丹东市山洪灾害风险分析

李 杰

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)

山洪灾害是水灾的一种表现形式，是指由于受暴雨影响山洪暴发而给人类社会系统所带来的危害，主要表现为山体滑坡、泥石流和溪河洪水泛滥造成的国民经济和人民生命财产损失[1]，这些灾害主要是因持续性高强度大暴雨所致，故属于雨洪灾害的范畴，又因主要发生于山丘区，故称为山洪灾害[2]。山洪灾害具有破坏性强、危害重、恢复难度大等特点，而我国由于山区面积比重大、人口多，因此山洪造成的灾害损失也较为严重，是我国国民经济发展的重要限制因素[3]；在此背景下，有必要评估山洪灾害的风险程度，为防治和削减山洪灾害导致的重大损失提供科学依据。山洪灾害风险分析可采用不同的方法与模型，早期的山洪风险评价主要以层次分析、模糊逻辑、综合熵权、组合模型[4]等定量评价方法为主，随着近年来GIS空间分析技术的发展，基于GIS平台结合以上定量评价方法的山洪灾害风险分析方式成为新的发展趋势，该方法不仅可以提供更为精细直观的山洪风险度空间分布情况，而且有利于各类模型与数据之间的整合，在三峡库区湖北片区和南丰县的山洪风险评估[5]中均得到了有效的应用。丹东市是我国东北山洪灾害较为严重的地区，山洪暴发引发的山体滑坡、泥石流等灾害频发，严重影响了该地区的生命财产安全，但目前针对该市全域范围内的山洪灾害风险分析则鲜有报道，因此本文采用GIS平台的空间分析技术、结合层次分析法、基于山洪灾害风险概念模型确定了丹东市山洪灾害风险评估的指标与权重体系，计算并分析了丹东市山洪灾害风险度的空间分布情况，为该市的山洪灾害防治提供科学参考。

1 研究区概况与风险分析方法

1.1 研究区概况

丹东市位于辽宁省东南部，是我国最大的边境城市，是中国万里长城的最东端起点和中国海岸线的最北端起点，也是连接朝鲜半岛与中国及欧亚大陆的主要陆路通道。丹东市地貌以山地和丘陵为主，大部分地区地处长白山脉的余脉，地势由东北向西南逐渐降低，可划分为北部中低山区，南部丘陵区，南缘沿海平原区3类地貌单元，其中山地丘陵占总面积72%，平原占15%，水域占9%，其它占4%。丹东位于亚欧大陆东岸中纬度地带，属暖温带亚湿润季风型气候，年平均雨量多在800～1200mm之间，是中国北方雨量最多的地区。

丹东市是我国东北山洪灾害较为严重的地区，山洪暴发引发的山体滑坡、泥石流等灾害频发，严重地威胁了该地区的生命财产安全[6]，例如1987年8月丹东市普降暴雨，由山洪诱发的泥石流与山体滑坡多达1.4万多处，死亡人口54人，失踪4人，堤坝决口3247处，受灾农田面积达58.1万亩，直接经济损失达1.65亿。近几十年来，丹东市开展了大面积的水土保持小流域治理、造林整地、维修农田梯田等工作，明显降低了该地区的山洪灾害损失，但作为山洪地质灾害易发区，有必要对该市的山洪灾害风险进行分析，为该市的山洪灾害防治工作提供更为精细的科学依据。

1.2 山洪灾害风险分析方法

山洪灾害风险大小可由山洪灾害风险度来表征。山洪灾害的成因众多，且各影响因子之间的交互作用较为复杂，本文借鉴史培军等人[7]和刘珮勋等人[5]的研究成果，采用层次分析法构建丹东市山洪灾害风险评估指标体系，该指标体系主要是基于山洪灾害风险概念模型：

R=f(T，B，S)

(1)

式中，R—山洪灾害风险度；T—触发因子；B—下垫面孕灾环境因子；S—承灾体易损性因子。

层次分析法是对一些较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，特别适用于难以完全定量分析的问题，是最为常用的简便、灵活而又实用的多准则决策方法之一[8]。运用层次分析法建模，首先是建立递阶层级结构模型，递阶层级结构可分为目标层、决策层和指标层，本文主要选取刘珮勋等人筛选的评价指标，即以山洪灾害为目标层指标，以触发因子、下垫面孕灾环境因子和承灾体易损性因子为决策层指标，以年最大1h暴雨均值(S1)、年最大6h暴雨均值(S2)、高程标准差(S3)、土壤类型(S4)、河网密度(S5)、地形指数(S6)、人口密度(S7)、和土地利用(S8)为指标层指标如图1所示。递阶层级结构确定后，可通过构造各层次中的所有判断矩阵、层次单排序及一致性检验、层次总排序及一致性检验3个步骤确定评价指标的权重值，其中判断矩阵的确定主要是根据丹东市山洪灾害的特点，采用山洪灾害史料调查与专家意见征集相结合的方法；此3个步骤的具体操作方法可参见文献[5]。

图1 丹东市山洪灾害风险评价指标体系

采用层次分析法确定了各指标的权重值后，则主要基于ArcGIS10.4平台，利用GIS叠加分析的加权总和工具，将各指标进行汇总分析与计算，求得各栅格点的加权总和值，该值即为相应栅格点的风险度F，其表达式为

(2)

式中，i—第i个评价指标；n—评价指标数；wi—第i个指标的权重值；si—第i个风险指标归一化的数据值。丹东市山洪灾害风险分析中的指标数据值归一化方法可参见文献[9]；降雨数据主要来源于丹东市的气象局与中国气象数据网(http://data.cma.cn/)，高程、河网密度、土壤类型、地形等数据主要来源于中科院国际科学数据服务平台(http://www.cnic.cas.cn/zcfw/sjfw/gjkxsjjx/)和加利福尼亚大学圣迭戈分校的测量数据库(http://topex.ucsd.edu/)，人口密度和土地利用数据主要来源于丹东市统计年鉴、国土资源部门、与土地利用总体规划(2006～2020)。

计算所得的山洪灾害风险度值介于0与1之间，值越大则表示风险越大，具体的等级划分方法见表1。

表1 丹东市山洪灾害风险等级划分

2 分析结果

2.1 丹东市山洪灾害风险评价指标权重值

丹东市山洪灾害风险评价指标权重值如图2所示。图2中横坐标括号内的数值表示决策层指标的权重值，根据权重值的相对大小可知，对于丹东市而言下垫面孕灾环境因子对山洪灾害的风险度影响最大、触发因子次之，而承灾体易损性因子则相对较小。指标层指标相对权重表示在某一方面(由决策层指标表示)不同指标之间的相对重要性；例如，在触发因子方面，山洪灾害主要由持续性高强度暴雨所致，因此年最大6h暴雨均值在山洪灾害危险度评价中的相对权重值(0.616)，大于年最大1h暴雨均值的相对权重值(0.384)。指标层指标组合权重为指标层指标相对权重与相应决策层指标权重值的乘积，可综合反映指标层某指标在某一方面内的相对重要程度以及该方面本身的重要程度，即表示某指标在整体山洪灾害风险评价中的重要程度；根据图1可知，指标层各指标按对丹东市山洪灾害风险度的影响程度由大到小排序为：地形指数、年最大6h暴雨均值、河网密度、人口密度、高程标准差、土壤类型、年最大1h暴雨均值、土地利用。

图2 丹东市山洪灾害风险评价指标权重值

2.2 丹东市山洪灾害风险度空间分布

基于GIS平台结合层次分析法确定了研究区域内各个栅格点的山洪灾害风险度值，得到丹东市山洪灾害风险度空间分布如图3所示。根据图3可知，丹东市整体的山洪灾害风险度由东北向西南呈现降低趋势，大部分区域的山洪灾害风险度值介于0.2～0.6之间，因此可以认为目前丹东市大部分地区的山洪灾害风险处于“较低”和“中等”水平。在丹东市北部地区，尤其是宽甸满族自治区的北部地区，部分栅格点的山洪灾害风险度值大于0.6，即风险等级为“较高”；宽甸地处长白山脉与千山山脉过渡地带、辽东断块山地丘陵区，且是辽宁省内的大到暴雨中心，因此几乎每年都要发生不同程度的洪涝灾害，评价结果与实际情况具有较高的吻合度。在丹东市南部地区，尤其是东港市地区，部分栅格点的山洪灾害风险度值小于0.2，即风险等级为“极低”；东港市北部为低山丘陵，中部为低丘坡岗，南部为退海平原，沿海系潮间带滩涂，相对于丹东市的北部地区较为平坦，尤其是南部黄海之滨是大片的退海平原，地势平坦，土质肥沃，排渠系成套，是东港市粮食、国家优质米基地，在历史上受山洪灾害的影响相对较少，因此评估结果与实际情况基本一致，证明了本文所用方法的合理性。

图3 丹东市山洪灾害风险度空间分布

3 结语

基于GIS平台结合层次分析法，从山洪灾害触发因子、下垫面孕灾环境因子和承灾体易损性因子3个方面着手，分析了丹东市山洪灾害风险度的空间分布规律，结果表明，丹东市大部分区域的山洪灾害风险度值介于“较低”和“中等”之间，整体的山洪灾害风险度由东北向西南呈现降低趋势。基于本文方法的评估方法与实际情况吻合度较高，可为该市制定可行的山洪防治规划与政策提供参考。在以后的研究中，还可以尝试将卫星遥感、物联网、云计算等新兴科学技术整合到山洪风险分析中，以期得到实时的且更为精细化的评估结果。

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