基于GIS洛阳地区暴雨洪涝灾害风险区划分析

马进

摘要 为了分析洛阳地区暴雨洪涝灾害风险和区划，利用1961—2010年洛阳市气象观测资料，综合全市9个县（市）的气象、地理、社会经济与防灾抗灾等数据，应用GIS技术构建洛阳市暴雨洪涝灾害风险评价模型，定量分析洛阳市暴雨洪涝风险的致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾抗灾能力多个因子，计算得到洛阳地区暴雨洪涝灾害综合风险指数，并绘制了风险区划图。结果表明，洛阳地区洛宁、偃师东部、孟津中东部、洛阳市区风险等级较低；高风险区主要分布在栾川南部、汝阳、伊川西部和宜阳东部地区。

关键词 暴雨；洪涝灾害；风险指数；风险区划；GIS；河南洛阳

中图分类号 P426.616 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）23-0199-03

Abstract In order to analyze the risk and regionalization of rainstorm and flood disaster in Luoyang area，using the data of Luoyang in 1961-2010，comprehensive the meteorological，geographic，socio-economic and disaster prevention and other data of 9 counties，risk assessment model of rainstorm flood disaster based on GIS was established，about the risk factors of flood disaster，the sensitivity of the disaster environment，the vulnerability of disaster bearing body and the ability of disaster prevention and resilience were quantitative analyzed，the comprehensive risk index of flood disaster in Luoyang was calculated.The results showed that the risk level of Luoning，Eastern Yanshi，Eastern Mengjin and Luoyang was lower in the Luoyang area，and the high risk areas were mainly distributed in the south of Luanchuan，Ruyang，western Yichuan and the east of Yiyang.

Key words rainstorm；flood disaster；risk index；risk zoning；GIS；Luoyang Henan

洛阳市位于北纬34°32′～34°45′、东经112°16′～112°37′，横跨黄河中下游南北两岸，境内山川丘陵交错，地形复杂多样，以山区、丘陵为主，地势西高东低。洛阳地区属暖温带季风区，夏季炎热、雨水集中，暴雨频发。洛阳地区特有的地貌特征和气候特征易诱发滑坡、中小流域洪涝等气象地质灾害，暴雨洪涝发生频率及造成的直接经济损失呈逐年增加趋势。

近年来，国内外对暴雨灾害风险评估方法、指標体系和方法技术等进行了大量的研究，并获得具有重大意义的研究成果。耿焕同等[1]构建区域暴雨积涝评价模型，对上海市嘉定区进行暴雨积涝灾害精细化分析；解以扬等[2]通过分析暴雨频次分布特点，对暴雨灾害风险进行评估；田心如等[3]统计梅雨资料，通过数据统计方法对梅雨灾害进行评估分析；刘合香等[4]运用模糊数学理论分析广西区域洪涝灾害风险分布；葛 鹏等[5]结合层次分析法和模糊综合评价模型，利用10年的指标数据，对南京市洪涝灾害承灾体易损性进行了评估；吴燕娟等[6]通过修正SCS模型进行暴雨灾害分析，并模拟内涝对上海市普陀区居民出行影响；姜蓝齐等[7]通过构建暴雨洪涝灾害指标体系，借助GIS空间分析实现对黑龙江省的洪涝风险区划。本文基于GIS分析洛阳市暴雨洪涝灾害的致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力等的重要程度，建立了灾害风险评估模型，并制作暴雨洪涝风险区划图。

1 洪涝灾害风险评估模型及数据来源

1.1 洪涝灾害风险评估模型

气象灾害风险是孕灾环境、致灾因子、承灾体及防灾减灾能力综合作用的结果，指气象灾害发生及造成损失的可能性[8]。孕灾环境敏感性利用GIS对DEM数据进行计算获得坡度变化，利用基础地理信息河网数据获得河网孕灾环境；致灾因子危险性选取洛阳9个观测站逐日降水资料，抽取日降水量≥30 mm资料，统计不同天数连续过程雨量并汇总排序，按照不同百分位数阈值确定降水强度；承灾体易损性主要考虑14岁以下及65岁以上人口比例及各类土地类型易损性；防灾减灾能力以当地财政一般预算收入和居民储蓄存款余额作为衡量标准。

综上所述，建立暴雨洪涝灾害风险评价模型（图1），其灾害风险度函数可表示为公式（1）：

FDRI=f（VE，VH，VS，VR）（1）

式中，FDRI为暴雨洪涝灾害风险指数；VE为风险评价模型中的孕灾环境敏感度、VH为致灾因子危险性、VS为承灾体易损性、VR为防灾减灾能力。

利用层次分析法、专家评分法对各个因子赋权，将存在复杂联系的各类风险因子条理化，使主观赋权有一致性的满意效果[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 加权综合评价法。综合考虑评价模型中具体指标对评价因子的影响程度[10]，即各个具体指标对评价因子的作用大小，用量化指标加以集中，具体见公式（2）：

式中，V为评价因子值，Wi为指数i的权重，Di为指标i的规范化值；n为评价指标个数。通过层次分析法与专家评分法确定综合评判指标对所属评价因子的影响程度。

1.2.2 标准化方法。孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个分析因子包含若干个具体指标。为了消除分析因子中各个具体指标的量纲和数量级差异，而对其数值进行标准化处理，具体见公式（3）：

式中，Dij为j个点第i个指标的规范化值，Aij为j个格点第i个指标值[11]。评估因子影响度为增加的本文视为正性指标，反之视为负性指标。

2 风险评价指标的选择与分析

2.1 致灾因子危险性

暴雨洪涝发生由降水量级和持续时间引起，选取不同强度的降水量和频率以此反映暴雨引发洪涝灾害主要致灾因子。按照洛阳地区实际情况，通过抽取1961—2000年洛阳市各测点日降水量≥30 mm资料，然后统计全市符合基本条件的1、2、3、……、10 d的不同天数连续过程累计雨量，将所挑选的雨量样本汇总排序，以第98、95、90、80、60百分位数分别确定不同天数的雨量阈值，将60%～80%阈值设为1级、80%～90%阈值设为2级、90%～95%阈值设为3级、95%～98%阈值设为4级、98%以上阈值设为5级，以此划分不同天数暴雨过程降水强度范围。将各台站不同等级降水归一化，从5、4、3、2、1级分别以权重5/15、4/15、3/15、2/15、1/15加权计算致灾因子危险性指数（表1）。由图2可知，洛阳地区致灾因子危险性较高地区主要分布在南部地区，东部、西部危险性较低。

2.2 孕灾环境敏感性

孕灾环境主要受到地形坡度变化和河网密度影响。利用GIS对洛阳地区1∶50 000的DEM数据使用Focalstd函数计算模块进行标准差计算，获得地形坡度变化情况，按照实际情况划分为3个等级，将高程数据划分为4个等级，利用GIS的Combine函数进行属性项合并，确定地形因子影响度（表2）。

从图3可以看出，洛阳地区西部、西南部受到地形因子影响较小，东部和中部地区受地形因子影响较大。

利用GIS建立1 000 m×1 000 m网格面文件对洛阳市1∶25万基础地理信息河网数据打断河网线文件，再利用属性表格中Summarize统计汇总单位面积河网线总长度（图4），然后计算河网密度ρ=L/S（L为单位网格内线总长度，S为网格单位面积）。利用ArcGIS空间分析模块进行河网密度重分类（表3），得到河网孕灾环境影响度分布（图5）。

在河网密度孕灾环境影响度分布图中，河网密度值越大影响度则越大，可见洛阳市区、偃师、宜阳的洛河流域，伊川、嵩县的伊河流域，新安的黄河流域，栾川中部、南部山洪沟分布密集地区影响度较大。

2.3 承灾体易损性

根据洛阳地区的实际情况，利用数据分类项目将土地重新分类，并综合考虑人口、经济水平、硬件设施易损性等因素，量化各土地利用类型发生灾害易损性权值系数。可分为旱地、林地、水浇地、丘陵地、水域、居民用地、城镇用地及其他用地，其易损性量化值分别为0.16、0.01、0.28、0.01、0.01、0.17、0.30、0.06，得到各土地利用类型暴雨洪涝灾害易损性空间分布（图6）。

由于幼儿、老人对灾害应急应变能力较弱，利用人口普查数据，计算14岁以下及65岁以上人口占比，比例分类见表4，得其分布图（图7）。

2.4 防灾减灾能力

根据2010年《洛阳市统计年鉴》，统计洛阳地区各乡镇居民的储蓄存款余额及财政一般预算收入，应用GIS将数据库链接到洛阳乡镇地理信息数据面文件，然后提取与属性表相关的数据，应用空间分析工具模块，获得洛阳地区居民储蓄存款余额和财政一般预算收入空间分布图。以权重加权评价得到防灾减灾能力量化分布图（图8）。

3 综合风险区划

根据暴雨洪涝灾害风险评估模型中敏感性、危险性、易损性、防灾减灾能力赋予的权值计算得到洛阳地区暴雨洪涝灾害風险量化图。将洛阳地区暴雨洪涝灾害风险划分为5个风险等级：低风险区、次低风险区、中等风险区、次高风险区、高风险区（图9）。

4 结论与讨论

本文建立了洪涝灾害风险评估模型，基于GIS技术绘制了洛阳市暴雨洪涝灾害风险区划图，通过与气象及灾情资料对比发现，区划图基本符合实际，具有一定参考价值。根据洛阳市暴雨洪涝风险区划可知，洛阳市洛宁、偃师东部、孟津中东部、洛阳市区风险等级较低；高风险区主要分布在栾川南部、汝阳、伊川西部和宜阳东部地区。为进一步研究未来洪涝灾害发生的可能性，将利用历史灾情数据、降水资料，对洪涝灾害进行非线性预测并建立模型。考虑收集更多暴雨洪涝诱发因素条件的数据，全方位地进行暴雨洪涝灾害风险分析。

5 参考文献

[1] 耿焕同，吴正雪，计浩军，等.基于GIS的上海市嘉定区暴雨积涝灾害风险区划研究[J].灾害学，2015，30（1）：96-101.

[2] 解以扬，韩素芹，由立宏，等.天津市暴雨内涝灾害风险分析[J].气象科学，2004，24（3）：342-349.

[3] 田心如，姜爱军，高苹，等.江苏省典型年梅雨洪涝灾害对比分析[J].自然灾害学报，2008（5）：8-13.

[4] 刘合香，秦川，倪增华.组合权重和GrcGis相结合的广西洪涝灾害风险分析[J].灾害学，2015，30（3）：76-79.

[5] 葛鹏，岳贤平.洪涝灾害承灾体易损性的时空变异：以南京市为例[J].灾害学，2013，28（1）：107-111.

[6] 吴燕娟，温家洪，曹羽，等.暴雨内涝对城市社区居民出行影响的初步分析：以上海市普陀区金沙居委地区为例[J].灾害学，2013，28（3）：191-197.

[7] 姜蓝齐，马艳敏，张丽娟，等.基于Q01的黑龙江省洪涝灾害风险评估与区划[J].自然灾害学报，2013，22（5）：238-245.

[8] 王劲峰.中国自然灾害区划[M].北京：中国科学技术出版社，1996.

[9] 郭金玉，张忠彬，孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008，18（5）：148-153.

[10] 金菊良，魏一鸣，丁晶.基于组合权重的系统评价模型[J].数学的实践与认识，2003，33（11）：51-58.

[11] XIE J J，LIU C P.Fuzzy mathematics method and its application[M].3rd ed.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology Press，2006：61-62.