system: [SYSTEM]

user: 3. 山洪灾害风险评价指标分析及预处理 层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。ArcGIS是一个全面的系统，可用于绘制各种不同形式的地图，可以显示、集成与合成来自各种不同来源的丰富地理和描述性的空间信息图层。 3.1. 山洪灾害风险评价指标分析 根据1989年Maskrey提出的自然灾害风险表达式 [ 9 ] ，风险(R) = 危险度(H) + 易损度(V)，将影响山区小流域洪灾风险评估分为危险性子系统和易损性子系统 [ 9 ] [ 10 ] 。再参考史培军 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 的区域灾害系统理论可将山区小流域洪灾风险评估分为致灾因子、孕灾环境、承灾体三个指标体系。本文在对板桥小流域实地考察和特征分析的基础上，综合考虑致灾因子、孕灾环境、承灾体等资料，分别从山洪灾害危险性和社会经济易损性两个方面对风险评价指标进行选择。山洪危险性评价主要从致灾因子和孕灾环境出发，再综合社会经济易损性构建山区小流域洪水灾害风险评价指标体系。根据指标重要程度 [ 15 ] - [ 25 ] ，选取年平均降雨量、最大3 h降雨、高程、坡度、土壤类型、植被覆盖度、河网密度、人口密度、土地利用类型、人均GDP、路网密度等11个指标，采用层次分析法(AHP)构建指标体系，计算各指标权重，评价指标体系如表1所列。 Table 1 Evaluation index system of mountain flood risk in Banqiao small watershe 目标层 系统层 指标层 变量层 R山区小流域洪水风险评估(A) H危险性子系统(B 1 ) I致灾因子(C 1 ) D 1 最大3 h降雨 D 2 年平均降雨量 E孕灾环境(C 2 ) D 3 高程 D 4 坡度 D 5 土壤类型 D 6 植被覆盖 D 7 河网密度 V易损性子系统(B 2 ) C承灾体(C 3 ) D 8 人口密度 D 9 土地利用类型 D 10 人均GDP D 11 路网密度 表1. 板桥小流域山洪风险评价指标体系 3.2. 山洪灾害风险评价指标权重确定 指标权重是表征指标对评价对象重要程度的度量。权重值(w)越大，说明该指标在评价体系中越重要。根据选用AHP方法，通过构造8个判断矩阵，层次单排序，层次总排序及一致性检验等步骤，获得变量层的层次总排序结果。 1) A-B判断矩阵及层次排序结果，如表2所列。 Table 2 A-B judgment matrix and hierarchical ranking result A B 1 B 2 W B 1 1 1 0.5000 B 2 1 1 0.5000 表2. A-B判断矩阵及层次排序结果 注：n ≤ 2，判断矩阵具有完全一致性。 2) B 1 -C判断矩阵及层次排序结果，如表3所列。 Table 3 B1-C judgment matrix and hierarchical ranking result B 1 C 1 C 2 W C 1 1 2 0.6667 C 2 1/2 1 0.3333 表3. B 1 -C判断矩阵及层次排序结果 注：n ≤ 2，判断矩阵具有完全一致性。 3) B 2 -C判断矩阵及层次排序结果，如表4所列。 Table 4 B2-C judgment matrix and hierarchical ranking result B 2 C 3 W C 3 1 1 表4. B 2 -C判断矩阵及层次排序结果 注：n ≤ 2，判断矩阵具有完全一致性。 4) 指标层的层次总排序结果，如表5所列。 Table 5 Total hierarchical ranking results of states layer C B 1 B 2 W 0.5000 0.5000 C 1 0.6667 0.3333 C 2 0.3333 0.1667 C 3 1 0.5000 表5. 指标层的层次总排序结果 注：CI = RI = CR = 0 < 0.10。 5) C 1 -D判断矩阵及层次排序结果，如表6所列。 Table 6 C1-D judgment matrix and hierarchical ranking result C 1 D 1 D 2 W D 1 1 5 0.8333 D 2 1/5 1 0.1667 表6. C 1 -D判断矩阵及层次排序结果 注：n ≤ 2，判断矩阵具有完全一致性。 6) C 2 -D判断矩阵及层次排序结果，如表7所列。 Table 7 C2-D judgment matrix and hierarchical ranking result C 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 W D 3 1 1/2 2 2 3 0.2403 D 4 2 1 3 3 2 0.3568 D 5 0.50 1/3 1 1/3 2 0.1155 D 6 0.50 1/3 3 1 3 0.1958 D 7 1/3 0.50 0.50 1/3 1 0.0916 表7. C 2 -D判断矩阵及层次排序结果 注：λ = 5.3470，CI = 0.0868，RI = 1.1185，CR = 0.0775 < 0.10。 7) C 3 -D判断矩阵及层次排序结果，如表8所列。 Table 8 C3-D judgment matrix and hierarchical ranking result C 3 D 8 D 9 D 10 D 11 W D 8 1 5 3 2 0.4724 D 9 1/5 1 1/2 1/2 0.0823 D 10 1/3 2 1 2 0.2279 D 11 1/2 4 1/2 1 0.2174 表8. C 3 -D判断矩阵及层次排序结果 注：λ = 4.2194，CI = 0.0731，RI = 0.8947，CR = 0.0818 < 0.10。 8) 变量层的层次总排序结果，如表9所列。 Table 9 Total hierarchical ranking results of index layer D C 1 C 2 C 3 W 0.3333 0.1667 0.5000 D 1 0.8333 0.2777 D 2 0.1667 0.0556 D 3 0.2403 0.0401 D 4 0.3568 0.0595 D 5 0.1155 0.0193 D 6 0.1958 0.0326 D 7 0.0916 0.0153 D 8 0.4724 0.2362 D 9 0.0823 0.0412 D 10 0.2279 0.1139 D 11 0.2174 0.1086 表9. 变量层的层次总排序结果 3.3. 数据来源及处理过程 行政区划数据、土壤数据、河网数据和历史灾害资料来源于云南省山洪灾害调查评价项目，降水数据来源于云南省水文水资源局，DEM数据、植被数据来源于地理空间数据云，社会经济数据来源于罗平县2018年统计年鉴。 由于各评价指标计量单位不同，取值范围变幅大，因此需对数据进行标准化处理。利用ArcGIS将各指标数字图层作30 m × 30 m解析度的栅格化处理，采用自然间断点分级法，对各指标图层进行栅格重分类，将其分为低、较低、中、较高、高五类，并分别按数值1、2、3、4、5代表限界值赋给每个30 m × 30 m的栅格单元，分级标准和赋值如表10、表11所列。各危险性指标因子的危险度和各易损性指标因子的易损度等级分布图如图2~图12所示。 Table 1 0 Risk grading and valuation of risk indicator 危险性指标 等级划分及赋值 1 2 3 4 5 最大3 h降水量/mm <75 75~77 77~78 78~79 >80 年平均降雨量/mm <1532 1532~1547 1547~1561 1561~1575 >1575 高程/m >1727 1622~1727 1533~1622 1462~1533 <1462 坡度/˚ >35 25~35 15~25 8~15 <8 土壤类型 水稻土 红壤 黄色石灰土 棕色石灰土 石灰(岩)土 植被覆盖度/% 70 59~70 47~59 30~47 <30 河网密度m/·km 2 <0.43 0.43~1.23 1.23~1.99 1.99~2.82 >2.82 表10. 各危险性指标因子的危险度等级划分及赋值 Table 1 1 Classification and assignment of vulnerability index factor 易损性指标 等级划分及赋值 1 2 3 4 5 人口密度/人·km 2 <100 100~190 190~366 366~600 >600 土地利用类型 有林地 灌木林地 草地 耕地 房屋建筑用地 人均GDP/元 7501 7501~10，567 10，567~13，300 13，300~16，401 >16，401 路网密度m/·km 2 <0.81 0.81~1.52 1.52~2.31 2.31~3.21 >3.21 表11. 各易损性指标因子的易损度等级划分及赋值 图2. 板桥小流域最大3 h降水等级分布示意 图3. 板桥小流域多年平均降雨量等级分布示意 图4. 板桥小流域地面高程等级分布示意 图5. 板桥小流域地面坡度等级分布示意 图6. 板桥小流域土壤类型等级分布示意 图7. 板桥小流域植被覆盖度等级分布示意 图8. 板桥小流域河网密度等级分布示意 图9. 板桥小流域人口密度等级分布示意 图10. 板桥小流域土地利用类型等级分布示意 图11. 板桥小流域道路密度等级分布示意 图12. 板桥小流域人均GDP等级分布示意