基于AHP-GIS的广东省山洪灾害风险区划评价研究

林 波

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广州 510635)

自2000年以来，全国的山洪灾害每年死亡人数不断上升，已占各种洪涝灾害死亡总人数的80%[1]。我国山丘分布地区经济正在持续发展，人口迅速增长，人类活动导致的极端气候加剧，山洪灾害对生活生命的影响也不断加大[2]，山洪灾害来势猛，成灾快，极具破坏性，加上地域性分布非常明显，极易发生，山洪预防的难度加大[3]。张鹏、孙秀峰等[4]通过审核与汇集广东省全省的山洪灾害调查和分析评价成果，审核结果显示广东省的大部分区域均为山洪灾害防治区(包括80个县区)，为了对80个县区进行山洪灾害风险区划评价研究，基于国际上相关方法，一般采用的风险评价模式，主要为风险性(R)=危险性(H)×易损性(V)[5]。目前，国际国内主要采用多目标分析方法，以确定各影响因子的权重，通过地理信息系统(GIS)的空间分析功能来分析某一区域的山洪风险性。李永红通过利用数字高程的DEM地形图，以小流域为单元，运用GIS分析山洪灾害的重点易发生程度，并划分二级区划[6]；李林涛、徐宗学等综合分析地形地貌、水文气候和河流水系等影响因素，编制不同重现期的洪水风险区划图[7]。Chatterjee S[8]等在印度Keleghai流域内，运用层次分析法(AHP)分析该流域的洪水风险性。LIN K R等[9]则基于ISO聚类—最大似然法，对广东省山洪灾害进行风险分级，并取得结果更合理。在多目标的风险分析过程中，通过不同方法而确定的影响因子权重，其中AHP法操作较为简单，并经常结合GIS，对山洪灾害的风险分析更为合理[10]，因此利用AHP-GIS方法分析山洪灾害的风险区划研究取得了较好的成果，而在大范围(如省级行政区)的有关风险分析研究较少。综上所述，本文基于前人的相关分析研究[11-16]，选取整个广东省为分析对象，从山洪灾害的危险性、社会经济的易损性两个方面进行构建广东省山洪灾害的风险区划评价指标体系，运用AHP-GIS方法对危险性、易损性进行分析，确定山洪灾害的综合风险性，并分析风险区划评价结果与各指标值的相关性，初步判定山洪灾害风险影响的主导因素，进而为广东省山洪灾害的防治区划及相关防御工作提供关键技术支撑。

a 广东省山洪灾害危险性等级

a 广东省暴雨综合指标危险性等级

1 研究区域基本情况

1.1 研究区域概况

广东省位于我国大陆南端，地处北纬20°14′～25°31′、东经109°40′～117°20′，北回归线横贯中部。北倚南岭，与湖南、江西两省相连，东邻福建，西接广西，南濒浩瀚的南海，西南端隔琼州海峡与海南相望。全省国土面积为17.97万km2，约占全国总面积的2.2%。

广东省属热带、亚热带季风气候区，夏季盛行西南季风和东南风，气候温暖，全年气温高，湿度大，常见干早，春季2—3月往往形成大范围的低温阴雨天气，从4月上旬开始进入雨季。台风和热带风暴是广东省主要灾害性天气，台风和热带风暴主要集中在7—9月。广东省位于我国大陆南部，地形地貌类型复杂多样，且以山地丘陵为主，海拔500 m以上的山地占31.7%，丘陵占28.5%。加之地处亚热带季风区，暴雨频发，受特殊自然地理环境、日趋极端的灾害性天气以及山丘区的人类经济社会活动等多种自然和人为因素的影响，导致广东省山洪灾害发生频繁。

1.2 数据来源

为客观反应广东省各区域山洪灾害风险，前期工作中针对广东省自然环境和社会经济条件展开调查，搜集的基础资料见表1所示。将基础数据经过ArcGIS栅格化、投影变换及重采样，得到具有相同坐标系及分辨率的数据栅格图层，坐标系为WGS_1984_UTM_Zone_49N，分辨率为90 m。

表1 基础数据

根据山洪灾害风险区划评价的分析要求，结合实际，遵循简明性、可操作性、目的性等相关原则选取相应分析评价指标。利用 “风险度=危险度×易损度”公式，选取降雨、坡度、高程、河网密度等作为危险性分析影响因子，选取一产比重、人口密度、地均GDP、城镇化率等作为易损性分析影响因子；利用GIS中的重分类专门工具进行数据归一化，然后将各指标划分为5级，得到各个评价指标的不同等级空间分布特征(见图1)。

2 分析研究方法

2.1 指标权重计算

在山洪灾害发生的危险性因子中，降雨是引发山洪灾害的主导因素，其影响力最大，地形地貌、河网水系等下垫面条件又为山洪灾害的发生提供了孕灾环境，但影响力较降雨小。而在山洪灾害易损性分析的各指标中，人口是山洪灾害中最重要的保护对象，城镇化率是防洪能力的体现，所以人口和城镇化率指标是最重要的指标；地均GDP、一产比重反映了资产暴露状况和下垫面土壤持水能力影响防洪能力，对山洪灾害易损性评价有重大影响，由此建立各层次判断矩阵，最终采用层次分析法确定山洪灾害风险评价指标权重(见表2)。

表2 广东省山洪灾害风险区划各指标权重

2.2 模型构建

本次广东省山洪灾害风险区划分析，主要通过AHP法建立指标体系，并汇总各指标层的指标及相应权重，得到各个栅格的山洪灾害风险值，风险值越高，则表示可能发生的山洪灾害风险性越大。利用地理信息系统中的栅格计算器，叠加不同的指标图层，最终获得山洪灾害的危险性、易损性和风险性栅格分布图。

危险性：

(1)

易损性：

(2)

风险性：

D=f(H,V)=ωHH+ωVV

(3)

式中:

hi、vi——各个栅格单元经过标准化处理后危险性指标和易损性指标的取值；

ω——危险性和易损性各指标权重。

根据表2得到的各层次中指标的权重，得到本文危险性、易损性和风险性计算公式。

危险性：

(H)=0.375CH1+0.15CH2+0.35CH3+0.125CH4

(4)

易损性：

(V)=0.3CV5+0.2CV6+0.3CV7+0.2CV8

(5)

风险性：

(R)=0.6H+0.4V

(6)

式中:

CH1、CH2、CH3、CH4、CV5、CV6、CV7、CV8——分别为各栅格单元经过归一化处理后的降雨、高程、坡度、河网密度、人口密度、地均GDP、城镇率、一产比重取值。

3 结果分析

山洪灾害的风险性指的是山洪灾害危险性、易损性的结合体，是在山洪灾害危险性、易损性等影响要素评估结果的基础上进行评价的，用山洪灾害综合性风险指数来表征其强度。利用AHP法确定相应的风险性评价指标权重，然后将人工干预后的危险性、易损性栅格图进行叠加，利用GIS中的自然间断点重分类方法，分类得到山洪灾害的风险性等级划分标准，最后获得广东省山洪灾害风险强度分布示意(见图2)，并将其与历史山洪灾害数据比较(见图3)，进行分析验证相关性。

图3 历史山洪灾害情况验证结果示意

3.1 危险性评价

根据图2a显示，广东省山洪灾害高危险区与广东省三大暴雨中心的分布相对一致，集中在降雨量大、地形地貌以低山丘陵为主、坡度较大的区域。

中北部地区如清远市、韶关市、惠州市等地的山洪灾害危险性较高。主要原因是该区域虽然受台风影响较沿海地区小，植被覆盖度高，但该区地貌类型以中低山丘陵为主，局地气候的影响明显，降雨量大，再加上地势陡峭，常常爆发以溪河洪水灾害为主的山洪灾害。

西南部地区如阳江市、江门市等地的山洪灾害危险性较高。主要原因是该区域虽以山丘、平原台地为主，地势起伏相对平缓，但地处广东省的暴雨中心，受台风暴雨影响严重，加之地表植被不发育，水土流失较为严重，在强降雨作用下容易引起滑坡、泥石流灾害。因此，该区以滑坡为主，其次是溪河洪水和泥石流灾害。

东部地区如河源市、梅州市、揭阳市等地危险性较高。主要原因是该区受台风暴雨影响明显，小支流密布，河道较长，河床比降较小，洪水出流不畅，容易形成洪水灾害。区内断裂构造发育，岩体稳定性较差，加上人类活动强烈，人工边坡较多，在暴雨洪流冲刷切割作用下，滑坡灾害发育，局部有泥石流灾害。因此，该区溪河洪水灾害和滑坡、泥石流灾害并存。

珠三角地区如广州市、佛山市、中山市等地的山洪灾害危险性较低。主要原因是该区地貌类型以堆积平原为主，而本次项目的山洪灾害特指在山区溪沟中发生的暴涨洪水，因此虽然珠江三角洲地区河网密布，降雨量大，由于土地利用方式发生变化，洪水灾害问题主要是城市内涝问题而非本次项目研究的山洪灾害问题。

3.2 易损性评价

根据图2b显示，广东省山洪灾害易损性分布错综复杂，区域性明显，这与易损性评价指标的社会经济属性相符合。本项目易损性评价指标数值的统计是以县域为单位的，各县级市人口、经济、城镇建设水平不一致，地区差异明显。易损性水平高值区集中在人口密度大、城镇化率低、一产比重较大、经济欠发达的区域，如粤北的五华、东源、龙川、兴宁、梅州市区、乐昌、梅县、阳山、和平、连山、英德、紫金；粤东的揭西；粤西的高州、化州、信宜、云安、阳春、封开、徐闻、雷州、遂溪、罗定、郁南、新兴、电白等县级行政区。

总体而言，粤北、粤西、粤东地区山洪灾害易损性普遍偏高，珠三角易损性普遍偏低。结合前文各易损性评价指标的分析可知，可以明显看到粤西和部分粤东地区城镇化率较低、一产比重较高、居民点设施标准低，更易受到山洪侵扰，资产损失严重；珠三角易损性普遍偏低，主要原因是城镇化程度高、一产比重低、居民点设施和防洪设施标准高，不易受到山洪灾害威胁，集中资产损失小。

3.3 风险性评价

根据图2c显示，风险性水平较高的区域集中在粤北、粤西、粤东地区，如粤北的英德、连山、阳山、东源、乐昌、清新、佛冈、五华、翁源、连南、新丰、紫金、龙川、连平、始兴、梅县、仁化、梅州市区、兴宁；粤东的陆河、揭西、普宁；粤西的高州、信宜、阳东、电白、化州、阳西、云安、徐闻、雷州；珠三角的龙门、怀集、博罗、广宁、恩平等行政区。

将图2a、图2b与图2c进行对比分析，由于山洪灾害危险性水平高而导致风险性水平高的区域集中在粤北、粤东、珠三角地区部分地区；由于山洪灾害易损性水平高而导致风险性水平高的区域集中在粤北和粤西地区。

总体而言，除了珠三角地区外，广东省大部分地区均面临中等偏高的山洪灾害风险。

3.4 有效性验证

将广东省山洪灾害风险强度分布图与历史山洪灾害分布图进行叠加，结果显示风险强度较高的区域均是历史山洪灾害发生次数与损失较大的区域，如清远市的清新、英德、佛冈、阳山、连山、连南；韶关市的乐昌；河源市的连平、东源、紫金；梅州市的五华、兴宁；惠州市的龙门、博罗；阳江市的阳春；茂名市的信宜、高州、电白、化州等地[13]。根据初步对比验证结果，本次广东省山洪灾害风险区划结果较为符合实际情况。

3.5 主导因素分析

评价结果显示，广东省山洪灾害危险程度与降雨量、地貌类型、坡度密切相关，降雨量越大，山坡越陡峭，发生山洪灾害的危险性就越高；就广东全省而言，中北部和西南部山洪灾害危险性普遍高于中部珠三角地区。易损性比较高的地方往往集中于人口密度大、城镇化率低、一产比重较大、经济欠发达的地区。

4 结语

本文以广东省为研究对象，利用ArcGIS软件对广东省山洪灾害风险评价结果进行ISO最大似然法聚类分析，得到广东省山洪灾害风险分析5类聚类结果(图2c)。风险值1、2、3、4、5代表山洪灾害风险强度，分别代表微风险区、低风险区、中风险区、高风险区、极高风险区。

1)区划结果表明广东省山洪灾害总体风险值为2.90，属于山洪灾害中风险强度，其中微、低、中、高、极高风险区占本区面积的比例分别为11.95%、25.41%、32.84%、19.93%、9.87%，基本呈正态分布特征。这与《全国山洪灾害风险区划报告》中广东省属于滇东南粤桂山地中高风险区、粤桂低山平原中风险区相一致。山洪灾害易发区主要分布在粤东、粤西和粤北，珠三角地区风险强度总体较低。

2)从危险性水平来看，高值区集中在降雨量大、地形地貌以低山丘陵为主、坡度较大的区域，如粤北的佛冈、清新、英德、新丰、连山、连南、翁源、河源市区、乳源、阳山、始兴、乐昌、连平、曲江、东源、紫金、清城、仁化、大埔、丰顺、连州；粤东的陆河、汕城、南澳、普宁、海丰、揭西；粤西的阳春、阳东、电白、江城、阳西、高州；珠三角的龙门、惠东、从化、博罗、恩平、增城、惠阳、惠州市区、广宁、珠海、台山、怀集、龙岗等行政区。

3)从易损性水平来看，高值区集中在人口密度大、城镇化率低、一产比重较大、经济欠发达的区域，如粤北的五华、东源、龙川、兴宁、梅州市区、乐昌、梅县、阳山、和平、连山、英德、紫金；粤东的揭西；粤西的高州、化州、信宜、云安、阳春、封开、徐闻、雷州、遂溪、罗定、郁南、新兴、电白等行政区。

4)从风险性水平来看，危险性较高的地区一般有着较高风险性，风险性水平较高的有粤北的英德、连山、阳山、东源、乐昌、清新、佛冈、五华、翁源、连南、新丰、紫金、龙川、连平、始兴、梅县、仁化、梅州市区、兴宁；粤东的陆河、揭西、普宁；粤西的高州、信宜、阳东、电白、化州、阳西、云安、徐闻、雷州；珠三角的龙门、怀集、博罗、广宁、恩平等行政区。

5)经与历史山洪灾害分布情况进行对比验证，结果显示风险强度较高的区域均是历史山洪灾害发生次数与损失较大的区域，如清远市的清新、英德、佛冈、阳山、连山、连南；韶关市的乐昌；河源市的连平、东源、紫金；梅州市的五华、兴宁；惠州市的龙门、博罗；阳江市的阳春；茂名市的信宜、高州、电白、化州等地。

基于AHP-GIS的山洪灾害风险区划分析评价，根据区划结果，广东省大部分地区均面临中等偏高的山洪灾害风险，相关部门可根据各地方风险强度及实际情况，科学、有效、针对性地开展防洪减灾工作，因地制宜，制定各县(区、市)的防御山洪灾害的相关措施，全面分析山洪灾害成因分析，形成数字流域模型、山洪预测模型等高新技术与传统洪水预报系统相结合的完整的山洪灾害风险评价系统。