摘 要

洪涝灾害一直是严重危害我国城市建设发展的自然灾害之一，据统计，世界上由于自然灾害所造成的经济损失中，洪涝灾害占近40%。武汉市因地处长江、汉江交汇之处，水系丰富，地势平坦，夏季多雨，易发洪涝，为了探究武汉市洪山区发生洪涝灾害的风险状况，本文从地理位置、气候条件、城市发展和历史灾情四个方面作介绍，以龙王嘴污水厂排水区域为主要研究对象，利用GIS（地理信息系统）对地区排水图、武汉市地形图等地理信息数据作空间分析，利用SWMM（暴雨洪水管理模型）设计降雨强度模拟地区浸水情况，分析该区域发生洪涝灾害的风险性，得出地区里雨水径流量较大的区域和较易发生内涝的漫水点。并作出该地区的洪涝风险等级图。最后提出了推行海绵城市建设、改善城市排水管道系统、加强防涝知识宣传等举措，是能有效治理城市内涝的解决办法。

关键词：洪涝风险 洪山区 风险评估 GIS

Abstract

Flood disasters have always been one of the natural disasters that seriously harm China's urban construction and development. According to statistics, nearly 40% of the economic losses caused by natural disasters in the world are caused by flood and waterlogging disasters.The Wuhan city is located in the intersection of the Yangtze river and the Hanjiang river,with rich water and flat terrain, it is much likely to have flood disaster when rains in summer, To explore the risk of flooding in hongshan district in Wuhan city , based on the geographic location, climate condition, urban development, and four aspects introduce the history of disaster, the dragon king mouth wastewater drainage area as the main research object, using GIS (geographic information system) for regional drainage map, topographic map and other geographic information data in Wuhan city as a space analysis, using the SWMM (storm flood management model) design simulation of rainfall intensity region flooding situation, analyse the the risk of flooding in the area,It is concluded that the areas with high runoff and flood points are prone to waterlogging.And make the flood and waterlogging risk level map of the region.In the end, the measures of sponge city construction, improvement of urban drainage pipeline system and enhancement of waterlogging prevention knowledge publicity are put forward, which can effectively control urban waterlogging.

Keywords: flood risk the Hongshan district risk assessment GIS

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题背景、目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3主要研究内容 3

第2章 研究区概况与研究方法 4

2.1研究区概况 4

2.1.1地理位置与地形地貌 4

2.1.2水文条件 4

2.1.3气候 5

2.1.4行政区划及人口分布 5

2.1.5经济发展现状 6

2.1.6灾害统计情况 6

2.2数据与技术支持 7

2.2.1数据支持 7

2.2.2 SWMM模型 7

2.2.3GIS技术 8

2.3主要技术路线图 8

第3章 数据空间分析 9

3.1分析思路 9

3.2数据介绍 9

3.3 GIS地理信息处理 11

3.4 SWMM试验模拟 12

3.5洪涝风险评估 14

第4章 对策及建议 16

4.1工程性举措 16

4.2非工程性举措 17

第5章 结论与展望 19

5.1结论 19

5.2展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1选题背景、目的及意义

洪涝灾害是众多气象灾害中发生频率频繁，造成危害巨大的灾害之一，对于我国这样一个多地区季风性气候的国家来说尤是如此，洪涝灾害历来是我国最严重的自然灾害之一，长期以来对中华民族的生存和社会发展构成严重威胁。而造成城市和地区性洪涝灾害发生的主要原因之一来自于地区性大范围的高强度降雨。城市的内涝不仅给居民、城市甚至国家的经济状况造成破坏，影响社会发展，同时还可能危及人民的生命安全。近年来，洪涝灾害给国民带来的巨大危害已引起国内外学者的广泛关注和政府机关的高度重视，对于这方面的研究在世界范围内也正发展迅速。其中地理信息系统凭借其强大的地理信息管理功能和空间分析功能在地区的洪涝灾害风险管理上取得突出效果。利用地理信息系统我们可以较为准确地分析城市洪涝灾害风险，对未来可能发生的洪涝灾害进行科学预估，为城市应对突发洪涝灾害事件作出决策提供有利依据和帮助。

据国际红十字会20世纪初对世界范围内灾害发生的统计数据，从发生频率、受灾人数、造成的经济损失等方面来讲，洪涝灾害是全世界最为严重的自然灾害之一。从人类文明形成至今，洪涝灾害一直都是威胁人类生存和社会发展的重大障碍。根据国家统计局数据显示，2017全年因洪涝和地质灾害造成的直接经济损失达1910亿元。而在2016年的武汉洪涝灾害事件中，持续性降雨导致水位猛增，全市灌水严重，武汉市12个区超过70万人受灾害影响，其中死亡14人，失踪1人。市区农作物遭受毁灭性打击，受损面积超过95000公顷，灾害所造成的直接经济损失高达22亿元。总体而言，洪涝灾害每年给武汉市造成巨大的经济损失和人员伤亡。它已成为武汉地区最主要的自然灾害类型。

从古至今，人类在防洪抗洪的事业上不断向前探索，从大禹治水到如今大型水坝、堤防的建造，这些措施对于抵御洪涝灾害的确具有一定作用，但是也同时存在一些问题。比如三峡水坝的建立究竟是治理了三峡地区的洪涝灾害，还是破坏了当地的生态平衡至今争论不止，所以，单靠工程性作业来降低洪涝灾害发生的后果难以实现洪涝灾害的根治。因此，关于洪涝灾害风险评估的研究方法逐渐广泛，并且各个领域的研究学者将越来越多的学科融入到洪涝灾害风险管理这一领域中，如今，洪涝灾害风险管理已逐渐产生一种科学的交叉学科研究的管理体系。利用地理信息系统对武汉市洪山区进行洪涝灾害风险评估研究，将已有的历史数据和现代先进技术相结合，对洪山地区洪涝灾害发生风险进行科学的监测和评估，这不仅对于武汉地区未来抵御洪涝灾害事件，降低灾害损失有着重大意义，同时也为湖北省洪涝灾害管理方面和实现社会经济持续发展提供参考和意见。

1.2国内外研究现状

目前，国内外对于城市洪涝灾害评估的研究有很多，评估角度不同，采用的评估方法也不一样。朱国满等介绍了在基于情景模拟的洪涝灾害下，如何利用GIS从危险性分析、脆弱性分析、灾害损失风险分析三个方面对洪涝灾害进行风险评估^[1]。但采用GIS情景模拟城市洪涝灾害受分析工具和资料的影响，其精确度和实际情况吻合程度仍有差距。张会等以辽河中下游地区为例，充分考虑洪涝灾害风险的四个因子，采用自然灾害风险指数法、层次分析法、加权综合评价等方法提出了洪涝灾害风险指数来对辽河不同地区作区划风险评估分析。最终得出的风险区划图与实际情况基本吻合^[2]。蒋新宇等结合GIS空间分析和灾害风险评估数学方法，利用遥感数据和社会经济数据，对松花江干流区域的暴雨洪涝灾害风险进行了定量分析，最后绘制出洪涝灾害风险区划图^[3]。而朱晓晨利用GIS结合地理数据、气象数据等以致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承载体易损性和防灾减灾能力四个评价指标建立了暴雨洪涝评价评估模型。最后以福建省石狮市为例得出洪涝风险区域分布图^[4]。但由于模型参数的确定，等级的划分或多或少存在主观判断，加上暴雨形成机理的复杂性，所以评估模型还能进一步优化完善。可以看出，随着GIS技术的不断普及，现在大多数城市洪涝灾害的风险分析都是基于在这项空间分析功能强大的技术之上，结合数学分析方法，建立评估体系来进行综合评估。并且基于灾害风险管理理论的应用，灾害风险的评估角度也多是从危险性、脆弱性（易损性）、暴露性来进行综合分析。

英国，日本等发达国家由于地形气候原因，其自然灾害主要是暴风雨，洪水，甚至于海啸，所以他们非常重视城市洪水风险管理和防洪举措，在经历了长时间的探索，他们这些国家的洪涝风险管理领域已走到了世界先列。李莎莎主要介绍了英国健全的洪水风险管理体制机制、以及相关法律体系和规划体系的建立，其先进的洪水管理做法和防洪经验值得我们学习^[5]。而Non Okumura则介绍了一种评估风险降低体制下应急效率的海啸风险评估方法，这种方法主要包括洪水概率的确定、洪水场景的计算、估计灾难后果、集成数据和计算制作风险图^[6]。Daniele De Wrachien则在易发洪涝地区介绍了一种以准备、响应、恢复为一个系统循环行动的灾害风险分析方法，同时提出了防洪工作的规划的方法^[7]。Andrei Shalikovskiy针对俄罗斯地区介绍了一种在缺少足够数据和时间限定的条件下，利用定量何定性指标的简化快速得出风险评估结论的评估方法，作者介绍了一系列方法来评定洪水的可能性、洪水的等级、最大损失和期望损失等具体指标^[8]。

1.3主要研究内容

灾害风险评估作为灾害风险管理理论的重要内容，同样也是灾害学研究的核心领域之一，其理论的发展从古至今逐渐趋向成熟，运用趋渐广泛，并将许多不同学科融入其中。灾害风险存在于致灾因子和承载体的相互作用和相互影响，而洪涝灾害风险则属于洪涝灾害、灾害发生环境和受灾体共同构成的特殊系统之中，它具有以下特点：

1. 不确定性：这是所有领域的“风险”所具备的基本特征，它体现在灾害发生的可能性、灾害本身性质以及灾害所会造成后果等方面。虽然不能被准确确定，但我们可以对灾害风险作一系列定性定量的评估预警，来为洪涝灾害的不确定性做准备。
2. 动态性：灾害发生的全过程随时间、环境、人类活动等因素的变化而变化，利用系统论的观点，洪涝灾害与承载体共同构成一个具有一定结构和功能的特殊系统。各个因素相互作用。
3. 开放性：灾害风险与承载体构成的系统存在于自然环境之下， 受外界因素的影响。

洪涝灾害风险评估是指对可能发生洪涝灾害或危险的致灾因子和环境的分析工作，是在对致灾因子危险性、承载体脆弱性等研究的基础上，对洪涝风险特征的统计、洪涝险情的监测与发布以及可能造成损失的评估。在21世纪初，国内外学者学者广泛认同自然灾害风险评估应从致灾因子和承载体进行评估和分析。所以洪涝灾害风险评估的主要内容包括旨在因子危险性评估和承载体脆弱性评估。通过对这两方面的分析与研究来综合评估某一地区发生洪涝灾害的风险状况。

洪涝灾害风险评估是洪灾管理理论的主要内容，做好风险评估工作对于地区科学防灾减灾具有重要意义，而GIS凭借其强大的地理信息处理功能和空间分析功能在此领域发挥着日益重要的作用。该研究主要利用武汉市洪山区气象数据、基础地理信息数据，洪山区城市排水设施建设数据以及统计年鉴资料，结合SWMM模型浸水模拟和GIS技术，运用风险评估原理理论，从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性三个方面对洪山区进行洪涝灾害风险评估，并绘制洪山区模拟降水危险分布图，提出相应的应对措施。

第2章 研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

洪山，是武汉七个主要中心城区之一，地处长江中游江汉平原与鄂东南丘陵低山的交汇处，其主要地貌多为平原，少有山脊，西北略低，东南略高。其下辖8个街道，2镇4乡，交通便利，经济发展迅速。区内有山有水，湖泊众多，自然风光十分壮丽。地处亚热带季风湿润区，全年四季分明，雨量充沛，水热同季，光能充足，干湿明显。气温最高在盛夏可达37℃以上。其降水主要集中在初夏时节，此时梅雨明显，气温适中，可能带有连续暴雨，极易发生城市洪涝灾害^[10]。以下将通过地理位置与地形地貌、水文条件、气候状况、行政区划及人口分布、社会经济状况、往年灾害统计情况六个方面对研究区展开主要介绍。

2.1.1地理位置与地形地貌

洪山区位于东经114”7’～114”38’，北纬30“28’～30”42’，属于武汉中心城区，东临鄂州市，南接江夏，西与武昌、青山两区相连，北与黄陂、新洲两区隔江相望。地处江汉平原和鄂东南低山丘陵的结合部，地形特征是以平原为主，少有低山丘陵，西北低，东南高，水阔地宽。全区93%的土地海拔低于40米，洪山区平均高程为25.3米，其最高点位于九峰乡附近的丁管山，其海拔约为240米，最低点在海拔为17.3米的北岗村。洪山区内地形按形成原因类型可分为剥蚀堆积平原、低山丘陵和堆积平原^[9]。

2.1.2水文条件

洪山区水地表水资源十分丰富。长江，从洪山区西南流入，途径各个乡镇，最后从与鄂州交界的东南口流出。长江在全区内流程为75公里，水位在正常状况下通常不超过20米。此外，巡司河为洪山区第二条主要河流，巡司河流经洪山辖区，南与汤逊湖相连，北通长江，是汤逊湖系汇入长江的主要通道^[10]。

洪山区内有大小湖泊14个，是“江汉湖群”的重要组成部分，湖泊面积113平方公里，占全区面积的五分之一^[11]。在全国城市湖泊面积区域汇中占首位。按自然水系可分为汤逊湖系（汤逊湖、青菱湖、野芷湖等）、天兴湖水系（一个孤立的江心洲）、东沙湖水系（东湖、沙湖等）、北湖水系（严西湖、严冬湖等）。区内湖泊多为河间洼地湖和河床遗迹湖，水深大多不到4米^[12]。在筑堤建闸以前，湖泊水位除受区域内降雨存水多少的影响外，还受长江水位的影响，之后就主要受降雨、工农业用水和生活用水的影响。湖泊水位在多雨季节上升较快，在次年2月降至最低点。

2.1.3气候

洪山区地处亚热带季风气候区，主要气候特征为光照充足、雨量充沛、干湿明显、雨热同季。区年平均日照时长为1950--2050小时，年平均降雨量为1150--1190毫米，主要集中在4--8月，太阳总辐射量为106--110卡/平方厘米，光、水、热资源十分丰富且优势组合，为洪山区农业、畜牧业的发展提供的极为良好的气候条件。

另外，洪山区内降雨和光照在季节上分布不均，变化较大，冬季与夏季的日照时长相差一倍，这也导致一年中气温变化较大，最高的在七月份，平均气温在29℃左右，最冷出现在1月的4℃左右。降雨情况主要体现为春夏多雨，秋冬少雨，春季伴有阴雨连绵，初夏到“梅雨”季降雨明显增多，在夏季还存在突发性大暴雨，此时日降雨量最多可达250毫米。极易发生城市内涝。

洪山地区年平均气温为16.3℃，年平均日照2087小时，年均降雨量为1163毫米，加上区内湖泊众多，水资源丰富，长江环绕全区，故在夏季降雨充足时存在发生洪涝灾害的风险，且洪山区全区地势较低，平原居多，所以一旦发生大规模连续性强降雨，2016年武汉地区内涝“看海”的景象就会重现^[13]。

2.1.4行政区划及人口分布

洪山区因境内洪山得名，区内有城有乡，全区总面积570平方公里，中心城区面积达90平方公里，农村面积达480平方公里。区内常住人口超过100万，其中城区人口68.7万，农村人口13.9万^[14]。具体行政区划和人口分布数据见下表2.1。

表2.1洪山区行政区划人口分布表

2.1.5经济发展现状

2016年，洪山区年生产总值达834.79亿元，同比增长8.7%，全年完成公共财政收入155.16亿元，比上年增长15.5%，地方公共财政预算收入100.13亿元，增长19.6%。区内第一产业发展态势有所减缓，全年完成第一产业生产总增加值2.2567亿元，同比减少3.39%，其中畜牧业、林业产值明显降低；第二产业发展中高新技术产业逐渐崛起，在生产加工制造业的GDP比重明显提高，全年生产总值比上一年增长22%，增加值也比上年增长26%；第三产业中各个领域都有不同程度的发展。2016年洪山区居民可支配收入增长9.53%，人均消费支持增加8.4%^[15]。

2.1.6灾害统计情况

洪山区地处湿润季风性气候区，夏季雨水频繁，加上区内地表水资源十分丰富，长江横贯全区，一旦雨量超过排水系统的承载，各个水域的水位难以控制，洪涝灾害应运而生。一场城市洪涝的发生往往给城市和居民带来沉重的经济损失和人员伤亡，所以，对地区洪涝灾害进行科学的统计分析是相当必要的^[16]。

洪山区历史上主要发生4场较为严重的洪涝灾害。1931年，洪水在武汉地区泛滥，水位超过28米，武汉三镇沦为汪洋大海，武庆闸、武丰堤等先后决口，各个城市乡镇都在这场洪水中受灾惨重，疫病横行、浮尸漂流，受灾人数达23万人之多。1954年，武汉地区遭遇百年未遇大洪水，当年4月开始武汉地区就连降暴雨，水域水位迅速暴涨，武汉关最高水位甚至达29.73米，洪山地区的南湖、东湖区域被淹土地23300亩，全区农作物受到影响，一季蔬菜损失达到80%。1998年，长江流域发生百年罕见的特大洪水，长江、汉江水域水位超出警戒线83天之长，两大江水在武汉地区汇合叠加，最高水位达29.43米，洪山区浸水严重，损失民房3706间，乡镇农作物受灾面积达75300亩，绝收36100亩，全区受灾人口超过十万人，造成的直接经济损失高达1.82亿元^[17]。2016年7月初，连续暴雨导致武汉全市十二区发生洪涝灾害，9日，南湖水位达21.03米，洪山城区街道、小区浸水严重，被困人员34230人，转移安置935人，16日，国家防总工作组抵达洪山区进行相关抢险抗灾指导工作。截止6日12时，暴雨灾害导致农作物受灾面积达97404公顷，绝收32160公顷，直接经济损失达22.65亿元，受灾人数超过75万人，因灾死亡12人，失踪1人^[18]。

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