山洪灾害风险区的划分研究

山洪灾害风险区的划分研究

摘要：本文选取影响山洪灾害发生的地形、坡度、河网分布、土地类型等因子进行权重叠加，得到江西省山洪灾害危险性程度图。本着保人的原则以人口为指标进行易损性分析，将危险性程度图与易损性图进行叠加，得到江西省山洪灾害风险区划图。在传统的研究办法的基础上，采用遥感图像结合山洪灾害普查信息，较充分的考虑了影响行洪过程的土地使用类型、植被情况、土壤利用率等信息，使得区划结果更加合理、可靠。对比历史山洪灾害资料发现，此次山洪灾害风险区划具有一定的精度。据此结果可对山洪灾害危险区进行规划，从而减轻山洪灾害的影响，同时也为当地居民提供了灾害的风险信息。

关键词：DEM 山洪灾害 风险区划

1引言

山洪是山丘小流域由降雨引起的突发性、暴涨暴落的地表径流，极易诱发泥石流、崩塌、滑坡等灾害。山洪灾害具有成灾快、破坏性强、预测预防难度大等特点，会给人口、社会、经济带来巨大损失。山洪灾害风险区划是指根据研究区山洪危险性特征，并参考区域承灾能力及社会经济状况，把山洪灾害划分为不同风险等级的区域。将山洪灾害风险程度相近且成灾条件类似的地区划为同区，将洪灾风险程度不同，且灾害形成条件差异较大的地区划为不同区，以显示洪水灾害的空间变化特点及区域规律。

山洪灾害危险区划作为重要的防洪减灾非工程措施，对完善区域的防洪减灾体系有着十分重要的意义。目前有关山洪灾害危险区划的研究深受学者们的关注，常用的方法有根据DEM数据以及部分统计年鉴数据，选取降雨、地形、坡度、河网分布等影响因子进行层次分析确定权重，最后利用ArcGIS底图代数工具叠加得到区域风险区划图。这种方法简单可行并具有一定的精度。随着研究的深入，对区划精度进一步的要求。本文就是在传统的研究办法的基础上，采用遥感图像结合山洪灾害普查信息，较充分的考虑了影响行洪过程的土地使用类型、植被情况、土壤利用率等信息，使得区划结果更加合理、可靠。

江西省山洪灾害涉及点多、面广，部分地区缺少防洪设施，防洪减灾能力薄弱，一旦发生灾害会造成损失巨大。为保证人民的生命安全及良好的经济发展，更加精细的山洪灾害进行风险区划显得尤为重要。

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[2]

[1]

2 山洪灾害风险区划评估指标的选择

根据目前被广泛认可的联合国人道主义事务部提出的风险定义[4]：在一定区域和给定时段内，由于特定的自然灾害而引起的人民生命、财产和经济活动的期望损失值，且其表达式为“风险(R)=

1

危险度(H) ×易损度(V)”，可将影响洪灾风险评估的因子归结为以下2类。

（1） 危险性因子。分析历史山洪灾害资料发现，我省各地受灾程度与地形地貌有很大联系。考虑主要原因为地形地貌一定程度上控制着区域汇水与排水条件，从而达到对洪水的再分配。对于这类因子可以利用现有DEM资料，通过ArcGIS软件进行描述，找出其空间特征。

（2） 易损性因子。主要是描述承灾区域的社会经济发展水平，反映区域承受山洪灾害的能力和可能造成的损失程度。一般可以利用各种统计资料进行描述，并具有极大的区域差异性，在时间上具有波动性。社会经济易损性主要考虑保人的原则，本文主要考虑统计年鉴的人口数据为影响因素。

3 山洪灾害危险性分析

3.1危险性因子分析

（1）地形因子（高程、坡度）

地形因子是为有效地研究与表达地貌形态特征所设定的具有一定意义的参数或指标。地形与洪水危险程度密切相关。一般认为，地形对形成洪水的影响主要在两个方面体现：高程及地形变化程度，高程越低，地形变化程度越小，越容易形成洪水。故本研究采用地表高程及坡度作为地形因子指标来反映其对山洪灾害的影响程度，应用ArcGIS软件从DEM数据提取的江西省高程与坡度分布图如下:

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图3.1江西省高程分布图 图3.2 江西省坡度分布图

江西省的高程范围为0~2200（上包下不包，下同），根据平原区、丘陵区与山区的普遍高程将高程分为四个等级；坡度范围为0°~76.55°，依据国际地理学联合会地貌调查与地貌制图委员会关于地貌详图应用的坡地分类将坡度分为四个等级，应用GIS栅格面积计算得到各等级所占比例，成果见表3-1。

表3-1 高程、坡度分级范围与所占比例

高程范围（m） 0~50 50~600

所占比例 19% 73% 坡度范围 0°~0.5° 0.5°~15° 定性 所占比例 43% 32% 2

平原 斜坡

600~1000 1000~1500 7% 1% 15°~35° 35°~76.55° 陡坡 峭壁 24% 1% 高程与坡度的分布走向显示：江西省境内东西南部三面环山，北部较为平坦，中部丘陵起伏，形成一个朝北开口、向鄱阳湖倾斜的巨大盆地。山地和丘陵所占面积比重大，地势高且坡度陡的地区，降雨过后水流瑞急；平原地区坡度缓，降雨后水流渐缓。 （2）河网因子分析

河网密度定义为单位面积内河流数量的多少。一定面积区域内的河流越多，一旦发生洪灾，流经该地区的过境水流所造成山洪灾害的几率也就越大。河网密度反映了流域对地形的切割程度，是反应流域结构特征的重要指标，也是影响山洪的重要因素。依据目前普遍被接受的Chebotarev提出的认为河网密度为单位面积内河道总长度理论：定义流域面积为A，面积A内河流或河段条数为n，总长度为L；则有L=nl，A=na，那么该区域的河网密度方程可表示为:

D?Lnll??Anaa[7]

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利用 GIS 的空间叠加分析与空间统计分析得到的江西省河网密度图如下图3.3。计算的河网密度的范围为0~5.17，分为四级应用GIS栅格面积计算得到各等级所占比例如下图3.4。河网密度数据显示，河网密集处主要集中在省内五大河流的上游，其中赣江、信江上游分布尤为密集。

河网密度范围与所占比例图0~0.50.5~1.51.5~2.52.5~5.17 图3.3 江西省河网密度图 图3.4 河网密度范围与所占比例图 3.2 AHP权重分析

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)，是一种简便、灵活又实用的对定性问题进行定量分析的多准则决策法。它的特点是通过建立复杂问题中各个因素间相互联系的有序层次，使复杂问题条理化。应用 AHP 方法计算各指标的权重系数，实际上是构建有序的指标系统，通过指标间两两比较对系统中各指标予以优劣评判，并利用这种评判结果通过建立矩阵模型来计算各指标的权重系数。本研究利用管珉对江西省山洪灾害危险区划的研究[9]中的矩阵模型计算

[8]

权重：

表3-3 山洪灾害危险性指标重要性判断矩阵及权重

3

高程 坡度 河网密度 λ

max

高程 1 1/2 1/3 C.I=1

坡度 2 1 1/2 C.R=0＜0.1

河网密度

3 2 1

权重 0.5396 0.2970 0.1634

=2 可接受矩阵

基于上述的各个因素的分析，根据其对山洪灾害危险性的权重(表3-1)，利用ArcGIS的地图代数功能，将各因子图赋予权重进行叠加分析，即各影响因子与其相应的权重相乘得出每个栅格单元的危险程度X。

X=0.5396X1+0.2970X2+0.1634X3

上式中，X1~X3 分别为高程、坡度和河网密度。根据山洪灾害的危险程度X，将山洪灾害风险区划分为4个等级(X取值范围分别为：<2.25，2.25~2.875，2.875~3.5，＞3.5)：危险性程度由低向高依次分别为安全区、少发区、较易发区、易发区。具体划分结果如图3.5。此处需要说明的是，危险区划指标的选择和各指标的权重结果具有相对差异性，不同的研究者可能有不同的选择与区划标准，结果上可能存在一定的差异性。

4 山洪灾害易损性分析

在山洪灾害风险区划中，危险程度是前提，易损性是基础，风险则是结果。承灾体的承受能力即社会经济易损性的大小，对山洪灾害造成的损失和危害具有重大影响[10]。反应社会经济易损性的因子有许多选择，例如人口、耕地面积、道路网、GDP等。综合多方因素考虑，本文选择人口因子作为山洪灾害易损性的分析因子。主要考虑以下三点：①调查承灾体的分布及估算其价值极其困难而且耗资巨大，目前仅有对耕作物、房屋等少数几类承灾因子的特征研究较为成熟。而人口数据可来源于统计年鉴数据，较为准确。②在山洪灾害中人的伤亡是最严重的一类，选择人口为易损性因子也是秉着保人的原则。③人口分布在一定程度上反映了地区政治、文化经济发展情况。

根据各区县的人口统计年鉴数据对人口密度进行插值，若不采用插值，则认为人口在空间分布是平均的，这并不符合人口的分布规律。故采用插值方法将其离散化，这样更符合人口在空间上的分布规律[11]。利用ArcGIS地图代数功能，对易损性指标进行分析得到每个栅格单元的易损程度V，江西省山洪灾害易损程度如图4.1。人口分布越密集的地方，易损性相对就越高，从图中可以看出江西省北部平原地区的人口密集程度较大，中部丘陵地带次之，东西南部三面环山地带人口普遍较少。另外，鄱阳湖环湖流域以及河网相对较发达的信江流域，赣江、饶河、抚河上游流域的人口密度也相对较大，这也较为符合江西省的经济发展情况。

4

江西

图3.5 江西省山洪灾害危险性程度图 图4.1省山洪灾害易损程度图

5 山

5.1风

洪灾害风险区划与成果检验

险区划

山洪灾害风险分析中危险性占主导因素，这点在外内者中己达成共识。一般情况下，危险性占的比重约为75%-80%，故本文根据江西省的实际情况将危险性与

在

外学

易损

指标名称 山洪灾害危险性 山洪灾害易损

λ

max

性的比例定为4: 1。各指标权重计算如下表5-1。

山洪灾害危险性

1 1/4 C.I=1

山洪灾害易损

4 1 C.R=0＜0.1

权重 0.8 0.2 可接受矩阵

表5-1 综合分析法的权重计算

=2

将山洪灾害危险性分布与易损性分布叠加等到山洪灾害的风险分布图，其计算公式如下：

R=0.8H+0.2V

上式中R为山洪灾害的风险指数，H为山洪灾害的危险性指数，V为山洪灾害的易损性指数。根据山洪灾害的风险指数将山洪灾害风险区划分为4个等级，每个风险等级的数值范围及含义如下表5-2；具体划分结果如下图5.1：

表5-2 山洪灾害风险等级划分及代表灾害含义

等级划分 低风险区

风险指数 ＜2.0

灾害含义

发生山洪灾害的可能性极低，即便发生降雨，其造成的损失也

很小，几无影响。

中低风险区 中高风险区

2.5~2.0 3.0~2.5

发生山洪可能性较低，即使部分地区可能性较高也对山区居民

点、公路、农田影响较小。

发生山洪的的可能性较高，对山区居民点、公路、农田有一定

影响。

5

高风险区 ＞3.0

发生山洪灾害的可能性高，一旦发生山洪，极有可能造成人员伤亡、农田淹没、房屋公路损毁，造成严重的财产损失。

图5.1江西省山洪灾害危险区划图

5.2 成果分析与检验

根据风险区划图（图5.1）所示，江西省东西南部三面环山地带及部分中部丘陵地带发生山洪灾害的风险普遍较高。其中高风险区比例不高，主要集中在江西西北部的五指山山区、西部的罗霄山和九岭山区以及江西东部武夷山区。对比江西省山洪灾害危险程度图（图3.5）与危险区划图（图5.1）发现：江西省南部大部分山区地带的山洪灾害发生的可能性很高但风险度却不高，这主要是由于南部山区人口普遍较为稀少，社会经济水平发展不高，即使发生山洪灾害可能造成的损失也不大。而东南部的武夷山区则由于人口密集、耕地面积较大，社会经济发展水平整体较高，一旦发生灾害将会造成严重损失，所以此区域的山洪灾害风险大。

历史山洪灾害记录显示的山洪灾害频发且损失严重的龙虎山区，九岭山南麓，鄱阳县莲花村、清溪村，芦溪县等均在风险区划图中重风险区。山洪灾害频发的上栗县，峡江县，资溪县等也在风险区画图中的中高或中低风险区范围。对比历史山洪灾害记录显示基于DEM 的空间数据处理分析方法划分的山洪灾害风险区具有一定的精度。

6结论与展望

根据DEM资料及部分统计年鉴资料对山洪灾害风险性进行研究，绘制了江西省山洪灾害风险区划图。应用ArcGIS 的空间数据处理分析方法使复杂的灾害风险区划变得简便，也提高了风险区划的精度。研究结果显示江西省东西南部三面环山地带及部分中部丘陵地带发生山洪灾害的风险普遍较高。高风险区主要集中在江西西北部的五指山山区、西部的罗霄山和九岭山区以及江西东部武夷山区。

根据山洪灾害危险区划图可以有针对性的对山区的土地利用进行规划并设置一些主动避灾

6

的防洪减灾非工程措施，这对完善江西省的防洪减灾体系有着十分重要的意义。今后可采用遥感图像结合山洪灾害普查信息，充分考虑影响行洪过程的土地使用类型、植被情况、土壤利用率等信息，使得区划结果更加合理、可靠。

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7

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