中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划——以东津河流域为例

【作者】 谢五三； 吴蓉； 田红； 卢燕宇；

【机构】 安徽省气候中心；

【摘要】 资料与方法。我国中小河流众多,暴雨洪涝灾害频繁,从暴雨致灾机理出发,以面向实时气象防灾减灾为思路,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术研究意义重大。本文以易暴发流域洪水及山洪地质灾害的东津河流域为研究区域,所用资料主要有东津河流域内的气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及历史灾情资料等,水文模型为TOPMODEL,水动力模型为Flood Area。致洪临界面雨量确定。基于DEM数据和D8算法,运用GIS空间分析技术,得到东津河流域地形指数的空间分布,将沙埠站(东津河流域水文控制站)流量观测值转换为径流深,并根据数据序列把模型步长设为1小时,将雨量、蒸发量和地形指数代入到TOPMODEL中运算,进行流量模拟并与实测径流深进行比较,用来率定模型参数和检验模型适用性。采用2007、2009年汛期的洪水过程完成了模型参数率定,模型确定性系数均在0.7以上,模拟的洪峰量值与出现时间均与实际较为吻合,有较好的适用性。继而采用TOPMODEL模型进行流量模拟,如果模拟流量和给定的临界流量(即警戒水位、保证水位、堤顶高度等水位所对应的流量)相差较大,那么重新给定面雨量进行模拟,通过多次模拟,直到模拟与临界流量一致,此时得到的面雨量就是致洪临界面雨量。不同重现期(T年一遇)致洪面雨量。东津河流域及周边共有国家站7个,流域内的区域站共有22个,区域站中建站时间较早(2006年建站)的共有6个,因此采用东津河流域及周边的7个国家站小时雨量资料,运用逐步回归法,对东津河流域内的6个区域站进行历史长序列小时雨量资料重建。根据泰森多边形面积权重及各区域站重建的小时雨量资料,计算东津河流域长序列逐小时面雨量序列,进而得到长序列逐日面雨量序列,对照东津河流域致洪临界面雨量结果,结合沙埠站基础水位、精细化暴雨洪涝灾害风险普查灾情数据以及1984-2010年气象灾害普查数据库的灾情数据等,挑选出东津河流域共56个致洪面雨量历史样本个例,采用广义极值分布函数进行参数估计及拟合优度检验。参数估计结果为:形状参数-0.4913,尺度参数8.2028,位置参数68.0660,由形状参数可知,东津河流域致洪面雨量服从极值Ⅱ型分布,也即Frechet分布,根据概率分布函数计算出东津河流域不同重现期(T年一遇)致洪面雨量。暴雨洪涝灾害风险区划。根据东津河流域致洪面雨量序列(56个典型个例)以及逐小时降水资料,计算逐小时降水概率,确定东津河流域小时降水雨型分布。将计算得到的东津河流域不同重现期致洪面雨量、小时雨型分布、叠加堤坝信息的DEM、Manning系数等数据代入Flood Area水动力模型进行洪水淹没模拟,得到不同重现期下洪水淹没图。由图可见,不同重现期下淹没较深的区域均位于河道两侧地势低洼地带,查阅相关历史洪涝灾情数据并实地调查走访可知,该流域河道两侧低洼地带为暴雨洪涝灾害易发区,表明洪水淹没模拟结果与实况较为吻合。东津河流域不同重现期下(5、10、15、20、30、50、100年一遇)暴雨洪涝淹没结果分别叠加该流域内栅格化的人口、GDP以及土地利用信息,最终得到不同重现期下人口、GDP以及土地利用等风险区划图谱。本文建立的中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术方法简便可行,区划结果精度高、实用性强,对于当前面向实时气象防灾减灾的动态灾害风险管理具有重要意义。由于暴雨洪涝灾害的形成机理较为复杂,影响因素众多,要完全客观定量地分析其致灾危险性、暴露度和脆弱性等方面还具有一定困难。本文对这些复杂问题进行了一些初步探索,许多方面还不尽完善,如水文模型的适用性、致洪面雨量历史个例、流域雨型空间分布、Flood Area模型精度等,这有待于进一步深入研究。更多还原