基于GIS技术的宁夏山洪灾害风险区划初探

李 岷，王国霞，田子荀

（1.宁夏回族自治区防汛抗旱指挥部办公室，750001，银川；2.华北水利水电大学 水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心，450045，郑州）

基于GIS技术的宁夏山洪灾害风险区划初探

李 岷1，王国霞2，田子荀2

（1.宁夏回族自治区防汛抗旱指挥部办公室，750001，银川；2.华北水利水电大学 水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心，450045，郑州）

以宁夏1∶5万电子地形图为底图，根据宁夏山洪灾害致灾成因和山洪预警发布形式，对降雨、地貌、行政区划及产汇流特征等要素分别进行分区，通过应用地理信息系统技术的分析和叠加功能，完成了宁夏地区山洪灾害的风险区划。结果表明：宁夏全区可划分为16个山洪灾害区4个风险等级；高风险区面积占宁夏全区面积的7.8%，中高风险区占15.3%，中低风险区占58.5%，低风险区占18.4%。通过与宁夏山洪灾害实际情况的比对分析，对该研究成果的可行性和准确性进行了初步验证。

山洪灾害；GIS技术；地理信息系统；风险区划

我国是一个多山的国家，山丘区约占全国陆地面积的2/3，且地貌复杂、降水强度高以及人类不合理的土地利用导致山洪灾害频发。山洪灾害属于综合性系统，其发展和危害程度涉及地质地貌、气象水文、人类活动与社会经济等多方面。山洪灾害的风险区划与地理空间信息密切相关，地理信息系统又具有强大的信息处理能力，因此山洪灾害的风险区划与地理信息系统有机结合成为必然趋势。将洪灾成灾条件类似、风险程度相近的地区划为同一区域，以显示洪水灾害的区域划分规律及其空间变化特点。据此以宁夏为研究区，应用地理信息系统技术对宁夏山洪灾害风险区进行划分，初步探索该技术的可行性与适用性。

一、研究区概况

宁夏回族自治区位于我国西北内陆，属干旱半干旱地带，地跨黄土高原和内蒙古高原两个地形区，南北气候悬殊较大，属典型大陆性气候。全区地貌自南而北分为黄土丘陵沟壑区、一般山丘区、台地和宁夏平原4个类型区。据2004年年初统计数据显示，宁夏地形中丘陵占38%，平原占 26.8%，山地占 15.8%，台地占17.6%，沙漠占1.8%。由于地貌类型复杂，降雨时空分布不均，南多北少且大多集中在夏季，极易突发局地暴雨，形成山洪并造成局地洪水泛滥。有资料统计，新中国成立以来宁夏全区因山洪灾害死亡666人，累计受灾耕地2 143.85万亩 （1亩=1/15 hm2，下同）、受灾人口585.39万人，直接经济损失约140.44亿元。通过对宁夏历年山洪灾害损失的调查分析，宁夏山洪灾害受灾人口、死亡人数以及直接经济损失呈不断增加的趋势，山洪灾害严重影响宁夏经济社会发展和人民生命财产安全。

二、使用数据

基础地理信息资料主要为宁夏全区1∶5万矢量地图，主要包括行政区界、市（县）驻地、河流水系、地貌分布等图层；历史山洪灾害资料主要来自全国山洪灾害防治规划项目的宁夏调查数据，含新中国成立以来宁夏发生灾害的山洪沟信息，包括降雨、洪水、发生位置、发灾次数等数据，以及部分灾害损失描述分析等，资料年限截至2015年；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；社会经济资料来自宁夏统计部门2014年统计年鉴和（或）年报等权威资料，包含宁夏全区人口、生产总值、工业产值、农业产值、乡镇个数、耕地面积、粮食总产量以及交通旅游等各类信息。

三、风险区划分方法

第一步，根据宁夏山洪灾害致灾成因和山洪预警发布方式，选取降雨、地质地貌、行政区划及产汇流特征等要素作为影响因子。

第二步，以标有宁夏县界、比例尺为1∶5万的电子地形图作为底图，依据宁夏水文气象特征及历年暴雨统计资料，确定暴雨总体分布趋势；结合年最大24 h雨量均值等值线图，对宁夏全区进行降雨分区；根据地貌特点，在划分地貌基本单元的基础上，综合考虑地形坡度，对宁夏全区进行地貌分区；考虑现有的防汛预警发布方式，以5个地级市为基本分区单元进行行政分区；同时结合宁夏产流特点进行产流分区。

第三步，利用ArcGIS软件，将地貌分区图与行政分区图进行叠加，初步确定总体分区情况，并参考降雨分区及产流分区进行局部调整优化，形成最终的宁夏全区山洪灾害预警区划图。

四、山洪灾害危险性分析

山洪灾害风险区划是指根据研究区山洪危险性特征，参考区域承灾能力及社会经济状况，把山洪灾害划分为不同风险等级的区域。山洪灾害与其他自然灾害一样，致灾因素具有自然和社会经济双重属性，其形成与发展主要受降雨、地貌、经济社会等三大因素的影响。因此在危险性评价方面，选择降雨、地貌、行政区划及产汇流特征作为宁夏山洪灾害危险性评价因子。

1.降雨分区

选取暴雨过程频次和强度作为山洪灾害的致灾因子，根据宁夏年降雨量和时段年最大降雨量均值划定降雨分区，经综合分析，宁夏降雨区划采用两级分区。

①一级降雨区划中，根据观测站点年降雨量分布特征及等值线图，全区分为年降水量高值区、年降水量中值区、年降水量低值区。具体划分标准：Ⅰ区，年降水量≥400 mm的地区为年降水量高值区，主要分布在宁夏南部山区；Ⅱ区，200 mm≤年降水量＜400 mm的地区为年降水量中值区，主要分布在宁夏中部干旱地区；Ⅲ区，年降水量＜200 mm的地区为年降水量低值区，主要分布在宁夏中北部引黄灌区。

②二级降雨区划中，经分析，24 h暴雨分布基本能反映宁夏暴雨总体分布特征。因此，以年最大24 h降雨量均值为依据划定二级降雨区划。具体划分标准如下：1区，年最大24 h降雨量均值≥50 mm的地区为多降雨区，主要分布在宁夏南部山区及贺兰山沿山地区；2区，40 mm≤年最大24 h降雨量均值＜50 mm的地区为中降雨区，主要分布在宁夏中部地区；3区，年最大24 h降雨量均值＜40 mm的地区为低降雨区，主要分布在宁夏中北部引黄灌区。

2.地貌分区

山洪灾害形成的地形地质条件包括地貌、地层岩性、地质构造和新构造运动等,亦是山洪灾害发生的内在因素（或称下垫面因素）。

①地形分区。地形是控制山洪泛滥的重要因素，相对高程越低，地形变化越小，越易引发山洪灾害。地形变化一般用坡度来表示，根据《全国山洪灾害防治规划地形地质区划技术细则》要求，利用宁夏1∶5万数字地形图，将全区地形坡度划分为＜10°、10°～25°、25°～45°三个区。

坡度＜10°的区域范围主要包括银川平原、宁夏中部山间平原、灵盐台地以及宁夏南部黄土丘陵区部分地区。银川平原包括黄河冲积平原和贺兰山山前冲积倾斜平原；宁夏中部山间平原包括卫宁平原、清水河下游平原、红寺堡平原、韦州平原等；灵盐台地包括灵武县东部和盐池县中北部，是鄂尔多斯高原的一部分。坡度10°～25°的区域范围主要包括宁夏中部山地以及宁夏南部黄土丘陵区部分地区。宁夏中部山地包括卫宁北山、牛首山、烟筒山、罗山、青龙山等。坡度25°～45°的区域范围包括宁夏北部贺兰山山地以及宁夏南部六盘山山地。

②地貌分区。晚第三纪以来，我国大部分山地强烈隆起，尤其是青藏高原的崛起，不仅形成了巨大的山系，构成了我国地貌的总体骨架，而且影响到季风活动，同时也决定了我国山洪灾害的形成与分布格局。宁夏地貌自北而南总体可分为4个地貌分区，即宁夏西北部贺兰山地区、宁夏中北部平原区、宁夏中部干旱草原区和宁夏南部黄土丘陵沟壑区。

贺兰山山体呈东北-西南走向，山地陡峭，海拔高程为1 200～3 200 m，属侵蚀构造类型。山前地带，宽多为1～3 km，最宽达 10 km，海拔高程在1 145～1 205 m之间，坡度陡，为1‰～3‰。洪积冲积平原宽约10 km，为洪积扇前缘与冲积平原过渡带，地形平缓，地面坡度1.5‰～1.8‰，海拔高度在1 140～1 112 m之间，自西向东倾斜。宁夏中北部为黄河冲积平原，海拔1 100～1 400 m，以冲积物与洪积物为主，第四纪沉积物厚达600 m以上。宁夏中部为黄河冲积平原和洪积平原，海拔1 200～1 800 m，组成物质主要为含砾黄土状黏质砂土、砂质黏土与粉细砂互层，夹砂卵石层或含砾砂层，该区物理风化强烈，风和洪流作用盛行，沙丘、沙地广布，山前洪积扇发育。宁南黄土丘陵区，海拔1 600～1 900 m，黄土一般堆积在第三纪红岩丘陵之上，主要为马兰黄土，该区水土流失严重，流水侵蚀强烈，沟壑地貌发育。

3.行政分区

人类活动和经济社会状况一定程度上决定了山洪灾害形成条件，因此将行政区划作为反映区域经济社会的指标。宁夏下辖银川市、吴忠市、石嘴山市、固原市和中卫市5个地级市，在现有预警发布方式的基础上，利用宁夏1∶5万地形图，以地级市辖界为基本分区单元，将宁夏分为5个区。

4.产流分区

宁夏洪水多由暴雨产生，洪峰、洪量及洪水过程和地区的暴雨特性相似，不同地区下垫面不同，洪水特性也具有较大差异。不同类型的土壤透水能力不同，表现出的产汇流能力也不同，另外，植被对产汇流具有显著的抑制作用，产流分区指标既反映土壤入渗能力，也反映植被（实际为土地利用状况）对流域产汇流的影响。

从产流角度分析，宁夏下垫面大致可按植被土壤分为三区，即贺兰山区、黄土丘陵区、六盘山林区。根据土壤含砂种类不同，黄土丘陵区又分为重砂壤地带和轻砂壤地带两个区。根据不同地区植被土壤的类型，确定其对山洪灾害下垫面因子的影响度，得到宁夏山洪灾害的产流分区图。

五、风险区划分成果与分析

利用ArcGIS软件，对上述各因素基本分区图进行叠加、调整、归并、优化，依据拟定的区划原则、方法及步骤，并结合山洪灾害风险区划分的4个等级 （每个风险等级的含义见表1），确定山洪灾害典型区划分成果，见表2，并绘制出山洪灾害风险区图，如图1所示。

表1 山洪灾害风险等级划分及代表灾害含义

表2 宁夏山洪灾害典型区划分成果表

宁夏全区共划分为16个山洪灾害区域，根据灾害含义将16个区域按4个风险等级进行区划，其中，高风险区面积占宁夏全区面积的7.8%，中高风险区占15.3%，中低风险区占58.5%，低风险区占18.4%。

高风险区包含大武口区、惠农区、平罗县（河西）部分地区，为宁夏暴雨多发区，每10 000 km2年均暴雨（24 h降雨量≥100 mm）发生次数为1.1次，居宁夏之首。该区域处于贺兰山大水沟以北，为石山区，坡度陡（1‰～3‰），土层浅薄，岩石裸露率为69%，植被少，土壤水分易饱和、产流快，雨量相同时产生的洪峰为全区之首。

中高风险区包含隆德县、泾源县、贺兰县、永宁县、西夏区、金凤区、兴庆区（河西）、青铜峡市部分地区，该区域主要为六盘山林区和贺兰山区中南段。六盘山林区雨多量大历时长，蒸降比略大于1，草木茂盛，洪水汇流慢涨落平缓；该区地势高、气温低、蒸发小、土壤含水量大，暴雨相同时入渗损失率为各分区最小，产生洪量最大。贺兰山区中南段降雨量与北段基本持平，中段为中高土石山，有部分次生林，南段属黄土丘陵区，产流速度和洪水发生次数少于北段石山区。

图1 宁夏山洪灾害典型区分区图

中低风险区包含同心县、海原县、原州区、西吉县、彭阳县、沙坡头区、中宁县、利通区、红寺堡区部分地区，主要为宁夏黄土丘陵区。其中，同心、海原、原州、西吉、彭阳等县（区）为黄土丘陵高原区，沟壑十分发育；沙坡头、中宁、利通、红寺堡等县（区）为宁中山地区，分布有卫宁山、牛首山、香山、烟筒山、罗山、青龙山等山地。该区域降雨次数少、间隔长，蒸发旺盛，地表干燥快，土壤含水量小（常处于10%左右），是典型的超渗产流区；植被差，调蓄能力小，产汇流快，造峰历时短，洪水陡涨陡落过程较短，洪峰较大；平均入渗损失率较大，相同面积相同雨量形成的洪量小于六盘山林区和贺兰山区。但由于植被差、沟壑纵横、水土流失严重，洪水含沙量大，洪峰、洪量随之增大近50%。

低风险区包含盐池县、灵武市、平罗县（河东）、兴庆区（河东）部分地区，该区域主要为灵盐台地和银川平原部分地区。灵盐台地为鄂尔多斯高原的一部分，地势自东向西倾斜，地形较为平坦，土壤质地沙性，水资源极为贫乏，且该区域人口密度较小，多为荒漠草原，山洪灾害威胁较小。

六、结 语

根据宁夏山洪灾害致灾成因和山洪预警发布形式，以宁夏1∶5万电子地形图为底图，对降雨、地貌、行政区划及产汇流特征等要素分别进行分区，通过地理信息系统的技术分析和叠加功能，将宁夏全区划分为16个山洪灾害区4个风险等级。

宁夏山洪灾害高风险区和中高风险区主要分布在历史洪水出现较多的贺兰山区和六盘山区；中低风险区主要分布在宁夏黄土丘陵区，该区域历史洪水发生次数少于贺兰山区和六盘山区；低风险区主要分布在灵盐台地和银川平原局地，该区域降雨稀少，地形较为平坦，为宁夏历史洪水发生最少的区域。风险区划结果与宁夏历史洪水发生规律相符合，一定程度上说明了宁夏山洪灾害区划的合理性，对指导山洪防灾减灾工作具有一定的意义。

由于山洪灾害成因机理比较复杂，且目前宁夏山洪灾害研究资料有限，对宁夏山洪灾害的危险性和易损性尚未进行深入分析，该研究成果的准确性仍有待进一步验证。 ■

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责任编辑 轩 玮

A preliminary study on regional division of flood disaster risks in Ningxia based on GIS technology

Li Min,Wang Guoxia,Tian Zixun

According to 1∶50 000 electronic topographic map of Ningxia as well as causes of mountain flood disasters and types of early-warning system,factor division of rainfall,topography,administrative division and runoff characteristics was conducted by taking the advantage of analysis and overlay function of geographical information system,so as to complete risk zoning of flood disasters in Ningxia Autonomous Region.The study results show that the province can be divided into 16 flood disaster areas,4 risk levels,among which 7.8%of the total area is classified as high risk,15.3% as medium to high risk,58.4%as medium to low risk,and 18.4%as low risk.Feasibility and accuracy of this study has been verified through comparative analysis according to real happening of mountain flood disasters.

mountain flood disaster;GIS technology;geographic information system;risk zoning

TV877

B

1000-1123（2017）07-0038-04

2016-10-14

李岷，高级工程师，主要从事防汛抗旱工作。

国家自然科学基金资助项目（51279064；51379003；51579102）；河南省教育厅科技创新人才支持计划（14HASTIT047）；河南省教育厅科技创新团队支持计划（14IRTSTHN028）。