第32卷第1期2021年2%
Vol.32No1
Feb.,2021水资源与水工程学报
Journal of Water Resources&Water Engineering
DOI：10.11705/j.issn.1672-643X.3021.31.31
工程项目融资论文
黄国如6,,，李碧琦1
(0华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640；2.华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510740；3.广东省水利工程安全与绿水利工程技术研究中心，广东广州510740)
摘要：近年来，城市洪涝灾害的频繁发生已引起专家学者的广泛关注。基于灾害系统理论，综合考虑致灾因子、孕灾环境、承灾体、防灾减灾能力等因素，从危险性和易损性两大风险要素出发，利用ArcGIS技术和模糊综合评价法，对洪涝频发的深圳市进行城市暴雨洪涝灾害风险评估区划，最终生成以10mx10 0m为基本评价单元的暴雨洪涝灾害风险分布图。结果表明：深圳市洪涝灾害高风险区主要分布在宝安区西部、福田区、罗湖区西部、龙岗区以及大鹏新区部分地区。研究结果能较好地反映出深圳市洪涝灾害风险的实际分布情况，为有关部门的洪涝灾害风险管理和防灾减灾工作提供较为客观的科学依据。
关键词：城市暴雨洪涝；模糊综合评价法；风险评估；ArcGIS；深圳市
bes中图分类号:TV122J1；P333.2文献标识码：A文章编号：1672-643X(2021)01-0001-06
Risk assessment of storm water fooding in Shenzhen City based on
fuzzy compredensive rvaluation metOod
HUANG Gurru1，，,LI Biqi1
(1.School of'Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology,Guangzhou510740，China；
2.State Key Laboratora eg SubhogichO Building Science，South Chinn Unwersity of Technology，Guangzhou510740，Chinn；
3.Guangdong Research Centes fos Safety ang Greenizatiou f Wales Cousenanch PTofcti，Guangzhou510440，Chinn)
AbstrrcO:In recent yearn，the frequent occurrence of urCan floods han attracted attentiou from expeCo ad scUolarn of related field,.The ArcGIS technology and fuzzy ccmpredensive evaluatioo mahod were used te curre oot O s C dssessment ant zooinn of urean storm watne Uooo disastne in Shenzhen City which suffern from frequent Uoooiny，aasen on the Ucton of O s C and valneraailite accorCiny te the teeore of disasten system.In tee analysic，factorn such an disasten cunsinn factor,，disasten inCucinn enviroo-ment,disasten aeOny booy，tee cananilite of disasten prevantioo and mitindtion were ccnsinenn compre-hensiveiy.Finaliy O l IC storm waten U oo U disasten O s C zouinn man was yeneraten wii100m X100m an tee bdsic evaluation unit.The resuUs show tiat tFe high・risC dnas of U oo U disastern in Shenzhen City mainiy distrinuten in western Bao'at Di与O u,Futiaa DistOci,western LaoUa Di与O u,Lonayana District ant pans of Ddpe c New DistOct.The mcU results cut det the actuai distrinutioa of U oo U disasten O s C in Shenzhen City，therefore it cun provine a scienti0c Uasis foo U oo U disasten manaaement，prevention ant mitication worC of the denaOments concemen.
Key words:umat storm waten Uoonina；fuzzy comprenensiva evaluation methoU；Osh assessment,
Am-GIS;Shenzhen City
1研究背景
随着全球气候变暖和城市化建设进程不断加快，近年来我国城市暴雨洪涝灾害频发，严重影响人民众生产生活，制约城市发展，甚至威胁市民财产和生命安全［1-2］。面对日益严峻的城市洪涝问题，城市暴雨洪涝灾害风险评估可以帮助有关部门有针对性地对城市暴雨洪涝进行预防和治理，提高城市
收稿日期：2020-08-12；修回日期：2020-10-15
基金项目：国家重点研发计划项目(2017YFC1502704)，国家自然科学基金项目(51879108)
作者简介：黄国如(1964-)，男，江苏南京人，博士，教授，博士生导师，主要从事水文学及水资源研究
2水资源与水工程学报2021年
涝抗灾能力，降低洪涝所造成的损失。常用的城市洪涝风险方基于历史灾情数据的城市洪涝风险、基于指标体系的城市洪涝风险和基于情景模拟的城市洪涝风险[3-4]0其中，基于指标体系的城市洪涝风险其更能现城市洪涝灾害的连锁性，且具有数于获取、建模简便的优点，在城市洪涝风险研究中得到
广泛应用。Yashon等⑸采层次分析法(AHP)和ArcGIS技术，选用多个指标确定城市洪涝风险指数，对肯尼亚的埃尔多雷特市城市洪涝灾害风险划。Lyu等同构建地铁淹没风险指标，运用层次分析法(AHP)和区间层次分析法(I-AHP)对广州地铁系统中的淹没风险，结果表明超过50%的地铁线路极易遭受洪涝淹没风险，广州地铁系受洪涝灾害。扈海波等[7]建立自下而上的城市积涝风险指标体系，对北京积涝风险分析，纟险与积涝的实际发生接近，该方满足风险、区划及风险预警的要求。雷享勇等⑷根洪涝灾害特征选择多个洪涝风险指标，基于ArcGIS技术和，选取杭州市主城洪涝灾害风险划，最终生杭州市洪涝灾害风险。
市地处东南沿海，属亚热带海洋性，暴发生频率高、广，暴雨洪涝灾害市发生频率、大的自然灾害7]o此，本文市为研究区域，采，开展入的洪涝灾害风险研究，以期市'洪涝灾害风险管理措理论基础，为防V
的防灾减灾科学o
2研究区概况
市位于广东省南部，珠江口东岸，濒临南海，陆域东西宽、南北窄的狭长形o全市面积1997.47km2，下辖9个区和1个新区(图1)，境内地势东南高、西北低，河多、水系短小，根据水系及特点7大流域。深圳市地处北线以南，属亚热带海洋性o历时长，纟，气和，纟足。，降大，纟》布不均，平均年降
水量1933.4mm，每年4-9月为雨，汛期降水全年的80%纟长2122.50o
受热带，盛行东南风和西南风o自22
99年代开始，深圳市便内涝重灾区,1993-1994年深圳市连续发生了4次水灾72]o市应
理局统计,2200-2219年，深圳市共发生36起影大、损失较重的暴雨洪涝灾害o如2214年的“3・30”、“5・0”、“5・11”、“5・17”、“5・20”5场特大造定程度的洪涝灾害，道路积水堵塞，工厂、商铺和受淹，多处河堤水毁，造大的损失，严重市民生产生71o因此，市开展城市洪涝灾害风险评估十分必要o
光明
龙华.
宝安
盐里
地面高程(m)
909
0510
南山广
f福田,
號岗川坪山
20km
图1深圳帀行政区域划分图
3数据收集与处理
市研究域，根城市洪涝灾害系统理论，遵循科学性、系统性、代表性、可行性等原，灾、孕灾、承灾体、防灾减灾力等因素，从危险性和易损性两大风险要素出发选取12个指标，构建市洪涝灾害风险评系，如表1所示o具体如下：
(1)致灾o致灾通常、历时、频率等，选取域内间长的12个点的1971-2010年日降水数据计算极指标极
强降水量危9”(日降水量＞99%的总降水量)和强降频率(降水50mm上的年降次数)，在ArcGIS平台上采金
得到全市的极降和降频率o
(2)灾o灾中洪涝灾害灾
的特征、河水系、下属性等，深圳市，多样，河：多，土，选取程、坡度、河和系数等o河网密度指每个1000mx1000 m内的河流长度与积的；径流系数土地利确定72，土地利数全球生年的2015年全球30m土数o
(3)灾o灾主要指洪涝灾害
的，除了自然方面的因素，洪涝灾害造成的影响还取决于属性。的洪涝灾害对人：
第）期黄国如，等：基于模糊综合评价的深圳市暴雨洪涝风险评估
3
布、经济发达的 所造成的损失往往比人口稀疏、
落后的地区更大。选择GDP 密度、人口密度、
建筑
和老年人口（60岁以上人口）比重等指标。
（4）防灾减灾能力。防灾减灾能力主要是指防
御 洪涝灾害的能力。本文选用人均GDP 和排
水
等指标体现区域防灾减灾能力。
表1深圳市城市洪涝风险指标体系构建
准层指标层
方案层
数据来源
致灾因子
极强降水量/mm
市1 101 -2010 年 降 数
强降雨频率/d
市1 101 -2010 年 降 数
危险性
地面高程/m 地理空间数据云
孕灾环境
坡度/（）
根据高程数据计算得到
河网密度/（km - km -2）根据深圳市水系图计算得到径流系数
全球生态环境遥感监测年度报告
GDP 密度（2016 年）/10
4（元• knr 2）
中国科学院资源环境数据中心灾
人口密度（2015年）/（人• km -）中国科学院资源环境数据中心
易损性
建筑密度（2015年）/%中国科学院资源 数 中心
老年人口比重（2015年）/%
福田区人口老龄化状况评价研究[5 ]
灾灾
人均GDp 2015年）/104元深圳市年鉴
力
排水
（2015 年）/（km • km'2）
市排水
规划
4模糊综合评价
理论来源于
数学，最早源于美
国加州大学Zadeh 教授 的 集合概念，模糊
集合通过隶属度函数，可以将
的 性 量
，
对其做 理的 相较于传统的 方，模糊数学的概念和方法更适用于具 特性
的风险，因此使用模糊数学建立洪涝风险模粧 模型，比传统的
方法更能符合实
洪涝灾害风险空间
GIS 栅
太乐唱录机
格数据中的lOOmXlOOm 栅
基本评
，通过确定各栅 素 指标的隶属度
函数，逐栅 ，获得整个研究区域
的 3。建立步骤如图2所示。
具
：
（）建立洪涝风险的因素集U，即城市
洪涝风险
指标体系，确定
素的权重，构
造权重矩阵W ；（2）建立评语集V ，划
等级；
（3）构造隶属度函数，根据隶属度函数求
矩
阵R;（4）根
指标的权重和隶属度矩阵得
.
矩阵B 。
4.2计算指标权重矩阵W
素集是指 的 素。 市
洪涝事件降雨特点、工程概况并参考相关研 究W"7，综合考虑表1所示的1个影响因子作为 素集，设洪涝灾害风险的因素集U =血1,2,…，
"1丨，并将各影响因子空间分布图层栅格化，栅格大
lOOmXlOOm 。以极强降水量栅格数 例,
如图3所示。
图2模糊综合评价法流程
N
大鹏
极强降水量（mm ）
.173.24
0 5 10
南山f
f 福田,
20km
110.83
图3深圳市极强降水量因子栅格数据空间分布
龙岗”F 坪山
宝安防
权重系数矩阵W =血1,2,…，叫|
是指各评
4
水资源与水工程学报2021 年
价因子对风险性的影响程度大小的集合，模糊综合 评价法常通过层次分析法确定各评价因子权重。利 用传统层次分析法确定各指标权重的方法构建两两
判断矩阵时，常因矩阵构建者的不同而出现差异，具
有一定的主观性，使分析结果趋于不稳定。为使得 到的权重值更加合理，本文使用爛值法改进层次分 析法U 9］，求得的深圳市暴雨洪涝风险评估各指标权
重见表2。
4.2划分评价等级
将每个评价因子分为5个级别，建立评语集V
={"1,”2，",，5丨，分别对应低风险、较低风险、中
等风险、较高风险、高风险。各评价因子的上限值取 最大值，下限值取最小值，采用自然间断点法为各评
价因子选取5个分割点，结果见表2。
表2各评价因子权重及评价等级分割点
评价因子
权重
a 1a 2
a.
a 5
范围值
极强降水量/mm
0.1472120.57
172.22139.47
150.23121044
110. 73 〜173.24
强降雨频率/d 0. 0736
2062
7.124012
10.13110037.22 -12.03
地面高程/m
0.1172604040113.51
44012
27002120100 〜909
坡度/(。)
0. 053622047
12.0212.232002
2042
0 〜52.14河网密度/(km - km -2)0. 0946
0.170.550077 1.3110340 〜2. 30
径流系数
0.11760062
0.550022
0.730072
0.30〜1GDP 密度/10
4(元• km-2)
000220544141171240216133
254060 〜54630人口密度/(人• km -)0.10252740
5551
4412
16739257560 〜33111建筑密度/%0.0335
17.222402247042
2202071077
0〜20
老年人口比重/%
0. 0305 3.13
3.024*******
3031 2.20 〜3. 35人均GDP/14元
0.046223.3020.39
102511004
4043
4.03 -33. 21
排水管网密度/(km - km'2)0.0555
210
20104022
30743010
3.33 〜9.13
4.2建立模糊矩阵R
在城市暴雨洪涝风险的因素集U 与评语集V 之
间进行单因素评价，建立模糊关系矩阵R ：
R =
5
口2 …口”
r 2l
r 22
(2)
厂nl 厂” 厂””
(1)
式中:『为因素集u 中第i 个因素叫对应评语集V 中
第丿个等级5的相对隶属度，选择较为常见的升、降
半梯形和三角形分布函数来确定各指标对各等级的 隶属度。其中最低风险度和最高风险度选择升、降半 梯形函数，中间3级为三角形分布函数，如分段函数
式(2) ~ (4)所示，分段隶属函数的图像见图4。
'0
(( W a 4)
t ” =
■ --------(a 4 <x W a 5)
(4)
a 5 _ a 4
-
1
(x > a 5)
式中:x 为某评价因子的实际值；a 为相应级别的 临界值。
01
a 2 -
x
a 2 一a
〔0
~ X 一a 1
a 一
a _1
a 1
一 X
a _1一 a
((W 5 )-(a l <x W a 2 )
(x > 5)-(a }_2 <x W a.)
(a j <x W a _i )
((W a }_i 或 x > a ]+1 )
(2)(3)
4.2模糊综合评价
利用模糊数学的运算法则，对W 与R 进行计
算，得到复合模糊矩阵B，即：
B = W x R = (1，2,…,J x
一厂2厂12厂21 厂22
厂121 厂122
厂2
2
25厂125 5
(",2,…,5)(5
)
第1期黄国如，等：基于模糊综合评价的深圳市暴雨洪涝风险评估
5
矩阵B
，根
大隶属度70 ，选择maxC …,5))
险 等级
的评判 ，确定风险等级。5城市洪涝风险评估
基于上述步骤，在ArcGIS 软件Spatial Analyst 模
块支持下，利
数功能得到研究
个栅
指标对5个等级的隶属度值，再根据确定的指标权重，使用地图代数功能计算5 = X 叫G 得到5个评
i = 1
判 层；最后，根 大隶属
确定风险指
数， 确定 栅 险指数的 险等 721 o
得出的基于
的
市洪涝灾害
风险分布见图5o
N
光明
龙华,
宝安
大鹏
0 5 10
龙岗/坪山
南山广人
f 福田,
20km
风险等级 匚低风险 匚二I 较低风险 匚二I 中等风险 匚二I 较高风险___I 高风险
图5深圳市洪涝灾害风险分布
从图5可以看出，高风险区主要分布在宝安区
、
、 、 和大 。较
险区主要
坪山区和盐
，中等风险区
国企改革30年
主要
和龙华区，低风险区多
在
宝安区东部、 、南山区和龙华区南部o 市
洪涝灾害风险
集中连片的特点，各个
域的风险主导因素也 ，其中宝安 部
地处滨海 ，地势 低平, 聚集大量工
业制造业园区，多为建 ，排水系
完善，此
危险性和 损性为其主要
。
是深
圳市的中心城区，是 市
特区内的4区之
，也是 市委市政府所 ，建筑、人口高度密
集，不透水
例非常高，城市建设与排水体系不
配套，因此该区域 损性为主导。
与
似，地势东北高、西南低，南
河
中国教育改革和发展纲要与 的新界北区相望，是 市内最早建 ，经
过44年的
发展，人口和 大量聚集 湖
，同时，由于开发较早,
人口老龄化趋势较
，因此该
损性为主导。 极
降水 ，城 于临河 ，原为大工
业 ， 业集中， 透水 例 ， 灾 危险 性和
损性为主导。东部大
海洋较
近，海洋 ，为极端降水
，
新区属于新
开发区，区内多为山地，建 积 ，虽然相对
全市而言属于降水 ，但受
发 素
的限制，大
洪涝灾害风险等
低或较
低。建
多位于地势低 域，建筑、人口和
的 集中，基
完善，一旦受到
袭击，洪涝损失
重，以致灾
危险性和高
损性为主导。
与 市应 理
的2219年 市防汛预案中的易涝区域 ，防汛预案中提到的
安 (福海、松岗、沙井街道)、
中心的龙岗街道和北部的坪地街道、坪山区和宝安
部、
南山区前海等 程较低的片
属于本文洪涝
灾害风险
中的以危险性为主导的 险
和
险区，两者
。
上述
邓拓吴晗廖沫沙市洪涝灾害 险 的基 上，
以从 方 针对性
险减缓和风险管理
措施:(1)积极建设和维护城市排水、防洪防涝工程 系，对发生损坏或排水能力不足的相关设施与更新;(2)合理发 洪利用技术，维持城市域滞水、蓄水的功能，提高城市防洪韧性，为未来
的长期规划预
升空间和 ;(3)逐步完善新
老城 灾 灾基 建 ，
建
设新城区，也
老旧城区的
；(4)科
学
城市规划，通过合理规划建设城市基
施
和建筑，调整人 ，改善人
构，未来城市发
规划应避开现有的洪涝灾害风险 ；(5)编
科学、完善的 灾、 灾预案与应
， 建
的疏散系统，强化灾害风险教育，提高城市防
洪应
理水 o
6结论
(1) 针
市洪涝灾害特征，从危险性和易
损性两个准则层中选取12个风险
指标，建立深
市 洪涝灾害风险
指标体系。以10mx
100 m 栅
基 ，采
市洪涝灾害风险 ，并在ArcGIS 中绘制市洪涝灾害 险 o
(2)
市洪涝灾害 险 主要
安
、
、
、龙岗区以及大 区
o 市洪涝灾害 险
集中
连片的特点，
内的 险主导 素 ，其中
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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