城市暴雨内涝风险评估模型研究

论文总字数：17665字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状及分析 1

1.2.1风险概述 1

1.2.2 基于历史洪灾数据的评估 1

1.2.3 基于情景模拟与仿真的洪灾风险评估 2

1.2.4 指标体系法 2

1.2.5 当前研究存在的问题 4

2 贵阳市洪灾风险评估模型的构建 4

2.1 研究区概况 4

2.1.1 自然条件概况 4

2.1.2 历史洪灾概况 4

2.2 研究方案 4

2.2.1 数据来源与处理 4

2.2.2 研究方法与技术路线 5

2.3 区划要素的选取 5

2.3.1 指标选取的原则与步骤 6

2.3.2 贵阳市风险区划要素的选取 6

2.4 指标权重的确定 6

2.4.1 分析实例 6

2.5 数据的标准化 6

2.6 建立贵阳市洪灾风险评估模型 6

3 风险区划的实施 7

3.1 风险区划的原则 7

3.2 区划实施 7

3.2.1 孕灾环境隶属度分析 7

3.2.2 致灾因子隶属度分析 8

3.2.3 承灾体隶属度分析 9

3.2.4 综合分析 10

3.2.5 模型结果的对比分析 11

3.3 区划结果分析 14

4 讨论与分析 15

参考文献 16

致谢 18

城市暴雨内涝风险评估模型研究

路漫漫

, China

Abstract: Flood is a kind of natural disasters which has serious influence. In recent years, the economic losses caused by flood increase sharply gradually. Risk assessment is a very important flood control measure, which can guide the relevant departments to make more scientific and rational flood planning. This paper select Guiyang City as the research area, and make topographic, typical storm flood depth and land cover factor as risk zoning elements to construction two flood disaster risk assessment models in Guiyang City. We use the spatial analysis and the grid computing function of GIS to get the flood risk value of each area, and then according to the principle of risk classification, we divide Guiyang City into the safe area, the general danger area, the moderate danger area, the serious dangerous area and the extremely dangerous area. By comparing with the measured data, the results show that the first model is more in line with the actual situation. In Guiyang City, security area accounted for the largest, followed by the general danger zone, the moderate risk zone, the severe danger zone and the extreme danger zone, and the proportion of each area decreases with the increase of the risk level.

Key words: Guiyang City; water logging disaster; risk assessment

1 绪论

1.1 研究背景及意义

21世纪是信息社会，科学技术发展迅速，人类对物质的需求也日益膨胀。当代人在享受信息社会带来的福利的同时，忽视了对自然资源的过度利用，在全球范围内引起了一系列气候灾害。现如今，大范围的城市内涝灾害成为影响我国经济最严重的灾害之一，而现代先进的硬件和软件技术提供了提升城市防洪能力的技术手段与物质条件。

1.1.1 研究背景

我国位于欧亚大陆东部，东、中部地区位于东亚季风气候区，受太平洋和印度洋季风的影响，春冬季干旱少雨，夏秋季湿热多雨。而由于我国主要的大江大河的整体走势与我国地势高低走势大体一致，而且我国主要江河的水位高于其中下游大部分平原地区的海拔高度，因此暴雨内涝灾害多发、分布范围广、影响大。再者由于我国社会经济发达地区与洪灾频发区重叠，洪灾带来的经济损失不可小觑。贵阳市由于其独特地形地势与气候特征，暴雨灾害多发，历史受灾损失巨大，防灾减灾刻不容缓。

1.1.2 研究意义

近年来,随着我国经济发展水平不断提高，城市暴雨内涝灾害带来的损失逐年增加，目前已成为影响我国国民经济发展的主要气象灾害之一^[1]。城市暴雨内涝风险评估作为灾害发生前的评估，可以为有关部门规避洪水作指导。因此合理有据地评估城市暴雨内涝灾害风险无论对社会长治久安还是对国民经济的发展来说，都是十分重要的。

国内外针对洪水灾害风险评估，开展了大量的研究。

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1风险概述

对于洪灾风险评估来说，准确地认识风险的定义非常重要。目前国际上对风险至今没有统一的规定，不同学者对洪灾风险持有不同的认识^[2]。Maskrey认为危险性与易损性的代数即为自然灾害风险^[3]。而联合国人道主义事务部门提出风险可定义为发生在某一特定地区和时间内，由于某灾害导致的可能损失^[4]。

本文将某种灾害发生的概率及其大概引起的经济损失定义为风险，为灾害发生的概率乘以其造成的损失。某灾害风险可用其发生的概率与其可能引起的损失(含直接损失和间接损失)的乘积得出。

洪水灾害是指当洪水超过人类社会承载能力时发生的不可逆转的灾害，由于其对经济、社会、农业、生态环境等各方面造成一定的损失，因此人类在防洪非工程措施方面开展了大量的探讨与学习。洪灾风险评估是一项重要且效果显著的防洪措施，它是灾害发生前开展的预评估。经统计，目前国内洪灾风险评估主要体现在三个方面，它们分别是基于历史数据的评估、基于情景模拟与仿真的洪灾风险评估和指标体系模型法。

1.2.2 基于历史洪灾数据的评估

基于历史洪灾数据的评估方法，是指使用数学、物理工具对多年的洪灾数据进行总结分析，从中发现灾害发展演化的规律，然后以绘制洪灾风险与其影响因子的曲线的方式来进行风险模型的建立^[5-6]。黄崇福等在进行农业气象灾害评估时，将信息扩散的模糊数学方法引入到历史资料缺乏的小区域灾害风险评估研究中，构建了以信息扩散理论为基础的的风险评估模型^[7]。景垠娜通过拟合1968-2009年降雨量数据，得到这43年的暴雨重现期与日降雨量最大值。同时使用ArcGIS 的空间分析功能，叠加DEM图和土壤覆盖等图，从中提取对应的参数值，将其导入SCS模型，推算不同重现期下可能的淹没范围和淹没深度^[8]。卞洁通过查询长江流域中下游地区全国753站逐日降水观测资料并进行讨论剖析，得出该地区暴雨特征量的周期变化特征，运用趋势分析统计方法得出暴雨量的趋势变化特征^[9]。

基于历史洪灾数据方法进行洪灾风险评估只针对灾情结果进行分析，而不考虑洪灾的影响因子，很容易进行统计和计算。但该方法也存在不足之处：第一历史灾情资料的质量、周期的长短等因素都会直接影响到评估结果。第二，灾情的统计大多是基于行政单元，而不与灾害发生的真正区域完全重合，得出的各地区灾害等级及分布特征并不能绝对准确地服从客观规律^[10]。

1.2.3 基于情景模拟与仿真的洪灾风险评估

基于情景模拟与仿真的洪灾风险评估是指通过研究并演进洪水，能由给定频率洪水，或者可能淹没范围、淹没深度、流速等要素推算洪水特征。它是三种方法中精度最高的^[11]。欧美一些较为发达的国家较早开展暴雨内涝仿真模型研究，对内涝风险评价工作有较好的使用价值。Michael J. Shultz, P.E.等在研究1998年10月德克萨斯州的重大洪灾事件时，使用国家气象局动态波模型(FLDWAV)来修复这次洪水。他们将FLDWAV计算的最大水面高度输入到GIS中，编制出这次洪水的区域范围。计算出来的高度值，与当时洪水发生时可使用河水标尺测量出的实际高度十分接近^[12]。他们的试验结果可与国家气象局预报洪水工作结合，以更好的服务社会。

这种风险评估方法在国内，21世纪以来的各种模型才日趋发展起来，并与 GIS、RS结合使用紧密。徐志胜等在洪水淹没模型中引用VR-GIS技术，关于洪水淹没过程中的问题迎刃而解，可较好的应用于中国小城镇的防灾工作中^[13]。解以扬等以城市暴雨内涝灾害仿真模型为基础，建立了以津、宁、洪三市为试验区域的城市暴雨内涝数学模型，此模型的模拟结果具有良好的适用性^[14]。孙阿丽选取上海市某封闭排水系统作为为研究区域，以SWMM模型为基础，在小尺度区域下初步分析讨论了情景仿真和指标体系耦合的沿海型城市暴雨洪灾风险评估方法，构建了城市暴雨内涝灾害模型[15]。

1.2.4 指标体系法

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