仅仅是将汇流累积量由传统的栅格数量转变为不同降雨强度背景下的洪水量，今后需要结合研究区各河段的宽度、高程变化情况进行精准的危险分区划分。

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Methods for Assessment Index System of Flood Disaster Risk

in Mountainous Counties

Wang Fang，Lin Xiaosong，He Lang，Cui Mengrui，Zhou Yuanrui，Yang Han

（College of Architecture and Urban Planning， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074，China）

Abstract： The floods as one of the most serious natural disasters which affects human production and living has brought huge casualties and economic losses to human beings.And mountainous area is one of the largest areas influences by the floods because of its special topography and meteorologic hydrological conditions.This work started with four aspects including topography，meteorologic hydrological ，underlying surface and humans activities with mountainous area being research scale.Then weconducted index selection and quantitative classification aiming at each factors influence on mountainous flood.Eventually we selected slope，ups and downs，the types of micro landform ，drainage density，rainfall in summer ， soil type， vegetation coverage and the comprehensive degree of landuse as static indexes，confluence cumulants affected by different rainfall intensity as dynamic index.We discussed the acquisition method of each evaluation index detailly and divided the risk of flood in mountainous area count into four grades such as high，moderate，low and slight dangerous. The work established the index system of the comprehensive evaluation to flood risk in the mountainous area county.

Key words： flood disaster；risk assessment；index system；mountainous counties