基于GIS的芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划分析

李鸾 谢五三 吴蓉

（1 芜湖市气象局 安徽芜湖 241000 2 安徽省气候中心 安徽芜湖 241000）

暴雨引发的系列灾害是中国最严重的自然灾害之一，例如2016 年的连续大暴雨给长江流域造成了严重洪涝灾害，仅芜湖市就投入各类抗洪抢险人员20 多万人，转移安置人员13.4 万人，因此加强暴雨洪涝气象灾害风险区划管理［1-2］，抵御暴雨洪涝风险，引起政府的日益重视，不少学者进行了相关的研究。谢五三等［3］利用GIS 采用致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、抗灾能力作为风险评估指标，采用专家打分法及加权综合法建立了暴雨洪涝灾害综合风险评估模型；李军玲［4］以降雨、地形和区域社会经济易损性为主要指标，得出河南省洪灾风险综合区划图；张亚琳［5］对洪安涧河流域进行了暴雨洪涝灾害风险区划；高展等［6］基于自然灾害风险评价理论，开展山岳型景区暴雨山洪灾害风险区划研究。王胜等［7］以淠河流域为例进行山洪灾害风险区划研究验证。本文对芜湖市暴雨洪涝灾害风险进行区划，绘制芜湖市暴雨洪涝灾害风险T 年重现期图，并以2016 年7 月2 日的暴雨作为实例进行验证评估。

1 资料来源

研究区域：芜湖市位于安徽省东南部，地处长江下游，河流众多；地貌上东部和北部以平原为主，西南部有丘陵和山地；截至2017 年底，芜湖市常住人口369.6 万人。

气象水文资料：安徽省气象站从建站至2014 年逐日及逐小时降水资料；芜湖所辖水文站2016 年7 月2 日逐小时水位数据，以及水文站警戒、保证水位等。

地理信息资料：DEM 为STRM30（30 m×30 m），土地利用为2010 年数据，精度30 m×30 m。

社会经济资料：GDP 为2010 年数据，精度1 km×1 km；人口为2010 年数据，精度1 km×1 km。

模拟淹没资料：FloodArea 是德国eomer 公司开发，基于GIS 栅格数据构建二维非恒定流的水动力模型。水流的淹没深度等于淹没水位高程和地面高程之差。

2 研究方法

基于自然灾害风险形成理论，暴雨洪涝灾害风险是由危险性（致灾因子）、敏感性（孕灾环境）、易损性（承灾体）和抗灾能力4 部分共同形成的。本文利用算术平均值方法计算确定流域致灾临界雨量，通过广义极值分布函数拟合得到流域不同重现期致洪面雨量，利用FloodArea 模型对各子流域逐时雨量栅格数据进行计算，获得不同重现期暴雨淹没深度，再叠加人口、土地利用、GDP 数据，绘制承灾体不同重现期下的暴雨洪涝灾害风险区划图。

3 芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划

本文利用上文提到的研究方法，得出重现期为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一遇的栅格淹没数据，并在GIS 平台中提取制作出T 年一遇的芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划图（T=5，10，15，20，30，50，100），选取50 a 一遇为例（图1）。

由图1（a）可见，较高风险区分布在河道及中下游河道两侧区域，南部山区和河流流域重叠区风险最高。随着重现期的增加，淹没面积明显扩大，河道等低洼地区淹没水深也明显加深。100 a 一遇的区划图中，南部最深的淹没深度超过4 m。在GIS 平台上使用芜湖市不同重现期暴雨山洪的淹没深度栅格数据叠加上对应的人口、GDP、土地利用信息，就可制作不同重现期下人口、GDP 以及土地利用等风险区划图谱，如图1（b）。经过分析，认为芜湖市人口、GDP 高值区等多聚集在河流附近，不同承灾体的风险区划具有相似性。当出现20 a 一遇重现期以上的暴雨，淹没风险将明显增加，风险等级较高，承受灾害能力较弱。

图1 芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划图与人口风险区划图（50 a 一遇）

4 暴雨灾害风险区划验证

为检验评估暴雨灾害风险区划的实际效果，本文使用芜湖市2016 年7 月2 日的1 次暴雨过程作为个例进行验证。

2016 年7 月1 日20 时至7 月2 日20 时芜湖市普降大暴雨。受此影响，各中小河流水位猛增，对芜湖市南岸主要影响河流为青弋江和漳河，其中漳河上南陵二水文站监测7 月2日10∶30 时左右超警戒水位，17 时左右破历史最高水位。

4.1 T 年重现期暴雨风险区划图验证

本文使用多概率分布函数拟合工具MuDFiT，利用最大似然法得到函数的参数，并选取判断拟合的最优函数；计算得到7月2 日芜湖4 个站点暴雨天气的重现期（表1）。从表1 可以得出结论：芜湖市7 月2 日大暴雨约为10 a～20 a 一遇的暴雨。

表1 芜湖4 个站点的日雨量及对应重现期

用GIS 提取10 a～20 a 一遇的芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划图栅格数据（图1）可查知，南陵内漳河的模拟淹没深度约为2 m～3 m，青弋江的模拟淹没深度为0.5 m～1.0 m，而对应的漳河南陵二水文站的24 h 水位增长值为3.91 m，青弋江湾沚站24 h 水位增长值为0.94 m。在此次暴雨个例检验来中，漳河模拟淹没深度较实况略偏小，青弋江模拟淹没深度较为接近。

4.2 基于FloodArea的模拟水深站点验证

以水文站实测的小时水位增长值作为水文站位置的小时淹没深度，选择芜湖境内漳河上三埠管、南陵二2 个站点、青弋江上湾沚、清水镇2 个水文站点共计4 个站点进行比对，选取2016 年7 月1 日20 时 至7 月2 日20 时24 个 时 次的 水 文实测水位增长值和基于FloodArea 系统模拟提取水文站位置的24 个时次淹没水深进行对比（图2）。由图2 可见，模拟开始时，实测值和模拟值一致性较高，河流的上游站误差较下游站小。随着时间推移，实测值和模拟值差距增大。4 个站点，青弋江上2 个站点实测值站和模拟值较为接近，模拟值均比实测值略低，其中湾沚站的数据曲线一致性最好，漳河上2 个站点模拟值较实测值有所偏低。

图2 2016 年7 月1 日20 时—2 日20 时水文站24 时次水位增值和模拟淹没水位增值对比

5 小结

本文利用芜湖市气象、水文、地理信息、社会经济统计等资料，在GIS 平台上给出了T 年一遇的芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划图以及不同重现期下人口、GDP 以及土地利用等风险区划图谱，图谱表明芜湖人口、GDP 高值区等多聚集在河流附近，淹没风险偏大，风险等级较高。以芜湖2016 年7 月2 日暴雨作为实例，对当日的芜湖暴雨洪涝灾害风险进行验证，结果表明：7 月2 日暴雨过程中，青弋江一带的暴雨洪涝灾害风险较为符合芜湖市暴雨洪涝风险区划图，漳河一带风险等级较实况偏低，总体来说，芜湖市暴雨洪涝灾害风险区划较为合理。漳河一带风险等级略偏低可能和上游水库有一定关系，也可能因为模拟时因为地形地貌、水文资料的不足产生误差。但就目前仍处空白状态的风险评估领域来说，依然具有较好的参考价值，可有效减少暴雨洪涝灾害对环境的影响。