基于GIS的蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃分析

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人員20 多萬人，轉(zhuǎn)移安置人員13.4 萬人，因此加強暴雨洪澇氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃管理［1-2］，抵御暴雨洪澇風(fēng)險，引起政府的日益重視，不少學(xué)者進行了相關(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)險評估指標(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)險評估模型；李軍玲［4］以降雨、地形和區(qū)域社會經(jīng)濟易損性為主要指標(biāo)，得出河南省洪災(zāi)風(fēng)險綜合區(qū)劃圖；張亞琳［5］對洪安澗河流域進行了暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃；高展等［6］基于自然災(zāi)害風(fēng)險評價理論，開展山岳型景區(qū)暴雨山洪災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃研究。王勝等［7］以淠河流域為例進行山洪災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃研究驗證。本文對蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險進行區(qū)劃，繪制蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險T 年重現(xiàn)期圖，并以2016 年7 月2 日的暴雨作為實例進行驗證評估。

1 資料來源

研究區(qū)域：蕪湖市位于安徽省東南部，地處長江下游，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 年逐日及逐小時降水資料；蕪湖所轄水文站2016 年7 月2 日逐小時水位數(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。

社會經(jīng)濟資料：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。

模擬淹沒資料：FloodArea 是德國eomer 公司開發(fā)，基于GIS 柵格數(shù)據(jù)構(gòu)建二維非恒定流的水動力模型。水流的淹沒深度等于淹沒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)險形成理論，暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險是由危險性（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)平均值方法計算確定流域致災(zāi)臨界雨量，通過廣義極值分布函數(shù)擬合得到流域不同重現(xiàn)期致洪面雨量，利用FloodArea 模型對各子流域逐時雨量柵格數(shù)據(jù)進行計算，獲得不同重現(xiàn)期暴雨淹沒深度，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)險區(qū)劃圖。

3 蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(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一遇的柵格淹沒數(shù)據(jù)，并在GIS 平臺中提取制作出T 年一遇的蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(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，較高風(fēng)險區(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)險最高。隨著重現(xiàn)期的增加，淹沒面積明顯擴大，河道等低洼地區(qū)淹沒水深也明顯加深。100 a 一遇的區(qū)劃圖中，南部最深的淹沒深度超過4 m。在GIS 平臺上使用蕪湖市不同重現(xiàn)期暴雨山洪的淹沒深度柵格數(shù)據(jù)疊加上對應(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)險區(qū)劃圖譜，如圖1（b）。經(jīng)過分析，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，淹沒風(fēng)險將明顯增加，風(fēng)險等級較高，承受災(zāi)害能力較弱。

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

4 暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃驗證

為檢驗評估暴雨災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃的實際效果，本文使用蕪湖市2016 年7 月2 日的1 次暴雨過程作為個例進行驗證。

2016 年7 月1 日20 時至7 月2 日20 時蕪湖市普降大暴雨。受此影響，各中小河流水位猛增，對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7 月2日10∶30 時左右超警戒水位，17 時左右破歷史最高水位。

4.1 T 年重現(xiàn)期暴雨風(fēng)險區(qū)劃圖驗證

本文使用多概率分布函數(shù)擬合工具MuDFiT，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)；計算得到7月2 日蕪湖4 個站點暴雨天氣的重現(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 個站點的日雨量及對應(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)漳河的模擬淹沒深度約為2 m～3 m，青弋江的模擬淹沒深度為0.5 m～1.0 m，而對應(yīng)的漳河南陵二水文站的24 h 水位增長值為3.91 m，青弋江灣沚站24 h 水位增長值為0.94 m。在此次暴雨個例檢驗來中，漳河模擬淹沒深度較實況略偏小，青弋江模擬淹沒深度較為接近。

4.2 基于FloodArea的模擬水深站點驗證

以水文站實測的小時水位增長值作為水文站位置的小時淹沒深度，選擇蕪湖境內(nèi)漳河上三埠管、南陵二2 個站點、青弋江上灣沚、清水鎮(zhèn)2 個水文站點共計4 個站點進行比對，選取2016 年7 月1 日20 時 至7 月2 日20 時24 個 時 次的 水 文實測水位增長值和基于FloodArea 系統(tǒng)模擬提取水文站位置的24 個時次淹沒水深進行對比（圖2）。由圖2 可見，模擬開始時，實測值和模擬值一致性較高，河流的上游站誤差較下游站小。隨著時間推移，實測值和模擬值差距增大。4 個站點，青弋江上2 個站點實測值站和模擬值較為接近，模擬值均比實測值略低，其中灣沚站的數(shù)據(jù)曲線一致性最好，漳河上2 個站點模擬值較實測值有所偏低。

圖2 2016 年7 月1 日20 時—2 日20 時水文站24 時次水位增值和模擬淹沒水位增值對比

5 小結(jié)

本文利用蕪湖市氣象、水文、地理信息、社會經(jīng)濟統(tǒng)計等資料，在GIS 平臺上給出了T 年一遇的蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(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，淹沒風(fēng)險偏大，風(fēng)險等級較高。以蕪湖2016 年7 月2 日暴雨作為實例，對當(dāng)日的蕪湖暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險進行驗證，結(jié)果表明：7 月2 日暴雨過程中，青弋江一帶的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險較為符合蕪湖市暴雨洪澇風(fēng)險區(qū)劃圖，漳河一帶風(fēng)險等級較實況偏低，總體來說，蕪湖市暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃較為合理。漳河一帶風(fēng)險等級略偏低可能和上游水庫有一定關(guān)系，也可能因為模擬時因為地形地貌、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)險評估領(lǐng)域來說，依然具有較好的參考價值，可有效減少暴雨洪澇災(zāi)害對環(huán)境的影響。