沈阳市内涝灾害脆弱性评价

唐有臻

(沈阳市苏家屯区水土保持办公室，辽宁 沈阳 110101)

近年来我国城市内涝灾害频发，严重制约了我国的经济可持续发展。内涝灾害脆弱性的评估可以为相关管理者提供重要的灾害风险信息，是城市防灾减灾和海绵城市建设的重要基础性工作，对划分城市脆弱性等级、提高城市内涝灾害抵抗能力具有重要意义[1]。目前，国内外城市内涝脆弱性评估方法主要有3种：指标体系法、历史灾情数据法和情景模拟法，其中指标体系法原理简单、易操作，在我国应用最为广泛。指标体系法又可分为直观判断法、单因子分析法、灰色关联投影法等[2- 3]，其中Fuzzy功效系数法具有非常好的应用前景。功效系数法是多指标、综合分析的定量评价方法，目前广泛应用于服务质量评价、经营水平评价、商业趋势预测等方面。陆华山与缪曹富[4]又采用闫晓惠等人[5]提出的模糊逻辑分析方法与步骤对传统的功效系数法进行了改进，该改进方法称为Fuzzy功效系数法。相对于传统的功效系数法，Fuzzy功效系数法具有计算过程简明、便于比较不同方案等优势，但目前该方法几乎没有被应用于城市内涝灾害脆弱性的评估中。鉴此，笔者以沈阳市为例，采用Fuzzy功效系数法对该市各区划的内涝灾害脆弱性进行评估，一方面旨在拓展Fuzzy功效系数法的应用范围，另一方面也为沈阳市的防涝减灾工作提供科学参考。

1 内涝灾害评价方法

1.1 研究区域概况

沈阳地处中国东北地区南部，位于北纬41°48′11.75″、东经123°25′31.18″之间，是辽宁省省会，副省级特大城市，全市总面积逾12948平方公里，常住人口829.1万人，户籍人口730.4万人，生产总值7280.5亿元。该市地处温带半湿润大陆性气候区，年平均气温6.2～9.7℃，全年降水量600～800mm，全年无霜期155～180天。受季风影响，降水集中在夏季，温差较大，四季分明。沈阳市境内主要有辽河、浑河两大水系，有辽河、绕阳河、浑河、柳河、养息牧河、蒲河、北沙河、秀水河等大小河流27条，水资源总量为32.6亿m3，其中地表水11.4亿m3，地下水21.2亿m3[6]。沈阳市辖10个区、2个县和1个代管县级市，以行政区划为内涝灾害脆弱性的评价单元，因此各评价单元分别为：和平区、沈河区、皇姑区、大东区、铁西区、浑南区、于洪区、沈北新区、苏家屯区、辽中区、新民市、康平县和法库县。

1.2 Fuzzy功效系数法

功效系数法是一种可以从不同侧面进行分析判断的综合评价和多目标决策方法，主要分为建立评价指标体系、确定满意值与不允许值、确定单项功效系数、以及计算总功效系数4步。在该方法中，总功效系数E的计算公式为：

(1)

式中，n—单项指标个数，w—单项指标的权重值，e—单项功效系数。

某单项功效系数ei又可由功效要素来确定：

(2)

式中，ni—某功效系数下的功效要素个数，wij—各要素的相对权重，Pij—各功效要素值。

在标准功效系数法中，功效要素可分为极大型、极小型、稳定型和区间型4类，每类有不同的计算公式，其中极大型与极小型的计算公式分别为：

(3)

(4)

式中，p—某要素的数据值，pn—不允许值，pm—满意值。

陆华山与缪曹富[4]对功效要素的确定方法进行了改进，主要是采用闫晓惠等人[5]提出的Fuzzy逻辑法分析步骤，首先定义各要素的论域、选择高斯式隶属方程和IF- THEN计算规则、定义输出量，从而得到基于0和1之间的单个标量，实现了各参数的无量纲化，且所有要素不再分为4种不同的类型，而是与总功效系数保持同向，各要素越接近于0则总功效系数越小，越接近于1则总功效系数越大。

根据Fuzzy功效系数法，将沈阳市内涝灾害评价中的功效要素值定义为沈阳市内涝灾害脆弱性要素值，单项功效系数定义为内涝灾害脆弱性单项指数，综合功效系数定义为内涝灾害脆弱性综合指数，各指数均介于0与1之间，无量纲，接近于0表示脆弱性小，接近于1则表示脆弱性大。根据郑霞忠等人的成果[7]，其等级标准可分为轻度脆弱(0～0.5)、中度脆弱(0.5～0.7)、强度脆弱(0.7～0.9)、高危脆弱(0.9～1)。

1.3 评价指标与权重体系

评价指标与权重体系的建立要依照目的性、理论性、系统性、科学性、可比性、代表性和可操作性等原则。内涝灾害一般是内部致灾因子、孕灾环境和承灾体综合作用的结果，因此可选取致灾因子危险性、孕灾环境易损性和抗灾救灾能力为沈阳市内涝灾害脆弱性评价的单项功效系数(内涝灾害脆弱性单项指标)。根据专家意见，以上3项指标的权重值分别确定为0.42、0.31和0.27。根据刘铁民[8]以及郑霞忠等人[7]的研究成果，各单项指标又可包含两项要素，根据两项要素之间的相对重要性可确定其相对权重，将相对权重与要素所属指标本身的权重值相乘则可得其组合权重。沈阳市内涝灾害脆弱性评价指标与权重体系如图1所示。

图1 沈阳市内涝灾害脆弱性评价指标与权重体系

2 内涝灾害评价结果

2.1 内涝灾害脆弱性要素值

采用Fuzzy功效系数法评价沈阳市内涝灾害脆弱性所需要的基础资料主要来源于沈阳各地《统计年鉴》、《国民经济和社会发展统计公报》、统计局官方网站、沈阳市政务公开网站等。评价结果如表1所示，可知在内涝发生频率与灾害强度方面，市区明显高于其它地区，主要因为城市中心区受城市热岛效应的影响降水较多，且较高的路面硬化程度阻隔了降水的正常下渗；在人口总数方面，铁西区最高，约为114万人，康平县最低，为35万人；在经济规模方面，沈河区最高，年GDP约为941亿，康平县最低，年GDP约为201亿；在工程措施方面，市中心区域的要素值相对较低，即脆弱性较低、工程措施相对较好，目前沈阳市区正将推进海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将80%的降雨就地消纳和利用，因此可预期沈阳市区在工程措施方面还将有较大的进步。在医疗水平方面，市区医院与诊所的数量与质量相对较高且差别不大，而康平与法库等地相对较低。

2.2 内涝灾害脆弱性单项指数

根据公式(2)、图1所示相对权重值和表1所列要素值，可计算出沈阳市内涝灾害脆弱性单项指数，结果如图2所示。由图2可知，在致灾因子危险性方面，各地相对较为平均，其中沈河区危险性最大，单项指数为0.76，铁西区、新民市和康平县危险性较低，单项指数均为0.63；在孕灾环境易损性方面，各地相差较大，主要因为沈阳市的人口与经济发展分布较不均匀，其中铁西区易损性最高，其单项指数为0.92，康平县易损性最低，其单项指数为0.04；在抗灾救灾能力方面，城市中心区域相对较强，其中和平区抗灾救灾能力最强(即指数最低)，其单项指数为0.32，法库县抗灾救灾能力最强(即指数最高)，其单项指数为0.72。

表1 沈阳市内涝灾害脆弱性要素值

图2 沈阳市内涝灾害脆弱性单项功效系数

2.3 内涝灾害脆弱性综合指数

根据公式(1)与图2所示数据可计算出沈阳市各地区内涝灾害脆弱性综合指数，结果如图3所示。由图3所示，在沈阳市范围内，铁西区的内涝灾害脆弱性水平最高，其内涝灾害脆弱性综合指数为0.63，虽然该区的致灾因子危险性并不高，抗灾救灾能力也相对较强，但由于人口较多、经济规模较大，该区孕灾环境易损性远超其它地区，使其综合脆弱性较高。康平县虽然在抗灾救灾能力方面的水平相对较低，但致灾因子危险性不高、孕灾环境易损性又较低，因此其内涝灾害脆弱性水平最低，内涝灾害脆弱性综合指数仅为0.39。根据内涝灾害脆弱性分级标准，和平区、沈河区、皇姑区、大东区、铁西区、新民市属于中度脆弱，其它地区属轻度脆弱；各区综合指数的平均值为0.5，故可知沈阳市总体内涝灾害脆弱性介于轻度与中度脆弱之间。

图3 沈阳市内涝灾害脆弱性综合指数

3 结论

在沈阳市范围内，铁西区的内涝灾害脆弱性水平最高，康平县最低，其中和平区、沈河区、皇姑区、大东区、铁西区、新民市属于中度脆弱，其它地区属轻度脆弱；沈阳市总体内涝灾害脆弱性介于轻度与中度脆弱之间。本文首次将Fuzzy功效系数法应用于内涝灾害脆弱性评价中，不仅为沈阳市的防涝减灾工作提供了参考，也拓展了该评价方法的应用范围。但是，在实际情况中，各项评价指标值均处于不断变动之中，因此在以后的研究中也应该考虑人类活动与气候变化对内涝灾害脆弱性的影响。

[1] 王思思, 于迪, 车伍. 国际城市暴雨内涝脆弱性评估和适应性对策研究. 城市发展研究, 2015(07): 025．

[2] 曹伟. 基于灰色关联投影模型的作物适宜灌溉方式评价. 水利规划与设计, 2016(07): 28- 31．

[3] 董桂华. 基于单因子分析法的河流地表水质监测与评价. 水利技术监督, 2016(04): 5- 18．

[4] 陆华山, 缪曹富. 基于Fuzzy功效系数法的不同土质下泥浆泵施工功效研究, 水利规划与设计, 2017(05): 110- 112．

[5] 闫晓惠, 陈新, 张博威. 模糊逻辑在水利工程环境评价中的应用探析, 科技展望, 2015(23): 065．

[6] 马兴冠, 纪文娟, 王梦琪, 等. 沈阳市雨涝源头控制措施关键影响因素分析. 水土保持研究, 2014(03): 201- 207．

[7] 郑霞忠, 王晓宇, 周胜. 湖北省城市内涝灾害脆弱性研究. 水电能源科学, 2017(06): 51- 54．

[8] 刘铁民. 事故灾难成因再认识——脆弱性研究. 中国安全生产科学技术, 2010,6(05): 5- 10．