基于GIS的山地旅游景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃
——以廬山風(fēng)景區(qū)為例

江 輝，楊 俊，，詹旺林，謝盛鑫

（1.鄱陽(yáng)湖流域水工程安全與資源高效利用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，南昌工程學(xué)院，江西 南昌，330099；2.九江市水利電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 九江，332001）

0 引言

山洪災(zāi)害是山區(qū)小流域內(nèi)在一定強(qiáng)度的持續(xù)降雨下，因特殊的地形地質(zhì)條件而發(fā)生的自然災(zāi)害[1]，山洪災(zāi)害的種類(lèi)包括滑坡、崩塌、泥石流、溪河洪水等?！?016年全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害通報(bào)》[2]顯示山洪災(zāi)害直接或間接所造成的地質(zhì)災(zāi)害占災(zāi)害總數(shù)的80%以上。以廬山風(fēng)景區(qū)為例，受“泰利”臺(tái)風(fēng)影響，2005年9月山洪災(zāi)害大爆發(fā)，共發(fā)生規(guī)模較大的崩塌、滑坡、泥石流和山洪等災(zāi)害160多處，造成多人死亡，上、下山公路阻斷，財(cái)產(chǎn)損失高達(dá)2億元。因此，山地風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害的預(yù)警和防治是保障居民或游客生命財(cái)產(chǎn)安全、景區(qū)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。

我國(guó)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究始于20世紀(jì)90年代[3，4]，其研究方向主要分為山洪災(zāi)害區(qū)劃[5，6]、山洪災(zāi)害臨界雨量計(jì)算[7，8]、以及山洪災(zāi)害評(píng)價(jià)與預(yù)警[9，10]等，而且研究范圍主要集中為省級(jí)、縣級(jí)、較大流域以及小流域等[11]，但對(duì)山地旅游景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究較少。由于山洪災(zāi)害形成因素復(fù)雜、評(píng)價(jià)因子多以及地域差異大，導(dǎo)致山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚未形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系。山地旅游景區(qū)與其他區(qū)域相比有其獨(dú)特的特性，既有特殊的氣候及地理?xiàng)l件又兼具名勝景區(qū)的敏感性、脆弱性特點(diǎn)。因此建立一種數(shù)據(jù)處理方便、結(jié)果可靠的山地旅游景區(qū)評(píng)價(jià)體系，是對(duì)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究與應(yīng)用的重要補(bǔ)充，并具有其特定的科學(xué)意義。

本文以廬山風(fēng)景區(qū)為例，依據(jù)景區(qū)的特色，從山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的自然屬性和社會(huì)屬性等角度出發(fā)，構(gòu)建了適應(yīng)于山地旅游景區(qū)的山洪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法確定各指標(biāo)綜合權(quán)重，建立了山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，最后將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)依據(jù)自然斷裂法進(jìn)行劃分形成了廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。研究成果可以為其他山地旅游風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害預(yù)警與防治提供借鑒與參考。

1 研究區(qū)概況

廬山風(fēng)景區(qū)地處江西省九江市境內(nèi)，位于東經(jīng)115°50′～116°10′，北緯 29°28′～29°45′，北濱長(zhǎng)江，南臨廬山市，東接星子縣，西毗瑞昌市。區(qū)域呈狹長(zhǎng)型分布，長(zhǎng)寬約為25km×10km，大小山峰90多座，其主峰—漢陽(yáng)峰的海拔達(dá)到1 474m。廬山風(fēng)景區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)水平較高，交通設(shè)施完善，主要有錦繡谷、花徑、含鄱口、五老峰、廬山地質(zhì)公園等31個(gè)著名景點(diǎn)。

該區(qū)域地質(zhì)巖層種類(lèi)多、巖性復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，山體北部的區(qū)域以褶曲構(gòu)造為主，而山體南部的區(qū)域則以斷裂構(gòu)造為主[12]。氣候上屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨具有垂向分布特征，主要表現(xiàn)為隨著海拔的升高降雨量在逐漸遞增，同時(shí)降雨以山頂為中心向四周逐漸遞減，且在強(qiáng)烈的地形抬升作用下使廬山降雨異常偏強(qiáng)。山頂（牯嶺鎮(zhèn)）多年平均降雨量高達(dá)1 833.5mm，而位于山腳下平原地區(qū)（九江市）多年平均降雨量?jī)H為1 300mm[13]。境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，13條主要水系為三疊泉水系、白沙河水系、曲尺灣水系、陳家水系、枧凹水系、剪刀峽水系、石門(mén)澗水系、戴家河水系、龍門(mén)溝水系、朱家山水系等（見(jiàn)圖1）。

圖1 廬山水系圖

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)山地旅游風(fēng)景區(qū)的特征，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的山洪災(zāi)害致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承載體等資料分析，從山洪災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)兩個(gè)方面進(jìn)行指標(biāo)體系構(gòu)建。危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要考慮山洪災(zāi)害的自然屬性[14-16]，以災(zāi)害的誘發(fā)因子、形成因子及發(fā)育因子三方面來(lái)構(gòu)建，選汛期年平均降雨量、最大24小時(shí)降雨量、水系緩沖區(qū)、坡度、坡向、高程、巖土體類(lèi)型、斷裂構(gòu)造、植被覆蓋指數(shù)、災(zāi)點(diǎn)密度等指標(biāo)；易損性評(píng)價(jià)是對(duì)承災(zāi)區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平及承災(zāi)能力的分析[17]，主要考慮了風(fēng)景區(qū)的人員傷亡和物質(zhì)財(cái)產(chǎn)損失，選取旅游景點(diǎn)、上山道路、旅游線路、山頂公路及建筑物（酒店、停車(chē)場(chǎng)、賓館、居住區(qū)等）等指標(biāo)。廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系詳見(jiàn)圖2。

圖2 廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 材料與方法

3.1 材料

3.1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)研究?jī)?nèi)容及選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)，收集了大量相關(guān)資料。資料主要分為2類(lèi)，一類(lèi)是基于人工統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，本次共采集研究區(qū)山洪災(zāi)害點(diǎn)64個(gè)，其中取土樣20組，獲取了經(jīng)度、緯度、標(biāo)高、坡度、坡向、地質(zhì)情況（地層巖性、地貌、地形）、災(zāi)害情況描述（災(zāi)害點(diǎn)范圍、起因預(yù)測(cè)）、植被生長(zhǎng)情況（疏密程度、覆蓋度、植物類(lèi)別）、威脅對(duì)象等數(shù)據(jù)。另一類(lèi)則是基于3S技術(shù)的觀測(cè)類(lèi)信息為基礎(chǔ)，通過(guò)GIS可以更加簡(jiǎn)捷快速地收集、提取和分析數(shù)據(jù)，為大面積山洪災(zāi)害區(qū)劃分析提供技術(shù)支持?；A(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源具體見(jiàn)表1。

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源

3.1.2 數(shù)據(jù)處理方法

基于GIS平臺(tái)，在獲得各指標(biāo)因子基礎(chǔ)數(shù)據(jù)前提下，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值分析、反距離權(quán)重分析、密度分析、領(lǐng)域分析等空間分析方法，獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)圖。但由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱不同，且具體數(shù)值變化范圍較大，因此需對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[18]。利用GIS將各指標(biāo)數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行30m×30m柵格化處理，獲得大小一致的圖層，再結(jié)合廬山風(fēng)景區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查實(shí)際情況，對(duì)各指標(biāo)圖層進(jìn)行分級(jí)，將各指標(biāo)圖層重分為4類(lèi)，分別用數(shù)值 1、2、3、4 代表極低、低、中、高危險(xiǎn)界限值（見(jiàn)表2），將這些數(shù)值分別賦給每個(gè)30m×30m的柵格單元。標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果并不改變各指標(biāo)因子的空間分布特征，廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)分級(jí)見(jiàn)圖3。

圖3 廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)分級(jí)圖

表2 各指標(biāo)危險(xiǎn)度劃分與賦值

3.2 方法

3.2.1 層次分析法

層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是將與決策有關(guān)的因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，是一種定性與定量相結(jié)合的決策方法。該方法能將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，具有廣泛的實(shí)用性[19-21]。采用層次分析法計(jì)算危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)和易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，具體步驟如下：

（1）構(gòu)建廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)。其中目標(biāo)層為山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，準(zhǔn)則層為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)，指標(biāo)層為選取的各個(gè)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)。

（2）根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和1-9刻度法建立判斷矩陣。

式中：αij表示元素Xi與Xj相對(duì)于上一層元素重要性的比較標(biāo)度。

（3）通過(guò)判斷矩陣計(jì)算出各層次因子的權(quán)重。

近似解 w=（w1，w2，……wn）T即為各指標(biāo)權(quán)重值。

（4）檢驗(yàn)判斷矩陣一致性，使得權(quán)重結(jié)果合理可靠。

式中：m表示矩陣階數(shù)；RI為平均一致性指標(biāo)，查表可得。

各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害各指標(biāo)權(quán)重

3.2.2 綜合指數(shù)法

多因素綜合指數(shù)法是山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)較為常見(jiàn)的一種方法，該方法首先對(duì)選取的指標(biāo)因子進(jìn)行無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到研究區(qū)域各指標(biāo)的等級(jí)得分值；再通過(guò)前述AHP計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，然后將各指標(biāo)的等級(jí)得分值與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重結(jié)合，進(jìn)行加權(quán)疊加分析，最終獲得山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)結(jié)果。綜合指數(shù)法的計(jì)算模型：

式中：X為綜合指數(shù)；Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值；Xi為第i個(gè)指標(biāo)值；m為指標(biāo)個(gè)數(shù)。即根據(jù)上述計(jì)算模型可得到各預(yù)測(cè)單元的綜合指數(shù)。

3.2.3 山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)包括災(zāi)害發(fā)生的概率和可能產(chǎn)生的后果。以危險(xiǎn)性指標(biāo)代表災(zāi)害發(fā)生的概率，以易損性指標(biāo)代表可能產(chǎn)生的后果，山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性可以表達(dá)為災(zāi)害危險(xiǎn)性與易損性的乘積[22，23]，其可以表達(dá)為：

式中：X1為研究區(qū)域山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)，X2為研究區(qū)域山洪災(zāi)害易損性指數(shù)。

通過(guò)使用ArcGIS進(jìn)行綜合計(jì)算，對(duì)廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性和易損性進(jìn)行空間疊加分析，最終得到研究區(qū)域山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越高代表該區(qū)域發(fā)生山洪災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)就越高。

4 結(jié)果與分析

4.1 各指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)層次分析法得到危險(xiǎn)性和易損性評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重（表3）。由表3可知，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)中權(quán)重較大的指標(biāo)分別為最大24小時(shí)降雨量、巖土體類(lèi)型、災(zāi)點(diǎn)密度等指標(biāo)，依據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查情況顯示廬山具有山地氣候特色，降雨較為集中，降雨量大且歷時(shí)短，最大24小時(shí)降雨量能較好的反映降雨強(qiáng)度的指標(biāo)。巖土體類(lèi)型指標(biāo)是山洪災(zāi)害發(fā)生的基礎(chǔ)，災(zāi)點(diǎn)密度指標(biāo)能較好反映廬山山洪災(zāi)害發(fā)育程度，因此危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分布較為合理，在易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)旅游景點(diǎn)和旅游線路比重較大，較好的突出了廬山為旅游勝地的特點(diǎn)，貼近現(xiàn)狀。綜上分析，山洪災(zāi)害各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重符合現(xiàn)狀情況，突出了廬山風(fēng)景區(qū)的特性。

4.2 山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是根據(jù)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，將整個(gè)研究區(qū)劃分為若干個(gè)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的區(qū)域。自然斷裂法是一種常見(jiàn)的區(qū)劃方法，它是以數(shù)據(jù)集中不連續(xù)的地方作為分級(jí)為依據(jù)，對(duì)相似值進(jìn)行最恰當(dāng)?shù)胤纸M，使得各類(lèi)別之間差異最大化的一種統(tǒng)計(jì)手段[24]，一些學(xué)者運(yùn)用其方法對(duì)其研究對(duì)象進(jìn)行區(qū)劃[18，20，25]。本研究將根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)的大小，采用自然斷裂法進(jìn)行等級(jí)劃分，共分為四個(gè)等級(jí)（高風(fēng)險(xiǎn)（3.64～10.53）、中風(fēng)險(xiǎn)（1.36～3.64）、低風(fēng)險(xiǎn)（0.54～1.36）和極低危險(xiǎn)（0～0.54）。

由圖4可知，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為5.51km2，占總面積1.44%。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在山頂區(qū)域，其中景點(diǎn)包括：錦繡谷、花徑、含鄱口、秀峰、五老峰、碧龍?zhí)镀俨肌⑷龑殬?shù)、美廬別墅、蘆林湖、廬山會(huì)議舊址、大口瀑布、烏龍?zhí)?、黃龍?zhí)?、植物園、三疊泉、廬山博物館、龍首崖、仙人洞、石門(mén)澗景區(qū)、小天池、大天池、鐵船峰、觀音橋景區(qū)、御碑亭、電站大壩、月照松林、海會(huì)寺等27個(gè)景點(diǎn)。區(qū)域特征表現(xiàn)為人員聚集，建筑物密集、處于降雨中心地帶，地質(zhì)條件不佳，發(fā)生山洪災(zāi)害的可能性較大，是財(cái)產(chǎn)損失和人員生命威脅極其敏感區(qū)域。

圖4 廬山風(fēng)景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)區(qū)劃圖

中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為57.52km2，占總面積15.06%。中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在廬山山頂高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)外圍、上山公路附近、靠近九江市區(qū)和九江縣賽陽(yáng)鎮(zhèn)山腳的區(qū)域，其中有3處景點(diǎn)分布，分別為廬山地質(zhì)公園、白鹿洞書(shū)院、大漢陽(yáng)峰。區(qū)域特征表現(xiàn)為人員活動(dòng)較為頻繁，人員活動(dòng)對(duì)自然影響大，地質(zhì)條件較好，植被稀少，發(fā)生山洪災(zāi)害的可能性中等，是財(cái)產(chǎn)損失和人員生命威脅較為敏感區(qū)域。

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為148.96km2，占總面積39.01%。低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在山腳四周區(qū)域，總體來(lái)說(shuō)區(qū)域特征表現(xiàn)為建筑物比較密集區(qū)域，人員活動(dòng)頻繁，地質(zhì)條件不佳，遠(yuǎn)離降雨中心，植被稀疏，發(fā)生山洪災(zāi)害可能性不大，屬于敏感區(qū)域范圍但敏感性不高。

極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為169.90km2，占總面積44.49%。極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在廬山山頂和山腳中間區(qū)域，植被茂密、地質(zhì)條件良好，遠(yuǎn)離降雨中心，該區(qū)域發(fā)生山洪災(zāi)害可能性較低，即使發(fā)生山洪災(zāi)害，產(chǎn)生的財(cái)產(chǎn)損失和人員生命危險(xiǎn)也可以基本忽略。

4.3 區(qū)劃結(jié)果檢驗(yàn)

通過(guò)將實(shí)地災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)疊加到風(fēng)險(xiǎn)劃分圖上，得出調(diào)查點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的吻合度。由表4可知，64個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)的分布情況，分布在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的調(diào)查點(diǎn)數(shù)一共有53個(gè)，占調(diào)查樣本總點(diǎn)數(shù)的82.81%，極低風(fēng)險(xiǎn)僅有6.25%?？梢?jiàn)實(shí)際山洪災(zāi)害點(diǎn)高度吻合于所得出的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。因此通過(guò)使用此種驗(yàn)證得出的結(jié)果有較高的參考價(jià)值。針對(duì)廬山風(fēng)景區(qū)建立的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型以及繪制的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖均具有較高的精度，可作為山洪災(zāi)害分析評(píng)估的可靠數(shù)據(jù)支撐。

表4 現(xiàn)場(chǎng)山洪災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所在位置的對(duì)照表

5 結(jié)論

（1）根據(jù)山地旅游風(fēng)景區(qū)的特點(diǎn)，山地旅游風(fēng)景區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)，危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)為汛期年平均降雨量、最大24小時(shí)降雨量、水系緩沖區(qū)、坡度、坡向、高程、巖土體類(lèi)型、斷裂構(gòu)造、植被覆蓋指數(shù)、災(zāi)點(diǎn)密度等，易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)為旅游景點(diǎn)、上山道路、山頂公路、旅游線路、建筑物等，形成了廬山景區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。

（2）利用AHP法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和區(qū)劃，獲得各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重，得到了廬山風(fēng)景區(qū)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。利用已調(diào)查的山洪災(zāi)害點(diǎn)對(duì)區(qū)劃圖進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明山洪災(zāi)害點(diǎn)高度吻合，可見(jiàn)所構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和生成的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖符合實(shí)際情況，具有較高的可靠性。

（3）廬山風(fēng)景區(qū)人員活動(dòng)越頻繁，發(fā)生山洪災(zāi)害的頻率較高，應(yīng)該注重該區(qū)域的山洪災(zāi)害防治；石門(mén)澗水系發(fā)生山洪災(zāi)害次數(shù)比其他水系更多，分布范圍更廣；山頂發(fā)生的山洪災(zāi)害比山體發(fā)生山洪災(zāi)害更多。