湖南省长沙县暴雨灾害危险性评估与区划研究_苏涛.pdf

第4 1卷第5期2023年5月水 电 能 源 科 学W a t e r R e s o u r c e s a n d P o w e rV o l.4 1 N o.5M a y 2 0 2 3D O I:1 0.2 0 0 4 0/j.c n k i.1 0 0 0-7 7 0 9.2 0 2 3.2 0 2 2 1 4 1 2湖南省长沙县暴雨灾害危险性评估与区划研究苏 涛1,2,赵恩榕1,姚 蓉1,陈静静1,陈红专3,江婉婷1(1.湖南省气象台,湖南 长沙 4 1 0 1 1 8;2.气象防灾减灾湖南省重点实验室,湖南 长沙 4 1 0 1 1 8;3.怀化市气象台,湖南 怀化 4 1 8 0 9 9)摘要:为准确评估湖南省长沙县暴雨灾害危险性,通过调查1 9 5 12 0 2 0年历史气象数据、灾情数据和最新的承灾体信息,建立风险普查数据库,综合考虑暴雨灾害多项气象致灾因子和地形、河网水系等孕灾环境的影响,开展暴雨基本特征分析和灾害危险性评估,形成危险性评估模型。结果表明,长沙县地质灾害主要出现在长沙县东北部区域;城市内涝灾害主要影响县城和周边城镇化较高地区;山洪灾害主要影响长沙县中部和北部地区。长沙县暴雨灾害危险性分布自东南、东北向中部呈减弱趋势,开慧镇、高桥镇、黄花镇为高风险,暴雨事件在这三个乡镇容易造成次生灾害;全县存在两个相对高值中心,分别位于东南部黄花镇、江背镇及北部开慧镇、高桥镇;中部的安沙镇、果园镇、春华镇和县城附近暴雨灾害危险性等级低。关键词:风险普查;暴雨灾害;长沙县;危险性评估中图分类号:TV 1 2 2+.1 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 0-7 7 0 9(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 5收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 1,修回日期:2 0 2 2-0 8-2 0基金项目:湖南省气象局业务能力建设项目(N L J S 1 5);湖南省气象局重点课题(X QK J 2 2 C 0 0 8);湖南省重点领域研发计划项目(2 0 1 9 S K 2 1 6 1)作者简介:苏涛(1 9 9 2-),男,工程师,研究方向为暴雨预报与技术方法,E-m a i l:s u t a o 1 7 5 8 1 91 6 3.c o m通讯作者:陈静静(1 9 8 4-),女,高级工程师,研究方向为灾害性天气预报预警技术,E-m a i l:c h e n j j n u d t.e d u.c n1 概况湖南省长沙县地处湘江东岸,域内河流众多,属于长江流域的洞庭湖水系,境内浏阳河、捞刀河等受上游强降雨及湘江河水顶托作用影响,常出现洪峰。长沙县东北高、西南低的地形有利于西南暖湿气流长驱直入,西北部的明月山、东北部龙华山、东南部的乌川山受地形抬升影响,为暴雨多发区,易导致山洪、地质灾害1,2。县城受热岛效应影响,多对流性强降雨发生,同时受下垫面排水能力限制,易产生城市内涝。作为全国暴雨内涝风险普查第一批试点县,本文以长沙县为例,查明主要灾害风险隐患,建立风险普查数据库,构建灾害危险性评估模型,综合考虑暴雨灾害多项气象致灾因子和地形、河网水系等孕灾环境的影响,开展暴雨基本特征分析和灾害危险性评估,全面提升综合防灾减灾能力,并将作为后续湖南省、全国全面开展区域评估工作的重要技术依据。2 数据与方法 长沙县暴雨灾害综合风险普查主要用到三类基础数据:气象数据,选取长沙县国家气象站1 9 5 12 0 2 0年逐小时降雨量数据及长沙县境内4 9个区域站2 0 1 02 0 2 0年逐小时降雨量数据;暴雨灾情数据,为长沙县应急局、长沙县统计局提供的统计年鉴数据和长沙县气象局统计年鉴数据;暴雨承灾体信息,包括人口、经济、农作物等相关信息。暴雨灾害风险普查综合考虑了暴雨灾害多项气象致灾因子,开展暴雨基本特征分析和灾害危险性评估。统计分析收集的灾情和气象数据,挑选合适的致灾因子作为暴雨强度的评估指标,计算暴雨过程强度指数和暴雨灾害危险性。3 历史暴雨灾情概况及暴雨时空变化特征3.1 历史暴雨灾情概况长沙县2 0 0 02 0 2 0年有记录的暴雨灾情共计1 2 7次,其中地质灾害9 7次,山洪灾害1 0次,中小河流洪水灾害5次,城市内涝1 5次,受灾人口7 7 5 9 4 4人,死亡人口3人,总体直接经济损失1 4 2 4 3 9.6万元。地质灾害主要出现在金井镇、路口镇、高桥镇等长沙县东北部区域;城市内涝灾害主要影响黄兴镇、长龙街道、湘龙街道、星沙街道、黄花镇等县城和城镇化较高的地区;山洪灾害主要影响安沙镇、金井镇、果园镇等中部和北部地区(图1)。高程/m地质灾害山洪灾害中小河流洪水城市内涝高低:638:36图例图1 长沙县各乡镇2 0 0 02 0 2 0年暴雨衍生灾害分布F i g.1 S p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f r a i n s t o r m d e r i v e d d i s a s t e r s o f C h a n g s h a C o u n t y f r o m 2 0 0 0 t o 2 0 2 0长沙县1 9 7 81 9 9 9年有记录灾情共计6 2次,其中地质灾害4 8次,山洪灾害5次,中小河流洪水灾害9次,城市内涝0次,受灾人口3 9 3 2 5 4人,死亡人口9 6人,总体直接经济损失4 4 4 3 4 9.1万元。3.2 暴雨时空变化特征121086420年暴雨日数/d310(3 10)月降水量线性月降水量yxR=0.013 8+3.482=0.019 821951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 2016年份图2 长沙县年暴雨日年际变化F i g.2 I n t e r a n n u a l v a r i a t i o n o f a n n u a l R a i n s t o r m D a y i n C h a n g s h a C o u n t y3.2.1 暴雨时间变化特征利用降水数据筛选出长沙县日降水大于5 0 mm的暴雨过程,从暴雨日数的年际变化(图2)可以看出,整体呈小幅增加趋势,1 9 5 0年代以来,长沙县年暴雨日数整体增长了1 d。长沙县每年暴雨日数在4 d左右,1 9 6 9、1 9 9 8、2 0 0 5年出现了三个峰值,每年均出现9个暴雨日。暴雨日数的季节变化(图3)表现出明显的单峰结构,6月最大,平均暴雨日超过1 d,往两端逐渐减少。3.2.2 暴雨空间分布利用长沙县国家气象站和长沙县区域自动站3456789101.21.00.80.60.40.20多年平均暴雨以上日数/d月份图3 长沙县31 0月各月暴雨以上日数F i g.3 R a i n s t o r m d a y s i n e a c h m o n t h f r o m M a r c h t o O c t o b e r i n C h a n g s h a C o u n t y多年平均31 0月降水量数据,采用插值法,得到长沙县31 0月降水量空间分布图(图4),全县整体降水量在1 0 0 0 mm附近,南部(黄兴镇、江背镇)相对较多,降水量在1 0 6 01 1 0 0 mm之间,东北部(金井镇)和西部(北山镇)较少,降水量在8 8 09 6 0 mm之间。降水量的这种分布特征与长沙县地形和水体的分布有关,长沙县南侧地形更平坦,狭管效应对降水有一定增幅作用;水系主要集中在南侧,本地水汽供应和湿度条件更好,地形和水体分布共同造成南部降水量相对较大。1 1001 0801 0601 0401 0201 000980960940920900880降水量/mm图4 长沙县多年平均31 0月降水量空间分布F i g.4 S p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f a n n u a l a v e r a g e m o n t h l y p r e c i p i t a t i o n i n C h a n g s h a C o u n t y从长沙县暴雨日数空间分布图(图5)可以看出,长沙县多年平均年暴雨日数分布差异较大,中部地区(路口镇、安沙镇)暴雨日数较多,每年暴雨日数接近5 d,南部(江背镇、黄花镇、黄兴镇)整体暴雨日数相对较少,江背镇的年暴雨日基本在3 d以下。4 致灾因子分析4.1 致灾因子识别长沙县地处长江中下游,是东亚季风影响的关键区,每年雨季较长,降水量较多,暴雨及其产生的次生灾害频发3。从1 9 8 0年代以来有统计的暴雨灾害直接经济损失变化来看(图6),1 9 9 0年代和2 0 1 6、2 0 1 7年因暴雨造成的直接经济损失较大,这与暴雨强度、落区、社会发展程度及防汛工程有关,其中以长沙县出现最强降雨过程的2水 电 能 源 科 学 2 0 2 3年 第4 1卷第5期苏 涛等:湖南省长沙县暴雨灾害危险性评估与区划研究5.04.84.64.44.24.03.83.63.43.23.0多年平均暴雨日数/d图5 长沙县多年平均暴雨日数的空间分布F i g.5 S p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f a n n u a l a v e r a g e r a i n s t o r m d a y s i n C h a n g s h a C o u n t y2 0 1 7年直接经济损失最大,达到了近1 0亿元。26.8687.0584.82028.0783.01 756.039 491.818 500.046 500.043 000.058 600.05 400.0680.03 000.065.06 000.01 026.83 448.01 644.0726.81 315.026 846.994 634.870.50.0432.0010 00020 00030 00040 00050 00060 00070 00080 00090 000100 000年直接经济损失/万元19801986198819891990199119931994199519971998199920022005200920102011201220132014201520162017201820192020年份图6 暴雨灾害直接经济损失年变化F i g.6 I n t e r a n n u a l c h a n g e o f d i r e c t e c o n o m i c l o s s o f r a i n s t o r m d i s a s t e r利用暴雨灾情数据,进一步使用P e a r s o n相关系数计算方法,分别计算不同承灾体(经济、人口、房屋等)灾损指数与暴雨过程各个气象因子的相关关系。从暴雨气象因子与灾损指数的相关系数表(表1)可以看出,暴雨气象因子与直接经济损失的关系最为密切,两者的相关性较高,且有多个因子通过了显著性检验。因此将直接经济损失作为灾损评价指数,同时选取相关性最高的三个气象因子为暴雨致灾因子。最终确定暴雨持续时间、最大日雨量和过程累积雨量作为长沙县暴雨灾害的致灾因子。表1 暴雨气象因子与灾损指数相关系数表T a b.1 T h e c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t s b e t w e e n r a i n s t o r m c h a r a c t e r i s t i c f a c t o r s a n d d i s a s t e r d a m a g e i n d e x相关系数持续时间过程累积雨量平均雨量R1 hR3 hR6 hR1 2 h最大日雨量直接经济损失0.8 9 4*0.8 3 8*0.4 4 40.3 3 10.7 2 9*0.7 3 6*0.7 5 3*