魏泽彪，王秋良，孙 翔，严恒恒

(1.深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000；2.南方科技大学，广东 深圳 518000；3.深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518000)

1 概述

山洪是常见的自然灾害之一，指暴雨、融雪等原因造成的突发性洪水，具有区域性明显、易发性强、冲刷破坏力强、预测预防难度大等特点，严重制约区域经济社会可持续发展[1-3]。山洪灾害风险划分是洪灾评估与预防管理工作重要的内容[4-5]，山洪危险性特征、承灾能力及社会经济状况相关数据转换、查询、检索、显示，能科学、系统认识其洪涝成因，为防洪工程规划设计指明方向，为灾害预防及管理提供科学理论依据[6-9]。

国内外许多学者对不同尺度区域的山洪风险区域等级划分以及评价指标体系进行了研究。刘家福、李京等结合自然灾害理论，综合考虑降雨、土地利用、人均GDP等自然与社会两方面的指标，利用定性及定量综合分析方法，对亚洲洪灾进行风险综合评价[10]。田国珍等[11]选择降雨、河网密度、植被覆盖率等指标采用层次分析法、可变模糊集理论以及GIS对全国洪水灾害区域等级进行了划分，构建了中国山洪灾害危险性评价指标体系，明晰了中国山洪灾害的分布特征[11-15]。王小笑等采用主成分分析及综合指数法，考虑降雨、人口、耕地等指标，研究了省级区域山洪风险等级划分[16-18]。葛星等考虑洪峰流量、土壤类型、坡度等指标，采用逻辑回归模型、转换赋值函数分别对危险性、易损性计算，对市、县级山洪灾害风险进行了讨论[19]。

综上所述，大部分学者均为大尺度开展洪灾害风险等级研究，县、区级层面上研究较少，龙华区作为深圳市产业大区，城市高密度建成，是粤港澳大湾区港深莞区域中轴重要创新节点，地理位置十分重要。本文基于GIS与层次分析法对该区域进行山洪灾害风险评价，以期对该区域城市规划、防洪排涝治理以及管理提供科学依据[20-21]。

2 研究区概况

龙华区处于北回归线以南，属南亚热带海洋性季风气候，夏季盛行暖湿偏南气流，冬季盛行干燥的偏北风，位于深圳市中北部，地处北纬22°34′50″-22°46′30″，东经113°58′-114°7′，南接福田中心区，西连宝安、光明，东邻龙岗，北与东莞市交界，该区域辖区总面积为175.6 km2，均在观澜河流域范围内，观澜河是石马河上游河段，自南向北流入东江，属于东江水系。龙华辖区内共有大小河流24条，河道总长度为111.69 km，观澜河干流总长为14.2 km，一级支流为13条，主要包括白花河、茜坑水、岗头河、龙华河、油松河等，独立支流为2条(君子布河、牛湖水)；水库为16座，中型水库茜坑水库为全区唯一的饮用水供水，小型水库为15座(水系及子流域划分见图1～图2所示)。总体地势南高北低，南部主要为低山丘陵地貌，北部地区为河滩冲积平原，地形平坦。全区降雨天数占全年38%，降雨南多北少、西北多东北少，时空分布不均，降雨年际变化较大，降雨年内分配极不均匀，降雨主要集中在汛期(4—9月)，约占全年降雨量的80%，且降雨强度大，多以短时暴雨形式出现，导致洪涝灾害频发。

图1 龙华区水系示意

图2 子流域划分示意

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

山洪灾害受自然、经济因素综合影响，本文以区域自然地理与社会经济两个方面数据作为分析的基础依据[10]，数据集为龙华区2012—2019年数据。自然地理数据包括1 h最大滑动降雨量、年降雨量、地形起伏坡度、植被覆盖率、河网密度、城区覆盖率、河道比降，社会经济数据包括GDP密度、人口密度等，数据指标来源见表1。

表1 基础数据来源

3.2 研究方法

3.2.1数据处理

本次山洪风险研究分析将龙华区河流水系划分为23个小流域，一共75个节点(见图3)。每个流域选择相当数量的点，这些点主要分布在河流上游山区、中游城区与山区交界处、下游城区等位置，根据等高线密集的程度与河流长度进行相应加密处理。各小流域对应的降雨量数据采用靠近雨量站的值，含多个雨量站的小流域采用雨量站均值；地形起伏坡度根据地形图等提取；河网密度为河道长度与流域面积比值；植被覆盖率、城区覆盖率地理空间数据云进行提取；GDP密度、人口密度根据河道所在街道进行取值，含多个街道的取均值。将各个流域的最大1 h滑动雨量、年降雨量、地形起伏坡度、植被覆盖率、城区覆盖率、河网密度、地形起伏坡度、GDP密度、人口密度等因子数据进行无量纲归一化，转换成统一的存储格式，再利用GIS进行插值分析计算，得到全区域的风险图，并对其风险区等级进行划分。

图3 流域计算节点示意

对各指标数据进行标准化处理，定义无量纲计算公式：

(1)

式中：

Xij——指标取值；

i——导致山洪灾害的9个因子，i=1,2…9;

j——划分的不同小流域，j=1,2…23；

βij——归一化值。

3.2.2指标权重计算

层次分析法(AHP)原理简单，应用广泛，本次采用层次分析法计算山洪灾害风险评价指标权重，将降雨作为致灾因子，地形地貌、河网水系作为孕灾因子，人均GDP密度与人口密度作为承灾因子，根据以上指标建立洪灾风险评估指标体系(见表2)。

表2 洪灾风险评价指标体系

指标选取以及权重确定参照参考文献[5][10]，由经验丰富的专家对指标的显著程度进行判断，得到判断矩阵确定山洪灾害风险评价指标权重，通过计算判断矩阵致灾因子、孕灾因子、承灾因子的CR均满足小于0.1要求，最终得到洪灾风险指标权重(见表3)。

表3 洪灾风险评价指标权重

3.2.3模型构建

危险性指数是山洪灾害发生区域的致灾体强度；稳定性指数是孕灾体强度；易损性指数是承灾体强度，结合自然灾害表达式为：综合风险=危险性+易损性+稳定性[10]。

定义危险性指数为Dij,稳定性值为Sij,易损性为Eij,综合山洪风险评估值为Z，则有：

(2)

(3)

(4)

Z=D+S+E

(5)

4 分析与讨论

4.1 单因子风险评价

根据图4可知，最大1 h降雨量大值分布在茜坑水、高峰水流域上游、黄泥塘、岗头河下游区域；年降雨量大值区主要分布在南部油松河、上芬水流域；地势起伏坡度大值主要分布在牛咀水、龙华河上游区域；城市覆盖率大值主要分布在龙华区中南部区域；河道比降大值区域为龙华河上游山区；河流密度大值的分布在岗头河以及大布巷水河口区域；人口密度大值分布在油松河上游到黄泥塘河河口区域；人均GDP密度大值分布在白花河、樟坑径、君子布河流域。

a 最大1 h滑动雨量

4.2 综合风险评价

利用GIS空间分析功能，对危险性、稳定性、易损性以及综合风险评估进行计算，并采用5级划分标准，等级越高表示影响性越大，确定洪涝灾害风险评判等级U={低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险}[25-26](见表4)，将综合风险评价进行划分如图5所示。

表4 风险等级划分表[25]

a 龙华区山洪危险性分级示意

4.2.1危险性分析

根据图5a可知：龙华区危险性最大的区域为高峰水至龙华河流域及岗头河，黄泥塘水流域为很高风险等级，其周边片区为中等至较高风险等级；民治、观澜街道部分片区为中等风险等级；茜坑水部分地区为低风险等级，主要是茜坑水库对小流域局部气候起了调节作用。

4.2.2稳定性分析

根据图5b可知：稳定性较差的为牛咀水上游山区、赖屋山水库山区、大水坑水上游山区，主要是山区地形起伏坡度分布不均等因素造成稳定性差，引诱山洪的发生；其次为龙华区其余山区各处稳定性较差或中等。稳定性较好的区域为龙华区城区内，均为好或较好，主要是城区内市政排水管网健全，以及海绵城市等措施对洪水削减起到了相当作用。

4.2.3易损性分析

根据图5c可知：易损性最大的黄泥塘水至岗头河流域周边以及观澜街道大部分片区以及君子布河区域，受灾后会造成严重损失，主要是黄泥塘水至岗头河流域内人口聚集，君子布河区域经济发展较好，GDP密度大，同时表明山洪灾害发生时人员伤亡最严重，其次才为经济损失；山洪发生造成损失最小的区域为高峰水、冷水坑、茜坑水、丹坑水流域，易损性小，受灾后几乎不会造成较大损失。

4.2.4综合风险分析

根据图5d可知：综合风险度依次取值[0,0.1]、[0.1,0.2]、[0.2,0.3]、[0.3,0.4]、[1.4,0.5]，综合风险由南向北大致呈现降低趋势，牛咀水流域上游山区、油松河流域上游山区、茜坑水全流域、丹坑水全流域发生洪涝灾害的风险程度较高。高峰水至龙华河流域山洪风险等级为很高；民治街道部分区域及观澜湖片区较高；龙华区中部大部分地区风险等级为中等；山洪风险等级较低区域为茜坑水流域、观湖街道大部分片区、白花河流域。

4.3 模型验证

为验证评价合理性，利用已有文献[22-23]进行对比，发现龙华区发生洪涝灾害69次，受灾区域主要为南部茜坑水、高峰水、牛咀水、岗头河流域等地区，北部为白花河、大水坑河、君子布河等流域地区，以现场调查方法发现牛咀水流域上游山区、高峰水以及君子布河等区域确实发生过洪涝灾害或发生灾害的风险很高，表明构建的模型对该区域风险等级划分评价是合理。

图6 2019年高峰水库阳台山公园示意

5 结语

通过构建龙华区山洪灾害评价模型，对该区域风险等级进行了评价，结合历史资料进行验证了模型的可靠性。危险性较大为高峰水至龙华河及岗头河流域；稳定性较差为牛咀水上游、大水坑水上游；易损性最大的为黄泥塘水至岗头河以及君子布河等流域。茜坑水、牛咀水、大水坑水流域以及民治水库、赖屋山水库周边山区山洪风险等级为很高；中部地区大部分风险等级为中等；白花河流域、观湖街道大部分区域为较低。