基于GIS的宁夏六盘山地区干旱风险分析

梁如心 李娟 张维江 褚金镝

摘要：宁夏六盘山地区作为当地地表水的主要发源地，水文干旱情势是该地区水资源规划的重要影响因素。以好水川流域为例，基于灾害学理论，建立了包含致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、成灾体暴露性的评价系统，采用模糊层次分析法确定各指标权重，进行流域干旱风险分析及区划。结果表明：评价系统中，致灾因子危险性权重为0.45，是干旱风险的主要影响因子;流域下游的干旱风险高于上游流域，中下游南部的干旱风险最大，50%以上的区域风险等级属于中、高风险。

关键词：干旱风险：模糊层次分析法：好水川流域：宁夏六盘山地区

中图分类号：TV213.4

文献标志码：A

d0i：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.叭.010

近年来，随着全球气候的变化，自然灾害频发，干旱灾害日趋严重，已成为影响人民生产和生活的主要灾害之一[ 1-4]。干旱风险分析是寻找有效干旱应对措施及提高防灾减灾能力的重要基础工作。冯星等[5]通过Copula函数构建二维干旱特征变力的重现期联合分布模型来进行干旱分析;徐玉霞等[6]结合灾害学相关理论，建立干旱风险评价子系统对陕西省的干旱灾害风险进行评估;王理萍等[7]基于AHP方法研究云南省干旱灾害风险。由于目前尚未形成统一的灾害风险评估体系，因此有必要根据不同区域的特征建立符合特定区域的评价指标系统，并确定各评价指标的权重。现有的灾害风险指标模型在分析干旱风险及区划时，大部分是基于AHP方法确定评价指标的权重，而AHP方法往往会忽略实际存在的模糊性，需要进一步改进权重分析方法来准确确定指标权重。张吉军[8]、吕跃进[9]利用模糊层次分析法得出了基于模糊一致矩阵的模糊层次分析法一般應用模型。基于三角模糊数的模糊层次分析法（ FAHP）在理论和实践方面有广泛的发展和应用，三角模糊数用于确定影响因素的权重排序，模糊层次分析法（ FAHP）主要用于权重的确定。

近年来，好水川流域干旱频发，水文干旱风险不断增大，其降水、地形地貌、土地利用、水资源及水土保持工程等条件在宁夏六盘山地区具有较强的典型性及代表性。好水川流域天然环境的特殊性决定了其对研究宁南地区水文干旱具有一定的典型性，因此笔者结合灾害风险模型，依据流域特点，选取评价指标，采用三角模糊层次法确定各指标权重，基于GIS对流域水文干旱风险进行评估及区划，以期为流域水资源开发利用及灾害预警提供参考。

1 流域概况

六盘山地区是清水河、泾河、葫芦河的发源地，也是宁夏“北部节水、中部调水、南部开源”分区治水方略水资源开发保护的重点区域。好水川流域地处宁夏回族自治区固原市隆德县，东临六盘山，属于渭河上游支流的葫芦河，总面积102 km2，地势东高西低，海拔2 894-1 825 m.相对高差1 069 m。流域降水量自东向西递减，多年平均降水量为520 mm.其中6-9月降水量约占年降水量的60%，春旱及秋旱较为明显。流域主要地貌类型为土石山区、黄土丘陵沟壑区和河谷川道区，上游沟道呈V形，中游较为平缓、梁坡较陡，下游有面积较大的河谷，沟道呈U形。流域为半湿润气候向干旱半干旱气候过渡区域，流域降水量呈现降低及分散趋势;土地利用类型有林地、荒坡地、草地、梯田。

流域内建有1座水库、11座骨干坝，形成坝系水资源联合调度系统，使得好水川流域内的水资源效益、灌溉效益、生态效益发生显著变化[10]。流域坝系工程分布见图1。

2 资料来源与研究方法

2.1 资料来源

1990-2016年的降水、蒸发、气温、湿度等气象资料由隆德县气象站提供。河网密度分布图在中国地理信息百度云通过ArcGIS软件提取，地形资料来源于国家科技基础条件平台建设项目地球系统科学数据共享平台。好水川流域土地利用的类型、面积及分布情况通过实际调研与测量获得。

2.2 研究方法

2.2.1 三角模糊层次分析法

模糊层次分析法（ FAHP）是模糊数学和层次分析法相结合的产物，是在层次分析法（ AHP）的基础上，对AHP的一种完善和改进，主要用于权重的确定。1983年，荷兰学者Van Loargoven[11 ]提出用三角模糊数表示模糊比较判断的方法，利用三角模糊数确定影响因素的权重排序。三角模糊数的定义：设论域R上的模糊数为M，如果M的隶属度函数μM使得R在[0，1]区间内，则称M为三角模糊数[12]。

3 结果分析

3.1 建立评价子系统

在灾害风险研究中，自然灾害风险是由致灾因子的危险性、承灾体的暴露性和孕灾环境脆弱性3个要素共同组成的宏观结构[14-16]。水文干旱主要受自然环境影响，评价指标选取应以数据的可测性、规范性及一致性为原则，主要依据气象、土地利用、地形、地貌特点选取相应的评价指标，建立3个水文干旱风险评价子系统。

（1）干旱风险致灾因子的危险性评价子系统。致灾因子即导致灾害发生的因素，结合自然灾害风险分析，气象要素是导致水文干旱灾害发生的主导因子，主要包括降水、蒸发、气温、湿度。受水资源时间尺度的影响，年内降水、蒸发、气温、湿度等分布不均匀，需要选择多年平均降水量、多年平均蒸发能力、多年平均气温、多年平均湿度为致灾因子的危险性指标，其中多年平均降水量与多年平均湿度为负向指标。

（2）干旱风险孕灾环境脆弱性评价子系统。孕灾环境脆弱性指受到灾害威胁所在地区的外部环境对灾害的脆弱程度，在同等强度灾害下，脆弱程度越高，自然灾害所造成的破坏损失就越严重，干旱灾害的风险也就越大。流域内干旱形势严重，流域水系会受到严重影响，而水系的变化直观反映在河网密度的变化;流域内的地形较易被侵蚀，在评价流域水文干旱时，地形的脆弱程度也需重点关注，因此选定河网密度、地形（高程标准差）作为孕灾环境脆弱性评价指标。

（3）干旱风险承灾体的暴露性评价子系统。承灾体的暴露性评价指标反映承灾体与致灾因子的接触程度以及干旱缺水可能对承灾体的威胁与破坏程度。土地利用在干旱缺水时，遭到的威胁及破坏程度是相对较大且明显的，干旱严重会改变土地利用类型，因此选用不同的土地利用类型作为暴露性评价指标。土地利用类型主要包括人工牧草地、其他林地、其他草地、内陆滩涂、坑塘水面、旱地、村庄、水工建筑用地、水库水面、水浇地、灌木林地、裸地、设施农用地、采矿用地、风景名胜及特殊用地等15种类型。流域土地利用类型分布见图3。占地面积最大的旱地主要集中在下游，而占地面积仅次于旱地的林地、梯田主要集中在上游。

3.2 权重确定

通过模糊层次分析法获得好水川流域干旱影响指标的权重并进行一致性检验，满足要求的干旱灾害风险各评价指标权重见表2。

3.3 结果分析

将致灾因子危险性中各指标的基础数据利用反距离加权平均插值法分布在整个流域，再对GIS矢量数据指标归一化，并结合各指标的权重值以及式（6）得出图形数据，运用自然断点法划分致灾因子危险性等级（见图4）。由图4可知，好水川流域干旱风险分析致灾因子危险性区划等级上游流域明显低于下游流域，其中：高危险区处于流域中游南部，此处有下岔、上岔、岔口3座骨干坝;低危险区、次低危险区主要处于流域上游，包括张银水库和后海子、团结、下老庄、后沟等骨干坝;中等危险区处于流域中游，包括何家岔骨干坝;次高危险区处于流域中下游，包括范湾、老张沟、张家台子等骨干坝。

调整河网密度及地形（高程标准差）的矢量数据并归一化，结合权重值及式（8）获得好水川流域干旱风险孕灾环境脆弱性区划图（见图5）。由图5可知，干旱灾害孕灾环境的脆弱性分布比较分散：高脆弱性区主要集中在中游流域南部，次高脆弱性区零散分布在流域南部;中脆弱性区域最大，集中分布在上游与下游流域;低脆弱性区、次低脆弱性区集中分布在中游流域中部。

承灾体暴露性主要体现在土地利用类型的不同，根据不同土地利用类型的权重，结合式（7），利用GIS自然断点法得出好水川流域干旱风险承灾体暴露性区划图（见图6）。由图6可知，干旱灾害承灾体暴露性划分呈现明显的等级，各区划分布比较集中：高暴露性区分布区域最大，主要分布在流域下游;次高暴露性区分布在流域中游中部及上游;低暴露性区、次低暴露性区分布在上中游及下游北部。

基于对3个因子的定量分析，依据式（9）与GIS自然断点法，得出好水川流域干旱综合风险等级区划图（见图7）。由图7可知：流域下游是发生干旱灾害的高频区域，高风险区、次高风险区包括上岔、下岔、岔口、张家台子、老张沟等骨干坝;中风险区处于中游及上游流域北部，包括范湾骨干坝;低风险区、次低风险区处于上游流域，包括张银水库与后海子、团结、下老庄、后沟、何家岔等骨干坝。

4 结语

利用气象观测数据、基础地理信息数据和社会经济数据，结合GIS技术与模糊层次分析法，建立好水川流域的干旱风险评价系统，获得干旱灾害风险中各影响因子及综合风险等级区划图，结果表明：干旱低风险区主要集中在好水川流域上游，流域中下游的干旱情况最为严重，整体来看，流域发生干旱灾害的风险较大。

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【責任编辑张华兴】

收稿日期：2018 - 11- 07

基金项目：宁夏对外科技合作项目：中央引导地方科技发展项目

作者简介：梁如心（1990-），女，山西临汾人，硕士研究生，研究方向为水资源调控理论与技术

通信作者：李娟（1981-），女，宁夏银川人，副教授，研究方向为旱区水资源与水环境