抚顺市新宾满族自治县山洪灾害风险评价

2024-01-05康雪琼

黑龙江水利科技 2023年12期

康雪琼

（抚顺市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁抚顺 113006）

调查显示，我国超过一半以上的财产和人口位于洪水威胁区，洪水每年都会带来巨大的损失。风险评价是科学实施风险管控以及制定防洪措施、规划的可靠依据，有利于增强区域抗洪能力，有效降低洪灾带来的损失[1-3]。针对洪灾风险评价与分析国内外学者开展了广泛研究，许多学者认为洪灾系统主要是由孕灾环境、承灾体和致灾因子构成，从而综合社会和自然属性来评价洪灾风险性[4-7]。目前，主要有统计分析、人工神经网络、模糊综合、指标体系评估等洪灾风险评价方法，如王兆礼等将熵权法与AHP 法相结合计算组合权重，有效避免了人为因素对权重的干扰；赖成光等考虑洪灾风险分析的复杂关系和BP 网络的应用优势构建了适用性较好的风险评估模型；黄民生等认为对洪灾风险尚未形成统一绝对的定量指标，其等级划分存在一定模糊性与相对性，模糊数学法比较适用于洪灾风险等级评估[8-10]。其中，从洪水灾害易损性和危险性视角上构建模型的指标体系评估法比较成熟[11-12]。鉴于此，文章以抚顺市新宾县为例，从承灾体的社会属性和孕灾环境、致灾因子的自然属性出发选择影响因子，将洪灾风险划分成洪灾易损性和危险性两部分，并综合利用现代GIS 技术与传统的洪灾研究方法评价了新宾县洪水灾害风险状况。

1 区域概况

新宾县位于抚顺市东南部，共划分为15 个乡镇，总面积4 287.38km2。研究区属于北温带湿润气候区，年均气温4.7℃，年均降水量785.7mm，多集中于7～8 月份，蒸发量474.7mm。该区域是富尔江、苏子河和太子河的发源地，在三大水系中共有大小河流1750 多条，多年平均径流量13.4 亿m3。由于夏季降水集中，境内河流众多，洪水陡涨陡落极易形成洪水灾害，对当地的经济发展和居民生活构成较大威胁。

新宾县山洪灾害风险评价是全面考虑了山洪损失的严重程度、发生频率、防灾轻重缓急程度以及当地城镇化、企事业单位、旅游业发展和土地利用等规划需求，并结合山洪测量与调查成果对拟定的山丘区沿河村落、集镇、城镇等山洪灾害分析评价对象，分析其预警指标、危险区等级区划和现状防洪能力等，为新宾县县级、乡镇级以及村级的山洪灾害预警、预案编制、转移路线、临时安置、防灾意识普及、群测群防等工作进一步提供科学、全面、详细的信息支撑。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究所用降水量、降水变率等数据来源于新宾县发展规划和水资源公报等资料，高程、坡度等来源于DEM 数字高程模型(分辨率90m)，社会经济数据来源于新宾县统计年鉴和有关部门公布的数据。

2.2 理论依据

洪水灾害是由孕灾环境、承灾体、致灾因子相互作用和联系构成的复杂系统，这3 种因素缺一不可，只是在不同时空环境下对灾情的贡献不同[13]。3 种因素反映了灾害的社会与自然属性，构成洪灾风险的易损性和危险性评价，通过评价分析可以获取各因子的危险性及洪灾易损性分布，并利用下式计算洪水灾害风险R，即：

2.3 评价指标

本研究充分考虑形成洪水的社会和自然因素，从洪灾危险性与易损性的角度来评定洪灾风险。其中，危险性评价主要涉及河网分布、地形及降水等因素，这些孕灾环境和致灾因子在一定程度上决定着区域洪水的形成，新宾县夏季降水偏丰，且大多为暴雨洪水，所以天气因素主要考虑降水量与变率；此外，研究区境内河网水系复杂，地形起伏较大，洪水的形成还与地形、河网有关，故主要考虑河流和水库的高程、分布及地形变化条件。易损性评价一般考虑GDP、耕地面积以及人口等承灾体的经济状况。人类对环境资源的压力直接取决于区域人口密度，而当地固定基础财富集中体现在单位面积年粮食产量上，洪灾可能带来的社会损失一般体现在人均GDP上，故承灾体主要考虑粮食掺量、单位面积GDP和人口密度。

根据抚顺市新宾县实际情况和洪灾风险评价理论，遵循研究的可行性、数据的可获取性和可操作性等原则，从易损性和危险性选择指标构建洪灾风险评估体系，如表1 所示。

表1 新宾县洪水灾害风险评价体系

3 结果与分析

3.1 洪灾危险性评价

1）降水的影响。研究区洪灾危险程度主要受降水的时空分布特征的影响，在危险性评价中重点考虑2011—2020 年6～9 月降水量及变率。根据数值越大则越易形成洪灾的原则确定其影响度标准如表2 所示，将降水量和变率图层相叠加来分析新宾县降水因子特征。

表2 降水因子影响度

2）地形的影响。洪灾危险程度在很大程度上取决于地形条件，新宾县境内山丘起伏，地势由东北向西南倾斜，特殊的地形条件使其存在一定的洪灾隐患。地形因素对洪灾危险性的影响主要通过地形变化程度和高程来实现，地形变化越小且高程越低则其影响越大。

根据高程分布图导出TIN，经格栅化处理生成分辨率30m×30m 的新宾县DEM 模型，经分类获取地形高程。采用坡度来衡量地形变化情况，坡度用高程相对标准差(由Arc Map 中的邻域分析模块提供)来表征，将地形标准差按照＜9.45、9.46～32.14、＞32.15 划分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。

根据相对标准差和绝对高程越小则危险性越高的原则确定两者的关系如表3 所示，在Arc Map 系统中进行图层的叠加以分析新宾县地形因子特征。

表3 地形因子影响度

3）水系的影响。洪水侵袭评价区域的难易程度在一定程度上取决于水系的分布状况，按照等级越高则范围越广的原则合理划定河网缓冲区。文章充分考虑河流的级别和地形条件设立两级缓冲区，相应宽度如表4 所示。首先，按照不同的地形高程和干支流将河流矢量图在Arc GIS 系统中建立缓冲区，并按照距离河流越近则危险性越高的原则来确定相应影响度，一级、二级及非缓冲区分别为0.9、0.8、0.5，在此基础上分析新宾县水系影响因子特征。

表4 河流缓冲区宽度值

4）水库分布的影响。水库通过水量条件发挥一定的减灾作用，新宾县主要有防洪堤、水库等工程措施，由于刘家河、苏子河木奇镇段、嘉禾河、二道河等河流的防洪标准不相同，且缺乏防洪堤长度数据，所以对洪灾危险程度的减轻作用只选取了六道水库、下房子水库、红升水库进行分析。依据水系缓冲区分布的获取方法和距离水库越近越安全的原则，确定新宾县各水库缓冲区宽度及水库影响因子特征，如表5 所示。

表5 水库缓冲区宽度值

5）综合影响分析。洪水危险性与河网、水库分布及降水、地形因子相关，通过叠加各因子影响作用全面分析洪灾危险性，其数学表达式为：

式中：R、WS、T、P、H代表水库、水系、地形、降水影响度和洪灾危险性影响度；Wi代表对应因子的权重，可利用层次分析法计算确定，详细流程见文献[14]。经一致性检验确定W1～W4各因子权重分别为0.220、0.265、0.372、0.143。通过洪灾危险性影响叠加模型和Arc GIS 的Grid 模块格栅叠加处理，可以确定研究区洪灾危险性影响等级。

总体上，从干流向两边新宾县洪灾危险性总体呈递减趋势，距离干流越近则风险越高。其中，浑河南杂木段、二道河、刘家河下游干流地势低且降水多，其中一级缓冲区危险性最高，其次为二级缓冲区；新宾县东北部地势较高且河流较少，虽然降水相对较多但其危险性较低。

3.2 洪灾易损性评价

承灾体是由工矿企业、基础设施、森林、农田、房屋、居民、城镇等环境构成的财富聚集体，这也是评定易损性的关键。考虑到不同区域的经济发展存在差异，同等级洪水带来的损失也不尽相同[15-17]。所以，结合数据可获取性和新宾县各乡镇经济状况，选择2019 年GDP 与人口密度、粮食掺量作为易损性评价指标，如表6 所示。

根据单位面积粮食产量、GDP 和人口密度空间分布图及其均值、标准差，将其划分成5 个区间并赋予影响度如表7 所示，经等权重叠加计算分析新宾县洪灾易损性影响度特征。

3.3 洪灾风险综合评价

通过将易损性和危险性影响度叠加即可综合评价区域洪灾风险，采用公式（1）叠加计算洪灾易损性和危险性影响度，并进一步综合评价新宾县洪灾风险等级。

结果表明，新宾县西南部地区的洪灾风险性较大，该区域的降水量较多，地形坡度和高程较小，这里耕地面积广且人口密度大，属于主要河流流经区，具有较强的易损性，其中以二道河中上游地区和刘家河下游干流附近的洪灾风险等级最高。新宾县西北部、中部地势较平坦，由于有河流经过，故该区域风险等级次之；虽然东北部有河流，但较高的地势和较低易损性使得该区域洪灾风险最低[18]。