中國洪水災(zāi)害危險(xiǎn)程度區(qū)劃

1、中國洪水災(zāi)害危險(xiǎn)程度區(qū)劃中國地域遼闊，自然地理、氣候條件復(fù)雜，決定了中國是一個(gè)自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家，在世界上屬洪澇災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。洪澇災(zāi)害在我國各地災(zāi)害中占有很大的比重。防洪是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，涉及到自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文等各個(gè)方面。千百年來，人們在防洪治洪中積累了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于洪水本身的規(guī)律性研究、汛情迅速地采集與傳輸、正確的洪水預(yù)報(bào)和計(jì)算、科學(xué)的優(yōu)化調(diào)度方法等，都已經(jīng)有了一些有效方法和手段。但在制訂防洪規(guī)劃和調(diào)度方案時(shí)，決策者不易對我國洪水災(zāi)害危險(xiǎn)程度空間分布得到全面的了解，對問題的認(rèn)識(shí)常停留在經(jīng)驗(yàn)性判斷階段，這對于當(dāng)前的防洪決策來說，是非常不適應(yīng)的。為

2、了客觀地了解我國洪水危險(xiǎn)程度的總體分布情況，結(jié)合洪水可能引起的災(zāi)害，對洪災(zāi)損失進(jìn)行宏觀和定性預(yù)評估，并對防洪規(guī)劃和防洪投資提出指導(dǎo)性意見，非常有必要對我國洪災(zāi)危險(xiǎn)程度進(jìn)行區(qū)劃研究。本文在分析我國洪水災(zāi)害孕育環(huán)境的前提下，采用洪災(zāi)成因分析的方法，研究洪災(zāi)的影響因素，以及這些因素與洪災(zāi)危險(xiǎn)程度間的相關(guān)關(guān)系，求出危險(xiǎn)程度隸屬度。在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上，采用多邊形疊置分析和聚類分析等手段，研究洪水危害危險(xiǎn)程度區(qū)劃的方法，進(jìn)而繪制成區(qū)劃圖。就洪水災(zāi)害而言，包括兩個(gè)方面的含義，一是要發(fā)生洪水，二是要形成災(zāi)害。造成洪水的影響因素很多，本文歸納為三個(gè)方面，天氣因素、徑流因素和下墊面地形因素。洪水所造成的損失主要

3、取決于經(jīng)濟(jì)因素。根據(jù)洪災(zāi)的含義，本文的區(qū)劃研究分兩步，洪水危險(xiǎn)程度區(qū)劃和洪災(zāi)危險(xiǎn)程度區(qū)劃。一、氣象因素我國絕大多數(shù)河流的洪水都是由暴雨產(chǎn)生的。暴雨不但地區(qū)分布不均勻，季節(jié)和年際變化也很大。由于我國降雨變化過程的復(fù)雜性，使得洪水的發(fā)生和發(fā)展過程也變得非常復(fù)雜。但就洪水而言，我們最關(guān)心的是一定時(shí)段內(nèi)的降雨總量，也就是說能構(gòu)成洪水的暴雨。這里的時(shí)段，可以是幾分鐘、幾小時(shí)或幾天。幾小時(shí)的暴雨，不管強(qiáng)度有多大，由于總量較小，一般難于形成大洪水。降雨過程的時(shí)間長度總是有限的，超過七天的比較少見。所以，分析致洪暴雨時(shí)，一般考慮一天、三天和七天最大降雨量。其中三天暴雨對洪水形成的影響最具代表性。為此，本文采用

4、全國年最大三天降雨量等值線圖，作為天氣因素的基本資料。降雨因素隸屬度從暴雨洪水的歷史資料2可以看出，一般情況下，三天降雨量(小于mm不大可能引發(fā)洪水，而大于2n時(shí)基本上都會(huì)引發(fā)洪水。因此，本文采用如圖1所示的階梯狀隸屬函數(shù)，求出降雨因素隸屬度(u)由/的ir和i模塊，計(jì)算出2X2km2的網(wǎng)格降雨量，再由圖1所示的隸屬度函數(shù)推求各網(wǎng)格的隸屬度。臺(tái)風(fēng)因素隸屬度在相同的降雨條件下，有沒有風(fēng)對造成洪水的可能性影響非常大，尤其是大江大湖，水面比較開闊的地區(qū)，影響尤為明顯。在我國東南沿海地區(qū)，由于臺(tái)風(fēng)而引發(fā)的洪水占很大的比例。因此，本文在考慮氣象因素時(shí)，除降雨外考慮了臺(tái)風(fēng)這一影響因素。本文選用了8185年

5、的臺(tái)風(fēng)暴雨資料。累計(jì)每一網(wǎng)格中次臺(tái)風(fēng)雨量超過50mm的次數(shù)，除以得到平均每年的影響次數(shù)m計(jì)算結(jié)果最多的為2次。本文采用式(1)用m對網(wǎng)格的降雨隸屬度u進(jìn)行修正。u=uXe1/2(11/m1)(1)u表示修正后的隸屬度，最多的20次臺(tái)風(fēng)修正后的隸屬度是原來的1.5倍左右。公式(2)歸一化后得到新的網(wǎng)格隸屬度層面(u1)u1=u(u-umir)/(umax-umir)(2)氣象因素隸屬度圖層根據(jù)網(wǎng)格隸屬度，采用人工非線性分級(jí)的方法，分成12級(jí)，制作成降雨因素對洪水形成的可能性大小的隸屬度分級(jí)層面。分級(jí)的原則是各級(jí)圖斑大小分布相對均勻。二、徑流因素1為nm級(jí)，大于12m為12級(jí)，1到12m為11級(jí)，

6、其余每隔1mm為1級(jí)，共分成12級(jí)，分級(jí)后對同級(jí)網(wǎng)格聚類，制作成多邊形層面。按照這12個(gè)級(jí)別()采用式(所示的線性隸屬度函數(shù)，轉(zhuǎn)換成徑流因素對洪水形成可能性大小隸屬度(u2)u2=r-1.0/（131）.0三、地形因素從徑流形成原理上來說，下墊面對洪水過程的影響可分成兩個(gè)部分，產(chǎn)流和匯流。產(chǎn)流影響因素在徑流分布中得到了反映。而匯流影響因素，主要取決于地形。如陡峻的地形易于快速匯集徑流形成山洪，平坦的地形不易于洪水的排泄而易于形成澇災(zāi)，河道匯集洪水易于洪水在空間上的轉(zhuǎn)移等。中國是個(gè)多山的國家、山地、高原和丘陵占國土面積的65，%山脈體系有各種走向?？傮w上西高東低呈三級(jí)階梯的獨(dú)特地勢。第一級(jí)地形階

7、梯是青藏高原。第二級(jí)在大興安嶺、太行山和巫山一線，西部由廣闊的高原和大盆地組成，其間也有不少高大的山地。第三級(jí)階梯是我國東部寬廣的平原和丘陵，其中包括東北平原、黃淮海平原、長江中下游平原以及江南海拔普遍不超過的廣大丘陵地區(qū)。錯(cuò)綜復(fù)雜的地形使得下墊面匯流機(jī)制表現(xiàn)為變化多端，進(jìn)而使洪水在時(shí)間和空間上的變化以及水文情勢的變化等變得非常復(fù)雜。三大地形階梯的結(jié)合部都是地理單元的過渡區(qū)，是洪澇災(zāi)害的主要地區(qū)。尤其是喇叭口谷地，山高坡陡地區(qū)形成的徑流，以極快的速度匯集到河谷中，在階梯結(jié)合部遇相對平坦的區(qū)域，極易形成洪水。山高坡陡地區(qū)，水流湍急，河道狹窄，洪水的影響范圍小，而到了平原地區(qū)，水流漸緩，河道開闊，

8、洪水的影響范圍變大。尤其是在一些大江大河的下游地區(qū)，由于洪水排泄不暢，極易形成洪災(zāi)。根據(jù)上述洪水的成因分析，本文在考慮地理影響因素時(shí)，利用了下述四種數(shù)據(jù)源。即全國1比10萬0等高線、等高點(diǎn)、河網(wǎng)、湖泊和全國水文分區(qū)圖。（一）水文區(qū)劃中國水文區(qū)劃4采用徑流與降雨量的分布，以及它們的年內(nèi)分布等作為指標(biāo)，根據(jù)綜合分析、相似性與差異性分析、成因分析等原則，將我國分為11個(gè)水文區(qū)：1、東北溫帶水文區(qū)；2華北水文區(qū)；3、秦、巴、大別水文區(qū)，4、東南水文區(qū)；5、西南水文區(qū)；6、滇西、藏東南水文區(qū)；7、內(nèi)蒙古水文區(qū)；8、西北山地水文區(qū)；9、西北盆地水文區(qū)；10、青藏高原東部和西南部水文區(qū)；11、羌塘高原水文區(qū)

9、。每個(gè)水文區(qū)又分成若干個(gè)子區(qū)。（二）地形劃分根據(jù)形成洪水的自然條件，結(jié)合水文分區(qū)圖，本文根據(jù)地形將全國粗略地分成5類地區(qū)。首先分為西部和東部區(qū)。組成這一線的山脈，是我國東西部很多自然地理特征的分界線，由北向南從賀蘭山、六盤山，穿過秦嶺山脈和大巴山，沿青藏高原東緣到達(dá)南端。西部區(qū)進(jìn)一步分為西部平原區(qū)和西部山區(qū)。東部區(qū)進(jìn)一步分為三種：1、東部山區(qū)；2、七大江河的中下游平原區(qū)；3、除七大江河中下游平原外的其它平原地區(qū)。七大江河中下游平原區(qū)從北向南包括東北平原、松花江、遼河中下游平原、黃河出禹門口后的中下游平原（含渭河、徑河流域）、珠江流域平原地區(qū)、長江中下游宜昌以下洞庭湖地區(qū)、鄱陽湖地區(qū)以及江南大部

10、及淮河流域。構(gòu)成該地區(qū)的邊界大體上和等高線一致，是我國地形階梯的第三級(jí)，是開闊的平原地區(qū)，這一區(qū)域河道比降小，上游來水和下泄能力矛盾突出，是我國洪水的重災(zāi)區(qū)。所以該地區(qū)歷來是我國的防洪重點(diǎn)地區(qū)。除七大江河平原外的其它東部平原地區(qū)包括內(nèi)蒙古高原、四川盆地以及黑龍江、廣西和湖南等地的一些山間盆地。該類地區(qū)發(fā)生洪水的可能性較大。其中有內(nèi)蒙古的河套平原，這里是黃河出青銅峽后，第一個(gè)洪水容易泛濫的地區(qū)；四川盆地也是我國洪水的多發(fā)區(qū)，由于盆地四周都是高山，西部又有青藏高原這一高大屏障，使得四川盆地多陰雨天氣，容易形成內(nèi)澇。東部山區(qū)包括東北的大興安嶺、長白山地區(qū)，以及冀晉山地、山西高原、黃土高原、秦嶺、大巴

11、山、三峽山地和云貴高原的大部。這一地區(qū)都是山區(qū)，發(fā)生的洪水以山地丘陵地洪水為主，大多由短歷時(shí)暴雨所致，不易造成大洪水。西部山區(qū)及高原包括青藏高原、新疆的一系列山地，如阿爾泰山、準(zhǔn)噶爾西部山地、帕米爾高原及喀喇昆侖山、昆侖山及阿爾金山、橫亙于新疆中部的天山山脈以及祁連山脈等。這類地區(qū)大多位于我國梯級(jí)地形的最高一級(jí)，擁有許多6的高峰?？傮w上講，該類地區(qū)發(fā)生洪水的可能性不是很大，但也有部分地區(qū)可能因融雪和暴雨發(fā)生山地洪水。西部平原地區(qū)處于阿爾泰山、天山、昆侖山、阿爾金山、祁連山以及賀蘭山等群山包圍之中。包括新疆的準(zhǔn)噶爾盒地、塔里木盆地、青海的柴達(dá)木盆地、甘肅的河西走廊。該區(qū)是我國最干旱的水文區(qū)。由于

12、深居歐亞內(nèi)陸腹地，距海洋遙遠(yuǎn)，四周又為高山、高原所環(huán)繞，濕潤的海洋氣流很難進(jìn)入，降水十分稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，河網(wǎng)缺乏，基本上不產(chǎn)生徑流，不發(fā)生洪水。根據(jù)這五類地區(qū)的自然地理特性及地形因素，結(jié)合歷史洪水資料，可以分析得出這五類地區(qū)隸屬度由大到小的排序：第1類地區(qū)，七大江河中下游平原；第2類地區(qū)，除七大江河平原外的其它東部平原地區(qū)；第3類地區(qū)，東部山區(qū)；第4類地區(qū)，西部山地高原區(qū)；第5類地區(qū)，西部平原。（三）河流湖泊緩沖區(qū)從地貌角度看，洪水最容易泛濫的地區(qū)無疑是大江大河的中下游地區(qū)和湖泊的周圍地區(qū)。本文稱這類區(qū)域?yàn)榫彌_區(qū)。緩沖區(qū)除受到因本地降雨而引起的澇的威脅外，還受到客水因破堤而形成的洪水的威脅。因

13、此，洪水的危險(xiǎn)程度較其它地方要大。本文利用中制作緩沖區(qū)的功能繪制出緩沖區(qū)。對于河流，以河流中心線為緩沖區(qū)中心線，緩沖區(qū)的寬度除考慮河流大小級(jí)別外，還考慮河流所處的地形。流量大地形平緩的河段，緩沖區(qū)寬；流量小地形較陡的河段，緩沖區(qū)窄。具體的寬度由河流的干、支流和河流的大小級(jí)別來確定。本文采用的我國1比10萬0河流圖層上，只考慮在大小級(jí)別小于6級(jí)的河流上設(shè)置緩沖區(qū)（級(jí)別值越小，河流越大）。在平原區(qū)，干支流級(jí)別為1級(jí)時(shí)寬度設(shè)為1k級(jí)為、至U級(jí)為、級(jí)到級(jí)為、大于級(jí)為。在山區(qū)，干支流級(jí)別為級(jí)時(shí)寬度設(shè)為、級(jí)為，大于級(jí)不設(shè)緩沖區(qū)。湖泊緩沖區(qū)設(shè)為湖泊周圍的區(qū)域。（四）綜合地理因子圖層將上述劃分的類地形與河流湖

14、泊緩沖區(qū)進(jìn)行疊置分析，生成了10種地形類型，構(gòu)成了綜合地理因子圖層，各種地形類型發(fā)生洪水這一事件的隸屬度的確定方法與模型參數(shù)的調(diào)試類似，根據(jù)專家意見進(jìn)行調(diào)試。取值的原則是按照地形類型的洪水危險(xiǎn)程度排序，最大的是七大江河的中下游平原區(qū)，最小的是西部平原地區(qū)，緩沖區(qū)內(nèi)比緩沖區(qū)外大。四、洪水危險(xiǎn)程度區(qū)劃區(qū)劃的本質(zhì)是對多種層面的隸屬度進(jìn)行聚類。本文嘗試過模糊聚類等多種聚類方法，根據(jù)聚類結(jié)果的對比分析，本文提出的排序法得出的區(qū)劃圖得到了領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可。排序法首先將氣象、徑流和綜合地理因素圖層作疊置分析，生成由近五千個(gè)小多邊形構(gòu)成的圖層，每個(gè)小多邊形帶有三個(gè)因素的隸屬度屬性。對各小多邊形的隸屬度屬性由式求

15、出一個(gè)綜合隸屬度，五、洪災(zāi)危險(xiǎn)程度區(qū)劃如上所述，發(fā)生洪水而沒有形成損失不能稱為洪災(zāi)。災(zāi)害取決于經(jīng)濟(jì)因素。經(jīng)濟(jì)損失的確定是一個(gè)非常復(fù)雜的課題。多年以來，許多專家學(xué)者致力于建立經(jīng)濟(jì)損失估算模型。但到目前為止，還沒有見到很成熟的模型。洪災(zāi)造成的損失有許多方面，概括起來可分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)和居民的生活財(cái)產(chǎn)等方面。農(nóng)業(yè)主要與耕地面積大小有關(guān)。通常情況下，工業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，人口密度也相應(yīng)較大，發(fā)生洪水時(shí)居民的財(cái)產(chǎn)損失也大。為此，本文選用分縣的面平均耕地和人口5來定量表示發(fā)生洪水時(shí)將造成的經(jīng)濟(jì)損失，研制洪災(zāi)危險(xiǎn)程度的區(qū)劃圖。對于洪水災(zāi)害來說，受淹損失和災(zāi)害之間是很直接的對應(yīng)關(guān)系。因此，采用線性隸屬度函數(shù)，對人

16、口和耕地面平均值求出隸屬度，制作成分縣的隸屬度圖層。將人口和耕地隸屬度圖層與洪水危險(xiǎn)程度隸屬度圖層進(jìn)行疊置分析，生成由多邊形構(gòu)成的層面。每個(gè)多邊形都帶有洪水危險(xiǎn)程度隸屬度(u4,i)、面平均耕地隸屬度(u5,i)、面平均人口隸屬度由式(5)求出各多邊形洪災(zāi)危險(xiǎn)程度隸屬度(u7,i),進(jìn)而進(jìn)行聚類。u7,i=(0.1+0.9Xu4,i)X(0.7+0.3Xu5,i)X(0.70.3Xu6,i)(5)與式相似，式(5)中將u4,i壓縮到0.11.0區(qū)間，u5,i和u6,i壓縮到0.71.0區(qū)間，主要是為了調(diào)整各因素隸屬度間的權(quán)重。式中u4,i權(quán)重最大，其余兩個(gè)次之。將洪水災(zāi)害危險(xiǎn)程度隸屬度u4,i

17、采用人工非線性分級(jí)，制作成洪水災(zāi)害危險(xiǎn)程度區(qū)劃圖(圖圖中級(jí)別值的意義同圖2六、區(qū)劃圖成果分析由區(qū)劃圖可看出，危險(xiǎn)程度的分級(jí)和我國各地洪水情況大體上是相符合的。洪水危險(xiǎn)程度高的地區(qū)主要分布在東部平原區(qū)。在東部常發(fā)生洪水的區(qū)域中洪水危險(xiǎn)程度的差別也很大。其中七個(gè)高危險(xiǎn)區(qū)從北向南依次為：遼河中下游、海河北部平原、魯北徒駭馬頰河地區(qū)、魯西及衛(wèi)河下游、淮北及里下河地區(qū)、長江中游(江漢平原、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖區(qū)以及沿江一帶)、珠江三角洲。這些地區(qū)在地理上都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，它們都位于湖泊周圍低洼地和江河兩岸及入?？诘貐^(qū)。根據(jù)1950年至1991年的洪水資料統(tǒng)計(jì)，上述地區(qū)都發(fā)生過嚴(yán)重或比較嚴(yán)重的水災(zāi)。如195

18、4年長江、淮河流域出現(xiàn)過百年來罕見的全流域性特大洪水。由于修建了荊江分洪工程，加上軍民全力抗洪搶險(xiǎn)，保住了荊江大堤和武漢市的主要市區(qū)，但仍然造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。長江干堤和漢江下游堤防潰口處。全流域受洪澇災(zāi)害農(nóng)田面積余萬，受災(zāi)人口余萬；年月，淮河上游洪災(zāi)，死亡余人，京廣鐵路沖毀2年黃河洪水，受災(zāi)人口74.萬0；8196年3海河洪災(zāi)，500人0死亡，水利工程遭到嚴(yán)重破壞；195年7松花江洪水，黑龍江全省受災(zāi)人口37萬，直接經(jīng)濟(jì)損失2.億元；遼河流域出現(xiàn)過7次大范圍的洪水，計(jì)有195、195、1395、1496、1，92及196年4等；珠江流域198年2發(fā)生特大洪水；錢塘江195年56月暴雨洪水；閩江196年86月的暴雨洪水和199年27月發(fā)生相