基于洪澇災(zāi)害特征分析的萬州區(qū)洪澇防災(zāi)減災(zāi)智慧系統(tǒng)構(gòu)建

吳邦和

（重慶市萬州區(qū)水旱災(zāi)害防御中心 重慶萬州 404100）

萬州以“萬川匯畢”得名，貫穿全境的長(zhǎng)江與境內(nèi)多條支流形成了“一干九支，三區(qū)分水”的局面。豐沛的水資源帶來了頻發(fā)的洪澇災(zāi)害，歷史上洪水多次對(duì)萬州的農(nóng)業(yè)造成了破壞。2020年，萬州先后發(fā)生10次強(qiáng)降雨過程，均出現(xiàn)不同程度的洪澇災(zāi)害損失，特別是“7.16”“7.26”超強(qiáng)暴雨引發(fā)的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，涉及了五橋、甘寧、走馬、分水等30多個(gè)鎮(zhèn)鄉(xiāng)街道，五橋河、瀼渡河等8條長(zhǎng)江支流堤防受到破壞。面臨如此頻發(fā)的洪災(zāi)，城市的綜合防洪能力是保障城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提條件，建立智慧高效的防災(zāi)系統(tǒng)是十分必要且迫切的。

一、萬州的洪澇災(zāi)害時(shí)間特性

在萬州地方志的記載中洪澇災(zāi)害幾乎每年都有發(fā)生，尤其1955年到1975年平均每年發(fā)生的洪澇災(zāi)害高達(dá)6次，且發(fā)生時(shí)間較為集中在4到9月，與雨季同步。其中，主要為本地降雨導(dǎo)致的原發(fā)性洪水，部分為上游降雨、泄洪導(dǎo)致的過境洪水。

（一）萬州年內(nèi)洪澇災(zāi)害特性

根據(jù)《萬縣地區(qū)五百年災(zāi)害研究》《中國(guó)氣象災(zāi)害大典—重慶卷》《重慶氣象災(zāi)害年鑒》統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，從1955年到2013年萬州區(qū)的洪澇災(zāi)害總數(shù)為288次，平均每年發(fā)生4.88次，萬州的暴雨發(fā)生了204次，平均每年3.46次，主要發(fā)生在5～9月。其中，大雨暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害為190次，占到65.9%；非大雨暴雨產(chǎn)生的洪澇災(zāi)害為98次，平均每年1.66次，占34.1%。

圖1 降雨與洪澇災(zāi)害的年內(nèi)分布情況圖

（二）萬州年際洪澇災(zāi)害情況

從圖2中可以看出洪澇災(zāi)害的發(fā)生頻率近59年呈現(xiàn)幾個(gè)不同階段，除了1970年后期可能因?yàn)楦珊档仍驔]有出現(xiàn)過洪澇外，在1980年及之前洪澇災(zāi)害比較頻繁，1990年之后洪澇災(zāi)害逐漸減少，但是2005年后洪澇災(zāi)害又有所增加。

圖2 近59年洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率分布圖

二、萬州洪澇多發(fā)空間特性

萬州區(qū)降水豐沛，且年份將與分配不均，“八分山地，二分丘陵”的多山地貌是洪澇災(zāi)害頻發(fā)的一大原因。萬州區(qū)境內(nèi)河流（不含長(zhǎng)江）為山區(qū)性河流，河谷深切，山坡陡峭。其地形特點(diǎn)導(dǎo)致洪水具有匯集快，過程陡漲陡落，峰頂持續(xù)時(shí)間短，洪峰值呈現(xiàn)年際變化大的特點(diǎn)。

（一）萬州與鄰近區(qū)縣間的洪澇特性分析

對(duì)于氣候、降雨接近的重慶各區(qū)縣，洪澇災(zāi)害分布卻呈現(xiàn)明顯地域性。根據(jù)相關(guān)洪澇發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)，忠縣—涪陵—萬盛—江津—潼南一線丘陵、低山地區(qū)洪澇發(fā)生頻率較低，一般都在25%以下；東北部低山、中山地區(qū)是洪澇多發(fā)區(qū)，梁平、開縣、城口、云陽、巫溪、萬州發(fā)生頻率都在45%以上。萬州山地面積超過80%，城區(qū)也建立在丘陵地帶，即使整體降雨量不足以對(duì)萬州產(chǎn)生超標(biāo)洪水，匯水區(qū)域的排水設(shè)施實(shí)際承受的壓力也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)工況，形成城市內(nèi)澇，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水則容易形成坡面徑流，匯集在河谷地區(qū)形成山洪，即使雨量不大的情況下也可能造成嚴(yán)重的災(zāi)害。

（二）萬州區(qū)內(nèi)洪澇空間特性

萬州區(qū)整體降雨豐沛、時(shí)間集中，復(fù)雜的地形造也給防洪防澇造成很大壓力：一是山地地形造成的空氣對(duì)流和阻隔會(huì)增強(qiáng)局地降水，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡氣象上就有差異，區(qū)內(nèi)各處降水呈現(xiàn)不均勻的分布；二是萬州的行政面積較大，氣象站尚未監(jiān)測(cè)到降雨，可能某些鎮(zhèn)鄉(xiāng)街道已經(jīng)泛濫成災(zāi)。近幾年氣候變化造成的暴雨的增多，洪澇易發(fā)點(diǎn)也呈現(xiàn)出來轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，2020年的大暴雨中原本重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的地點(diǎn)沒有發(fā)生洪澇，反而是不做重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的地點(diǎn)受災(zāi)，長(zhǎng)嶺水文站距受災(zāi)點(diǎn)有11.4公里，當(dāng)災(zāi)情里監(jiān)控范圍還有0.8米時(shí)五橋已受災(zāi)嚴(yán)重。

三、常規(guī)洪澇災(zāi)害防災(zāi)手段及現(xiàn)狀

作為農(nóng)耕文明的產(chǎn)物，洪澇災(zāi)害對(duì)古代中國(guó)產(chǎn)生了很大的威脅。為此誕生的水政制度和治水技術(shù)至今影響著人們防御洪澇災(zāi)害的基本思路——以修建堤防、渠道一類的工程手段為主[1-3]。

（一）傳統(tǒng)防災(zāi)備災(zāi)方法

先秦至今，應(yīng)對(duì)洪水采取過各種工程的手段進(jìn)行阻塞。據(jù)2015年對(duì)良渚古城水利工程遺址的發(fā)掘，5000年前的良渚先民使用草包泥塊筑壩，可對(duì)抗當(dāng)?shù)匕倌暌挥龅暮樗粷h代的“茨防洪水”和宋代的“埽工”是以蘆葦、茅草一類的植物包裹碎石塊筑堤，這種方法一直沿用到了清代中葉。現(xiàn)在，預(yù)防洪澇災(zāi)害主要是堤防的修建，根據(jù)河段重要性采取不同工況驗(yàn)算，確定出設(shè)計(jì)標(biāo)高。相較于古代的方法，施工手段和材料上有了飛躍，但本質(zhì)與古代的防災(zāi)思路相同，都是一種靜態(tài)的、被動(dòng)的防災(zāi)手段，氣候變化、人類活動(dòng)、河道改道等客觀環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，其防災(zāi)能力也受到制約[4]。

圖3 良渚古城水利工程遺址及現(xiàn)代防洪堤防

現(xiàn)在，大規(guī)模工程手段存在修建周期長(zhǎng)和資金、用地涉及矛盾多等一些類問題，尤其是財(cái)政困難地區(qū)。針對(duì)地形復(fù)雜的萬州，還存在安全冗余的考量，比如五橋、新田等易澇地區(qū)，如果按照城市統(tǒng)一規(guī)劃，局部的超標(biāo)洪水時(shí)有發(fā)生，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和居民人身安全都造成威脅；如果對(duì)安全冗余進(jìn)行放量，在平時(shí)就會(huì)造成浪費(fèi)。因此，提升防災(zāi)抗災(zāi)能力就要從非工程手段入手[5]。

（二）萬州洪澇防災(zāi)系統(tǒng)現(xiàn)狀

萬州區(qū)目前的防災(zāi)手段以工程手段為主，除長(zhǎng)江外，包括龍寶河、五橋河、苧溪河在內(nèi)的9條支流均已修建堤防，但因?yàn)橘Y金問題，堤防系統(tǒng)尚未形成閉環(huán)，且由于歷史原因，老城區(qū)建設(shè)未經(jīng)統(tǒng)一規(guī)劃，為增加城市建設(shè)用地、城市水景，老建筑依河而建，普遍存在程度不同的不合理占用州灘、設(shè)置行洪障礙現(xiàn)象，影響過洪能力，沿河建筑防洪能力普遍較低。

圖4 沿河建筑侵占行洪斷面

四、構(gòu)建智慧城市防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)

智慧城市指的并不是具體的某一項(xiàng)技術(shù)，而是指利用各種信息技術(shù)或創(chuàng)新概念，將城市的系統(tǒng)和服務(wù)打通、集成，以提升資源運(yùn)用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，以及改善市民生活質(zhì)量的城市信息化高級(jí)形態(tài)。智慧城市在空間技術(shù)、信息交互和物流轉(zhuǎn)運(yùn)方面的優(yōu)勢(shì)都是防災(zāi)備災(zāi)系統(tǒng)所亟需的，因此必須抓住智慧城市之契機(jī)，充分利用其先進(jìn)技術(shù)和資源，使洪澇防災(zāi)備災(zāi)系統(tǒng)智慧化。對(duì)于政府部門，建立智慧的防災(zāi)系統(tǒng)不僅是這一系列高新科技的利用，關(guān)鍵在于各個(gè)部門信息的交互和聯(lián)動(dòng)，以及從被動(dòng)到主動(dòng)，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的防災(zāi)思路的轉(zhuǎn)變[6]。

（一）完善災(zāi)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在系統(tǒng)組織方面，我國(guó)已建立起了災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)、應(yīng)急會(huì)商系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)。智慧城市的防災(zāi)系統(tǒng)則需要搭建災(zāi)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同要素、部門之間的數(shù)據(jù)整合與共享使用，洪澇災(zāi)害突發(fā)的情況下可以實(shí)現(xiàn)氣象站、水文站、水利系統(tǒng)、城市管理系統(tǒng)和應(yīng)急管理系統(tǒng)與街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間的快速響應(yīng)[7]。

在設(shè)施硬件方面，萬州目前在幾個(gè)重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)采用了視頻監(jiān)控的方式，其缺點(diǎn)有兩個(gè)：一是監(jiān)測(cè)范圍固定，過于被動(dòng)，受人類活動(dòng)影響和氣候環(huán)境變化受災(zāi)地點(diǎn)產(chǎn)生轉(zhuǎn)移時(shí)無法發(fā)揮作用；二是自動(dòng)化程度不夠，這種方式無疑還屬于“眼睛看，喇叭喊”的高級(jí)形態(tài)。水情監(jiān)控上，萬州目前僅有的5個(gè)水文站數(shù)據(jù)量過小，沒有形成立體框架哦，資料成果不足以作為洪澇災(zāi)害的參考指標(biāo)。使用3S技術(shù)、水下機(jī)器人等高新監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)萬州區(qū)域全河道進(jìn)行監(jiān)測(cè)，增設(shè)水文站點(diǎn)是完善災(zāi)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要一步。

（二）構(gòu)建洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)模型

信息科技對(duì)于防災(zāi)系統(tǒng)的演化關(guān)鍵作用在于利用已有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做出災(zāi)情的預(yù)判和最優(yōu)救災(zāi)方案，對(duì)于洪澇災(zāi)害，致災(zāi)信息不能只局限于水利部門、氣象部門或應(yīng)急管理部門，并整合利用各類城市運(yùn)行數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、情感和文本信息數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，支撐對(duì)人口流動(dòng)、自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等空間要素的分析評(píng)價(jià)、綜合模擬和預(yù)測(cè)。

（三）探索規(guī)劃構(gòu)建，補(bǔ)足城市保障短板

萬州老城區(qū)洪澇多發(fā)，很大原因是其缺乏規(guī)劃所致，今年正值“十四五”期間，智慧城市和防洪都是規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容，嘗試把兩者有機(jī)結(jié)合起來，從規(guī)劃出發(fā)，做頂層設(shè)計(jì)是保障國(guó)民生產(chǎn)補(bǔ)足城市短板的一次創(chuàng)舉，對(duì)萬州保障城市水安全，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升城市競(jìng)爭(zhēng)力，是一次有意義的探索。

（四）保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展，力爭(zhēng)提上規(guī)劃

目前，國(guó)外一些城市在防災(zāi)系統(tǒng)智慧化上已經(jīng)取得了不小的成就。萬州受多方面的影響，目前無法構(gòu)建起能與發(fā)達(dá)城市相較的防災(zāi)系統(tǒng)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上著力于實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技研發(fā)，力爭(zhēng)將智慧化的防災(zāi)系統(tǒng)提上下一個(gè)五年規(guī)劃。

五、結(jié)束語

（1）萬州區(qū)洪澇災(zāi)害時(shí)間特性表現(xiàn)為：年際變化趨勢(shì)上，1980年及之前洪澇災(zāi)害比較頻繁，1990年之后洪澇災(zāi)害逐漸減少，2005年后洪澇災(zāi)害又呈現(xiàn)出所增加的趨勢(shì)；年內(nèi)變化趨勢(shì)上，5～8月洪水或特大洪水常發(fā)，平均每年發(fā)生4.88次，大雨暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害占到65.9%，非大雨暴雨產(chǎn)生的洪澇災(zāi)害占34.1%。萬州區(qū)洪澇災(zāi)害空間特性表現(xiàn)為：洪水具有匯集快，過程陡漲陡落，峰頂持續(xù)時(shí)間短，洪峰值呈現(xiàn)年際變化大的特點(diǎn)；萬州處于東北部低山、中山地區(qū)洪澇多發(fā)區(qū)，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率在45%以上，與梁平、開縣、城口、云陽、巫溪相當(dāng)。

（2）萬州區(qū)目前的洪澇災(zāi)害防災(zāi)手段以工程手段為主，區(qū)域內(nèi)主要河流已修建防洪堤，但是沿河建筑防洪能力普遍偏低；防災(zāi)非工程手段基本完備但仍有待加強(qiáng)。

（3）通過完善災(zāi)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、構(gòu)建洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)模型、探索規(guī)劃構(gòu)建、保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多種措施結(jié)合的方式，構(gòu)建萬州區(qū)洪澇防災(zāi)減災(zāi)智慧系統(tǒng)，有利于提高萬州區(qū)洪澇災(zāi)害防控能力。