洪涝风险与发展潜力视角下村庄居民点布局优化*——以福建省长汀县为例

徐建刚，曾 俊，吴 军，付 博，明昊霖

引言

洪涝灾害是发生最频繁、受灾最广泛的自然灾害之一，对经济社会和人民生命财产安全造成了巨大破坏，给国土空间安全带来了严重威胁。统计数据显示，2010～2020 年间全国因洪涝受灾人口平均每年达9534万人，因洪涝直接经济损失占当年GDP 百分比平均达0.39%，2020 年出现了自1998 年以来最严重汛情，全国洪涝受灾人口约7861.5 万人，直接经济损失达2669.8亿元。[1]近年来，随着全球气候变化的不断加剧和城镇化的持续推进，洪涝灾害的危险程度和发生概率进一步提升，洪水管理变得越来越具有挑战性[2，3]。国务院印发的《“十四五”国家应急体系规划》中重点强调了加强风险评估，强化自然灾害风险区划与各级各类规划融合。在此背景下，对洪涝灾害的发生规律与现状风险进行认知，进而采取有效手段降低乃至规避灾害风险，已经成为规划领域的关注热点。

洪涝灾害风险评估方法主要有四类：一是历史灾情评估法，利用实际发生暴雨洪涝灾害后进行实地调查得到的长时间序列水文数据和灾情数据，应用数学和统计学方法分析和评估灾害受损情况[4-6]；二是基于遥感GIS 集成的监测评估方法，应用NOAA[7]、MODIS、Landsat[8]等卫星影像对流域尺度的淹没区进行识别，通过提取洪水淹没范围和灾前水体进行比对，从而对受灾情况进行评估；三是基于指标体系的多准则评估方法，通过分析研究区的致灾因素和成灾机理构建指标体系，利用层次分析法、熵权法等确定指标权重[9，10]，最终通过因子叠加实现灾害风险评估。常用指标包括暴雨天数、降雨量、淹没范围、淹没时长、高程、坡度、河网密度、人口密度等[11-13]；四是雨洪仿真建模评估方法，在设计降雨情景下，运用水文学、水动力学模型，对研究区洪水淹没过程进行动态模拟从而进行风险评估[14，15]。

关于村庄居民点的现有研究主要聚焦于居民点的空间布局特征及其影响因素[16]、空间演变机制[17]、空间优化重构[18]等方面，研究方法上以引力模型[19]、加权Voronoi 图[20，21]景观指数法[22]等定量化研究模型为主，在对村庄居民点进行评价的基础上制定村庄居民点优化布局方案。然而较少研究从洪涝灾害风险角度对村庄居民点提出优化策略。从灾害系统视角分析，孕灾环境是区域固有属性，难以在短时间内发生改变，因此村庄居民点适灾减灾优化策略多聚焦于减少承灾体暴露。减少承灾体暴露的手段以避灾为主，通过格局的优化调整引导灾害高风险聚居地居民进行避灾搬迁。Chen[23]等研究发现，基于居民点对于灾害的暴露和潜在损失，从高风险地区进行计划性、预防性的重新安置是降低风险、挽救生命和减少资产损失的最佳长期策略。避灾搬迁已成为我国山区自然灾害风险管理的重要手段[24]。

综上所述，洪涝灾害风险评估历经长时间的发展演进已形成一系列成熟的方法体系，关于村庄居民点格局优化也具有丰富的研究成果。然而，面对洪涝灾害如何将风险评估结果运用于村庄居民点布局规划实践，仍是需要进一步探索的领域，同时大量新数据源、新技术方法的涌现也为洪涝灾害风险评估提供了新的视角。因此，本文以福建省长汀县为研究区，运用模糊综合评价方法划定长汀县洪涝风险等级区，通过双重目标决策平面方法对村庄灾害风险和发展潜力进行综合评价，并基于成本距离方法改进的引力模型确定村庄迁移策略，以期实现村庄居民点的科学防灾优化布局，为面向防洪减灾的空间规划实践提供方法和理论参考。

1 研究区域与数据

1.1 研究区概况

长汀县位于福建省西南部，土地总面积3099km2，地处武夷山脉南段，山地面积占总面积的93.4%，地形起伏较大（图1）。长汀县是国家级历史文化名城，被誉为客家首府。截至2022 年底，该地区人口和生产总值分别为39.7 万人及343.7 亿元。长汀县域村庄居民点现状表现为量多、体小、分散和质低四个特点。虽然村庄居民点人数总量庞大，但单个居民点规模偏小。同时，由于长汀县地处山区，山地多、盆地小，居民点多分散布局在零散窄小的河谷盆地内。长汀县地处中亚热带季风气候区，多年平均降水量在1650～2100mm 之间，暴雨主要发生在5～6 月梅雨季节和7～9 月台风雨季，约占全年降雨量的70%。快速城镇化以及降水集中且多暴雨的天气特征，使得该地区洪涝灾害频发，近15 年每年降雨天数最高为232 天，最少为135 天，每年降雨一日最大量均达100mm 左右，近五年洪涝灾害累计造成经济损失已达20亿元，受灾人口约13万人[25]。特别是1996年“8·8洪灾”造成全县18 个乡镇、216 个行政村、29.2 万人受灾，倒塌房屋10.62 万间，全县造成直接经济损失估计达12.56 亿元。洪涝灾害已成为影响长汀村庄安全的重要因素。

图1 研究区域

1.2 数据来源及处理

基于灾害风险系统理论，洪涝灾害形成机理涵盖致灾因子、孕灾环境等多个方面，参考相关研究成果并结合对长汀县灾害系统的分析[11-13，26]，本文共选取8 个洪涝灾害风险评价指标（表1），从致灾因子危险性和孕灾环境敏感性两个层面共同构建洪涝灾害的风险评估体系。村庄发展潜力评价从村庄规模、产业经济水平、区位水平和公共服务设施水平四个层面构建了9 个村庄发展潜力评价指标（表2）。

表1 洪涝灾害风险评估指标体系

表2 村庄发展潜力评价指标及权重

本文使用的气象水文数据来自福建省汛情发布系统在线平台，高程数据由长汀县自然资源局所提供的CAD地形数据生成，使用的遥感影像Landsat 8 OLI_TIRS 下载于地理空间数据云（https://www.gscloud.cn/），河网数据及各类用地数据来自长汀县第三次土地调查数据，不透水面数据来自全球动态不透水面数据集，社区精度的人口数据来自长汀县第七次人口普查数据，灾害经济损失数据来自长汀县涝情普查数据集。综合各指标数据的分辨率，最后统一将栅格数据重采样为30m×30m 大小以保证其空间比例的一致性。

2 研究方法

2.1 洪涝灾害风险综合评估

洪涝灾害风险的等级划分具有相对模糊性，没有明确的阈值界定，给灾害风险评估和管理造成了困难，本文采用模糊综合评价方法对洪涝灾害风险进行评估。

（1）建立因素集和评语集将本文构建的8 个洪涝灾害风险评价指标作为因素集U：

式中：un表示各洪涝灾害风险评价指标。然后建立评语集V：

式中：由v1到v5表示5 个风险等级，且风险等级依次升高。

（2）确定隶属度函数

模糊隶属函数是模糊综合评价过程中的关键因素，灾害风险评价中常用到的有三角形、梯形、“S”隶属度函数。针对本文研究目标，第一等级选用左半梯形函数式（3），中间3 个等级选用三角形函数式（4）～（6），第五等级选用右半梯形函数式（7）。

式中：uij表示评价指标i 在第j 等级下的隶属度；ai表示各评价指标的等级间隔点。然后根据相应的模糊隶属函数类型，确定从U 到F(V)的模糊映射，形成单因子模糊判断矩阵R。

（3）AHP-熵值法耦合权重确定

通过建立线性函数，将基于客观信息量的熵权法和基于主观重要性排序的层次分析法进行耦合确定评价指标的权重，计算公式如下：

式中：α 为取值范围[0,1]的系数，表示两种权重确定方法对于综合权重的贡献大小，本研究中α 取0.5。

（4）利用加权平均型算子M(·，⊕)进行综合评判

（5）基于最大隶属度原则确定所属等级

将B 集合按照最大隶属度方法进行叠加，计算得到最大隶属度所对应的等级，即为最终的风险评价分级结果（表3）。

表3 洪涝灾害风险评估指标体系分级与权重

2.2 多准则决策法

多准则决策（MCDM）为多种因子影响下决策方案的选择提供了一种评估与决定的途径，其中双目标多准则决策平面方法是一种采用图解算法实现双重目标的决策方法，以两个目标的适宜度排序为坐标轴取值，引入表征目标倾向的斜线实现冲突区域的划分来辅助决策[27，28]。本文在确定村庄居民点发展策略时，既要考虑其所面临的灾害风险,同时也必须兼顾其经济社会等方面的发展潜力，因此采用双重目标决策平面方法辅助决策居民点布局优化方案（图2）。

图2 双目标决策平面模型分析图

2.3 基于成本距离的引力模型

针对需要进行避灾搬迁的村庄，本文利用引力模型识别出其适宜的迁移方向，引力模型较好地综合了迁入、迁出地的潜力因素及二者之间的距离，因此被广泛应用于村庄居民点迁移方向的确定。传统引力模型的距离多为两点之间的直线距离或基于路网的实际距离，而本研究的研究区为河网密布的山地地区，地形、河流等自然地理要素也是制约村庄之间联系的重要因素，因此采用基于成本距离的可达性计算方法计算两个村庄之间的综合加权距离，使之能够更好地反映实际迁移的空间距离成本。其计算公式为：

式中：Pij为村庄i 和j 之间的联系引力强度，Q 为常数1，Si和Sj分别为村庄i 和j 的发展潜力，Tij为村庄i和j 的时间成本距离，k 为经验系数，当两个村庄之间的联系强弱受距离影响越大，k 的取值越大，考虑到受行政边界限制，村庄一般在乡镇内部迁移，距离的影响相对较小，故本研究中k 取1。

3 评价结果

3.1 洪涝灾害风险评估分析

3.1.1 洪涝灾害风险综合评估

致灾因子危险性越高表明该区域更容易受到暴雨侵袭或者在发生强降雨时更容易被淹没，是潜在风险发生概率的表征。研究区致灾高危险等级区域呈现出明显的带状分布特征，高风险区域主要分布在汀江沿岸各乡镇，并在大同镇、汀州镇、策武镇、河田镇等相对城镇化水平较高的区域形成高危险性扩大节点，东部的童坊镇、南山镇、涂坊镇也分布着带状的高危险性区域（图3a）。孕灾环境高敏感性等级表征在极端降雨情境下更易汇集雨水且在环境特征的作用下雨水不易消解，形成大量地表径流而引发灾害的区域。孕灾环境的高敏感区域集中分布在中心城区的汀州镇、大同镇和策武镇，在其他乡镇的中心镇区也有少量分布，总体而言建成区敏感性相对更高（图3b）。

图3 单指标维度洪涝灾害风险等级图

洪涝风险综合评价结果表明高风险区域主要包括：一是以中心镇区为主体的汀州镇与大同镇所在区域，对应于城镇集中建设区，规模约为12.38km2（图4）。伴随着城市发展，人们在洼地进行填方建设，扩大不透水的底层表面，以及改变了自然排水路径，再加上极端降水事件的增加，综合以上种种因素使得长汀城区产生了显著的“雨岛效应”，成为高洪灾风险的核心区域；二是散布在各个镇中的高风险节点，对应于县域村庄居民点，包括策武镇、河田镇、南山镇、涂坊镇、濯田镇、古城镇等乡镇，高风险斑块规模在0.5～1.5km2之间。较高风险区域分布在高风险区域腹地，多集中在外围100m范围内，在河田镇有一处集中分布。

图4 基于模糊分类的洪涝灾害风险综合评估等级图

3.1.2 村庄洪涝灾害风险等级划定

依据洪涝风险综合评价结果，按照斑块面积占优法确定村庄行政单元范围内的洪涝灾害风险等级，计算各村庄居民点范围内高风险和较高风险斑块面积占村庄面积的比重，占比50%及以上为高风险，占比20%以下为低风险，其余为中风险。县域内村庄洪涝灾害风险等级评价结果表明，高洪涝风险村庄为60 个，主要分布在中心城区、河田镇、南山镇、濯田镇和涂坊镇，中洪涝风险村庄为82 个，分布在高风险村庄的外围区域，低风险村庄为166 个，主要分布在县域西部、北部和东北部（图5）。

图5 村庄洪涝风险评价等级图

3.2 村庄综合评价与发展策略

在洪涝灾害评价的基础上，分析村庄发展潜力，形成风险-潜力综合评价矩阵，以确定村庄发展策略，识别出需要进行迁移合并的高风险低潜力村庄。村庄发展潜力评价结果表明，整体来看发展潜力由汀州镇向外呈现出圈层式递减的结构，高发展潜力村庄为28 个，分布在中心城区的汀州镇、大同镇、策武镇以及河田镇、三洲镇、濯田镇、馆前镇和古城镇；中发展潜力村庄为84个，主要分布在县域的中部区域及南部的涂坊镇、宣城乡、羊牯乡；低发展潜力村庄为196 个，主要分布在县域西侧和东侧的带状区域（图6）。

图6 村庄发展潜力评价等级图

运用基于GIS 的双目标MCDM，结合灾害风险与发展潜力两个决策目标，确定等级阈值及冲突区的目标划分（图7a）。在该决策平面中，高潜力低风险区、低潜力高风险区、低潜力低风险区、高潜力高风险区这4 个区域为非冲突区，可直接确定其发展策略。对于其他5个区域需要按照不同的目标导向进行划分，通过引入系数k 和依据k 相互关联的两条直线来进行不同决策倾向下的村庄发展策略划分，k 的取值决定了决策的目标倾向，当k=0.5 时，认为较低的灾害风险与较高发展潜力目标同样重要；当k＞0.5 时，认为发展潜力目标优先于灾害风险目标；当k＜0.5 时，认为灾害风险目标优先于发展潜力目标。综合研究区现状和村庄发展目标，将本次实证中的k 值确定为0.6，即发展目标略优先于风险目标，认为在一个村庄具有较好的发展潜力时，可采取更多样化的手段来减少灾害风险。

图7 村庄风险-潜力双目标决策平面模型分析图

双目标决策平面模型分析结果如图7b 所示，不同的决策平面分区对应不同的村庄发展策略，属于发展优势区的村庄具有相对较高的发展潜力和相对较低的灾害风险，定位为重点发展类村庄；属于规模控制区的村庄具有高风险高潜力的特征，定位为控制规模类村庄；属于潜力激活区的村庄具有低风险低潜力的特征，定位为潜力优化类村庄；属于发展劣势区的村庄具有高风险低潜力的特征，定位为迁移合并类村庄。考虑到长汀作为国家级历史文化名城区内拥有众多国家级、省级历史文化名村，因此将此类村庄作为特色保护类村庄单独列出（表4），最终得到村庄发展策略分类图（图8）。其中迁移合并类村庄共10 个，主要分布在县域外围的南侧、东侧和北侧，包括濯田镇塍背村、水口村、刘坊村、陈屋村、涂坊镇河甫村、赖坊村、童坊镇胡岭村、南山镇谢屋村、官坊村、新桥镇石人村。

表4 村庄发展策略分类

图8 村庄发展策略分类图

4 村庄居民点布局优化策略

针对迁移合并类村庄采用避灾转移的规划策略以降低洪涝灾害带来的安全隐患，实现村庄居民点的空间布局优化。为了最大程度保留原有村庄的生产生活方式以及节省搬迁成本，以就近搬迁为原则，采用基于成本距离的引力模型来确定村庄迁移合并的具体方案，充分考虑居民点之间的空间相互作用以降低搬迁成本[29]。选取发展类型中为优先发展和潜力优化类村庄作为迁入村，将每个迁出村作为源，分别叠加道路、河流、地形等多项阻碍因子生成行进成本，利用成本距离工具进行可达性分析生成时间成本距离面，提取迁入村和迁出村之间的成本距离用于引力模型的计算[30]，以引力最大的村庄作为最终选定的迁入村，最终识别出村庄的迁移方向如表5、图9 所示。

表5 村庄迁移合并方向及搬迁安排

图9 村庄迁移合并空间示意图

进行避灾搬迁的村庄均分布在河流沿线，居民点呈带状分布，暴雨时发生淹没的风险极大。从迁入村和迁出村的相对位置来看，大多数迁出村仍在相邻村庄间进行迁徙，也有部分村庄突破了地理单元的限制，迁向了具有更好发展潜力的优先发展类村庄，体现了引力模型在空间距离和发展潜力等方面具有较好的综合性。通过村庄避灾搬迁，不仅可将高风险村庄迁移至低风险区域，保障居民的生命财产安全，同时也有利于将原有的带状居民点布局逐渐向组团式布局调整，合理引导居民点向中心村进行集中，以达到优化村庄生产生活空间布局结构的目的[31]。

针对未来需要进行避灾迁移的村庄，在综合考虑洪涝风险紧急性以及搬迁成本的情况下，对村庄搬迁次序提出相应建议：河甫村、胡岭村村域范围内洪涝风险等级高，且区内人口密度和宅基地面积低，搬迁成本低，建议其首先进行搬迁；刘坊村、陈屋村村域范围内人口密度和宅基地面积较低，搬迁成本相对较低，建议其优先进行搬迁；赖坊村、塍背村村域范围内洪涝风险等级相对较高，但区内人口众多，搬迁成本高，建议其滞后搬迁；石人村、官坊村和水口村村域范围内洪涝风险等级低且区内人口密度高，宅基地面积大，搬迁成本高，建议其最后进行搬迁。综合考量风险性和资金状况，对搬迁村庄进行逐步迁移整合，以实现研究区内村庄居民点的安全布局。

5 结论与讨论

本文的研究目的是建立洪涝避灾迁移村庄的识别体系，为村庄搬迁安置决策提供借鉴，因此以福建省长汀县为研究区域展开实证研究，运用模糊综合评价方法和引力模型，综合评估县域洪涝灾害风险，提出村庄居民点避险迁移的规划策略。主要得出以下结论：

（1）长汀县洪涝灾害高风险区域呈现出“一片多点”的空间分布结构，“一片”指的是以中心镇区为主体的汀州镇与大同镇所在区域，对应于城镇集中建设区。多点指的是散布在各个镇中的高风险节点，对应于县域村庄居民点。孕灾环境下垫面的状况很大程度上影响了洪涝灾害的发生，硬质化建设用地的增加不仅减少了雨水的下渗，也降低了地表的糙率，从而改变了原有的水文规律，削弱了自然下垫面对降雨的蓄滞功能，造成区域地表径流增大，从而加剧了洪涝风险。

（2）以“避灾”为导向，在县域洪涝风险评估的基础上确定村庄灾害风险等级，耦合发展潜力进行综合评价，将村庄划分为优先发展、规模控制、潜力优化、特色保护、迁移合并五种发展策略，并基于成本距离方法改进的引力模型确定搬迁村庄的迁移方向。避灾迁移已经成为人口密度小、居住地分散的村庄地区应对自然灾害的重要手段，合理的迁移布局不仅能够有效规避自然灾害风险，更有利于村庄集约发展，整合土地资源，提升公共服务设施使用效率和服务范围。

全球气候变化的加剧和大面积硬质化建设用地的增加使得洪涝灾害的危险程度和发生概率不断增加，特别是在山地地区，起伏的地形和频繁的暴雨相结合带来了洪水和相伴而生的泥石流等次生地质灾害的威胁，本文构建的基于洪涝灾害风险评估的村庄居民点布局优化方法对村庄应对自然灾害进行规划搬迁工作具有一定的指导意义。然而本文以长汀县行政村为研究单元，村庄数量众多，各项数据获取具有一定的难度，因此在指标选取方面具有一定的局限性。同时迁村并点需要综合多方面因素，本文更多地是提供了一种避灾目标下的研究视角和迁移方向研究方法上的探索，还需要考虑到迁入村的可用空间、农民的耕作距离、村民意愿、社会联结与心理接受程度、搬迁成本和资金支持等诸多方面的因素，如何综合这一系列影响因素进一步完善引力模型和优化搬迁方案将是以后研究的重点。

图、表来源

图2：参考文献[27]。

其余图、表均由作者绘制。