李鸞 謝五三 吳蓉

（1 蕪湖市氣象局 安徽蕪湖 241000 2 安徽省氣候中心 安徽蕪湖 241000）

暴雨引發(fā)的系列災(zāi)害是中國(guó)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，例如2016 年的連續(xù)大暴雨給長(zhǎng)江流域造成了嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，僅蕪湖市就投入各類抗洪搶險(xiǎn)人員20 多萬(wàn)人，轉(zhuǎn)移安置人員13.4 萬(wàn)人，因此加強(qiáng)暴雨洪澇氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃管理［1-2］，抵御暴雨洪澇風(fēng)險(xiǎn)，引起政府的日益重視，不少學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究。謝五三等［3］利用GIS 采用致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、抗災(zāi)能力作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)，采用專家打分法及加權(quán)綜合法建立了暴雨洪澇災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型；李軍玲［4］以降雨、地形和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損性為主要指標(biāo)，得出河南省洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)綜合區(qū)劃圖；張亞琳［5］對(duì)洪安澗河流域進(jìn)行了暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃；高展等［6］基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論，開(kāi)展山岳型景區(qū)暴雨山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。王勝等［7］以淠河流域?yàn)槔M(jìn)行山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究驗(yàn)證。本文對(duì)蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)劃，繪制蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)T 年重現(xiàn)期圖，并以2016 年7 月2 日的暴雨作為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估。

1 資料來(lái)源

研究區(qū)域：蕪湖市位于安徽省東南部，地處長(zhǎng)江下游，河流眾多；地貌上東部和北部以平原為主，西南部有丘陵和山地；截至2017 年底，蕪湖市常住人口369.6 萬(wàn)人。

氣象水文資料：安徽省氣象站從建站至2014 年逐日及逐小時(shí)降水資料；蕪湖所轄水文站2016 年7 月2 日逐小時(shí)水位數(shù)據(jù)，以及水文站警戒、保證水位等。

地理信息資料：DEM 為STRM30（30 m×30 m），土地利用為2010 年數(shù)據(jù)，精度30 m×30 m。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料：GDP 為2010 年數(shù)據(jù)，精度1 km×1 km；人口為2010 年數(shù)據(jù)，精度1 km×1 km。

模擬淹沒(méi)資料：FloodArea 是德國(guó)eomer 公司開(kāi)發(fā)，基于GIS 柵格數(shù)據(jù)構(gòu)建二維非恒定流的水動(dòng)力模型。水流的淹沒(méi)深度等于淹沒(méi)水位高程和地面高程之差。

2 研究方法

基于自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)形成理論，暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由危險(xiǎn)性（致災(zāi)因子）、敏感性（孕災(zāi)環(huán)境）、易損性（承災(zāi)體）和抗災(zāi)能力4 部分共同形成的。本文利用算術(shù)平均值方法計(jì)算確定流域致災(zāi)臨界雨量，通過(guò)廣義極值分布函數(shù)擬合得到流域不同重現(xiàn)期致洪面雨量，利用FloodArea 模型對(duì)各子流域逐時(shí)雨量柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得不同重現(xiàn)期暴雨淹沒(méi)深度，再疊加人口、土地利用、GDP 數(shù)據(jù)，繪制承災(zāi)體不同重現(xiàn)期下的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。

3 蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

本文利用上文提到的研究方法，得出重現(xiàn)期為5 a 一遇、10 a 一遇、15 a 一遇、20 a 一遇、30 a 一遇、50 a 一遇以及100 a一遇的柵格淹沒(méi)數(shù)據(jù)，并在GIS 平臺(tái)中提取制作出T 年一遇的蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖（T=5，10，15，20，30，50，100），選取50 a 一遇為例（圖1）。

由圖1（a）可見(jiàn)，較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在河道及中下游河道兩側(cè)區(qū)域，南部山區(qū)和河流流域重疊區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最高。隨著重現(xiàn)期的增加，淹沒(méi)面積明顯擴(kuò)大，河道等低洼地區(qū)淹沒(méi)水深也明顯加深。100 a 一遇的區(qū)劃圖中，南部最深的淹沒(méi)深度超過(guò)4 m。在GIS 平臺(tái)上使用蕪湖市不同重現(xiàn)期暴雨山洪的淹沒(méi)深度柵格數(shù)據(jù)疊加上對(duì)應(yīng)的人口、GDP、土地利用信息，就可制作不同重現(xiàn)期下人口、GDP 以及土地利用等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖譜，如圖1（b）。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為蕪湖市人口、GDP 高值區(qū)等多聚集在河流附近，不同承災(zāi)體的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃具有相似性。當(dāng)出現(xiàn)20 a 一遇重現(xiàn)期以上的暴雨，淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)將明顯增加，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，承受災(zāi)害能力較弱。

圖1 蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖與人口風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖（50 a 一遇）

4 暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃驗(yàn)證

為檢驗(yàn)評(píng)估暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的實(shí)際效果，本文使用蕪湖市2016 年7 月2 日的1 次暴雨過(guò)程作為個(gè)例進(jìn)行驗(yàn)證。

2016 年7 月1 日20 時(shí)至7 月2 日20 時(shí)蕪湖市普降大暴雨。受此影響，各中小河流水位猛增，對(duì)蕪湖市南岸主要影響河流為青弋江和漳河，其中漳河上南陵二水文站監(jiān)測(cè)7 月2日10∶30 時(shí)左右超警戒水位，17 時(shí)左右破歷史最高水位。

4.1 T 年重現(xiàn)期暴雨風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖驗(yàn)證

本文使用多概率分布函數(shù)擬合工具M(jìn)uDFiT，利用最大似然法得到函數(shù)的參數(shù)，并選取判斷擬合的最優(yōu)函數(shù)；計(jì)算得到7月2 日蕪湖4 個(gè)站點(diǎn)暴雨天氣的重現(xiàn)期（表1）。從表1 可以得出結(jié)論：蕪湖市7 月2 日大暴雨約為10 a～20 a 一遇的暴雨。

表1 蕪湖4 個(gè)站點(diǎn)的日雨量及對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期

用GIS 提取10 a～20 a 一遇的蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖柵格數(shù)據(jù)（圖1）可查知，南陵內(nèi)漳河的模擬淹沒(méi)深度約為2 m～3 m，青弋江的模擬淹沒(méi)深度為0.5 m～1.0 m，而對(duì)應(yīng)的漳河南陵二水文站的24 h 水位增長(zhǎng)值為3.91 m，青弋江灣沚站24 h 水位增長(zhǎng)值為0.94 m。在此次暴雨個(gè)例檢驗(yàn)來(lái)中，漳河模擬淹沒(méi)深度較實(shí)況略偏小，青弋江模擬淹沒(méi)深度較為接近。

4.2 基于FloodArea的模擬水深站點(diǎn)驗(yàn)證

以水文站實(shí)測(cè)的小時(shí)水位增長(zhǎng)值作為水文站位置的小時(shí)淹沒(méi)深度，選擇蕪湖境內(nèi)漳河上三埠管、南陵二2 個(gè)站點(diǎn)、青弋江上灣沚、清水鎮(zhèn)2 個(gè)水文站點(diǎn)共計(jì)4 個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，選取2016 年7 月1 日20 時(shí) 至7 月2 日20 時(shí)24 個(gè) 時(shí) 次的 水 文實(shí)測(cè)水位增長(zhǎng)值和基于FloodArea 系統(tǒng)模擬提取水文站位置的24 個(gè)時(shí)次淹沒(méi)水深進(jìn)行對(duì)比（圖2）。由圖2 可見(jiàn)，模擬開(kāi)始時(shí)，實(shí)測(cè)值和模擬值一致性較高，河流的上游站誤差較下游站小。隨著時(shí)間推移，實(shí)測(cè)值和模擬值差距增大。4 個(gè)站點(diǎn)，青弋江上2 個(gè)站點(diǎn)實(shí)測(cè)值站和模擬值較為接近，模擬值均比實(shí)測(cè)值略低，其中灣沚站的數(shù)據(jù)曲線一致性最好，漳河上2 個(gè)站點(diǎn)模擬值較實(shí)測(cè)值有所偏低。

圖2 2016 年7 月1 日20 時(shí)—2 日20 時(shí)水文站24 時(shí)次水位增值和模擬淹沒(méi)水位增值對(duì)比

5 小結(jié)

本文利用蕪湖市氣象、水文、地理信息、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)等資料，在GIS 平臺(tái)上給出了T 年一遇的蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖以及不同重現(xiàn)期下人口、GDP 以及土地利用等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖譜，圖譜表明蕪湖人口、GDP 高值區(qū)等多聚集在河流附近，淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)偏大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高。以蕪湖2016 年7 月2 日暴雨作為實(shí)例，對(duì)當(dāng)日的蕪湖暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：7 月2 日暴雨過(guò)程中，青弋江一帶的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較為符合蕪湖市暴雨洪澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，漳河一帶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較實(shí)況偏低，總體來(lái)說(shuō)，蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃較為合理。漳河一帶風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)略偏低可能和上游水庫(kù)有一定關(guān)系，也可能因?yàn)槟M時(shí)因?yàn)榈匦蔚孛?、水文資料的不足產(chǎn)生誤差。但就目前仍處空白狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，依然具有較好的參考價(jià)值，可有效減少暴雨洪澇災(zāi)害對(duì)環(huán)境的影響。