吉林市雨澇風(fēng)險(xiǎn)模擬分析

收稿日期：2023-12-20

作者簡(jiǎn)介：王元昊（1999—），男，吉林長(zhǎng)春人，主要從事國(guó)土資源管理與規(guī)劃研究。

摘 要：以吉林市作為雨澇風(fēng)險(xiǎn)模擬分析的研究區(qū)域，將集水單元徑流量與吉林市多年的年平均降水量為模擬分析基礎(chǔ)，根據(jù)吉林市內(nèi)降水量分布差異分析出集水流域，劃分集水單元，通過(guò)加權(quán)平均徑流系數(shù)計(jì)算每個(gè)集水單元的徑流量，比較地形面積與集水面積之間差值大小，依據(jù)差值數(shù)據(jù)得到雨澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)區(qū)，對(duì)市域內(nèi)雨澇風(fēng)險(xiǎn)集中程度進(jìn)行分級(jí)。

關(guān)鍵詞：雨澇風(fēng)險(xiǎn)模擬；加權(quán)平均徑流系數(shù)；淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分級(jí)

中圖分類號(hào)：TU998.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）04–0-03

雨澇風(fēng)險(xiǎn)，又被稱為雨澇自然風(fēng)險(xiǎn)，是指一定時(shí)限因降雨量達(dá)到一定強(qiáng)度，超過(guò)區(qū)域內(nèi)蓄水能力或城鄉(xiāng)部分地勢(shì)低洼區(qū)積水內(nèi)澇形成雨澇災(zāi)害，該災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成一定風(fēng)險(xiǎn)，威脅城鄉(xiāng)安全發(fā)展[1-2]。

以集水單元徑流量與吉林市多年的年平均降水量為模擬分析基礎(chǔ)，根據(jù)市域降水量分布差異分析出集水流域，劃分集水單元，通過(guò)加權(quán)平均徑流系數(shù)計(jì)算每個(gè)集水單元的徑流量，比較地形面積與集水面積之間差值的大小，并依據(jù)差值數(shù)據(jù)，得到雨澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)區(qū)，并對(duì)雨澇風(fēng)險(xiǎn)集中程度進(jìn)行分級(jí)。

1 研究區(qū)概況

吉林省吉林市，氣候類型屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫3～5 ℃，受地形影響，由西、西北方向向東、東南方向的氣溫逐漸降低。1月平均氣溫最低，一般在-20～-18 ℃；7月平均氣溫最高，一般在21～23 ℃

之間，最高氣溫達(dá)36.6 ℃。山區(qū)無(wú)霜期為120 d，平原區(qū)無(wú)霜期則為130～140 d。降雨多集中在6—8月，全年降雨量約700 mm。地理位置介于東經(jīng)124°18′

～127°05′，北緯43°05′～45°15′，位于長(zhǎng)白山地區(qū)向松遼平原過(guò)渡地帶。地處東北平原中東部，境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，由松花江、拉林河、牡丹江3個(gè)水系的部分河段和支流組成，地勢(shì)由東南向西北逐漸降低，形成中山山區(qū)—低山丘陵區(qū)—峽谷湖泊區(qū)—河谷平原區(qū)四大地貌景觀。中心城市四面環(huán)山，三面環(huán)水，松花江呈倒“S”形穿城而過(guò)，水資源豐富，是吉林省重要水源涵養(yǎng)區(qū)，故而也常受洪患侵?jǐn)_。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)、降水站點(diǎn)數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、植被類型數(shù)據(jù)等，配合CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_42投影坐標(biāo)系進(jìn)行分析。吉林市DEM高程數(shù)據(jù)源自ALOS衛(wèi)星（Advanced Land Observing Satellite），其精度為

12.5 m分辨率；降水站點(diǎn)數(shù)據(jù)源于中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0），統(tǒng)計(jì)年份區(qū)間為2010—2020年，共計(jì)11年；行政區(qū)劃數(shù)據(jù)源于資源環(huán)境與數(shù)據(jù)科學(xué)中心；土地利用數(shù)據(jù)源于中國(guó)多時(shí)期土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集[3]；植被類型數(shù)據(jù)源于資源環(huán)境與數(shù)據(jù)科學(xué)中心提供的中國(guó)1∶100萬(wàn)的植被類型空間分布數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

對(duì)吉林市2010—2020年的逐年降水站點(diǎn)進(jìn)行克里金插值法處理，得到多年的年平均降水量柵格數(shù)據(jù)；通過(guò)吉林市市域DEM高程數(shù)據(jù)構(gòu)建水文分析模型，劃分出集水流域和集水單元，集水單元掛接多年的年平均降水量柵格數(shù)據(jù)，獲得每個(gè)集水單元的降水量；根據(jù)植被類型數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)得到所需要的加權(quán)平均徑流系數(shù)，綜上計(jì)算出集水單元的徑流量和集水量，比較每個(gè)集水單元集水量數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)的體積、高度和面積，并最終確定吉林市市域內(nèi)的雨澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)集中程度分級(jí)情況，并依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度確定雨澇洪澇災(zāi)害預(yù)防措施（表1）。

在構(gòu)建雨澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型的流程中，各用地類型的平均地表徑流系數(shù)參照2019年版《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》的各類型生態(tài)系統(tǒng)地表徑流系數(shù)均值表和龔詩(shī)涵（2017）等學(xué)者在《中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)空間特征及其影響因素》中表述的各植被類型的各類型生態(tài)系統(tǒng)地表徑流系數(shù)均值[4]。

2.3 雨澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型

/%=αi××100（1）

Sdem=（2）

S淹沒(méi)=Scell -Sdem（3）

式（1）～式（3），αi表示平均地表徑流系數(shù)（%）；S某植被類型

表示某類型用地內(nèi)的某植被類型面積（m2）；S某用被類型

表示某類型用地面積（m2）；表示某地類加權(quán)平均地表徑流系數(shù)（%）；pre表示多年的年平均降水量（m）；GIS軟件計(jì)算集水單元面積Scell（m2）；DEM為地形高度（m）；Sdem為地形表面積（m2）；S淹沒(méi)為預(yù)測(cè)淹沒(méi)面積（m2）。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水量趨勢(shì)面分析

對(duì)201—2020年吉林省省域范圍降水站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行克里金插值半變異函數(shù)擬合分析，得到吉林省多年的年平均降水?dāng)?shù)據(jù)。在該研究時(shí)段，吉林省多年平均降水量的空間趨勢(shì)線基本保持“中部高、東西低”“北低南高”的布局狀態(tài)，吉林省省域降水狀態(tài)，由西向東呈現(xiàn)“先上升、后下降”的平緩趨勢(shì)，由北向南呈現(xiàn)出逐漸陡峭地攀升狀態(tài)，因此，省域內(nèi)年均降水量由北向南逐漸增多，由西部到中部逐漸上升、中部到東部逐漸下降，總體上看，東部降水量比西部高。

2010年吉林省各降水站點(diǎn)的年平均降水量呈現(xiàn)出“中部高，東西低”“北低南高”的地理分異布局狀態(tài)，表示出明顯的指向性狀態(tài)；2015年吉林省各降水站點(diǎn)的年平均降水量，呈現(xiàn)出“中部高，東西低”“北低南高”的分異布局狀態(tài)，表示出明顯的指向性狀態(tài)；2020年吉林省各降水站點(diǎn)的年平均降水量，在空間分布上呈現(xiàn)出“中部高，東西低，東比西高”“北低南高”的分異布局狀態(tài)，表示出明顯的指向性狀態(tài)。省域降水情況的空間分布特征與省地理地貌分布基本保持一致，吉林省西部、中部和東部的降水量呈現(xiàn)強(qiáng)烈的差異性，這決定了吉林省氣候總體可劃分為三部分，其中吉林市居于吉林省中心位置，其降水量位居全省最高（圖1）。

3.2 水文分析

采用12.5 m分辨率DEM高程數(shù)據(jù)，并按吉林市行政區(qū)的劃分提取吉林市域范圍DEM高程數(shù)據(jù)，通過(guò)填洼分析、流向分析、匯流河網(wǎng)分析、提取匯流河網(wǎng)、捕捉傾瀉點(diǎn)、河流連接分析等，劃分出吉林市具體的集水區(qū)和集水流域。

3.3 雨澇風(fēng)險(xiǎn)模擬與淹沒(méi)區(qū)分析

每個(gè)集水單元可能有多種地類和多個(gè)徑流系數(shù)，根據(jù)《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》2019年版的表 B-2 各類型生態(tài)系統(tǒng)地表徑流系數(shù)均值，將每種地類占每個(gè)集水單元的百分比作為權(quán)重，然后將每個(gè)集水單元內(nèi)的徑流系數(shù)乘以該地類的權(quán)重，進(jìn)行加權(quán)求和，得到該集水單元的徑流系數(shù)，進(jìn)而求算出集水單元地表徑流量。通過(guò)spatial analyst工具中的區(qū)域分析中的“以表格顯示分區(qū)統(tǒng)計(jì)”功能，將2010—2020年年均降水量去掛接集水單元，得到集水單元多年平均降

水量。

區(qū)域集水單元面積減去區(qū)域地表面積得到差值，差值即為預(yù)測(cè)淹沒(méi)區(qū)，而后將淹沒(méi)區(qū)通過(guò)GIS軟件轉(zhuǎn)為淹沒(méi)區(qū)點(diǎn)要素，對(duì)淹沒(méi)區(qū)點(diǎn)要素進(jìn)行核密度分析得到雨澇風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果。假設(shè)在集水單元體積一定的情況下，通過(guò)比較每個(gè)集水單元集水量和集水單元地形的體積、高度，即當(dāng)某個(gè)區(qū)域集水單元面積大于該區(qū)域地表面積時(shí)，則該區(qū)域集水高度大于該區(qū)域的地表高度，可設(shè)定為預(yù)測(cè)淹沒(méi)區(qū)。根據(jù)淹沒(méi)區(qū)核密度分析結(jié)果可知，雨澇淹沒(méi)區(qū)主要分布在市域西北部的主城區(qū)及其外圍鄉(xiāng)村周圍（圖2）。

3.4 雨澇風(fēng)險(xiǎn)淹沒(méi)區(qū)分級(jí)

根據(jù)圖3所示，將吉林市市域范圍內(nèi)雨澇淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，從而識(shí)別出雨澇風(fēng)險(xiǎn)斑塊，依據(jù)淹沒(méi)點(diǎn)核密度分析結(jié)果，按風(fēng)險(xiǎn)程度由高到低共劃分為Ⅰ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、Ⅱ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、Ⅲ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和Ⅳ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。Ⅰ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在舒蘭市西部的亮甲山鄉(xiāng)、法特鎮(zhèn)、白旗鎮(zhèn)、朝陽(yáng)鎮(zhèn)、天德鄉(xiāng)，龍?zhí)秴^(qū)西部，昌邑區(qū)中東部，船營(yíng)區(qū)北部，永吉縣北部，吉林市和蛟河市主城區(qū)也屬于Ⅰ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；Ⅱ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在Ⅰ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的外圍緩沖區(qū)域，樺甸市主城區(qū)亦屬于Ⅱ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；Ⅲ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要圍繞Ⅱ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈現(xiàn)帶狀分布；Ⅳ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)圍繞Ⅲ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)廣泛分布在吉林市市域自南向北方向上的東部邊緣地帶。

4 結(jié)束語(yǔ)

研究基于空間疊加分析和雨澇風(fēng)險(xiǎn)分析，精準(zhǔn)識(shí)別市域雨澇淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)?；诖?，吉林市有關(guān)部門需要根據(jù)雨澇淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的防災(zāi)分級(jí)措施，根據(jù)水源涵養(yǎng)空間特性，構(gòu)建城區(qū)和鄉(xiāng)村雨澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)于可能發(fā)生雨澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的Ⅰ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，有關(guān)雨澇監(jiān)測(cè)部門和防災(zāi)應(yīng)急部門應(yīng)該在全年雨量最多的幾個(gè)月份進(jìn)行實(shí)時(shí)雨量監(jiān)測(cè)，以應(yīng)對(duì)可能到來(lái)的汛情，并做好主城區(qū)防澇排水工程[5-6]。對(duì)于可能發(fā)生雨澇災(zāi)害較為嚴(yán)重的Ⅱ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)應(yīng)作為雨澇災(zāi)害緩沖區(qū)域，以緩解重點(diǎn)雨澇災(zāi)情；Ⅲ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要沿江、丘陵呈現(xiàn)帶狀分布，該區(qū)域需要做好民眾紓困工作；Ⅳ級(jí)雨澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在市域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，需做好排洪工作[7-11]。

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