基于层次分析法（AHP）的暴雨洪涝灾害风险评估_苑梓晗.pdf

158 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）基于层次分析法（AHP）的暴雨洪涝灾害风险评估苑梓晗，刘 莹(黑龙江大学 水利电力学院，哈尔滨 150080）摘 要：近几年，伴随着全球气候变化以及城镇化进程加快，中国极端天气频发，“人水争地”现象日益加剧，流域以及城市内涝问题愈发严重，暴雨洪涝灾害风险评估日益引起了人们的重视。文章以松花江干流哈尔滨段作为研究对象，从现代自然灾害风险理论概念出发，将暴雨洪涝灾害风险从危险性、暴露性、脆弱性三方面进行研究，选取了降水、高程、坡度、植被、人口密度、土地利用、医院距离、应急距离 8 个评价指标，结合层次分析法（AHP）计算出各个指标的权重。并将因子指标集成成洪涝灾害风险评价指数 FRDI，对哈尔滨市松花江干流流域的暴雨洪涝灾害风险进行了可量化的评估，基于此绘制出松花江干流哈尔滨段的洪涝灾害风险区划图，为松花江干流流域防洪减灾提供参考。关键词：松花江干流；洪涝灾害；风险评估；层次分析法（AHP）；FRDI中图分类号：P426.616文献标识码：BRisk Assessment of Rainstorm and Flood Disaster based on AHPYuanZihan;andLiuYing(Water Conservancy and Hydropower Institute of Heilongjiang University,Harbin 150080,China)Abstract:Inrecentyears,withtheaccelerationofglobalclimatechangeandurbanization,extremeweatheroccursfrequentlyinChina.Thephenomenonofcompetitionbetweenpeopleandwaterforlandisincreasinglyaggravated,andthewaterloggingprobleminriverbasinsandcitiesisbecomingmoreandmoreserious.Inthispaper,HarbinsectionofthemainstreamofSonghuaRiveristakenastheresearchobject,startingfromthetheoreticalconceptofmodernnaturaldisasterrisk,theriskofrainstormandfloodisstudiedfromthreeaspects:risk,exposureandvulnerability,andeightevaluationindicatorsareselected:precipitation,elevation,slope,vegetation,populationdensity,landuse,hospitaldistanceandemergencydistance.TheweightofeachindicatorwascalculatedbycombiningtheanalyticHierarchyprocess(AHP).ThefactorindexesareintegratedintotheflooddisasterriskassessmentindexFRDI,andtheriskofrainstormandflooddisasterinthemainstreamofSonghuaRiverinHarbinisquantitativelyevaluated.Basedonthis,theflooddisasterriskzonemapofthemainstreamofSonghuaRiverinHarbinisdrawn,whichprovidesreferenceforfloodcontrolanddisasterreductioninthemainstreamofSonghuaRiver.Key words：mainstreamofSonghuaRiver;flooddisaster;riskevaluation;analytichierarchyprocess(AHP);FRDI收稿日期2022-12-21基金项目黑龙江省重点研发计划指导类项目(GZ20210061)作者简介苑梓晗（2000-），女，黑龙江大兴安岭人，硕士研究生，研究方向为水务管理；刘莹（1980-），女，黑龙江哈尔滨人，副教授。文章编号:1007-7596（2023）05-0001-04DOI:10.14122/ki.hskj.2023.05.044 159 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）0 前 言自然灾害会使得人类社会面临着极大的生命威胁和经济财产损失，而洪涝灾害是全世界发生频次最多、严重影响中国经济发展的自然灾害之一。近年来，随着全球气候变化以及城镇化进程加快，流域及城市洪涝灾害发生概率不断加大，洪涝灾害风险评估作为防洪减灾的基础，具有重要的研究意义1。据历史统计资料显示，暴雨洪涝是东北地区的主要自然灾害。其中，黑龙江省、吉林省、辽宁省洪涝灾害的发生位于全国前列，暴雨洪灾已经严重制约了东北地区的经济社会发展2。而松花江干流正是东北地区暴雨洪灾高发的流域，文章从自然灾害风险理论概念出发，综合考虑暴雨洪涝灾害的发生机制以及应急管理的需要，基于层次分析法（AHP）构建洪涝灾害风险评价指标体系，结合洪涝灾害风险因子 FDRI，得到松花江干流哈尔滨段洪涝灾害风险因子综合分析结果，利用 Arcgis 作出洪涝灾害风险区划图，为该区域暴雨洪涝灾害防灾减灾工作提供了科学指导。1 研究区域概况1.1 研究区域地理位置概况中国境内黑龙江的最大支流是松花江，同时松花江也是中国七大河之一3。松花江流域地处于中国东北部地区偏北，地理位置在 N41 4251 38、E119 52132 31，其地理位置十分优越。松花江流域有南北两个发源地，其中北源位于大兴安岭山脉的分支伊勒呼里山的嫩江，而南源位于吉林省长白山天池境内的第二松花江，两条江在三岔河汇合以后，其再向东流入黑龙江河段，始于扶余终于同江的河段称为松花江干流，总长939km，流域面积 118.6 万 km2。从正源算起，松花江总长度为 1927km，东西长度为 920km，南北宽度为 1070km，其行政区划涵盖黑龙江、辽宁、吉林和内蒙古 4 个省份（自治区），松花江流域水系概况图，见图 1。松花江流域面积广阔，在黑龙江总流域面积184.3万km2中占有30.2%的比例。松花江流域土地地处中国东北黑土地区，是国家的重要工业和农业生产基地，在保障国家粮食安全、生态安全、能源安全、工业安全等方面有着举足轻重的作用。1.2 研究区域自然地理概况松花江流域地处北温带季风气候区，四季更替变化较为分明，流域一般春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季很短雨量并不多，而冬季寒冷干燥且漫长，主要以降雪为主，年内温差变化很明显。流域年径流量高达 762 亿 m3，年平均降雨量约为500mm，从东向部到西北部降水量逐渐降低。年际变化较大且降水量分布不均匀，降水主要发生在68 月份，有时甚至会延长到 9 月份，汛期降水约占全年降水的 70%80%。对于松花江流域来说，其汛情情况被划分为两种：春汛和夏汛，初春季河流开江时的凌汛洪水时间大致就是春汛洪灾易发生的时间，一般是在每年的四、五月份左右，且凌汛洪灾经常伴随着冰坝现象的产生；而夏秋季节的大汛洪水往往发生在 68月份，有时甚至会推迟到 9 月份。同时，整个流域由于部分地区一次暴雨发生洪水的概率比较小，一般都是由地区性洪水汇聚而成。1.3 研究区域历史大洪水灾害概况洪涝灾害是松花江流域众多自然灾害之一。近些年，在全球气候变化及快速城镇化的加持下，“人水争地”的现象愈发明显，松花江流域也不例外，洪涝灾害频发，给人民群众的生命财产安全造成了极大的威胁。历史数据表明，流域的洪水灾害以暴雨为主。松花江流域在 79 月发生洪灾的比例占 80%，即夏季和秋季雨量更加集中，发生洪涝灾害的频率增大4。松花江干流历史大洪水发生年份主要包括1932 年、1957 年、1960 年、1991 年、1998 年和2013 年，其中 1998 年历史大洪水让人记忆犹新，导致松花江干流产生了高达 85.5 亿元的直接经济损失，此次洪水对人民群众的生命财产安全构成了极大的威胁。每一次洪水都给松花江干流带来了相当大的直接经济损失，同时给沿途工农业的生产带来了严重的损失与威胁。因此，为了确保松花江干流可以安全度汛，在暴雨洪水发生之前制定出科学、合理、可行的减灾对策，降低洪涝灾害带来的各方面损失，对流域洪涝灾害风险评估是十分必要的。160 2023 年 第 5 期 黑 龙 江 水 利 科 技 N o.5.2023 （第 51 卷）H e i l o n g j i a n g H y d r a u l i c S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y （T o t a l N o.51）图 1 松花江流域水系概况图2 研究方法随着国内外灾害风险理论研究的不断深入，灾害风险理论也日趋完整，不同学者以及研究机构对灾害风险的概念定义不同，定义灾害风险的表达式也不同。风险评估的方法包括历史灾情数据评估法、指标体系评估法、层次分析法（AHP）、情景模拟评估法和遥感 GIS 影像评估法等5。历史灾情数据评估法过程比较简单，但其对历史数据的依赖性很强，需要不断更新和完善以获取准确地历史灾情数据；情景模拟评估法虽然提高了风险评估结果的空间精度，但其对数据的时间尺度和仿真模型要求较高；遥感 GIS 影像评估法虽使得风险评估的结果更加可视化，但对研究区域的某些空间指标及制图精度要求较高；指标体系评估法是洪涝灾害风险评估应用较为普遍的方法，从4个层次分别计算风险值，但不能明确各指标所起作用的差异性；而层次分析法（AHP）通过构建层次模型可以更加明确各个指标之间所起作用的差异性。洪涝灾害风险指的是洪水发生发展时对人民群众、自然环境以及经济社会造损失的可能性，并不是洪涝灾害自身。文章综合国内外灾害风险要素相关理论，按照层次分析法（AHP）建立洪涝灾害风险评估模型，从危险性和易损性两个角度进行展开研究，而易损性又包括脆弱性和暴露性两个方面，构建洪涝灾害风险评价层次体系6。危险性通常是指在特定时间及区域内致灾因子的活动频次与规模、孕灾环境发生潜在破坏的概率，易损性指的是承灾体承受灾害是遭到破坏的能力，即洪涝灾害风险是致灾因子与孕灾环境的危险性和承灾体的暴露性与脆弱性综合作用的结果。根据实际情况建立文章的研究概念框架。2.1 评价层次指标的选取自然灾害风险指若干年内可能达到的灾害程度及其发生的可能性。在对松花江干流哈尔滨段实地考察和对该流域洪涝灾害特性分析的基础上，基于层次分析法（AHP）确定指标权重，根据要求所选取指标的科学性、合理性、系统性、代表性和可行性的原则，将洪涝灾害风险评估这一目标层分为危险性和易损性两个准则层，其中易损性准则层中又分为暴露性、脆弱性两个方面。根据对松花江干流历史大洪水的分析可知，流域洪水灾害的危险性主要是由 68 月的夏秋季暴雨所致；地面高程的高低影响洪水淹没情况；平缓地带更容易被洪水湮没，坡度过大时，若发生洪水更容易滑坡，严重时甚至引起泥石流次生灾害；植被密度