基于區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)和ArcGIS的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).doc

1、基于區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)和ArcGIS的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)打開(kāi)文本圖片集【摘要】：p ：山洪災(zāi)害具有極強(qiáng)的突發(fā)性和破壞性，是防洪減災(zāi)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是開(kāi)展其防治工作的重要依據(jù)。以河南省山洪災(zāi)害防治區(qū)為例，基于區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論，將山洪災(zāi)害系統(tǒng)劃分為自然災(zāi)害系統(tǒng)、環(huán)境災(zāi)害系統(tǒng)和人為災(zāi)害系統(tǒng)，選取多年平均降雨量、年最大10 min降雨量、年最大6h降雨量、年最大24 h降雨量、地形起伏度、地形指數(shù)、河網(wǎng)密度、人均國(guó)民生產(chǎn)總值、人口密度和土地利用類型共10個(gè)指標(biāo)構(gòu)建山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。首先運(yùn)用層次分析p 法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，然后借助ArcCIS軟件對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行提取和疊加計(jì)算，最終得到

2、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值，結(jié)果表明：防治區(qū)91的范圍處于山洪災(zāi)害中等或更高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別區(qū)域。收集歷史山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示超過(guò)90的山洪災(zāi)害發(fā)生點(diǎn)處在中等一較高一很高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，證明了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性?！娟P(guān)鍵詞】：p ：區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)：指標(biāo)體系;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);山洪災(zāi)害防治區(qū);河南省中圖分類號(hào)：_43;TV122+.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi： 10.3969/j.issn.1000- 1379.20_.06.005山洪是指山丘區(qū)溪溝間由降雨和下墊面因素共同引發(fā)的暴漲暴落的地表徑流1，具有流速大、沖刷破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，容易引發(fā)滑坡、泥石流等次生災(zāi)害2。山洪災(zāi)害難以預(yù)測(cè)和預(yù)防，常造成人員傷亡，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人身安

3、全帶來(lái)巨大威脅3。山洪災(zāi)害的形成主要取決于山丘區(qū)的降雨和下墊面環(huán)境，一般比降較大、土壤質(zhì)地不利于水分吸收的小流域較可能引發(fā)山洪，反之可能性較小。山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指通過(guò)分析p 山洪災(zāi)害的驅(qū)動(dòng)因子，對(duì)山洪災(zāi)害發(fā)生的可能性進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)對(duì)災(zāi)害的成因分析p ，史培軍教授把區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)分解為自然災(zāi)害系統(tǒng)、環(huán)境災(zāi)害系統(tǒng)和人為災(zāi)害系統(tǒng)4-5。區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)的研究是開(kāi)展可持續(xù)發(fā)展研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是建立區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)管理體系的科學(xué)依據(jù)6。近年來(lái)，隨著地理信息系統(tǒng)（ GIS）技術(shù)的迅速發(fā)展，與GIS相結(jié)合的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成為研究的熱點(diǎn)7-11。羅日洪等12以曹江上游小流域?yàn)槔⒘诵×饔虻纳胶闉?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4、模型，得到曹江上游小流域的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。靳夢(mèng)等13從危險(xiǎn)度和易損度兩個(gè)方面選取指標(biāo)因子，借助GIS軟件進(jìn)行疊置分析p ，最終得到河南省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。山洪災(zāi)害一般發(fā)生在山丘區(qū)，因此山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的范圍應(yīng)集中在山洪災(zāi)害防治區(qū)范圍內(nèi)。此外，山洪災(zāi)害形成原因具有多樣性，之前研究的指標(biāo)不夠系統(tǒng)和全面。本文以河南省山洪災(zāi)害防治區(qū)為例，基于區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論，分別從自然災(zāi)害系統(tǒng)、環(huán)境災(zāi)害系統(tǒng)、人為災(zāi)害系統(tǒng)共選取10個(gè)指標(biāo)因子，構(gòu)建山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并且運(yùn)用層次分析p 法（ AHP）對(duì)各個(gè)因子權(quán)重進(jìn)行分配，借助GIS手段得到山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)圖。1研究區(qū)概況河南省屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，

5、跨長(zhǎng)江、黃河、淮河、海河四大流域，年均降水量為600 -1 300mm，降雨集中在夏季，易引發(fā)山洪災(zāi)害。河南省山洪災(zāi)害防治區(qū)見(jiàn)圖1，涉及13個(gè)市79個(gè)縣（市或區(qū)）715個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。山洪災(zāi)害一直是河南省山丘區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的重要制約因素。1950-20_年的68 a中，發(fā)生泥石流災(zāi)害485次，滑坡災(zāi)害160處，累計(jì)受災(zāi)面積11.49萬(wàn)km2，受災(zāi)人口2 669.9萬(wàn)人次，累計(jì)經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)226.76億元14。2 研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)2.1 山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建山洪災(zāi)害是一種典型的區(qū)域性自然災(zāi)害。區(qū)域?yàn)?zāi)害系統(tǒng)理論認(rèn)為，山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和人為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)疊加的結(jié)果，本研究據(jù)此確

6、定山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性主要是指山洪災(zāi)害致災(zāi)因子的風(fēng)險(xiǎn)性，考慮到河南省山丘區(qū)地域差異明顯，山洪災(zāi)害主要是由短歷時(shí)、高強(qiáng)度的暴雨所引發(fā)的，為了突出暴雨致災(zāi)因子的空間差異性，選取多年平均降雨量、年最大10 min降雨量、年最大6h降雨量、年最大24 h降雨量作為自然災(zāi)害系統(tǒng)的4個(gè)指標(biāo)：環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性主要是指山洪災(zāi)害下墊面環(huán)境的穩(wěn)定性，考慮到山洪災(zāi)害與地形、降雨匯水的密切聯(lián)系，選取地形起伏度、地形指數(shù)、河網(wǎng)密度作為環(huán)境災(zāi)害系統(tǒng)的3個(gè)指標(biāo);人為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性主要是指山洪災(zāi)害承災(zāi)體的脆弱性，往往人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的地區(qū)更應(yīng)受到重視，因此選取人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（ GDP）、人口分布密度

7、和土地利用類型作為人為災(zāi)害系統(tǒng)的3個(gè)指標(biāo)。由此構(gòu)建的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個(gè)層次10個(gè)指標(biāo)。可以認(rèn)為各指標(biāo)因子的數(shù)值大小和山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性高低成正相關(guān)關(guān)系，根據(jù)自然間斷法進(jìn)行1-5級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，等級(jí)越高代表山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性越大，具體指標(biāo)體系見(jiàn)表1。2.2 數(shù)據(jù)及處理本研究所需數(shù)據(jù)來(lái)如下：多年平均降雨量及年最大10 min、6h、24 h降雨量由河南省中小流域暴雨圖集中的線矢量插值得到;數(shù)字高程模型（ DEM）是下載于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)的SRTM3數(shù)據(jù)15，分辨率為90 m;中小河流線矢量和土地利用柵格數(shù)據(jù)由全國(guó)山洪災(zāi)害項(xiàng)目組下發(fā)，其中土地利用分辨率為30m;人均GD

8、P和人口密度數(shù)據(jù)下載于中國(guó)科學(xué)院資環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心16。地形起伏度、地形指數(shù)和河網(wǎng)密度可以通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算得到。地形起伏度是指單位鄰域內(nèi)最大高差所構(gòu)成的柵格文件，描述了制定鄰域內(nèi)高程的起伏程度，該指標(biāo)以DEM為數(shù)據(jù)借助2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重由層次分析p 法確定，首先構(gòu)造山洪災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)22，分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層;然后針對(duì)各層次兩兩指標(biāo)間的相對(duì)重要程度請(qǐng)專家進(jìn)行打分，形成判斷矩陣23：最后進(jìn)行權(quán)向量計(jì)算，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)24（CI= 0.017 6）。最終得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表2。山洪災(zāi)害往往是由短歷時(shí)、強(qiáng)度大的暴雨引發(fā)的，并且容易發(fā)生在地面起伏較

9、大的區(qū)域，嚴(yán)重威脅居民的生命安全，因此年最大6h降雨量、地形起伏度、人口密度權(quán)重較大。2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)提取、計(jì)算過(guò)程及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果借助ArcGIS對(duì)10個(gè)指標(biāo)逐個(gè)提取并進(jìn)行柵格化處理：接著對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，運(yùn)用自然間斷法分為1-5級(jí)，各指標(biāo)分級(jí)結(jié)果見(jiàn)圖2圖4：最后進(jìn)行疊加計(jì)算，得到山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值。山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的閾值采用正態(tài)分布取值的方法進(jìn)行確定，將風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別依次分為很低、較低、中等、較高和很高5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，各等級(jí)區(qū)間依次取最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值的0 - 15、15 - 40、40 - 60、60 -85和85 - 100，具體見(jiàn)圖5。由圖5可知，河南省山洪災(zāi)害防治區(qū)中等一較高一很高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域

10、的面積占比高達(dá)91，說(shuō)明整個(gè)區(qū)域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值較高，防洪形勢(shì)嚴(yán)峻：區(qū)域上顯示出南陽(yáng)市北部、三門(mén)峽市南部、洛陽(yáng)市南部、平頂山市西南部、駐馬店市、信陽(yáng)市西南部和鶴壁市、新鄉(xiāng)市、安陽(yáng)市三市交匯處的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別較高，這些區(qū)域大多是地勢(shì)較高、暴雨強(qiáng)度較大的地區(qū)，需要在山洪災(zāi)害防治工作中予以重視。3 結(jié)果驗(yàn)證與分析p 收集河南省歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)有關(guān)數(shù)據(jù)作為本研究的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，并用ArcGIS軟件標(biāo)注到風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)圖上（見(jiàn)圖6），利用Arctoolbo_工具箱中的值提取至點(diǎn)工具，統(tǒng)計(jì)歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)量和占比，見(jiàn)表3。從表3可以看出，約有91.33的歷史山洪災(zāi)害發(fā)生在中等一較高一很高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的區(qū)域，這說(shuō)明本次山

11、洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果準(zhǔn)確率較高，可以為今后的山洪災(zāi)害防治工作的展開(kāi)提供可靠和有效的建議。4 結(jié)論（1）基于災(zāi)害系統(tǒng)理論構(gòu)建全新的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用層次分析p 法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，借助ArcGIS軟件進(jìn)行指標(biāo)信息提取，得到河南省山洪災(zāi)害防治區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)圖。研究結(jié)果揭示了河南省山洪災(zāi)害防治區(qū)超過(guò)90的區(qū)域處在中等一較高一很高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，空間上展示出該區(qū)域不同地區(qū)間山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的差異性。（2）結(jié)合歷史山洪災(zāi)害點(diǎn)對(duì)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成果進(jìn)行驗(yàn)證，超過(guò)90的歷史山洪災(zāi)害發(fā)生在中等一較高一很高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，說(shuō)明山洪災(zāi)害實(shí)際發(fā)生狀況與評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致，證明所選用的研究方法能夠較為真實(shí)地反映山洪災(zāi)害的分

12、布規(guī)律，可為山洪災(zāi)害的防治工作提供參考。（3）山洪災(zāi)害的形成是一個(gè)復(fù)雜的突發(fā)過(guò)程，每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子從不同角度、以不同程度影響山洪災(zāi)害的發(fā)生，要全面、無(wú)差錯(cuò)地評(píng)估山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)仍有一定的難度，今后工作中要繼續(xù)優(yōu)化和完善評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)體系，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更有針對(duì)性和參考價(jià)值?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】：p ：l 趙剛，龐博，徐宗學(xué)，等.中國(guó)山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)J.水利學(xué)報(bào)，20_，47（9）：1133-1142.2蔡維英，劉興朋，張繼權(quán).基于分布式SCS模型的山地景區(qū)山洪災(zāi)害模擬研究J.災(zāi)害學(xué)，20_（2）：15-18.3 全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃編制技術(shù)大綱R.北京：全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)

13、劃領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，20_3：2-4.4 史培軍.三論災(zāi)害研究的理論與實(shí)踐J.白然災(zāi)害學(xué)報(bào)，20_2，11（3）：1-9.5史培軍.四論災(zāi)害系統(tǒng)研究的理論與實(shí)踐J.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，20_5，14（6）：1-7.6 史培軍，鄒銘，李?？?，等.從區(qū)域安全建設(shè)到風(fēng)險(xiǎn)管理體系的形成：從第一屆世界風(fēng)險(xiǎn)大會(huì)看災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)研究的 現(xiàn)狀與發(fā)展趨向J.地球科學(xué)進(jìn)展，20_5（2）：173-179.7 唐川，朱靜.基于CIS的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃J.地理學(xué)報(bào)，20_5（1）：87-94.8 程衛(wèi)帥，陳進(jìn).山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)價(jià)技術(shù)綜述J.人民長(zhǎng)江，20_4，35（ 12）：5-7.9 黃國(guó)如，冼卓雁，成國(guó)棟，等.基于CIS的清

14、遠(yuǎn)市瑤安小流 域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)J.水電能科學(xué)，20_（6）：43-47.10唐川，師玉娥.城市山洪災(zāi)害多目標(biāo)評(píng)估方法探討J.地理科學(xué)進(jìn)展，20_6（4）：13-21.11 朱靜.城市山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：以云南省文山縣城為例J.地理研究，2021，29（4）：655-664.12 羅日洪，黃錦林，唐造造，等.基于AHP和CIS的曹江上游小流域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃J.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，20_，15（6）：153-157.13 靳夢(mèng)，劉鳳林，李虎星.基于CIS的河南省山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分研究J.中國(guó)防汛抗旱，20_（4）：54-59.14袁燦，河南省20_年度山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目實(shí)施方案R.鄭州：科達(dá)水利勘

15、測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，20_：1-2.15 地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái).DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)DB/OL. 20_-05 - 10.： /gscloud.16 中國(guó)科學(xué)院資環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心.2021年全國(guó)CDP空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù) DB/OL.20_ - 05 - 10.：/.17 陳學(xué)兄，常慶瑞，郭碧云，等.基于SRTM DEM數(shù)據(jù)的中國(guó)地形起伏度分析p 研究J.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，20_，21（4）：670-678.18徐靜，任立良，程媛華，等.不受DEM空間分辨率影響的地形指數(shù)計(jì)算J.清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，48（6）：983-986.19 黃詩(shī)峰，徐美，陳德清.CIS支持下的河網(wǎng)密度提取及其在洪水危險(xiǎn)性分析p 中的應(yīng)用J.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，20_1（4）：129-132.20 顧秀梅，楊斌，高德政，等.ArcCIS空間數(shù)據(jù)投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法研究J.測(cè)繪科學(xué)，20_，37（4）：164-166.21 喬