基于GIS的海北州祁连县暴雨灾害风险评估

傅永超，朱宇蓉，马俊卿

1.青海省祁连县气象局，青海祁连 812200；2青海省同仁市气象局，青海同仁811300

祁连县因地处祁连山中段腹地而得名，当地常年气温寒冷、湿润，高原性气候特点显著。祁连县坐落于青海省的东北部，是海北州西北一带的县城，该县北部毗邻河西走廊，被称作青海的“北大门”。近几年，因为全球性的气候变暖现象严重，造成局部地区频繁出现极端恶劣天气，频降强暴雨，加之祁连县地处“牛心山”低洼地带，因频发的暴雨造成严重的衍生灾害给祁连县带来了极为严重的损失。与其他气象灾害相比，暴雨对人们生活造成的危害尤为严重，加之发生频率高、强度大，直接造成人员大量伤亡，经济损失惨重。

现阶段，有关专家已经着手针对暴雨灾害的风险评估展开专业调研，钟东良等[1]坚持认为，判断暴雨灾害对人类造成影响程度，不能单凭暴雨量的大小，关键是要根据政府和社会的支持力度，预警信息的准确接收度，以及民众在面对暴雨灾害时采取的避灾行为是否有效等综合因素而定；巨克英等[2]致力于黄河上游的青海段暴雨洪涝气象灾害风险评估的研讨与探求；李万志等[3]则立足风险度基准，着重对青海省暴雨洪涝灾害的风险隐患进行客观性评估；杨昭明等[4]针对汛期内青海省发生暴雨洪涝和次生灾害的风险进行专业评估；郑德凤等[5]根据GIS大连市发生暴雨洪涝灾害，综合运用各项指标对暴雨洪涝灾害进行系统的风险评估。但有关祁连县暴雨灾害风险评估的研究暂未见文献介绍，本研究结合3个国家基本站点1978—2020年的年降水基本特征、暴雨过程特征，结合灾害的多重致灾因子和不同乡镇已经发生灾情的次数等，对祁连县形成的暴雨风险灾害区划进行系统分析，为当地政府防灾减灾决策等提供科学的依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象数据主要涉及祁连县3个国家气象观测站（祁连、托勒、野牛沟）1978—2020年的降水资料：通过收集计算得出祁连县降水变化特征、暴雨及大暴雨日数、不同日数累计最大降水量及重现期和单站暴雨过程；结合自1978—2020年间记载的历史暴雨洪涝灾情信息数据，甚至借鉴《祁连灾害年鉴》等资料；一些详实的地理信息等基础数据全部取自青海省气象信息中心提供的包括县行政边界、地理环境、水系和水网密度。

1.2 分析方法

研究选用的主要统计方法以无量纲化与专家打分法为主，采用自然断点与线性趋势法、层次分析法（AHP）以及信息熵赋权法等完成统计分析[6]。

为最大限度地减少各指标存在的量纲差异，使各指标值完成归一处理。计算公式为：

加权综合评价法以二级指标为基础，遵循暴雨灾害风险形成原理，参照评价指标体系标准，建立灾害风险的整体评估模型如下：

式（2）中，MDRI是对暴雨灾害风险的等级程度的基础数据，公式中用TI、EI、VI，则分别代表暴雨造成人员身体受到危险性、人口暴露度、人口脆弱性指数。we、wh、ws是致灾危险性、人口暴露度和脆弱性指数的权重，权重的大小依据专家打分法确定。由于缺少乡镇级的暴雨过程灾情，本研究不考虑人口脆弱性，仅将致灾危险性和承灾体暴露度进行加权求积，得到风险评估结果。根据暴雨灾害造成的风险进行评估，利用自然断点的分级方法，共划分5个等级，并将该等级划分体现在风险区划图内。

2 致灾因子的特征分析

2.1 降水量

由1978—2020年祁连县平均降水年际变化趋势和多年平均降水月际变化趋势分析可以了解到，祁连县年降水量在289.9（1997年）～526.6 mm（1998年）之间，平均每年393.5 mm，长期线性变化呈上升趋势，倾斜率为19.149 mm/10年，即平均每10年降水量大约增加19.1 mm，且该趋势达到了显著性检验水平，这意味着祁连县近43年的年平均降水量上升趋势较为显著。4—10月为祁连县降水集中期，累计降水量386.0 mm，占全年降水量的98.1%；各月降水量在13.1～102.7 mm之间，以7月降水最多、10月最少。

2.2 暴雨及大暴雨日数

通过1978—2020年祁连县年暴雨日数变化趋势和多年平均月暴雨日数变化趋势可以了解到，祁连县年暴雨日数在0～7 d之间，平均每年1.9 d，长期变化呈上升趋势，增长率为0.442 d/10年。4—10月暴雨日数占年暴雨日数的100%，平均每年0.6 d。其中，4—10月暴雨日数最多的年份为2016年，达7 d，1980年、1982—1984年、1987年、2006年、2012年4—10月未出现暴雨。从多年平均情况来看，4—10月各月暴雨日数在0～0.3 d之间，呈单峰分布，7月降水量最多，8月的降水量仅次于7月，7—8月的降水量与历年月均降水量变化持平。在这43年内，祁连县内未出现大暴雨日。

2.3 不同日数累计最大降水量及其重现期

祁连县近43年的最大日降水量为35.6 mm；3、5 d内的累计最大降水量分别为60.9和72.5 mm；10 d累计最大降水量为94.9 mm，都出现在2016年。从长期变化来看，1、3、5、10 d内累计最大降水量均呈增大趋势，其增长率分别为1.48、1.58、2.052、2.398 mm/10年。

由此计算得到祁连县不同重现期不同日数最大降水量见表1。

表1 祁连县不同重现期的不同日数最大降水量 mm

3 基于GIS暴雨灾害风险区划

3.1 暴雨雨涝指数等级

雨涝指数可反映当地不同等级下的暴雨过程频次、过程雨强等暴雨灾害特征。通过百分位数法将县域内所有暴雨过程的强度指数由小至大划分4个不同等级，降雨强度最高则认定其为高级别，最低则定为低级，中间有较高与较低2个不同等级划分，统计各乡镇暴雨强度等级过程的发生频率，加权相加后可以了解到，祁连县暴雨雨涝指数高值区主要位于东部，峨堡镇、默勒镇的雨涝指数最高，表明暴雨过程发生的频次相对最高、强度最强；阿柔乡次之，雨涝指数较高，表明暴雨过程发生的频次相对较高、强度较强；八宝镇、扎麻什乡、野牛沟乡的雨涝指数较低，表明暴雨过程的频次相对较低、强度较弱；央隆乡的雨涝指数相对最低，暴雨频次和强度远低于其他地区（图1）。

图1 青海省海北州祁连县暴雨雨涝指数等级区划图

3.2 暴雨孕灾环境等级

祁连县域内只有黑河与默勒河两条较大河流，但支流较多达247条，集水面积大，极易发生暴雨灾害，从而引发大面积的山体滑坡、泥石流等次生灾害。孕灾环境主要指外部环境对暴雨致灾的作用，其中地形、水系和水网密度等是主要决定因素，所以分析孕灾环境显得极为重要。利用相关数据进行标准化处理，得到了祁连县暴雨孕灾环境等级区划图。结果表明，祁连暴雨孕灾环境影响系数高值区位于八宝镇、野牛沟乡、央隆乡等祁连三镇四乡靠近黑河、大通河等流域的部分，当地特殊的地理环境为高山地形偏多，远观县城南北两侧的起伏相对较大，与东西为河谷的地形有关（图2）。

图2 青海省海北州祁连县暴雨孕灾环境等级区划图

3.3 暴雨致灾危险性区划结果

通过以上分析结果，将祁连县暴雨和大暴雨日数作为致灾因子，搜集1978—2020年期间祁连县7—8月间发生的主要强降水等信息，甚至包括因此引发的次生灾害频次等指标，对各指标值完成归一化处理。利用ArcGis软件的自然断点法作出祁连县暴雨灾害危险性等级区划图，并依据危险性从高至低，共依次划分为高级、较高级、较低级、低等级4个等级。

从图3可以看出，峨堡镇、默勒镇、阿柔乡、八宝镇、扎麻什乡等为祁连县暴雨洪涝及其引发次生灾害的高致灾危险性区；其他地区连年降水量偏少，加之人口密度小和地形等原因，多年来极少发生灾情，可视其为低致灾危险性区域。

图3 青海省海北州祁连县暴雨灾害危险性等级区划图

4 结论

（1）1978—2020年，祁连县年降水量 在289.9～526.6 mm之 间，平 均 每年393.5 mm，长期线性变化呈上升趋势。4—10月为祁连县降水集中期，累计降水量386.0 mm，占全年降水量的98.1%，其中7月降水最多。

（2）祁连县年暴雨日数最多为7 d，平均每年1.9 d，未出现大暴雨日数。祁连县最大日降水量为35.6 mm；3、5 d内累计最大降水量分别为60.9和72.5 mm；10 d累计最大降水量为94.9 mm，都出现在2016年。从长期变化来看，1、3、5、10 d累计最大降水量均呈增大趋势。

（3）在这43年间，祁连共发生78次暴雨过程，年均1.8次，2016年最多有6次；暴雨过程发生频次的月际变化明显，峰值出现在7月，为34次，占全年的43.6%；祁连暴雨过程持续时间最长为4 d，累计降水量为82.1 mm。

(4)祁连县暴雨致灾危险性较高的地区主要位于中东部地区，其中峨堡镇、默勒镇、阿柔乡、八宝镇、扎麻什乡等地区为高危险性集中区，野牛沟乡、央隆乡等地区为低致灾危险性区。