城市流域洪水風(fēng)險(xiǎn)影響因素的比較分析

毛梅

（貴州東方世紀(jì)科技股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550003）

0 引言

此研究提出了一種利用基于GIS 的洪水災(zāi)害預(yù)測(cè)模型（FDPM）對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)因素的影響進(jìn)行比較評(píng)估的方法。FDPM使用模擬軟件XP-SWMM計(jì)算洪水淹沒(méi)深度，并使用任何給定區(qū)域條件的洪水損失估算模型估算洪水損失。在這種情況下，洪水風(fēng)險(xiǎn)定義為洪水損害及其發(fā)生概率的乘積。

1 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

使用FDPM 模擬的結(jié)果，為洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供基礎(chǔ)，以計(jì)算洪水風(fēng)險(xiǎn)成本和FRIF。FDPM 是一種基于GIS 的洪水損害預(yù)測(cè)模型，由模型1 和模型2 兩部分組成。模型1 計(jì)算輸入水文圖的二維淹沒(méi)深度。模型2 估計(jì)任何給定淹沒(méi)深度的經(jīng)濟(jì)損失。洪水風(fēng)險(xiǎn)分析使用三條曲線：洪水概率曲線、潛在損失曲線和年度洪水風(fēng)險(xiǎn)密度曲線。這三條曲線描述了集水區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)特征。

2 洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的應(yīng)用

2.1 FDPM仿真設(shè)計(jì)

FDPM 使用一組具有不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)暴雨雨量圖來(lái)進(jìn)行模擬。模擬設(shè)計(jì)暴雨的重現(xiàn)期為3、5、15、30、50、70、100、150、200、300 和500 年。由FDPM 模擬計(jì)算過(guò)程可知，利用模型1和模型2可以計(jì)算集水區(qū)條件變化和全球氣候變化下的洪水淹沒(méi)深度和損失。

2.2 當(dāng)前集水區(qū)條件的變化

城市集水區(qū)條件的變化可能會(huì)給城市及其居民帶來(lái)更多的洪水和社會(huì)影響。在文中對(duì)影響進(jìn)行了廣泛分類(lèi)和處理，以量化城市排水區(qū)域的洪水風(fēng)險(xiǎn)。

如果采取措施改善洪水，該研究流域的洪水損害可能會(huì)減少。該研究流域的城市化程度極高，有65%的不透水面積。采取相關(guān)的防洪工程，可以將不透水面積從65%減少到較低的比率，如55%和45%。這兩種不透水面積的比率都可以通過(guò)FDPM進(jìn)行模擬。

2.3 全球氣候變化引起的暴雨特征變化

文章使用了全球變暖前后設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期之間的關(guān)系來(lái)估算氣候變化發(fā)生時(shí)的淹沒(méi)面積，該方法很容易從當(dāng)前的洪水特征曲線創(chuàng)建一條新的洪水特征曲線，該曲線表示全球氣候變化后的條件。

3 結(jié)果和討論

3.1 淹沒(méi)和損壞特性曲線

圖1顯示了洪水淹沒(méi)損害特性曲線，該曲線將淹沒(méi)損害與淹沒(méi)深度聯(lián)系起來(lái)。該曲線由淹沒(méi)特性曲線和損害特性曲線相乘得出?？梢院苋菀椎乜吹剑蠖鄶?shù)損壞發(fā)生在1.10 m的淹沒(méi)深度。

圖1 不同情況下的洪水損害特性曲線圖

3.2 潛在損失曲線和年度洪水風(fēng)險(xiǎn)密度曲線

圖2 顯示了排水區(qū)域的潛在損失曲線和暴雨概率曲線。洪水損失的經(jīng)濟(jì)成本以無(wú)量綱形式表示。圖2 中的BFP 是洪水損失經(jīng)濟(jì)成本的無(wú)量綱單位。

年度洪水風(fēng)險(xiǎn)密度曲線是通過(guò)圖2 所示的損害可能性和暴雨概率曲線計(jì)算得到的。潛在損失曲線表明每次洪水造成的損失是如何增加或減少的。圖3顯示了當(dāng)前集水區(qū)條件、防洪項(xiàng)目、減少資產(chǎn)、增加資產(chǎn)和全球氣候變化的年度洪水風(fēng)險(xiǎn)密度曲線。風(fēng)險(xiǎn)密度曲線在2 年時(shí)最高。風(fēng)險(xiǎn)密度隨著資產(chǎn)的增加和氣候變化而增加，而在增加防洪項(xiàng)目和防洪措施時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)密度會(huì)下降。在這些因素中，氣候變化曲線的影響最大。

圖2 不同情況下的暴雨潛在損失和概率密度曲線圖

圖3 不同情況下的洪水風(fēng)險(xiǎn)密度曲線圖

3.3 風(fēng)險(xiǎn)成本與風(fēng)險(xiǎn)成本變動(dòng)

洪水風(fēng)險(xiǎn)成本通過(guò)整合五種條件（FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2 和當(dāng)前）的年度洪水風(fēng)險(xiǎn)密度曲線計(jì)算得出。FC45%和FC55%意味著防洪項(xiàng)目分別達(dá)到55%和45%的不透水面積，低于目前的65%。DRM0.8表示可減少20%傷害的防洪措施。AI1.2表示可使資產(chǎn)增加20%的防洪措施。由于全球變暖，當(dāng)前集水區(qū)條件的風(fēng)險(xiǎn)成本顯著增加70%，而其他集水區(qū)條件（FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2）的風(fēng)險(xiǎn)成本也有類(lèi)似的趨勢(shì)。

3.4 洪水風(fēng)險(xiǎn)影響系數(shù)（FRIF）

使用圖4中給出的計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)成本可以輕松計(jì)算FRIF。圖5顯示了各種集水區(qū)條件下的風(fēng)險(xiǎn)成本和相關(guān)FRIF值。實(shí)心圓和空心圓分別表示有和無(wú)全球氣候變化的條件。以斜體書(shū)寫(xiě)時(shí)，F(xiàn)C45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2表示氣候變化的條件。FRIF值表示城市化、防洪項(xiàng)目、減少損害措施和氣候變化的影響。

圖4 不同條件下的洪水風(fēng)險(xiǎn)成本圖

圖5 不同條件下的風(fēng)險(xiǎn)成本和FRIF值圖

當(dāng)前條件下的年度風(fēng)險(xiǎn)成本約為1 BFP，F(xiàn)RIF為0.0。資產(chǎn)增加20%（AI1.2）的效果與建設(shè)防洪項(xiàng)目（將不透水面積降低至55%）并結(jié)合全球變暖（FC55%）的效果相同，F(xiàn)RIF 為0.25。防洪項(xiàng)目將不透水區(qū)域降低至45%（FC45%），超過(guò)因全球變暖而增加的風(fēng)險(xiǎn)成本，因?yàn)镕RIF會(huì)變?yōu)樨?fù)值。當(dāng)資產(chǎn)增加20%且假設(shè)氣候變化時(shí)，F(xiàn)RIF 上升至1.0（AI1.2）?？偠灾?，氣候變化應(yīng)該是增加洪水風(fēng)險(xiǎn)的最重要因素。

4 結(jié)論

①提出了一種基于FDPM 和XP-SWMM 程序的洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法可以評(píng)估增加和減少城市洪水風(fēng)險(xiǎn)的因素，作為城市洪水管理的理論基礎(chǔ)。②通過(guò)該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法得到了防洪項(xiàng)目和減少損失措施會(huì)使得洪水風(fēng)險(xiǎn)降低，以及研究流域資產(chǎn)增加和全球氣候變化會(huì)使得洪水風(fēng)險(xiǎn)增加。③重現(xiàn)期變化法作為一種簡(jiǎn)單的方法可以被應(yīng)用于估算全球變暖對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)造成的潛在影響。FRIF 作為一個(gè)指數(shù)，可以評(píng)估各種防洪措施對(duì)洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)的影響。