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流域洪水風(fēng)險(xiǎn)分析與定量評(píng)估
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1引言
我國的洪澇災(zāi)害從出現(xiàn)頻率、影響范圍到造成的損失都是世界最為嚴(yán)重的國家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),在過去的2000多年中,中國發(fā)生的有史料可查的重大洪水災(zāi)害就達(dá)1600余次。新中國成立以來,經(jīng)過40多年的治理,全國江河流域的防洪形勢(shì)有了重大改觀。但是,由于洪水的影響因素眾多和人類對(duì)自然界認(rèn)知的局限性,目前尚無法從確定性的角度預(yù)知未來相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)洪水發(fā)生的確切時(shí)間和真實(shí)過程,加之經(jīng)濟(jì)條件的限制和出于環(huán)境方面的考慮,洪水災(zāi)害目前還難以徹底防范或根本消除。近年來,隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,我國洪澇損失具有逐年增大的趨勢(shì)。在新形勢(shì)下,建立洪水風(fēng)險(xiǎn)的概念,使人們經(jīng)常認(rèn)識(shí)到洪水發(fā)生的可能性和洪災(zāi)的后果,將有助于機(jī)構(gòu)和個(gè)人更好地防范洪水災(zāi)害。
洪水風(fēng)險(xiǎn)是指未來可能引起災(zāi)害性后果洪水發(fā)生的概率或頻率,洪水風(fēng)險(xiǎn)圖則是對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)及后果定量化和圖形化的體現(xiàn)。一般,洪水風(fēng)險(xiǎn)圖應(yīng)該是三位一體的組合:
(1)流域洪水發(fā)生的頻率;
?。?)流域類洪水的淹水區(qū)域分布及有關(guān)說明;
?。?)洪水災(zāi)害可能造成的各類損失。
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可以使人們更直觀地了解和認(rèn)識(shí)到災(zāi)難性洪水發(fā)生后可能的水文后果和災(zāi)害損失概況,及時(shí)做好防御洪水的準(zhǔn)備,以防患于未然。防洪決策人員可以對(duì)于流域重大的洪澇災(zāi)害發(fā)生的原因和可能后果做到胸中有數(shù),在災(zāi)情即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生時(shí),能夠做到臨危不亂,迅速制定合理的調(diào)度方案和采取正確搶險(xiǎn)救災(zāi)措施,將洪災(zāi)損失減少到最小程度。
2 分析流域洪水淹沒狀況的方法
2.1 實(shí)際洪水法
實(shí)際洪水法的基本假定是流域自然地理特征保持基本不變條件下,洪水具有重現(xiàn)性。因此流域歷史上已經(jīng)發(fā)生過的大洪水實(shí)際淹沒實(shí)況,可以作為現(xiàn)在和未來同類洪水重現(xiàn)時(shí)的淹沒狀態(tài)。分析歷史洪水淹沒實(shí)況主要有以下幾種途徑:
(1)對(duì)于近期發(fā)生的洪水,利用流域?qū)崪y(cè)水文資料和災(zāi)情資料可以較為可靠地分析洪水特性及相應(yīng)的淹沒范圍、淹沒深度和淹沒時(shí)間。
?。?)對(duì)于缺乏資料或年代較為久遠(yuǎn)的洪水,可以通過調(diào)查考證的途徑[1]分析洪水發(fā)生時(shí)的淹沒情況。調(diào)查考證的內(nèi)容包括對(duì)沿洪水路徑洪痕調(diào)查,查閱有關(guān)洪澇災(zāi)情的歷史文獻(xiàn)記載,走訪洪泛區(qū)居民等。
?。?)洪水徑流是塑造地貌的重要外力,洪流的侵蝕、搬運(yùn)和堆積作用形成的洪水地貌包括廢河道、天然沖積堤、沖積扇(洪積平原)、河漫灘(沖積平原)、沼澤地、三角洲等[2]。通過對(duì)洪水地貌分析,可以大致上分析出洪水徑流的強(qiáng)度、范圍和水深,作為分析淹沒實(shí)況的依據(jù)。
?。?)對(duì)于河流早已改道遠(yuǎn)古時(shí)代發(fā)生的大洪水,可以通過水文地質(zhì)地貌分析并結(jié)合水力學(xué)方法估計(jì)古洪水的水位和流量,近似推算古洪水重現(xiàn)時(shí)的淹沒情況。
實(shí)際洪水分析途徑主要適合于天然流域,一般不能估計(jì)流域城市化、防洪工程和防洪措施的效應(yīng)。?
2.2 水文學(xué)和水力學(xué)方法
水文學(xué)和水力學(xué)方法是根據(jù)流域現(xiàn)狀或規(guī)劃條件下土地利用特征和工程條件,采用水文學(xué)和水力學(xué)方法分析推求流域洪水泛濫后的淹沒狀況。目前國內(nèi)外流行的水文學(xué)和水力學(xué)方法和模型眾多,采用何種方法和模型應(yīng)該針對(duì)流域水文地理特征、工程調(diào)度方式、資料條件以及計(jì)算精度來選擇應(yīng)用。
?。?)由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪峰或設(shè)計(jì)洪水過程線可以采用水文學(xué)方法,如推理方法、徑流系數(shù)折算法、先損后損法、下滲曲線法、降雨徑流相關(guān)圖法、蓄滿產(chǎn)流模型、超滲產(chǎn)流模型[5]等。
?。?)由設(shè)計(jì)洪峰推求河道洪水位,可采用水面曲線法、回水曲線法、經(jīng)驗(yàn)公式等。位于河道洪水位以下的區(qū)域可作為可能的洪水淹沒區(qū)域作進(jìn)一步分析。
?。?)由設(shè)計(jì)洪水過程線推求水位過程線,常用的水文學(xué)方法包括單位線法、等流時(shí)線法、抵償河長(zhǎng)法、馬斯京根法、調(diào)蓄演算法[3]等。
(4)對(duì)于河網(wǎng)匯流或坡面漫流計(jì)算采用水力學(xué)方法比較合適,如一維非恒定流和二維非恒定流方法[4],以及它們的簡(jiǎn)化形式等。采用水力學(xué)方法可以根據(jù)分析要求推求河道或流域水深、流量、蓄水量的時(shí)空分布。
水文學(xué)和水力學(xué)方法計(jì)算結(jié)果頻率概念明確,可以分析和模擬土地利用、工程建設(shè)、調(diào)度方式、邊界條件變化情況下的洪水狀態(tài),在洪水風(fēng)險(xiǎn)分析中應(yīng)用較為廣泛。
3洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)評(píng)估
3.1流域社會(huì)和經(jīng)濟(jì)特征統(tǒng)計(jì)
對(duì)流域的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)分門別類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)或估算。各種資料來源應(yīng)盡可能,可以采用當(dāng)年或上年度本地區(qū)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒。在有條件情況下,應(yīng)該直接去當(dāng)?shù)厥占钚潞透敿?xì)的資料,以滿足洪災(zāi)損失估算的要求。需統(tǒng)計(jì)的基本資料包括:
?。?)城鎮(zhèn)和村鄉(xiāng)人口、土地利用情況、耕地面積;
?。?)各工礦企業(yè)固定資產(chǎn)和工業(yè)產(chǎn)值;
?。?)農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)產(chǎn)值及固定資產(chǎn);
?。?)單位和居民固定資產(chǎn);
?。?)服務(wù)和社會(huì)性行業(yè)產(chǎn)值和固定資產(chǎn);
?。?)公路、鐵路、通信、供水、供氣等各類生命線的分布;
(7)參加洪水保險(xiǎn)的企業(yè)、居民數(shù)和保險(xiǎn)金額。
3.2洪災(zāi)損失評(píng)估
一般,洪災(zāi)損失評(píng)估內(nèi)容包括這樣幾個(gè)方面:
?。?)災(zāi)害影響的范圍和強(qiáng)度。范圍用面積或區(qū)域表示;災(zāi)害強(qiáng)度定性為若干級(jí),如特大、重大、大、中、小等;?
?。?)造成的經(jīng)濟(jì)損失。按工業(yè)損失、農(nóng)業(yè)損失、商業(yè)損失、居民損失、其它行業(yè)損失等分類統(tǒng)計(jì),也可以分地區(qū)統(tǒng)計(jì);?
?。?)生命線受害統(tǒng)計(jì)。所謂生命線系指交通系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、郵電系統(tǒng)等,一般可按系統(tǒng)中斷時(shí)間計(jì);?
?。?)人員傷亡數(shù)目;
(5)環(huán)境污染及疾病傳播情況;?
(6)社會(huì)影響。?
經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估是災(zāi)情評(píng)估的主要內(nèi)容,但人員傷亡、水源污染、疾病流行、社會(huì)不安定、生命線受損影響等是無法用貨幣表示的無形損失,在評(píng)估過程中須單列考慮。?
洪水災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失包括直接損失和間接損失。直接損失主要是由于洪水直接淹沒所造成的集體及個(gè)人財(cái)產(chǎn)損失;間接損失指由于洪水期交通、電力中斷,廠房、設(shè)備受損等造成的產(chǎn)品成本增加及停產(chǎn)、誤工損失,以及合同無法按期完成的違約損失等,還包括防洪搶險(xiǎn)、災(zāi)民撤離、疾病防治、災(zāi)后恢復(fù)等費(fèi)用。由于對(duì)間接損失的詳細(xì)分析和精確估計(jì)是很困難的,一般是根據(jù)典型實(shí)例的調(diào)查結(jié)果或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)得出間接損失占直接損失的百分?jǐn)?shù)來作為間接洪災(zāi)損失估算的依據(jù)。?
對(duì)于不同災(zāi)區(qū),由于地形地貌、經(jīng)濟(jì)狀況、季節(jié)、淹沒程度、搶救措施的差別,洪災(zāi)損失是不同的。但對(duì)于確定地區(qū),洪災(zāi)損失的影響因素主要是淹沒程度。如果資料充足,能夠分區(qū)分類建立洪災(zāi)損失與淹沒水深、淹沒歷時(shí)之間的相關(guān)系,則災(zāi)情損失評(píng)估結(jié)果更為方便和可靠。
4 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制
針對(duì)某一風(fēng)險(xiǎn)的洪水,根據(jù)分析和計(jì)算洪水淹沒的范圍、深度及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失,按一定的規(guī)格描繪和標(biāo)明在流域地形圖上,便得出洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖采用大比例尺地形素圖勾繪而成,比例尺大小可根據(jù)流域面積、洪水頻率、淹沒范圍、資料條件以及精度要求而定。在勾繪洪水淹沒范圍的邊界時(shí),要考慮洪水的可能路徑,結(jié)合地形情況,由比較熟悉當(dāng)?shù)氐匦吻矣薪?jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員繪制,最好在實(shí)地查勘后進(jìn)行。對(duì)可能淹沒區(qū)域,應(yīng)設(shè)置彩色編碼區(qū),其顏色及深淺可以表示淹沒深度的變化。風(fēng)險(xiǎn)圖上應(yīng)標(biāo)注重要部門和單位,如政府機(jī)關(guān)、大型廠礦企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、金融機(jī)構(gòu)、居民區(qū)、村鎮(zhèn),以及重要設(shè)施,水利工程,交通樞紐,通訊線路等。另外,圖上應(yīng)明確標(biāo)明緊急情況下人員轉(zhuǎn)移、疏散的路線及地點(diǎn)。圖的下方有專門說明框,簡(jiǎn)要說明洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的基本特性,包括暴雨洪水頻率、淹沒區(qū)域、淹沒水深、淹沒歷時(shí)、流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)主要特征值、淹沒區(qū)經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估結(jié)果等。另外還需說明風(fēng)險(xiǎn)圖上各種標(biāo)記、代號(hào)的含義。
洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制完成后,應(yīng)出具一份編制說明,內(nèi)容主要包括:
(1)流域水文、氣象和地理特征,排水系統(tǒng)和水利工程概況,歷史上典型洪澇災(zāi)害特點(diǎn)及后果;
(2)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征統(tǒng)計(jì);
(3)分區(qū)域闡述風(fēng)險(xiǎn)圖上洪水災(zāi)害的特點(diǎn)和性質(zhì),災(zāi)害后果和經(jīng)濟(jì)損失;
(4)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的制作依據(jù)、方法和存在問題;
?。?)洪水風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)的應(yīng)急措施;
?。?)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的應(yīng)用范疇;
?。?)其它說明事項(xiàng)。?
5 結(jié)語
流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可以定量和直觀地描繪遭受洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域和洪災(zāi)造成的損失,屬流域非工程防洪措施之一。通過洪水風(fēng)險(xiǎn)圖提高了全民防洪意識(shí),為各級(jí)政府指揮抗洪提供了決策依據(jù),具有現(xiàn)實(shí)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
本文簡(jiǎn)要論述和分析了適合于流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制的一些方法,側(cè)重討論了推求洪水淹沒狀態(tài)的若干途徑以及洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)評(píng)估的內(nèi)容。雖然其中的一些理論和方法還不夠成熟和完善,但出發(fā)點(diǎn)是希望有助于流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作的深入開展。今后將在洪水風(fēng)險(xiǎn)分析領(lǐng)域作進(jìn)一步的研究工作。
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