达川区暴雨洪涝灾害风险区划

张利平 蔡松 张鸿 游英 赵薇

摘要：利用四川省达州市达川区及周边25个国家气象站30年的气象资料和达川区社会经济数据，采用GIS系统分析达川区暴雨洪涝灾害致灾因子的危险性、孕灾环境的敏感性、承灾体易损性与防灾抗灾能力，对达川区暴雨洪涝灾害进行了统计和区划。结果表明，达川区各地的暴雨洪涝风险主要受地形地貌、洪涝频率、人口分布、经济发展程度等多种因素影响。高敏感风险区主要有达川南城（主城区）、永进-石桥、道让-虎让-桥湾-石梯和景市等乡镇，次敏感区主要有赵家、百节（铜钵河两岸）、亭子、麻柳-万家-大树、东兴-黄都-南岳、双庙、罐子、龙会、堡子-赵固、洛车、五四-银铁等乡镇，这是达川区防汛减灾的重点区域;中度敏感区主要包括河市-金垭、福善、大滩、管村-九岭-陈家-渡市、香隆-沿河等乡镇，次低或低敏感区主要包括海拔较高、离河流较远的低山高丘区。

关键词：暴雨洪涝;风险;区划;达川区

中图分类号：P49         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）06-0039-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.010           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The meteorological data in Dachuan district and 25 national weather stations surrounding Dachuan district for 30 years and the socio-economic data of Dachuan district were used. The GIS system was used to analyze the hazards of storm-flood and flood-caused factors in Dachuan district， the susceptibility of pregnancies， the vulnerability of disaster-affected bodies， and the ability to prevent and fight disasters. Statistics and regional division were conducted on the storm-flood disasters in Dachuan district. Storms and floods were counted and zoning in the Dachuan district. The results showed that the risk of storm floods in Dachuan district was mainly affected by various factors such as topography， landslide frequency， population distribution， and economic development level. Highly sensitive risk areas included the south Dachuan district（main city zone）， Yongjin-Shiqiao， Daorang-Hurang-Qiaowan-Shiti and Jingshi. And the sub-sensitive areas mainly included the Zhaojia， Baijie， Tingzi， Maliu-Wanjia-Dashu， Dongxing-Huangdu-Nanyue， Shuangmiao， Guanzi， Longhui， Baozi-Zhaogu and Luoche， Wusi-Yintie and other towns， which were the key areas for flood control and disaster reduction in Dachuan district. Moderately sensitive areas mainly included Heshi-Jinya， Fushan， Datan， Guancun-Jiuling-Chenjia-Dushi， Xianglong-Yanhe towns. The sub-low or low-sensitivity areas mainly included low mountain and high hill areas with higher elevations and further away from the river.

Key words： storm flood; risk; division; Dachuan district

暴雨洪涝灾害是四川省达州市达川区较为频发的一种气象灾害，严重影响该地的经济社会发展、人民的生命财产安全。尤其是2000年以来，在全球气候变暖的大背景下，极端降水事件频发，由此引发的地质灾害也十分严重。2004年“9·3”特大洪灾损失之重历史罕见，受灾人口20.7万人，因灾死亡6人，直接经济损失近10亿元;2005年“7·8”特大洪灾，受灾人口15万人，直接经济损失1.36亿元;2009年“7·11”暴雨洪灾，导致前河上游发生有记录以来的第二大洪水;2010年“7·18”流域性特大暴雨洪灾、2011年“9·18”暴雨洪災等都给达川区造成严重的损失。达川区是国家重要的能源基地和国家粮油生产基地，为做好防灾减灾工作，有必要开展暴雨洪涝区划。

国内学者和研究人员在暴雨灾害风险评估理论[1]、指标体系与技术方法等[2-4]多方面进行了大量的尝试，并取得多项研究成果[5-12]，实现了暴雨灾害风险量化空间分析。但达州市开展暴雨洪涝灾害风险评价、区划方面的工作起步较晚，相关研究较少。因此，综合国内外研究成果，将自然灾害风险指数评估方法与GIS空间分析相结合，综合考慮暴雨洪涝频率、孕灾环境、灾害的暴露性和易损性等因子，依据各风险评价因子对暴雨洪涝风险构成的作用，确定其权重，建立暴雨洪涝灾害风险评价指标体系，运用ARCGIS分析各主要因子对洪涝灾害风险的影响，通过洪涝灾害风险指数进行区划，为四川省达州市达川区暴雨洪涝防灾减灾提供科学依据和技术支持。

1  达川区概况

1.1  地理与气候

达川区位于四川省东北部达州市中部，大巴山南麓，地势东北高、西南低，位于东经106°59′—107°50′、北纬30°49′—31°33′，幅员面积2 245 km2。地貌地形：铁山以东为平行岭谷区，铁山以西为低山丘陵区，见图1。

达川区属中亚热带湿润季风气候，以铁山为界，可划分为东南平行岭谷气候区和西北低山丘陵气候区，总体特征为冬暖、春早、夏热、秋凉，无霜期长，夏半年光热水充沛且基本同步，冬半年多阴雨寡照。多年平均气温17.2 ℃，≥10 ℃年积温5 452 ℃，年均无霜期303 d。极端最低气温-4.5 ℃，极端最高气温40.7 ℃;年总日照时数1 122 h，年降水总量1 205 mm，年最多降水量1 693.5 mm。

1.2  研究区域概况

达川区地处四川盆东平行岭谷区、盆中丘陵区、盆周低山区连接地带。地形总趋势北麓离，东南低，成因类型属“川东褶皱剥蚀-侵蚀低山丘陵岭谷区”地貌。地貌特征完全受构造、岩性控制。中部的铁山、东南部的铜锣山、七里峡山、明月山，为北东-南西向的条状山岭，山脊海拔300～1 000 m，构成了区内低山地貌。铁山以东条形低山之间为广阔的红色浅丘地貌，铁山以西为红色丘陵区地貌，以北为台状低山地貌。

达川区境内主要有州河、巴河两大流域。前河、中河、后河在宣汉县境汇合后斡州河，从罗江镇入境，主要支流有明月江和铜钵河，流域面积50 km2以上的还有魏家河、双龙河、幺塘河、双庙河。州河多年平均径流量66.55亿m3，最大洪水流量1.26万m3/s，最小枯水流量17.5 m3/s，年输沙量727万t。巴河段从通川区江陵镇入境，由石梯镇进入渠县，境内主要支流有固家河、响滩子河（陈家河）、四溪河等。

2  数据与方法

2.1  数据来源与指标选取

降水数据来源于1980—2010年达川区周边25个气象站;地理信息获取于四川1∶25万数字地图;河网（流域面积50 km2以上）及密度运用ARCGIS水文模块进行计算制作;人口、耕地、GDP等社会经济数据来源于《2015年达川区统计年鉴》《2010年中国人口普查资料》等;森林覆盖率取自于达川区林业局2015年林业统计资料。

暴雨洪涝灾害风险的因子指标与权重系数见表1。权重系数由对相关领域专家打分和实际经验得出。

2.2  GIS空间分析

通过整理相关资料，建立空间数据库，利用ARCGIS的空间分析功能，进行插值计算、叠置分析、网络分析、距离制图、密度制图和表面生成与分析等，对洪涝频率、地形地貌、植被覆盖等空间数据和社会人口经济等属性数据进行综合处理。利用ARCGIS的制图功能对研究区进行风险区划。

2.3  洪涝灾害风险评价指数（FDRI）

洪涝灾害风险指数是一个综合性的指标，它建立在自然灾害风险的危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力等4因子概念之上，采用一定的数学方法集成洪涝灾害风险评价相关的指标，简化处理它们之间的关系，用于直观地表征洪涝风险程度。

式中，FDRI为洪涝灾害风险指数，表示洪涝灾害风险程度，其值越大，则洪涝灾害风险程度越大;VE、VH、VS、VR分别为洪涝灾害风险的危险性、暴露性、脆弱性和防灾减灾能力。

2.4  数据均一化处理

为了消除各指标量纲和数量级的差异，需对每一个指标值进行均一化处理，计算见式（2）、式（3）。

式中，Xij为第i个对象的第j项指标;X′ij为去量纲后第i个对象的第j项指标;Xmax和Xmin分别指该指标的最大值和最小值。敏感性中植被覆盖度指标采用式（3），其他采用式（2）。

2.5  加权综合评价法

加权综合评价法综合考虑各个具体指标对评价因子的影响程度，是把各个具体指标的作用大小综合起来，用一个数量化指标加以集中，计算公式如下。

式中，V是评价因子（VE、VH、VS）的值;Wi是指标i的权重;Di是指标i的规范化值;n是评价指标个数。权重Wi可由各评价指标对所属评价因子的影响程度重要性，专家根据当地实际情况讨论确定。

防灾抗灾能力作为一项可能的减少因子，FDRI表示对于减少所起的作用，因此未对其赋予权重值。按式（5）进行计算。

式中，a为常数（0≤a≤1），本研究取0.75。

2.6  自然断点分级法与5级分区

在ArcGIS中叠加计算后，用自然断点法对评价指标进行5级（低、次低、中、次高、高）分区量化，制作各因子及综合风险区划图。自然断点分级法是用统计方法来确定属性值的自然聚类，功能是减少同一级中的差异、增加各级间的差异。

3  洪涝灾害风险因子评价

3.1  达川区暴雨洪涝危险性

3.1.1  孕灾环境  暴雨洪涝的孕灾环境主要考虑地形影响与河流密度。河流密度是指单位面积内的河流长度，地形影响由高程和高程标准差（表现坡度）综合决定。河流密度越密的区域，海拔高度低、坡度小的地方受到洪涝的影响越大。

1）地形。采用高程表示，可直接从GIS数据中提取;地形变化采用高程标准差表示，对GIS中某一格点，计算其与周围8个格点的高程标准差获得，在GIS中采用100 m×100 m的网格计算地形高程标准差。表2可作为考虑地形影响大小的参考，它是根据专家打分给出的高程与高程标准差的不同组合赋值，高程越低、高程标准差越小，影响值越大，表示越有利于形成涝灾。

2）河流密度。主要包括河网密度和距离水体的远近。半径范围内河流的总长度作为中心格点的河流密度，半径大小使用系统缺省值。在GIS中采用100 m×100 m的网格计算河网密度。

经叠加计算后自然分级，达川区孕灾环境综合影响见图2。由图2可以看出，达川区有利于暴雨洪涝形成的区域主要有两个，一是分布在州河、巴河、明月江、铜钵河、固家河、双龙河等干支流的河谷区，二是东南部平行岭谷的低海拔浅丘平坝区，这些区域的地理条件有利于洪涝发生发展并形成危害。随着海拔升高、坡度增大和逐渐远离河谷区，孕灾环境风险等级逐渐降低，低中山区的孕灾环境等级逐渐降低，低中山区的孕灾环境等级最低。

3.1.2  暴雨洪涝频率  暴雨洪涝致灾主要表现为因持续强降水导致山洪暴发、水位猛涨，淹没冲毁房屋建筑、农田水利设施，甚至造成人口损失。暴雨洪涝灾害危险性可用降水强度和降水频次表征。统计标准是连续3 d降水总量≥150 mm或日降水量≥100 mm为一般洪涝，连续3 d降水总量≥250 mm或日降水量≥200 mm为严重洪涝。影响达川区的暴雨洪涝主要发生在3 d以内。经统计加权并同一化处理后，达川区暴雨洪涝频率分布见图3。达川区暴雨洪涝频率的总体分布规律是西北部高、东南部低，而铁山以东地区是南部略高于北部。西北部的虎让-道让-石桥一带最高，由西北部至东南部以北依次降低，河市-石板-福善-麻柳-大滩以北地区最低。

3.1.3  植被覆盖  植被覆盖有利于减轻暴雨洪涝的影响和损失。用（森林覆盖率）同一化后表示植被覆盖对洪涝危险性的影响程度。

3.1.4  危险性分区  对孕灾环境、暴雨洪涝频率和植被覆盖的GIS数据加权，得到暴雨洪涝危险性分区，见图4。由图4可以看出，达川区暴雨洪涝危险性高风险区主要集中分布在固家河以西的巴河流域，处于中高风险区，其中虎让-道让-洛车-桥湾和永进-石桥两地为最高。此区河流密度大，暴雨洪涝频率高，以低山丘陵为主，有利于洪涝形成。铁山以东大部分地区处于危险性中低风险区，其中以平坝浅丘地貌为主或河流密度较高的局部地区为中、次高危险区，如大树-万家-大滩-麻柳、亭子、景市-平滩、草兴-双庙-赵家、河市-金桠-石板等乡镇，其余低山丘陵区为次低或低风险区，受暴雨洪涝的危险性风险较低。

3.2  达川区暴雨洪涝暴露性

暴雨洪涝造成的危害程度与承受暴雨洪涝灾害的载体有关，造成的损失大小一般取决于发生地的经济、人口密度。达川暴雨洪涝暴露性主要考虑人口密度和地均GDP，人口密度越大、地均GDP越高的地区，越易受到暴雨洪涝的危害，如图5所示。达川区暴雨洪涝暴露性风险度最高的为达川区南城、亭子、麻柳-万家-大树-景市、双庙、石桥-石梯等乡镇，次高为河市-管村-罐子-渡市、堡子-桥湾-赵固、赵家、东兴、南岳等乡镇，中等风险区有檀木、黄都、福善、平滩、金檀-木子、九岭-龙会、虎让、永进、五四等乡镇，其余为次低和低风险区。

3.3  达川区暴雨洪涝脆弱性

暴雨洪涝脆弱性应考虑的因素与暴露性对应，是研究暴雨洪涝易损性的内容之一。达川区暴雨洪涝脆弱性主要考虑弱势人群（老人和小孩）比例和地均农业GDP这两个因子，弱势人群占比越高、地均农业GDP越高的地区，越易受到暴雨洪涝的危害，如图6所示。达川区暴雨洪涝脆弱性风险度最高的为达川区南城（主城区），次高区为福善-景市-黄都-东兴、南岳-黄庭、道让、赵固、银铁、龙会-陈家等乡镇，中等风险区的有亭子-花红-麻柳-大滩-万家-大树、百节-木子-申家、金檀-管村-罐子-九岭、米城-桥湾、碑高等乡镇，其余为次低和低风险区。

3.4  达川区暴雨洪涝防灾减灾能力

防灾减灾能力描述为应对暴雨洪涝灾害所造成的损害而进行的工程和非工程措施。由于涉及的因子较多、变化较大且统计较困难，一般在评价时可选取其中的部分因子进行评价。达川防灾减灾能力主要考虑人均GDP，人均GDP越高的地方其防灾减灾能力越强。

4  区划结果与分区评述

根据式（1）对暴雨洪涝灾害风险因子进行归一化处理，然后加权叠加计算集成化指数，通过ArcGIS运用自然断点法制作敏感性风险区划，如图7所示。

4.1  高敏感风险区

主要包括州河流域的达川区南城、巴河流域的道让-虎让-桥湾-石梯-永进-石桥、亭子、麻柳等乡镇及草兴和双庙南部等地。南城（三里坪街道和翠屏街道）是达川区的核心区，主要受州河暴雨洪涝的影响;石桥、亭子、麻柳等乡镇地处西北浅丘马巴河流域區，暴雨洪涝频率偏高，经济较发达，人口密度较高;景市和大树中部地势平坦，易形成积涝，对农业影响较大。

4.2  次高敏感风险区

主要包括赵家、百节（铜钵河两岸）、万家-大树和景市、东兴-黄都-南岳、双庙、罐子、龙会、堡子-赵固、洛车、五四-银铁等乡镇。此区暴雨洪涝频率较高，人口众多，农业经济较发达，社会经济地位比较重要，是达川暴雨洪涝的次高敏感区。

4.3  中敏感风险区

主要包括河市-金垭、福善、大滩、管村-九岭-陈家-渡市、香隆-沿河等乡镇，此区多位于丘陵低山区，各地地理、人口构成和经济特别是农业生产情况有一定差异，对暴雨洪涝敏感度为中度，严重洪涝也会造成较大损失。

4.4  次低和低敏感风险区

主要包括米城-大堰-金檀、木头-草兴-申家-木子-马家、石板、大风-花红-檀木-安仁-葫芦、黄庭等乡镇。此区大多处于低山高丘区，境内洪涝频率偏小，人口密度偏低，耕地较少，经济条件较差，对暴雨洪涝灾害的敏感度相对偏低。此区多处于低山高丘区，海拔较高，洪涝少，人口密度低、耕地少、经济欠发达，暴雨洪涝影响不大。

5  小结与讨论

1）达川区各地的暴雨洪涝风险主要受地形地貌、洪涝频率、人口分布、经济发展程度等多种因素影响。高敏感风险区主要有达川区南城、永进-石桥、道让-虎让-桥湾-石梯和景市等乡镇，次敏感区主要有赵家、百节（铜钵河两岸）、亭子、麻柳-万家-大树、东兴-黄都-南岳、双庙、罐子、龙会、堡子-赵固、洛车、五四-银铁等乡镇，这是达川区防汛减灾的重点区域;中度敏感区主要包括河市-金垭、福善、大滩、管村-九岭-陈家-渡市、香隆-沿河等乡镇，次低或低敏感区主要包括海拔较高、离河流较远的低山高丘区。

2）达川区境内州河与巴河河面宽阔，河道缓冲区较大，当地暴雨一般不易形成洪涝灾害，主要受上游来水影响非常显著，主要影响范围在海拔350 m以下、河道两岸2 km以内。西北低山丘陵区支流的暴雨洪涝多属峡谷山洪类型，山区河道高差较大、缓冲区小，陡涨陡落，破坏性强，主要影响范围在海拔400 m以下、河道两岸1 km以内;而东南平行岭谷区因地势相对平坦，河道高差较小、缓冲区大易形成涝灾，对浅丘平坝区影响较大。

对于高危险性的地区，应该采取降低危险性的措施，如加强河堤修建、提高植被覆盖度;对于高暴露性的地区，应该致力于减小暴露于暴雨洪涝灾害中的人财物;而对于高脆弱性的地区，增加人口的受教育程度、控制工农业生产活动、制定民房相应的防洪标准等。对于低防灾减灾能力的地区，应加强防灾减灾投入，完善其基础设施建设。

3）由于对暴雨洪涝灾害风险的理解以及资料有限等，因此本研究没有考虑河流宽度，也没有选取建筑物、小企业、道路等数据指标。在实际应用时应考虑各地水位高度、中小型水库、电站等水文情况的综合影响，同时结合各地实际，以提高应用的准确性和针对性。

4）达川洪涝受上游来水的影响非常显著，对沿河两岸造成的损失巨大，本研究没有涉及，需要进一步的研究。

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