貴州銅仁市暴雨洪澇氣候變化特征及災(zāi)害風險評估*

徐大紅，晏理華，周長志

(貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

銅仁市地處武陵山區(qū)腹地，是一個典型的農(nóng)業(yè)地區(qū)，大部分農(nóng)田土地都分布在梵凈山東西兩側(cè)的沅江和烏江流域。境內(nèi)地形地貌復(fù)雜，山地丘陵叢生，河流峽谷縱橫，河流比降大，常易暴漲暴落。山區(qū)暴雨突發(fā)性強，而我市絕大多數(shù)的集鎮(zhèn)、村莊和重點農(nóng)田保護區(qū)均處在河流沿岸和低洼積水地帶，汛期降雨集中強度大，往往一次或幾次暴雨和特大暴雨，就極易造成河流暴漲，山洪爆發(fā)，給城鎮(zhèn)、農(nóng)田帶來毀滅性的災(zāi)難。經(jīng)過多年統(tǒng)計，全市各地因暴雨引發(fā)洪澇災(zāi)害是我市主要的氣候災(zāi)害[1]。本研究通過分析得出銅仁市暴雨的時空氣候變化特征規(guī)律，結(jié)合暴雨造成的災(zāi)情和山地地形特點，運用近年來建設(shè)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站網(wǎng)資料，評估分析銅仁市精細于鄉(xiāng)鎮(zhèn)的暴雨洪澇災(zāi)害風險，進一步提高氣象災(zāi)害綜合防范能力。

1 銅仁市的地理位置和地形地貌特點

銅仁市地處貴州省東北部，位于東經(jīng)107°45′～109°30′、北緯27°07′～29°05′之間，處于云貴高原向湘西丘陵過度的斜坡地帶，西北高，東南低。平均海拔在500～1000 m之間，境內(nèi)有武陵山脈主峰梵凈山，山脈以東是丘陵地帶，河流切割較淺，地面平緩起伏，河流沿岸多是山間壩子，一般海拔在300～800 m之間；山脈以西是巖溶山原地貌，一般海拔在600～1000 m之間，相對高差達600～800 m；最高為武陵山主峰梵凈山，海拔達2493 m，最低為碧江區(qū)漾頭的下施海灘，海拔僅為205 m，高低海拔相差2288 m。

圖1 銅仁市地形分布圖、海拔分布圖Fig.1 Landform and altitude distribution of Tongren

2 資料和方法

本文采用銅仁市10個國家站1961—2014年08時至08時逐日降水資料，及2010—2014年5a銅仁市196個鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動氣象站的逐日08時至08時降水資料，資料來源于貴州省氣象局和銅仁市氣象局。暴雨的定義遵照氣象部門業(yè)務(wù)標準，即日降水量≥50 mm，稱為暴雨，日降水量≥100 mm，稱為大暴雨。按照以上標準，建立銅仁市各站點年、月暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)的時間序列。以日為單位統(tǒng)計銅仁市暴雨的年際變化特征，以站為單位統(tǒng)計暴雨的空間分布特征。

根據(jù)銅仁市復(fù)雜的地形和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟特點，同時分析歷年出現(xiàn)洪澇災(zāi)害情況，我們規(guī)定凡24小時內(nèi)降雨量達到或超過100 mm、或連續(xù)48小時降雨量達到或超過50 mm，均計為一洪澇日。按照此定義標準建立銅仁市各站點的洪澇序列[2]。

本文主要運用統(tǒng)計方法和線性傾向趨勢估計法分析銅仁市暴雨、洪澇的年際分布特征；基于自然災(zāi)害風險理論[3-4]，致災(zāi)因子選取暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)、洪澇日數(shù)，結(jié)合地形地貌、水庫河流分布、民政災(zāi)情，運用相關(guān)分析確定各因子的權(quán)重[9]，得到暴雨洪澇災(zāi)害風險指數(shù)，最后運用Sufer軟件繪制暴雨洪澇風險區(qū)劃圖。

3 銅仁市暴雨的氣候變化特征

3.1 銅仁市暴雨的年、月際演變特征

由銅仁全市平均的暴雨日數(shù)年際變化圖分析得出(圖2上)，在1961—2014年的54a中銅仁市暴雨發(fā)生了3次波峰、2次波谷的顯著波動變化，其中波峰期即暴雨發(fā)生頻次高的時期分別在1963—1967年、1995—1999年、2014年，波谷期即暴雨低頻期分別出現(xiàn)在1968—1994年和2000—2013年，但暴雨發(fā)生頻次總體呈現(xiàn)上升趨勢。

圖2 銅仁市暴雨日數(shù)的年際變化(上)、銅仁市暴雨月頻率分布圖(下)Fig.2 Interannual variation of rainstorm days (top) and monthly frequency distribution of rainstorms (bottom) in Tongren

由銅仁市暴雨發(fā)生的月際分布圖看到(圖2下)，銅仁市暴雨發(fā)生在每年的3—11月，主要集中在5—8月，以6月出現(xiàn)的暴雨頻率最大，達到了0.87，3月最小，僅為0.01。

3.2 銅仁市暴雨、大暴雨的空間分布特征

1961—2014年的54a中銅仁全市共發(fā)生暴雨1598站次，大暴雨190 站次。年均暴雨日數(shù)的空間分布看(圖3上)，銅仁市的年平均暴雨日數(shù)為2.6～3.6站次，西北部的德江和東北部的松桃中心是2個明顯暴雨發(fā)生高頻中心，其中德江縣、松桃的年平均暴雨日最多為3.6 d；玉屏、石阡為暴雨發(fā)生的低頻區(qū)，玉屏年均暴雨日數(shù)為2.3 d，石阡年均暴雨日數(shù)為2.6 d。

圖3 銅仁市暴雨日數(shù)的空間分布(上)、銅仁市大暴雨日數(shù)的空間分布圖(下)Fig.3 Spatial distribution of rainstorm days (top) and heavy rainstorm days (bottom) in Tongren

而年均大暴雨日數(shù)的空間分布大體與年均暴雨日數(shù)的空間分布相似(圖3下)，最多頻次中心位于松桃縣，年發(fā)生概率0.58，在54a中發(fā)生31次；次多中心為德江縣，年發(fā)生概率0.52；第三多頻次區(qū)域為思南、碧江、江口、萬山，年發(fā)生概率為0.35～0.49；最少發(fā)生頻次區(qū)域位于玉屏縣，年發(fā)生概率僅為0.07，在54a中僅發(fā)生4次；次少區(qū)在石阡、沿河、印江，發(fā)生頻次為0.28。

3.3 銅仁市暴雨洪澇的時空分布特征

1961—2014年的54a中銅仁市的年均洪澇日數(shù)的空間分布看(圖4上)，銅仁市的年平均洪澇日數(shù)為0.17～0.87 d，市南部的玉屏縣為洪澇發(fā)生最少區(qū)域，僅為0.17 d，石阡、沿河、印江為洪澇發(fā)生的次少區(qū)域，為0.31～0.44 d；市西部德江和市東部江口、萬山區(qū)為洪澇次高發(fā)區(qū)，年平均洪澇發(fā)生日數(shù)0.63～0.72 d；市東北部的松桃為洪澇發(fā)生概率最高地區(qū)。

圖4 銅仁市洪澇日數(shù)的空間分布(上)、銅仁市洪澇日數(shù)的年際變化(下)Fig.4 Spatial distribution of flood days (top) and interannual variation of flood days (bottom) in Tongren

在1961—2014年54a的氣候中，銅仁市共發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害273站次，銅仁市洪澇日數(shù)的年際變化曲線看(圖4下)，大致平均5年就有一次區(qū)域性的暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生，較重的洪澇災(zāi)害年有1963年、1964年、1967年、1986年、1995年、1996年、1998年、1999年、2004年、2007年、2011年、2012年、2014年共13年，以1995年和2014年造成的災(zāi)害最重。從年代看銅仁市洪澇60年代～80年代輕、90年代偏重，00年代輕，10年代重，線性傾向趨勢反映出銅仁市出現(xiàn)暴雨洪澇災(zāi)害出現(xiàn)的頻數(shù)越來越增多的趨勢。

3.4 銅仁市鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨的空間分布特征

銅仁市的鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩要素自動站從2009年開始布網(wǎng)，到2010年覆蓋全市所有196個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，累積了2010—2014年完整的雨量資料，因此我們采用了這5年的鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐日雨量資料，分析精細到鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨發(fā)生的地域特征(圖5)。從鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨的空間分布看，在銅仁市中部梵凈山東側(cè)的江口縣北部、松桃縣西部和東北部有3個暴雨中心，年平均暴雨日數(shù)為7 d，這與銅仁市梵凈山東側(cè)迎風坡地形抬升增幅降水有關(guān)；最少區(qū)域為銅仁市石阡縣的西部和南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，年平均暴雨日數(shù)為1 d。

圖5 銅仁市鄉(xiāng)鎮(zhèn)暴雨日數(shù)的空間分布圖Fig.5 Spatial distribution of rainstorm days in villages and towns of Tongren

4 銅仁市暴雨洪澇災(zāi)害的風險評估

基于自然災(zāi)害風險形成理論，暴雨洪澇災(zāi)害風險是致災(zāi)因子危險性、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性和防災(zāi)抗災(zāi)能力綜合作用的結(jié)果。其中致災(zāi)因子是引發(fā)暴雨洪澇災(zāi)害的直接因素，它主要包括暴雨過程降水量、日最大降水量及暴雨日數(shù)等氣象因子，孕災(zāi)環(huán)境是指災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的外部環(huán)境，如地形地貌、水系植被分布等[3]。根據(jù)災(zāi)害風險的表達式，風險度(R)=危險度(H) ×脆弱度(V)，采取二要素法，利用自然災(zāi)害風險指數(shù)法建立暴雨洪澇災(zāi)害風險指數(shù)評估模型：DRI=HWH×VWV，DRI為暴雨洪澇災(zāi)害風險指數(shù)，其值越大，則風險程度越大；H、V分別為暴雨的危險性、承災(zāi)體的脆弱性，WH、WV為其權(quán)重系數(shù)，取為0.60、0.40[4]。

本文主要以暴雨日數(shù)、日最大降水量作為主要致災(zāi)因子，銅仁市的地形高程、落差、河流密度作為孕災(zāi)環(huán)境，最后結(jié)合民政災(zāi)情數(shù)據(jù)，采用相關(guān)分析法，確定權(quán)重，再運用加權(quán)平均法[9]計算暴雨洪澇災(zāi)害風險指數(shù)，借助于Sufer軟件的空間分析工具，得到銅仁市暴雨洪澇災(zāi)害風險評估區(qū)劃。

從銅仁市的暴雨洪澇災(zāi)害風險區(qū)劃(圖6)分析結(jié)果得出，市西部重于東部，北部重于南部。西部山區(qū)海拔高，地貌多為喀斯特巖溶山原，河流峽谷陡峭，土地剝夷化程度高，山區(qū)河谷地段洪澇常有發(fā)生；東部地區(qū)海拔較低，河網(wǎng)密度大，也容易產(chǎn)生洪澇。根據(jù)洪澇災(zāi)害的風險區(qū)劃圖分析，西北部的德江縣、沿河縣和東北部的松桃縣是洪澇災(zāi)害一級危險區(qū)；江口縣、碧江區(qū)、思南縣為洪澇災(zāi)害風險二級危險區(qū)；玉屏縣、印江縣、石阡縣為洪澇災(zāi)害風險度較低區(qū)；萬山特區(qū)為洪澇災(zāi)害風險度最低區(qū)。近年來由于全球氣候變暖，氣候變化引發(fā)的暴雨極端氣候事件日益增多，銅仁市各地的洪澇災(zāi)害風險呈增加趨勢。

圖6 銅仁市暴雨洪澇災(zāi)害風險等級區(qū)劃圖Fig.6 Risk grade zoning map of rainstorm and flood disasters in Tongren

5 小結(jié)

1)銅仁市的暴雨發(fā)生期為3—11月，集中在5—8月，以6月出現(xiàn)的暴雨頻率最大；暴雨的年代分布有3次高峰期，暴雨發(fā)生的頻次總體呈現(xiàn)上升趨勢；

2)銅仁市的年均暴雨日數(shù)與大暴雨日數(shù)的空間分布大體相似，西北部的德江和東北部的松桃中心是2個明顯暴雨、大暴雨的發(fā)生高頻中心，玉屏、石阡為最少低頻區(qū)；

3)銅仁市的年均洪澇日數(shù)為0.17d～0.87 d，市南部的玉屏縣為洪澇發(fā)生最少區(qū)域，市東部松桃為概率最高中心；洪澇的年際趨勢反映出銅仁市出現(xiàn)洪澇災(zāi)害呈線性增多的趨勢；

4)精細到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的銅仁市暴雨地域特征，梵凈山東側(cè)的江口縣北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)、松桃縣西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)和東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)為3個暴雨中心，年平均暴雨日數(shù)為7 d；最少區(qū)域為銅仁市石阡縣的西部和南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，年平均暴雨日數(shù)為1 d；

5)銅仁市的暴雨洪澇災(zāi)害風險，總體上是西部重于東部，北部重于南部。