米蒂贾平原（阿尔及利亚）的洪水易发性制图：一种结合层次分析法（AHP）、模糊逻辑和基于文献的基准测试的多情景敏感性分析

《Journal of African Earth Sciences》：Flood susceptibility mapping in the Mitidja plain (Algeria): a multi-scenario sensitivity analysis integrating AHP, Fuzzy logic, and literature-based benchmarking

　　摘要
阿尔及利亚北部的米蒂贾平原是一个典型的案例研究，展示了气候变化与快速城市化相结合所导致日益严重的洪水风险。虽然层次分析法（AHP）被广泛用于洪水易发性绘图，但其可靠性因因素权重的主观性而受到质疑。本研究旨在通过深入的多情景敏感性分析来解决这一不确定性问题，以提供可靠、基于证据的洪水风险评估。研究将十个关键因素整合到七个不同的易感性模型中，包括一个基于文献的基线模型、一个平等权重的参考模型、五个优先考虑活跃触发因素的主题AHP模型，以及一个通过模糊AHP进行不确定性建模的模型。使用历史河流洪水和近期降雨洪水的双重数据集对模型性能进行了定量验证。分析得出两个主要发现：首先，尽管对权重假设非常敏感，所有模型都一致识别出高风险的热点区域，这证实了AHP的空间稳健性；其次，与历史数据和近期数据的对比显示了一个根本性的变化：以往广泛发生的河流洪水已被由城市扩张引发的零散降雨洪水所取代。这种变化造成了一个危险的“规划悖论”，即新的开发活动集中在历史上的洪泛区内，从而极大地加剧了风险暴露。

引言
洪水代表了全球日益严重的灾害，其背后是气候变化和快速不受控制的城市化双重压力（Agaj, 2025）。这种威胁在地中海地区尤为突出，例如北非，那里的社区对极端水文气象事件的脆弱性更强（Chabou et al., 2025）。阿尔及利亚就是一个典型的例子：尽管气候预测显示年均降水量将减少15%到20%，但该国却面临着毁灭性洪水事件的激增（Keraghel and Gaouaou, 2025; Makhlouf et al., 2023）。米蒂贾平原处于这一问题的核心，这是一个具有重要战略意义的广阔冲积盆地。它不仅作为阿尔及利亚的农业心脏地带，还是关键的经济枢纽，拥有重要的交通走廊和该国最大的冲积含水层（Boufekane et al., 2020; Tahraoui et al., 2023）。从地质和地形上看，米蒂贾是一个独特的高风险区域。作为一个古老的湖泊盆地和地形上封闭的洼地，该平原天然容易积水。其作为开垦沼泽地的原始特征，特别是历史上的哈鲁拉湖（Marchand, 1933），加上平坦的地形和低渗透性的土壤，使其极易发生洪水。正如最近的研究所指出的，北非独特的地质和人为压力要求对该地区进行综合的水文评估（Frimpong et al., 2026; Stemn et al., 2025）。

水文学的一个基本原则是，不同地区甚至同一地区内部的洪水驱动因素存在显著差异（Wilkho et al., 2025）。这种空间异质性表明，洪水易发性绘图本质上具有地域性，不能在不同地区进行通用化。因此，对米蒂贾平原多个空间因素进行专门和综合的分析至关重要。然而，尽管该地区具有战略重要性，但至今仍存在重要的研究空白。以往的研究往往是零散和局部的：例如，(Raked et al., 2025) 仅关注西部米蒂贾的灌溉区，而 (Goumrasa et al., 2021) 的评估仅限于希法河谷子流域。目前尚无涵盖整个1,450平方公里米蒂贾平原的连续高分辨率易感性地图，作为统一的水文和行政系统。这种缺乏整体视野的情况导致了规划悖论——关键基础设施建在历史上危险的区域内，忽视了土壤的实际情况。

在当前的技术水平下，洪水易发性绘图主要分为两个方向：一方面，数据驱动的机器学习（ML）模型，如 (Mehravar et al., 2023) 提出的混合支持向量回归（SVR）或 (Singha et al., 2025) 的迁移学习U-Net方法，提供了高达0.80以上的曲线下面积（AUC）值，具有很高的统计精度。然而，这些模型往往像黑箱一样运作，且高度依赖于历史数据的质量。我们认为，在像米蒂贾这样快速变化的背景下，ML模型会受到数据偏见的影响。它们只能静态地适应过去的河流事件，而无法解释风险的非平稳性——快速的城市扩张带来了新的、零散的降雨灾害，这些灾害是历史数据无法预测的。另一方面，基于知识的多标准决策分析（MCDA），特别是与地理信息系统（GIS）结合的层次分析法（AHP），仍然是地中海地区区域规划的坚实标准（Kazakis et al., 2015; Mazarakis et al., 2025; Skilodimou et al., 2025）。其应用在国际文献中得到了证实，确立了其作为该领域标准的地位（Agaj, 2025; Baral et al., 2025; Benaiche et al., 2025; Chakraborty and Mukhopadhyay, 2019; Chen et al., 2011; Das, 2020; Ghosh and Kar, 2018; Goumrasa et al., 2021; Hammami et al., 2019; Handini et al., 2021; Hossain and Mumu, 2024; Mujib et al., 2021; Ramkar and Yadav, 2021; Sharker et al., 2025）。AHP与GIS结合的一个关键优势在于它适用于数据稀缺或异质性环境。通过为专家判断提供结构化框架，它有效地整合了多样化的地理空间数据，并有助于对其对洪水风险贡献的相对重要性进行半定量评估（Hossain and Mumu, 2024; Nath et al., 2025）。这使得即使在缺乏大型一致的历史数据库的情况下也能进行严谨的分析，相比数据密集型的人工智能方法具有明显优势（Ahmad et al., 2025; Islam et al., 2025）。

然而，AHP的主要局限性在于其固有的主观性。选择关键因素以及权重分配通常基于专家意见或文献，而这些意见和文献会因情境而异。这引入了显著的不确定性来源，可能从根本上改变最终的易感性地图，从而限制了其对规划者和决策者的可靠性和可辩护性（Agaj, 2025; Goumrasa et al., 2021）。为了克服这种主观性并处理复杂城市环境中的环境数据不确定性，最近的创新引入了模糊逻辑，形成了模糊AHP方法（Gigovi? et al., 2017）。这一方法论挑战提出了一个关键的研究问题：当洪水触发因素（如土地利用和降雨）是动态的，并且关于这些因素的层次结构缺乏明确的科学共识时，如何对米蒂贾平原进行可靠的洪水易感性评估？为了研究这种不确定性，我们对20项国际研究进行了系统回顾，结果发现这些因素的数量、层次结构和权重分配存在显著分歧。基于这一发现，我们的方法新颖之处在于它从单一最优预测转向了全面的多情景敏感性分析。我们没有提出一个可能有偏见的模型，而是开发了一个模糊AHP框架，在七个不同的情景下对该地区进行压力测试。遵循 (Kazakis et al., 2015) 的理念，并借鉴 (Skilodimou et al., 2025) 的区域见解，利用敏感性分析作为强大的验证工具来分解模型不确定性，我们识别出无论权重假设如何变化仍然危险的核心热点区域。因此，本研究旨在：（1）量化权重假设如何改变整个1,450平方公里平原上的洪水易发性空间模式；（2）识别对因素不确定性具有抵抗力的核心危险区域，为区域当局提供更可靠的决策支持；（3）解析从历史河流洪水到现代零散降雨洪水的转变，以指导在演变中的景观中进行适应性土地利用规划。

研究区域描述
本研究聚焦于阿尔及利亚北部的米蒂贾平原，这是一个广阔的沿海冲积盆地，从首都阿尔及尔向南延伸（图1）。该平原面积约为1,400平方公里，是阿尔及利亚的关键国家枢纽，涵盖了阿尔及尔、布利达、布默德斯和蒂帕扎的部分地区（Boufekane et al., 2020; Kastali et al., 2024）。从地理上看，它是一个低洼地带，北邻地中海和萨赫勒丘陵，南接布利达阿特拉斯山脉的山脚。

材料与方法
本研究采用了一种综合的多标准框架方法来评估米蒂贾平原的洪水易感性，特别设计了该方法来分析在不同权重假设下的结果敏感性。整体框架（图3）包括开发基于文献的定性参考模型、使用AHP创建半定量模型、通过模糊AHP进行不确定性分析，以及应用GIS进行绘图和验证。

洪水易感因素
用于模拟米蒂贾平原洪水易感性的十个地理空间因素如图4所示。这些因素代表了研究区域的关键地形、水文、土壤相关和土地利用特征。

模型敏感性及“热点”识别的稳健性
我们的多情景分析结果证实了米蒂贾平原中驱动洪水机制的各种因素之间的复杂相互作用，证明了单一模型方法的局限性。正如假设的那样，七个易感性地图显示出显著的区别，表明AHP-GIS模型的空间输出对因素权重的选择非常敏感。例如，优先考虑河流距离的情景（图5d）产生了线性的风险走廊，而优先考虑其他因素的情景则产生了不同的风险模式。

结论
本研究采用多情景敏感性框架评估了1,450平方公里米蒂贾平原的洪水易感性，以应对启发式、依赖权重的易感性模型所固有的不确定性。通过在一个包含基于文献的基线模型、一个平等权重的参考模型、五种主题AHP配置和一种模糊AHP公式的七个情景中对十个关键因素进行压力测试，并将结果与历史河流洪水和近期降雨数据进行验证，得出了上述结论。

作者贡献声明
Chikh Benazouz：写作——审稿与编辑，项目管理
Mohand Bersi：写作——审稿与编辑，监督，方法论
Rafik Hebib：写作——审稿与编辑，验证，监督，方法论，概念化
Mahdia Yasmina Mahiaoui：写作——审稿与编辑，调查
Abdelouahab Lefkir：写作——审稿与编辑，资源
Rania Allalou：写作——初稿撰写，可视化，验证，软件，资源，方法论，调查，资金获取

未引用的参考文献
Abdullah et al., 1994; Mohammed et al., 2013; Essahlaoui et al., 2025; Kittipongvises et al., 2020; Nguyen et al., 2020; Ouma and Tateishi, 2014; Shivhare et al., 2024; Souissi et al., 2020; Swain et al., 2020; Tella and Balogun, 2020; AuthorAnonymous, 2019

利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能对本文报告的工作产生影响。

作者名单
Rania Allalou | Rafik Hebib | Mohand Bersi | Abdelouahab Lefkir | Mahdia Yasmina Mahiaoui | Chikh Benazouz
阿尔及利亚阿尔及尔Garidi的Francis Janson国家公共工程学校（ENSTP）公共工程与环境运输实验室（LTPiTE）