鄒嘉琪， 權(quán)赫春

( 延邊大學(xué) 工學(xué)院， 吉林 延吉 133002 )

0 引言

隨著地球氣候的變化和人類活動(dòng)的影響，洪水災(zāi)害日益頻發(fā)，給人類社會(huì)帶來了嚴(yán)重威脅.延邊朝鮮族自治州因區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布、地形復(fù)雜、降雨集中，近年來也頻遭洪水侵害，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失.例如2016年延邊州因臺(tái)風(fēng)“獅子山”遭受重大洪災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)20億元，受災(zāi)人口約10萬人.

近年來，3S(RS、GIS、GPS的統(tǒng)稱)技術(shù)因其具有強(qiáng)大的空間分析功能和眾多的數(shù)據(jù)管理工具，以及直觀的表現(xiàn)手段，逐漸被利用在洪水災(zāi)害的研究中，并取得了較好的研究成果[1].例如：Shanker等將導(dǎo)致洪災(zāi)的降水和氣象因子以及人類活動(dòng)等歸納為洪水風(fēng)險(xiǎn)影響因子，利用GIS和HEC - 6水力模型，對(duì)Pari河流域的洪水災(zāi)害進(jìn)行了評(píng)價(jià)[2]；傅春梅以重慶市沙坪壩區(qū)陳家橋?yàn)槔?，利用GIS空間分析和遙感技術(shù)制作出該地區(qū)洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性和易損性分布圖，并將兩圖加權(quán)疊加得到研究區(qū)的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性成果圖[3]；何報(bào)寅等以湖北省為例，通過對(duì)構(gòu)成洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性的4個(gè)因子(降水、地形、河網(wǎng)以和歷史上洪災(zāi)發(fā)生的頻次)進(jìn)行分析，得到了湖北省洪澇災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)圖[4].圖們江流域作為延邊州最大的水系，目前學(xué)者利用3S技術(shù)對(duì)其洪水災(zāi)害研究的還相對(duì)較少，如馮恒棟等通過模擬洪水水位條件，得出了不同水位下的洪水淹沒范圍[5].基于此，本文利用層次分析法和GIS空間分析方法，考慮降雨、地形、水系、水庫(kù)分布和土壤類型5個(gè)因素，對(duì)延邊州圖們江流域洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，以此為圖們江流域的防災(zāi)減災(zāi)提供參考.

1 研究區(qū)概況

延邊朝鮮族自治州位于吉林省東部的長(zhǎng)白山區(qū)，北緯41°59′～44°30′，東經(jīng)127°27′～131°18′.圖們江流域主要位于延邊朝鮮族自治州內(nèi)，地處中、俄、朝3國(guó)交界，東臨日本海[6].本文選取延邊州境內(nèi)圖們江流域所在的7個(gè)縣市(安圖縣、汪清縣、和龍市、龍井市、延吉市、圖們市、琿春市)作為研究區(qū).圖們江流域的主要支流包括嘎呀河、布爾哈通河、海蘭河、琿春河、二道白河、三道白河等.

2 研究方法

層次分析法(AHP)是由美國(guó)學(xué)者T.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的一種多準(zhǔn)則決策方法[7]，因該方法計(jì)算簡(jiǎn)單、可靠，所以被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)中.在運(yùn)用層次分析法解決問題時(shí)，首先需根據(jù)問題設(shè)定總目標(biāo)，然后構(gòu)造層次判斷矩陣，最后通過計(jì)算判斷矩陣的特征值和相應(yīng)特征向量來獲得各因子的權(quán)重系數(shù).獲得權(quán)重系數(shù)后，還需利用隨機(jī)一致性指標(biāo)和隨機(jī)一致性比率進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以此判斷權(quán)重是否合理[8].

3 洪水災(zāi)害危險(xiǎn)評(píng)價(jià)

洪水的形成主要取決于天氣因素和下墊面因素，其中下墊面因素包括地形、植被、土壤、地質(zhì)、土地利用類型、湖泊及水庫(kù)的分布等[9].考慮到與洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性的相關(guān)性大小和數(shù)據(jù)的可獲取性，選取地形、降雨、河流、土壤類型和水庫(kù)分布5個(gè)因素對(duì)洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià).

3.1 地形對(duì)洪災(zāi)危險(xiǎn)性的影響

根據(jù)圖們江流域等高線圖生成TIN(不規(guī)則三角網(wǎng)的簡(jiǎn)稱)，然后按30 m×30 m分辨率將TIN轉(zhuǎn)為柵格圖，并進(jìn)行重分類，得到高程重分類后的圖層.地形變化利用坡度來表示，用高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表示坡度.高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差用Arcmap中Spatial Analyst模塊中的鄰域分析計(jì)算獲得[10]，并將地形標(biāo)準(zhǔn)差分為3級(jí)： 1級(jí)(小于12.5 m)， 2級(jí)(12.5～37.6 m)， 3級(jí)(大于37.6 m).由表1可以看出，絕對(duì)高程h(m)和高程標(biāo)準(zhǔn)差越小，其因子影響度越大.按照該原則對(duì)不同的地形條件進(jìn)行影響度賦值，得到研究區(qū)綜合地形影響因子圖(圖1).

3.2 降雨量對(duì)洪災(zāi)危險(xiǎn)性的影響

降雨的多少直接影響洪災(zāi)的嚴(yán)重程度.根據(jù)2005—2015年圖們江流域境內(nèi)各縣市的平均降雨量進(jìn)行分級(jí).分級(jí)的原則是：降雨量越大，對(duì)洪水災(zāi)害的影響度越高，見表2.根據(jù)該原則對(duì)不同地區(qū)賦予不同的影響度值，得到研究區(qū)的降雨影響因子圖(圖2).

表1 綜合地形因子影響度

表2 降雨因子影響度

3.3 河流對(duì)洪災(zāi)危險(xiǎn)性的影響

圖們江流域內(nèi)水系眾多，因此利用Arcmap中的篩選功能選取研究區(qū)內(nèi)一級(jí)支流進(jìn)行分析.經(jīng)綜合考慮河流級(jí)別及其所處的地形，對(duì)一級(jí)河流建立兩級(jí)緩沖區(qū)，并確定不同緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的寬度(表3).河流所處的地形越平坦，洪災(zāi)危險(xiǎn)性越大.根據(jù)文獻(xiàn)[4]，對(duì)非緩沖區(qū)賦0.5， 一級(jí)緩沖區(qū)賦0.9， 二級(jí)緩沖區(qū)賦0.8， 從而得到研究區(qū)綜合河流影響因子圖(圖3).

3.4 土壤類型對(duì)洪災(zāi)危險(xiǎn)性的影響

當(dāng)土壤中黏粒含量多時(shí)，透水性差，易產(chǎn)生地面徑流；沙粒含量多時(shí)，透水性好，不易產(chǎn)生徑流[7].將圖們江流域的土壤要素圖轉(zhuǎn)為柵格圖后，對(duì)土壤類型進(jìn)行劃分.劃分原則是土壤黏粒含量越多，洪水災(zāi)害發(fā)生的概率越大.依據(jù)該原則對(duì)不同土壤類型賦予不同的影響度值,如圖4所示.

表3 河流緩沖區(qū)等級(jí)與寬度值劃分標(biāo)準(zhǔn) m

圖1 綜合地形影響因子圖

圖3 綜合河流影響因子圖

圖2 降雨影響因子圖

圖4 土壤影響因子圖

3.5 水庫(kù)分布對(duì)洪災(zāi)危險(xiǎn)性的影響

水庫(kù)屬于防護(hù)工程.但是，當(dāng)水庫(kù)蓄水至一定程度需要開閘泄洪時(shí)，離水庫(kù)越近的地區(qū)越危險(xiǎn).因處在不同高程的水庫(kù)其影響范圍不同，故將圖們江流域中水庫(kù)的分布點(diǎn)劃分為5個(gè)高程等級(jí)，并分別建立二級(jí)緩沖區(qū).緩沖區(qū)的高程劃分和緩沖區(qū)寬度的選擇與河流因子一致.根據(jù)水庫(kù)所在地形越平坦，洪災(zāi)危險(xiǎn)性越大的原則，對(duì)一級(jí)、二級(jí)與非緩沖區(qū)賦0.9、0.8和0.5，如圖5所示.

圖5 水庫(kù)影響因子圖

3.6 分析與評(píng)價(jià)

H=0.373 6I1+0.248 6I2+0.175 5I3+

0.122 5I4+0.079 8I5.

(1)

表4 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)公式(1)和地形、降雨、河流、土壤類型和水庫(kù)分布影響度的柵格圖，利用ACRGIS中柵格計(jì)算器對(duì)各圖層進(jìn)行代數(shù)疊加，得到圖們江流域的洪水災(zāi)害的危險(xiǎn)性分布圖.采用自然斷點(diǎn)法，將危險(xiǎn)性分為極低、較低、中等、較高和極高5類，由此得到圖們江流域洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性的等級(jí)分布圖，如圖6所示.

圖6 洪水災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)分布圖

圖6中，數(shù)值越高的區(qū)域越危險(xiǎn)，即受洪水災(zāi)害的可能性越大.從整體上看，受災(zāi)可能性最大的區(qū)域位于安圖縣的二道白河水系和圖們市的圖們江水系.

1)危險(xiǎn)性極高的區(qū)域面積約為3 950.69 km2，占研究區(qū)總面積的12.29%，主要分布在：安圖縣的兩江鎮(zhèn)、二道白河鎮(zhèn)和永慶鄉(xiāng)(其中以白河村、永紅村、西江村等尤為危險(xiǎn))，琿春市的敬信鎮(zhèn)、板石鎮(zhèn)，龍井市的龍江村、老頭溝鎮(zhèn)，圖們市的安山村、農(nóng)安村、向陽(yáng)村等.這些地區(qū)離水系很近，水庫(kù)分布集中，而且地勢(shì)平坦，土壤中黏粒含量多，所以最容易發(fā)生洪水災(zāi)害.

2)危險(xiǎn)性較高的區(qū)域面積約為5 066.14 km2，占研究區(qū)總面積的15.76%，主要分布在：安圖縣中北部，如清山村、江源村、金化村、江北村等村鎮(zhèn)；龍井市的東平村、銅南村；和龍市的八家子鎮(zhèn)、東城鎮(zhèn)；圖們市的河口村、曲水村；汪清縣的東明村、吉祥村；琿春市的馬川子鄉(xiāng)等.這些地區(qū)離水系比較近，絕對(duì)高程較低，地勢(shì)相對(duì)平坦，所以發(fā)生洪水災(zāi)害的可能性也較高.

3)危險(xiǎn)性中等的區(qū)域面積約為6 297.32 km2，占研究區(qū)總面積的19.59%，主要分布在：安圖縣的環(huán)山村、東安村、長(zhǎng)白村，延吉市的山根村、三峰村，龍井市的興南村，汪清縣的百草溝鎮(zhèn)，琿春市的楊泡鄉(xiāng)等地區(qū).這些地區(qū)離水系較遠(yuǎn)，高程標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)較大，土壤中沙粒和黏粒含量相當(dāng)，因此發(fā)生洪水災(zāi)害的可能性相對(duì)較低.

4)危險(xiǎn)性較低的區(qū)域面積約為8 126.40 km2，占研究區(qū)總面積的25.28%，主要分布在安圖縣南部的奶頭村和汪清縣西南部的雞冠鄉(xiāng)等.這些地區(qū)因遠(yuǎn)離主干河流，地勢(shì)相對(duì)起伏較大，水庫(kù)較少，因此洪水災(zāi)害性較低.

5)危險(xiǎn)性極低的區(qū)域面積約為8 705.02 km2，占研究區(qū)總面積的27.08%，主要分布在：和龍市的南部和東部，汪清縣的中部和東部，延吉市的北部.這些地區(qū)因地形起伏大，遠(yuǎn)離水系，水庫(kù)較少，土壤中沙粒含量多，因此洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性極低.

4 結(jié)論

本文選取地形、降雨、河流、水庫(kù)分布和土壤類型5個(gè)因子，根據(jù)層次分析法計(jì)算各因子的加權(quán)后，利用GIS空間分析方法得到了圖們江流域洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性的等級(jí)分布圖.研究結(jié)果表明，圖們江流域洪水災(zāi)害的高發(fā)區(qū)位于安圖縣的二道白河水系和圖們市的圖們江水系.該結(jié)論與近年來延邊州洪水災(zāi)害的實(shí)際情況基本一致，該結(jié)果可為政府相關(guān)部門制定防洪減災(zāi)方案提供一定參考.洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性分析所涉及的因素眾多，本文在研究中僅選取了5個(gè)影響因子，因此在今后的研究中，我們將選取更多的影響因子，如防洪工程建設(shè)、防洪政策等，以得出更加準(zhǔn)確的分析結(jié)構(gòu).