基于层次分析法平原地区城镇内涝灾风险快速评估

万飞++石云++殷娜++张达++周兆军

摘要：城镇内涝灾害的影响日益严重，内涝灾害的风险研究也成为了科学研究的热点，文中利用AHP层次分析法，通过分析平原地区城镇暴雨内涝灾害发生的物理过程，构建城镇内涝灾害与内涝灾害危险性和脆弱性两方面，以及多个风险因子的层次关系，利用专家法确定权重，文献法确定危险度等级，建立平原地区城镇暴雨内涝灾害快速定性风险评估。

关键词：内涝灾害；风险评估；层次分析法（AHP）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2018）02-0203-04

一、引言

中国位于世界上季风活动最强盛的东亚地区，同时纬度位于北纬30±10°的干旱—半干旱季风降雨区域，夏季为我国主要的雨季，降雨形式以极端的暴雨、雷雨和台风降雨为主。这些极端降雨活动多发生在我国长江和黄河中下游平原地区，洪水、洪涝与内涝灾害频发且造成的影响也极其严重。北京2012年7月21日的暴雨内涝灾害；2011年6月18日武汉市的特大暴雨内涝灾害；2009年因台风“莫拉克”影响我国台湾、福建、浙江、江苏和安徽一带，多地内涝；至今中国城镇暴雨内涝灾害数不胜数。

针对日益严重的城镇暴雨内涝灾害，目前有多种灾害风险评估方法，如资料统计法[1]、历史调查法[2]、水利学模型法[3-5]、基于GIS的洪涝评估法[6-8]等定量的评价方法。其中，资料统计与历史调查法对水文资料的需求较高；水利学模型法和基于GIS的洪涝评估法对地形、地面资料和数据处理等要求较高。但随着全球气候变化极端天气越来越多发且日益严重，城镇化进程的快速发展使地面的入渗状况改变，这些方法也变得越来越难以满足定量准确的评估快速发展变化中的城镇受暴雨影响而出现的内涝灾害的风险。

因此，本文考虑城镇暴雨内涝形成物理过程中的主要因素：自然和人为因子，将其分为自然现象的危险性和城镇的脆弱性两大类，通过建立主—子因子的层次关系与判断影响因子的权重系，以便快速定性地对城镇暴雨内涝灾害做出风险评估。

二、城镇暴雨内涝物理过程与主要指标

内涝灾害指的是暴雨降到地面后无法入渗或径流流走而长时间滞留淹没地面的现象，当它淹没人类生活、生产的地方时即为内涝灾害。城镇是经人类改造自然环境后居住、生活和生产的地方，改造过程中因修建居民区、公路等多种城镇设施大多都阻止了雨水的入渗、径流过程，因此加剧了内涝灾害现象。如图1所示。

从水量守恒和以上物理过程可以得知：填洼滞留量=总降雨量-入渗蓄积量-径流输出量。因此，判断城镇内涝灾害风险主要考虑各种事件对总降雨量、入渗蓄积量和径流输出量产生的影响过程。

三、二级指标的确定与层次关系

（一）降雨量因子

其危险性子因子降雨量主要由气候决定。但是随着城镇热岛效应的对流作用，也会对降雨量有所影响，此为城镇的脆弱性子因子。

（二）入渗蓄积量因子

其危险性子因子主要包括两个方面，一是地面状况，即土壤含水量、岩性、植被状况；二是蓄水空间，即地下水埋深、地表储水空间。城镇脆弱性子因子主要包括非土地绿地面积、人工蓄水空间与城镇化进程阶段。

（三）径流输出量因子

其危险性子因子主要包括地形起伏倾角、地面水文网络（流域状况）。脆弱性因子主要包括城镇的下水排水能力、降雨发生时的排水补救能力。因此，平原地区城镇暴雨内涝层次关系如表1所示。

四、权重系数与危险度脆弱度的確定

（一）权重系数确定

由表1可以构建权重系数判断矩阵，目标层为A，一级指标为B1到B3，二级指标为C1到C12。构造判断矩阵的方法是：每一个具有向下隶属关系的元素（被称作准则）作为判断矩阵的第一个元素（位于左上角），隶属于它的各个元素依次排列在其后的第一行和第一列。然后向专家咨询其中两个元素两两比较哪个重要、重要多少，对重要性程度按1—9赋值（重要性标度值见表2）。

判断矩阵为：对角线1矩阵，对多位水文专家回馈的问卷结果，利用合法求的其权重并且对结果进行一致性检验，合法的原理是对于一致性判断矩阵，每一列归一化后就是相应的权重。对于非一致性判断矩阵，每一列归一化后近似其相应的权重，在对这n个列向量求取算术平均值作为最后的权重。

计算公式为：

W■=■■■

一致性性比例C.R.（consistency ratio）判断试为：

C.R.=C.I./R.I.

其中，C.I.为计算一致性指标（C.I.=■，λmax为最大特征值，R.I.为相应的平均随机一致性指标可查表得到。

通过计算得到权重系数与C.R.结果为：

所有结果中的CR均小于0.1，都通过了一致性检验。

（二）危险度确定

针对二级指标危险性因子与脆弱性因子，利用文献资料法[9、10、11、12、13]确定其危险度的划分范围与方式。其结果见表3。

五、应用

以2016年燕郊镇地为例，以降雨量为变量，其他条件经过初步区域调研其危险度信息如下C2：4摄氏度=6；C3：渗透率0.13=6；C4：25%=6；C5：1/5=10；C6：1/7=10；C7：65%=6；C8：2.7°=8；C9：暴雨后疏水能力6h内小于30%=6；C10：不满足中国相关规范=10；C11：无补救=10。通过模型可以快速定性评估得到当降雨量C1为50年一遇时，城镇内涝风灾害险为7.0582，为内涝灾害发生高危险结果；2016年期间发生了3次50年一遇的暴雨，严重积水3次满足快速评估结果。

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