基于GIS的蕪湖市暴雨洪澇災害風險區(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)的系列災害是中國最嚴重的自然災害之一，例如2016 年的連續(xù)大暴雨給長江流域造成了嚴重洪澇災害，僅蕪湖市就投入各類抗洪搶險人員20 多萬人，轉移安置人員13.4 萬人，因此加強暴雨洪澇氣象災害風險區(qū)劃管理［1-2］，抵御暴雨洪澇風險，引起政府的日益重視，不少學者進行了相關的研究。謝五三等［3］利用GIS 采用致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性、抗災能力作為風險評估指標，采用專家打分法及加權綜合法建立了暴雨洪澇災害綜合風險評估模型；李軍玲［4］以降雨、地形和區(qū)域社會經濟易損性為主要指標，得出河南省洪災風險綜合區(qū)劃圖；張亞琳［5］對洪安澗河流域進行了暴雨洪澇災害風險區(qū)劃；高展等［6］基于自然災害風險評價理論，開展山岳型景區(qū)暴雨山洪災害風險區(qū)劃研究。王勝等［7］以淠河流域為例進行山洪災害風險區(qū)劃研究驗證。本文對蕪湖市暴雨洪澇災害風險進行區(qū)劃，繪制蕪湖市暴雨洪澇災害風險T 年重現期圖，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 日逐小時水位數據，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 年數據，精度30 m×30 m。

社會經濟資料：GDP 為2010 年數據，精度1 km×1 km；人口為2010 年數據，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 柵格數據構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

基于自然災害風險形成理論，暴雨洪澇災害風險是由危險性（致災因子）、敏感性（孕災環(huán)境）、易損性（承災體）和抗災能力4 部分共同形成的。本文利用算術平均值方法計算確定流域致災臨界雨量，通過廣義極值分布函數擬合得到流域不同重現期致洪面雨量，利用FloodArea 模型對各子流域逐時雨量柵格數據進行計算，獲得不同重現期暴雨淹沒深度，再疊加人口、土地利用、GDP 數據，繪制承災體不同重現期下的暴雨洪澇災害風險區(qū)劃圖。

3 蕪湖市暴雨洪澇災害風險區(qū)劃

本文利用上文提到的研究方法，得出重現期為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一遇的柵格淹沒數據，并在GIS 平臺中提取制作出T 年一遇的蕪湖市暴雨洪澇災害風險區(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，較高風險區(qū)分布在河道及中下游河道兩側區(qū)域，南部山區(qū)和河流流域重疊區(qū)風險最高。隨著重現期的增加，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期暴雨山洪的淹沒深度柵格數據疊加上對應的人口、GDP、土地利用信息，就可制作不同重現期下人口、GDP 以及土地利用等風險區(qū)劃圖譜，如圖1（b）。經過分析，認為蕪湖市人口、GDP 高值區(qū)等多聚集在河流附近，不同承災體的風險區(qū)劃具有相似性。當出現20 a 一遇重現期以上的暴雨，淹沒風險將明顯增加，風險等級較高，承受災害能力較弱。

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

4 暴雨災害風險區(qū)劃驗證

為檢驗評估暴雨災害風險區(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 年重現期暴雨風險區(qū)劃圖驗證

本文使用多概率分布函數擬合工具MuDFiT，利用最大似然法得到函數的參數，并選取判斷擬合的最優(yōu)函數；計算得到7月2 日蕪湖4 個站點暴雨天氣的重現期（表1）。從表1 可以得出結論：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重現期

用GIS 提取10 a～20 a 一遇的蕪湖市暴雨洪澇災害風險區(qū)劃圖柵格數據（圖1）可查知，南陵內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，其中灣沚站的數據曲線一致性最好，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

本文利用蕪湖市氣象、水文、地理信息、社會經濟統(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害風險區(qū)劃圖以及不同重現期下人口、GDP 以及土地利用等風險區(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，淹沒風險偏大，風險等級較高。以蕪湖2016 年7 月2 日暴雨作為實例，對當日的蕪湖暴雨洪澇災害風險進行驗證，結果表明：7 月2 日暴雨過程中，青弋江一帶的暴雨洪澇災害風險較為符合蕪湖市暴雨洪澇風險區(qū)劃圖，漳河一帶風險等級較實況偏低，總體來說，蕪湖市暴雨洪澇災害風險區(qū)劃較為合理。漳河一帶風險等級略偏低可能和上游水庫有一定關系，也可能因為模擬時因為地形地貌、水文資料的不足產生誤差。但就目前仍處空白狀態(tài)的風險評估領域來說，依然具有較好的參考價值，可有效減少暴雨洪澇災害對環(huán)境的影響。