黎協(xié)銳,韋廣龍,黃福培,甘惠云

(1.廣西財經(jīng)學院，廣西 南寧 530003；2.廣西南寧水文中心 南寧水文中心站，廣西 南寧 530008；3.廣西新桂環(huán)?？萍技瘓F有限公司，廣西 南寧 530033)

0 引言

洪水災害是影響一個地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的一個重要因素[1]，治水一直以來是我國歷朝歷代進行國家治理的重大民生問題，特別是對那些具有高價值的工程項目或重大民生工程必須考慮項目建設所處位置的洪水重現(xiàn)期情況，以評估項目實施以后的風險，有效規(guī)避洪水帶來的重大經(jīng)濟損失和人民生命財產(chǎn)的安全隱患。事實上，由于地球氣候環(huán)境演變的自身規(guī)律和人類活動的影響，流域的洪水重現(xiàn)期從統(tǒng)計學的角度來看只要流域的水文、氣候、下墊面等條件發(fā)生了變化，洪水分布的相關參數(shù)就會發(fā)生改變，洪水的重現(xiàn)期也就跟著發(fā)生變化。掌握郁江流域洪水重現(xiàn)期的時空演變與發(fā)展趨勢、相關因素，厘清其與地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的聯(lián)系，分析洪水重現(xiàn)期在國民經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人民安居樂業(yè)三個維度上對郁江流域地區(qū)發(fā)展的影響，科學合理地評估洪水災害造成的各種損失，分析洪水災害損失對經(jīng)濟社會系統(tǒng)的影響，探索洪水重現(xiàn)期與經(jīng)濟社會系統(tǒng)的耦合機制[2-3]，并通過構建經(jīng)濟社會脆弱性評價模型開展評價，給出針對重現(xiàn)期的地區(qū)反脆弱性發(fā)展策略，對于防災減災、恢復重建均十分重要，是災害風險管理的基礎性工作，是制定各項防洪減災措施的重要依據(jù)，并為郁江流域各地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展提供參考[4]。

1 郁江流域洪水重現(xiàn)期的變化及原因分析

郁江流域洪水重現(xiàn)期的變化分3個階段，在1949年前為第1階段，1950—1979年為第2階段，1980—2018年為第3階段。本文將從時空演變、社會變遷和經(jīng)濟發(fā)展去分析郁江流域洪水重現(xiàn)期的變化和原因[4]。氣候變化和人類活動均會導致郁江流域水文變化[5]。改革開放四十多年來，同全國一樣，郁江流域在不斷加大開發(fā)建設投入，封山育林，植樹造林，退耕還林，退牧還草，森林植被、河、湖、澤等生態(tài)系統(tǒng)逐漸得到恢復。郁江流域中上游地區(qū)的地理環(huán)境復雜，多山地丘陵分布和強降水天氣，降雨時空分布極為集中，使得該區(qū)域成為洪水災害的高發(fā)地區(qū)，嚴重威脅到地區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展。因此，避免和減少洪水災害帶來的損失，應對洪水災害對經(jīng)濟社會系統(tǒng)的影響[6-7]，已經(jīng)成為郁江流域各級政府當前亟待解決的重大問題之一。本文將以郁江南寧水文站(以下簡稱南寧站)為例，進行重現(xiàn)期的時空演變實證分析。

2 郁江流域南寧站洪水重現(xiàn)期分析

洪水重現(xiàn)期是洪水發(fā)生頻率的另一種表示方法，以年為單位。洪水重現(xiàn)期是指某地區(qū)發(fā)生的洪水為多少年一遇的洪水[8]，意思是發(fā)生這樣大小(量級)的洪水在很長時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次。通常所說的某洪峰流量是多少年一遇，所說的多少年，就是該量級洪水流量的重現(xiàn)期。

洪水頻率是指水文頻率[9]。水文頻率分析以概率統(tǒng)計理論為基礎[10]，建立模型優(yōu)化理論頻率曲線參數(shù)，對經(jīng)驗頻率曲線進行展延。理論頻率曲線是對實際點據(jù)分布的擬合，擬合是對真實情形的近似，其參數(shù)估計結(jié)果必然存在不確定性[11-12]。以南寧站為實例，南寧站始建于1907年，是郁江上游控制站，流域面積72 656 km2，由于歷史種種原因，1907—1935年流量資料缺失，故以1936—2018年年最大流量系列為研究實例做洪水重現(xiàn)期的演變分析。

2.1 洪水頻率分析

2.1.1 演變年代系列劃分

將南寧站1936—2018年年最大流量系列按時間順序分為多個演變年代系列，演變年代每10年作一分段，結(jié)束年數(shù)計至9，開始演變年代年數(shù)N0≥30，劃分演變年代系列對歷年數(shù)值系列的方法如下：

Mi=Nk-1+10×(t-1)，

(1)

式中，Mi為演變年代系列;Nk-1為演變年代分系列;t=1,2,3,…,k;i=1,2,3,…,k。其中：0≤k≤10，N0≥30。如t=1,k=1,則Nk-1=N0為第1個演變年代分系列，按式(1)計算得南寧站第1個演變年代分系列是南寧站1936—1969年年最大流量系列。以此類推，分別算得南寧站第2個(1936—1979年)、第3個(1936—1989年)、第4個(1936—1999年)、第5個(1936—2009年)、第6個(1936—2018年)演變年代分系列，如圖1所示。

圖1 南寧站歷年年最大流量各分系列線

2.1.2 計算依據(jù)

(2)

(3)

(4)

(5)

2.1.3 洪水頻率計算

表1 南寧站年最大流量頻率計算表

2.2 洪水演變分析

圖2 南寧站年最大流量均值演變過程線圖

2.2.2 分系列年最大流量變差系數(shù)Cv的分析

圖3 南寧站年最大流量變差系數(shù)Cv演變過程線圖

3 南寧站洪水重現(xiàn)期的基本判斷

3.1 南寧站洪水重現(xiàn)期計算

以南寧站1936—2018年年最大流量系列按時間順序進行分為多個演變年代系列(圖1)，按皮爾遜Ⅲ型曲線適線法[15]，分別計算南寧站第1～6年代系列洪水重現(xiàn)期，表2為第6年代系列1936—2018年年最大流量頻率重現(xiàn)期計算成果，第1～6年代系列洪水重現(xiàn)期計算結(jié)果見表3(南寧站年最大流量重現(xiàn)期演變統(tǒng)計表)。

表2 南寧站年最大流量頻率重現(xiàn)期計算表

表3 南寧站年最大流量重現(xiàn)期演變統(tǒng)計表

由表3可知，第1～6年代系列的年數(shù)從34年到83年，50年來，年最大流量變差系數(shù)Cv從0.26到0.29的演變，流量頻率重現(xiàn)期50年一遇流量從13 600 m3/s到15 200 m3/s、100年一遇流量從14 500 m3/s到15 300 m3/s，年最大流量演變趨勢為逐漸增大。水位值是根據(jù)南寧站1936—2018年年最高水位Z與年最大流量Qi關系線查算得。

3.2 南寧站年最大流量演變分析

3.2.1 南寧站年最大流量變差系數(shù)演變

以南寧站1936—2018年年最大流量第1～6年代系列洪水重現(xiàn)期系列(表4)，南寧站第1～6年代系列洪水重現(xiàn)期演變是隨流量變差系數(shù)增大，即流量值重現(xiàn)期而隨年代推進而演變，從表4南寧站年最大流量變差系數(shù)演變對比統(tǒng)計結(jié)果可知，年最大流量變差系數(shù)分別為0.26、0.28、0.29的演變對比過程線均呈增大趨勢。

表4 南寧站年最大流量變差系數(shù)演變對比統(tǒng)計

表4中水位值是根據(jù)南寧站1936—2018年年最高水位Zi與年最大流量Qi關系線查算得。

3.2.2 南寧站年最大流量頻率重現(xiàn)期演變

以南寧站1936—2018年年最大流量頻率重現(xiàn)期系列，南寧站第1～6年代系列流量頻率重現(xiàn)期演變是隨年代流量值增大，即年最大流量頻率重現(xiàn)期而隨之增大(表4)。年最大流量頻率重現(xiàn)期50年一遇流量從13 600 m3/s到15 200 m3/s、100年一遇流量從14 500 m3/s到15 300 m3/s m，年最大流量演變趨勢為逐漸增大。

3.2.3 南寧站年最高水位頻率重現(xiàn)期演變

點繪南寧站1936—2018年年最高水位Zi與年最大流量Qi關系線(圖4)，查算得年最高水位Zi，以年最大流量Qi頻率重現(xiàn)期對應查出年最高水位Zi頻率重現(xiàn)期(表3)，由南寧站1936—2018年年最大流量第1～6年代系列洪水重現(xiàn)期系列資料分析可知南寧站第1～6年代系列洪水重現(xiàn)期演變是隨年代演變，即年最高水位Zi頻率重現(xiàn)期而隨年度演變而提高，水位頻率重現(xiàn)期50年一遇水位從77.75 m到78.88 m、100年一遇水位從78.39 m到78.99 m，年最高水位演變?yōu)橹饾u提高趨勢。

圖4 南寧站年最高水位Zi與年最大流量Qi關系線

3.3 南寧站洪水重現(xiàn)期的規(guī)律和對策

3.3.1 南寧站洪水重現(xiàn)期的基本規(guī)律

從表3南寧站年最大流量重現(xiàn)期演變統(tǒng)計可知，在同一流量頻率重現(xiàn)期，流量頻率重現(xiàn)期隨年代推前而演變，從1936—2018年間，每推前20年，即年最大流量系列年從1936—1969年到1936—1989年，50年一遇的年最大流量的變量為14 100-13 600=500 m3/s；從1936—1989年到1936—2009年，50年一遇的年最大流量的變量為15 200-14 100 =1 100 m3/s，50年一遇的年最大流量的變量從500 m3/s 到1 100 m3/s。以此類推，100年一遇的年最大流量的變量從500 m3/s到300 m3/s。

經(jīng)分析得，南寧站洪水重現(xiàn)期的基本規(guī)律：

① 南寧站洪水重現(xiàn)期隨時間年代前進而發(fā)生演變，重現(xiàn)期頻率小，則年最大流量的變量?。环粗?，重現(xiàn)期頻率大，則年最大流量的變量大。

② 南寧站洪水重現(xiàn)期隨頻率變化而發(fā)生演變，重現(xiàn)期頻率小，則年最大流量的變量大；反之，重現(xiàn)期頻率大，則年最大流量的變量小。

3.3.2 對策

洪水發(fā)生率增多，主要是時空降水分布不均而導致的，而影響時空降水分布不均是下墊面溫度和濕度共同影響下所致，出現(xiàn)異常氣候，長時間降水，引發(fā)洪水不斷。而后長時間無雨，造成干旱持久。治理的對策是：要對大流域下墊面自然環(huán)境氣候內(nèi)平衡，人與自然和諧，恢復和增加流域植被和森林的覆蓋率，營造平衡大氣循環(huán)，形成時空降水分布相對均衡。在人類活動影響因素方面，控制山嶺開墾，制止人為破壞植被、破壞山林，營造綠水青山、人與自然和諧的環(huán)境。只有這樣，才能達到自然環(huán)境氣候內(nèi)平衡，雨、水時空分布相對均衡，這個均衡就可減少洪水、干旱的發(fā)生率。

4 結(jié)論

根據(jù)以南寧站為代表的郁江流域洪水重現(xiàn)期實證分析的基本判斷，近百年來郁江流域洪水的發(fā)生有次數(shù)更加頻繁、量級在逐年遞增、災害損失越來越嚴重的趨勢。經(jīng)過改革開放四十多年來全流域采取封山育林、退耕還林、退耕還湖、退牧還草等強力措施，且國家工業(yè)化進程快速發(fā)展，大量農(nóng)民遷移城市務工，農(nóng)村居住人口急速下降，人類對流域自然生態(tài)的干擾得到有效減緩，流域生態(tài)得到一定程度的休養(yǎng)生息。做好流域發(fā)展功能區(qū)劃分，嚴格控制生態(tài)功能區(qū)的國土開發(fā)強度，結(jié)合城市化進程和扶貧搬遷，組織部分生態(tài)功能區(qū)居民集約化居住，留出足夠的生態(tài)空間。