基于AHP方法的洪災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域分析與評(píng)估

王星捷 李春花

摘 要：洪水災(zāi)害危害程度高，而且難預(yù)防。對(duì)孕育災(zāi)害的環(huán)境因素和研究地區(qū)洪水災(zāi)害發(fā)生危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)進(jìn)行分析和研究，設(shè)計(jì)一個(gè)較為健全的洪水災(zāi)害孕育環(huán)境分區(qū)和評(píng)價(jià)危險(xiǎn)性指標(biāo)的體系。采用層次分析（AHP）法計(jì)算各個(gè)因素在評(píng)價(jià)過程中權(quán)重值，結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行空間分析和數(shù)據(jù)處理，得出洪災(zāi)害孕育環(huán)境分區(qū)圖和地區(qū)受災(zāi)害損失大小評(píng)估圖。以樂山市為實(shí)例進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)證明了得出的分析結(jié)果符合實(shí)際情況。為相關(guān)災(zāi)害的分析預(yù)測(cè)和評(píng)估，提供了一種技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：洪水災(zāi)害;層次分析;GIS技術(shù);分析和預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

我國水資源豐富，臨水城市較多，同時(shí)也是洪水災(zāi)害爆發(fā)的區(qū)域，災(zāi)害往往造成的損失非常巨大。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，洪水災(zāi)害成為我國城鄉(xiāng)發(fā)展的一項(xiàng)重要災(zāi)害，制約著我國城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，對(duì)于洪水災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)來說，能進(jìn)行災(zāi)害預(yù)測(cè)分析和評(píng)估是迫切需要的[1]。

洪水災(zāi)害發(fā)生的原因有很多，具體地方需要具體分析，但是有幾個(gè)主要的因素如短時(shí)降雨量過大、區(qū)域的坡度與起伏度較大、植被分布不夠均勻，植被缺乏，氣候因素等是大部分地區(qū)造成山洪災(zāi)害的主要因素。本文主要以樂山市為例采用AHP層次分析法[2][3]結(jié)合GIS的空間分析技術(shù)[4][5]。通過對(duì)DEM數(shù)據(jù)[6]、降水量、高程值[7]、地區(qū)具體的一些矢量化圖等作為數(shù)據(jù)源來進(jìn)行分析處理[8]。從而得出一張洪水災(zāi)害孕育環(huán)境分區(qū)圖，和一張地區(qū)受災(zāi)害損失大小評(píng)估圖，為洪水災(zāi)害的預(yù)測(cè)和損失評(píng)估提供了一種分析方法。

1 評(píng)價(jià)分析模型

本文重點(diǎn)從災(zāi)害危險(xiǎn)因子和孕災(zāi)環(huán)境因子著手，對(duì)上述兩方面進(jìn)行具體的度量分析，以研究區(qū)域?qū)嶋H情況為依托，針對(duì)這兩方面因素劃分不同多的指標(biāo)等級(jí)，通過適當(dāng)?shù)姆治瞿Ｐ涂梢远鼍唧w的參數(shù)來評(píng)估本地區(qū)災(zāi)害的危險(xiǎn)系數(shù)，本論文主要以樂山市市中區(qū)為實(shí)例對(duì)象進(jìn)行研究。孕災(zāi)環(huán)境因子根據(jù)本區(qū)域特點(diǎn)，選取了地形地貌，歷史地質(zhì)災(zāi)害，植被覆蓋面積，降水量，沿河區(qū)、坡度與起伏度等為分析因素，具體到為坡度與起伏度、降水量、植被覆蓋、歷史災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)四個(gè)因子。

洪水災(zāi)害的發(fā)生受很多因素影響，而這些因素本身具有復(fù)雜性和不確定性，這就給洪水災(zāi)害的研究帶來較大困難，能比較有效地解決這些問題的方法是層次分析法。層次分析法英文簡(jiǎn)稱為AHP[9]，作為一種比較被研究學(xué)者所接受并通用的邏輯分析方法，其把與問題決策有關(guān)系的因子分成要達(dá)到的目標(biāo)、原則、方法方案等。通過嚴(yán)密的邏輯手段將要研究的對(duì)象分成不同的層次，并且對(duì)層次中的因子根據(jù)實(shí)際問題需求劃分成不同的權(quán)重來研究問題。AHP經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種成熟的方法，它可用數(shù)量的形式表達(dá)和處理決策者的主觀依據(jù)。層次分析法已被廣泛應(yīng)用到社會(huì)經(jīng)濟(jì)管理及能源開發(fā)評(píng)價(jià)等各項(xiàng)領(lǐng)域[10]。根據(jù)研究地區(qū)的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)因子主要為人類活動(dòng)區(qū)域（包括道路、建筑物等）、沿河因素、高頻點(diǎn)以及孕育環(huán)境分區(qū)構(gòu)成。本文評(píng)價(jià)分析模型如圖1所示。

2 孕災(zāi)環(huán)境因子分級(jí)

通過查閱相關(guān)資料，針對(duì)各個(gè)因子[11]詳細(xì)綜合的分析，對(duì)研究區(qū)域洪水災(zāi)害孕育環(huán)境賦值和確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別把孕災(zāi)因子進(jìn)行分級(jí)，并按照各個(gè)等級(jí)相應(yīng)賦值。

1.坡度與起伏度數(shù)據(jù)

利用DEM圖來獲取當(dāng)?shù)氐母鱾€(gè)點(diǎn)的高程[12]。通過ArcGIS的坡度運(yùn)算得出研究區(qū)域的坡度圖。起伏度數(shù)據(jù)同樣以該地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算臨域類型為矩形柵格，所選的柵格單元大小為10 *10，用ArcGIS窗口分析法來提取[13]。

洪災(zāi)很大程度上都與所發(fā)生地區(qū)的坡度和起伏度有關(guān)。這里根據(jù)AHP的指導(dǎo)原則[14]，對(duì)坡度和起伏度設(shè)置指標(biāo)分級(jí)。

坡度：30-90度分為4級(jí)、20-30度為3級(jí)、10-20度為2級(jí)、0-10度為1級(jí)進(jìn)行重分類;同理應(yīng)用于起伏度的分級(jí)并重分類。如表1坡度和起伏度所示。

2.年降水量數(shù)據(jù)

對(duì)比年降水?dāng)?shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)區(qū)域的平均高程數(shù)據(jù)，以各個(gè)區(qū)域年降水量和高程值為因變量和自變量，在EXCEL中通過一元線性回歸方程，分析出降水量和高程數(shù)據(jù)的關(guān)系。

Y=0.2446X+285.07

Y該地區(qū)代表年均降水量為因變量，X即高程值，根據(jù)這個(gè)公式，以DEM圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過GIS的柵格計(jì)算功能，求出研究區(qū)域降水量分布。

對(duì)降水量因子進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)計(jì)算出的降水量數(shù)據(jù)可以得出年降水量少于600 mm的情況極少，在對(duì)其進(jìn)行分級(jí)的過程中，為了最后得出的重分類數(shù)據(jù)更加反映本地實(shí)際情況。將0-600 mm分成1級(jí)、600-800 mm分成2級(jí)、800-1000 mm分成3級(jí)、1000-1300 mm分成4級(jí)。

3.歷史災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)

地區(qū)歷史災(zāi)害發(fā)生情況作為一種數(shù)據(jù)非常重要。作為一種孕育災(zāi)害指標(biāo)，歷史發(fā)生情況可以起到一個(gè)預(yù)示作用。查閱相關(guān)部門的數(shù)據(jù)資料，獲取歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)具體的點(diǎn)數(shù)據(jù)做密度分析，根據(jù)密度分析結(jié)果進(jìn)行分級(jí)。具體分級(jí)如表1所示。

4.植被覆蓋數(shù)據(jù)

獲取植被覆蓋數(shù)據(jù)，通過本地的遙感數(shù)據(jù)解譯分析得到本地區(qū)土地利用類型的遙感分區(qū)圖。通過衛(wèi)星圖像匹配同時(shí)結(jié)合實(shí)地匹配得出本地區(qū)植被覆蓋遙感圖。根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況，設(shè)置了4個(gè)等級(jí)的植被覆蓋度，用于區(qū)分植被覆蓋程度直觀表達(dá)。具體分級(jí)如表1所示。

3 災(zāi)害危險(xiǎn)度因子處理

1.人類活動(dòng)區(qū)域的數(shù)據(jù)

人類活動(dòng)區(qū)域，首先通過衛(wèi)星遙感圖像確定本地的建筑物和道路，橋梁等人工設(shè)施的分布情況，判定為人類活動(dòng)區(qū)域。制作矢量地圖數(shù)據(jù)。

人類活動(dòng)區(qū)域主要由道路和建筑物構(gòu)成。按照層次分析法，對(duì)道路數(shù)據(jù)進(jìn)行密度分析。城區(qū)的建筑物和鄉(xiāng)村的建筑物有所不同。由衛(wèi)星圖像可知，市區(qū)的建筑物一般相隔較近，因此，需對(duì)建筑物先進(jìn)行密度分析，再進(jìn)行重分類。其結(jié)果能反映出建筑物和道路的密集性，對(duì)于研究災(zāi)害發(fā)生時(shí)，在預(yù)定的分區(qū)內(nèi)，災(zāi)害損失評(píng)估具有重大的意義。具體如圖2中a，b所示

2.沿河數(shù)據(jù)

通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)[15]可以清晰的看到整個(gè)研究區(qū)域東南方向都是圍繞河流而居的，河流作為一種相對(duì)其他研究區(qū)域特殊存在的非常重要的研究因素存在。河流是研究區(qū)域重要的地理組。從數(shù)據(jù)中可以看出，每到汛期，河流儲(chǔ)水量大量激增，導(dǎo)致河流沿岸一些地勢(shì)較低的區(qū)域市場(chǎng)被淹。因此，河流沿岸數(shù)據(jù)是一項(xiàng)重要的研究指標(biāo)。

同理于上面的分析處理方法，首先對(duì)河流矢量數(shù)據(jù)做面轉(zhuǎn)線，先對(duì)沿河數(shù)據(jù)進(jìn)行密度分析，在進(jìn)行重分類。具體結(jié)果如圖2中c所示。

3.高頻災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)

在研究歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)的過程中發(fā)現(xiàn)一些山洪災(zāi)害點(diǎn)總是集中在一些區(qū)域。這些區(qū)域或許是由于其地勢(shì)起伏度坡度、所處位置與河流的關(guān)系等原因造成。這些高頻發(fā)生點(diǎn)在研究山災(zāi)害中占有著較大的權(quán)重值。是我們研究和分析的重要因子。獲取高頻災(zāi)害點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行密度分析，并結(jié)合相應(yīng)的位置關(guān)系得出具體的高頻點(diǎn)。

4 洪水災(zāi)害孕育分區(qū)和危險(xiǎn)度評(píng)估

4.1 洪水災(zāi)害孕育分區(qū)

洪水災(zāi)害孕育因素設(shè)定為：歷史洪災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)、坡度與起伏度、植被覆蓋度、年均降水量4個(gè)因素;符合層次分析法中明確性的指導(dǎo)原則。

研究評(píng)價(jià)洪災(zāi)害孕育因素，將上述各因素設(shè)置權(quán)重，通過使用GIS的權(quán)重求和工具分析出災(zāi)害孕育因素環(huán)境分區(qū)圖。以上述因素作為發(fā)育條件因素，構(gòu)建指標(biāo)體系。以層次分析法的各項(xiàng)要求為標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，在分析相關(guān)文件數(shù)據(jù)，得出上述各項(xiàng)因素權(quán)重大小排名如下。

綜合權(quán)衡最后得出：歷史高頻點(diǎn)、坡度與起伏度、降水量、植被覆蓋度其相關(guān)權(quán)重為：0.3、0.3、0.2、0.2，分析結(jié)果如圖3所示。

從樂山市市中區(qū)的高程數(shù)據(jù)模型和歷史數(shù)據(jù)，可以直觀的了解到災(zāi)害主要集中在沿河區(qū)域，其中三江口附近的江中小島是最為嚴(yán)重的地區(qū)。利用層次分析法，通過對(duì)上述各個(gè)因子加權(quán)，權(quán)重求和得出的孕災(zāi)環(huán)境結(jié)果分區(qū)圖，圖中的危險(xiǎn)分級(jí)中，可以看出三江口附近的江中小島為1級(jí)，沿河區(qū)域?yàn)?級(jí)，說明了分析結(jié)果與實(shí)際基本相符。

4.2 洪水災(zāi)害結(jié)果損失評(píng)估

將洪水災(zāi)害造成的影響損失度評(píng)價(jià)因素歸納為人類活動(dòng)區(qū)域道路和建筑物、歷史高頻發(fā)生區(qū)、沿河區(qū)域主要3個(gè)因素。評(píng)價(jià)的結(jié)果主要是得出災(zāi)害爆發(fā)以后，損厲害程度情況分布。

災(zāi)害結(jié)果損失危險(xiǎn)性分區(qū)，其結(jié)果危險(xiǎn)度主要是以能夠給人們的生活生產(chǎn)造成的損失來衡量的，因此，在評(píng)估損失的時(shí)候最重要的因素是人類活動(dòng)區(qū)域，如城區(qū)，如果在災(zāi)害發(fā)生區(qū)域中包含城市部分區(qū)域，則這部分區(qū)域造成的損失必將很大。確定權(quán)重分配為，人類活動(dòng)>歷史高頻點(diǎn)>河流沿岸，權(quán)重比例為0.5、0.3、0.2，人類活動(dòng)區(qū)域分為道路和建筑物，其中道路占0.2，建筑物占0.3;分析結(jié)果如圖4所示：

綜合災(zāi)害損失評(píng)估通過第一幅災(zāi)害孕育環(huán)境分區(qū)圖和災(zāi)害損失危險(xiǎn)性分區(qū)圖有不同的權(quán)重計(jì)算的，在分析本地區(qū)數(shù)據(jù)資料以后，設(shè)定環(huán)境因素為0.3，損失危險(xiǎn)性分區(qū)為0.7，通過分析得出最后災(zāi)害損失嚴(yán)重性分區(qū)圖如圖5所示。

從樂山城區(qū)情況可知城市交通、人口、建筑最為密集、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)為城市中部地區(qū)和城市周邊工業(yè)區(qū)，如果發(fā)生災(zāi)害，這兩區(qū)域損失的嚴(yán)重度最大，而沿河的廣場(chǎng)和道路建筑和人口相對(duì)較少，損失度為最小。通過上述各因子的權(quán)重計(jì)算分析，得出了災(zāi)害損失危險(xiǎn)性分區(qū)圖。從圖中得出，受損失最大的區(qū)域位于城市交通、人口、建筑最為密集的城市中部地區(qū)和城市周邊的工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)。受損失最小的是沿河邊的廣場(chǎng)和道路區(qū)域。分析的結(jié)果反映出的城區(qū)損失嚴(yán)重性分區(qū)基本符合實(shí)際情況。

5 結(jié)束語

以樂山市市中區(qū)作為研究對(duì)象，構(gòu)建了災(zāi)害孕育環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)、構(gòu)建了災(zāi)害損失度評(píng)價(jià)指標(biāo)，歷史高頻點(diǎn)、坡度與起伏度、降水量、植被覆蓋面積、人類活動(dòng)區(qū)域、沿河區(qū)域;在AHP層次分析法的指導(dǎo)原則下構(gòu)建了分析模型，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)。最終得出了洪水災(zāi)害孕育環(huán)境分區(qū)圖和洪水災(zāi)害爆發(fā)損失嚴(yán)重性分區(qū)圖。對(duì)比本地4年的具體數(shù)據(jù)，證明了上述的分析結(jié)構(gòu)能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際情況。為山洪災(zāi)害預(yù)測(cè)和損失嚴(yán)重性評(píng)估，提供了一種方法和決策支持。

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