浦城縣早稻暴雨洪澇災害的風險評估

應 達， 蔡河章， 鄭君亮， 唐 剛， 劉 雋， 李 丹

(1.福建省氣象災害防御技術中心， 福建 福州 350000； 2.福建省氣象科學研究所， 福建 福州 350000; 3.浦城縣氣象局， 福建 南平 353400 )

暴雨洪澇是浦城縣常見的氣象災害之一，常導致城市內澇、農田漬澇和山體滑坡等次生災害，而浦城經濟素以農業為主，主產稻谷，有“閩北糧倉”之盛名，暴雨洪澇災害對浦城縣農業生產影響極大。由于全球氣溫趨暖導致極端天氣頻發，特別是2010年6月17-21日，浦城出現5天連續性暴雨、大暴雨天氣，總降水量達468.1 mm，全縣直接經濟損失36 592萬元，其中，農業直接經濟損失7 949萬元。其降水時間之長、強度之強、范圍之廣和災情之重為歷史罕見。近年來，政府各部門高度重視暴雨洪澇災害，如何做好浦城縣農業防汛減災服務工作，并為其提供技術支持，對浦城進行暴雨洪澇災害風險評估工作具有重要意義。

目前，國內外學者在暴雨災害風險評估理論、指標體系和技術方法等方面做了大量的研究工作[1-5]，我國部分地區已經開展了暴雨災害風險區劃研究[6-16]。但由于地形地貌、氣候條件、農業人口和農作物生長特性的差異較大，各影響因子的權重不一，針對某種特定農作物生長特性的暴雨災害風險評估鮮有研究報道。福建省內開展暴雨洪澇災害評估的相關工作起步較晚，相關工作較少，且早稻生長的關鍵時期(分蘗始期-抽穗普期)正值暴雨多發的時期。為此，基于氣象與氣候學、農業氣象學、災害學及自然災害風險管理等基本理論，采用風險指數法、GIS自然斷點法和加權綜合評價法等量化方法[17-20]，利用ArcGIS技術，評估浦城縣早稻暴雨洪澇災害的風險等級，并對風險等級進行區劃，以期為浦城縣及類似地區早稻暴雨洪澇災害天氣的預警監測和農業氣象服務工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

1.1.1 地理概況 浦城縣位于福建省最北端，踞八閩上游，界閩浙贛三省。境內面積3 383.02 km2，為福建省第三大縣。轄19個鄉鎮，40萬人口。耕地面積3.70萬hm2，是全國商品糧基地縣之一，自古就有“福建第一糧倉”之稱。林業用地面積27.19萬hm2，森林覆蓋率達73.1%。浦城地貌的總特征是多山地，北、東、西三面環山，中、南部低平寬廣，地勢自北往南下降，南浦溪縱貫南北，地表徑流呈樹枝狀，山間盆地串珠狀錯落，堊口地形突出。從縣境中部到東西邊緣，依次分布著河谷盆地、丘陵、低山和中山4種地貌，其高差顯著，層次分明。

1.1.2 氣候與暴雨災害特征 浦城縣屬亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，季風氣候顯著。雨量充沛但分布不均，年平均降水量1 719.6 mm，汛期為3-9月，平均降雨量1 377.0 mm，占全年降雨量的80.1%。主要氣象災害有高溫、干旱、洪澇、冰雹、大風、低溫凍害、寒潮和雷暴。其中，暴雨集中出現在5-6月，每年平均出現暴雨日數5.8 d(包括臺風暴雨)，暴雨時空分布不均勻，受地形地貌影響，從歷史災情嚴重程度看，致災強度最強的是中南部鄉鎮，北部致災強度中等。

1.2 數據來源

1.2.1 氣象資料 選擇浦城縣氣象站1986-2015年逐日降水量和逐日氣溫等數據。

1.2.2 地理信息資料 選擇浦城縣2018年1∶25萬GIS數據中的地理高程數據(DEM)和水系數據。

1.2.3 農業經濟資料 選擇2018年以鄉(鎮)為單位的浦城縣行政區土地面積、耕地面積、農作物播種面積、農業人口、農業生產總值(GDP)、復種指數、水田比重、旱澇保收面積和森林覆蓋率等數據。

1.3 方法

在氣象災害風險區劃中，危險性是前提，易損性是基礎，風險性是結果。

氣象災害風險=氣象災害危險性×承災體潛在易損性

式中，氣象災害危險性是自然屬性，包括孕災環境和致災因子，承災體潛在易損性是社會屬性，其形成既取決于致災因子的強度與頻率，也取決于自然環境和社會經濟環境。

1.3.1 浦城縣早稻暴雨災害各因子風險等級區劃 氣象災害風險區劃是為反映災害風險分布的地區差異性，在對各級風險指標因子進行定量分析評價的基礎上，根據風險指數的大小，將風險區劃分為若干個等級。研究引入氣象災害風險評估指標體系，首先對致災因子危險性、孕災環境敏感性、承災體易損性和防災減災能力4個因子進行定量分析評估。

1) 各級指標因子權重的確定。考慮到各評價因子對風險的構成起作用并不完全相同，在征求氣象、氣候、水利、國土和農業等多方專家意見后，根據專家打分得到浦城縣早稻暴雨災害風險所涉及的各級指標因子權重(表1)。然后根據浦城縣早稻暴雨災害風險指數公式求算暴雨災害風險指數，計算公式：

FDRI=VEwe×VHwh×VSws×(10-VR)wr

式中，FDRI為早稻暴雨災害風險指數，用于表示風險程度，其值越大，則災害風險程度越大，VE、VH、VS和VR分別表示風險評價模型中的孕災環境的敏感性、致災因子的危險性、承災體的易損性和防災減災能力各評價因子指數；we、wh、ws和wr分別表示各評價因子的權重。

表1 浦城縣早稻暴雨災害風險各級指標因子及其權重

2) 降水致災因子權重的確定。強降水致災主要表現為雨勢猛、強度大，沖毀農田水利設施，淹沒農田，摧毀作物；或是累積雨量大，積水難排，形成內澇；還會導致地墑飽和，下墊面對雨水的滲透力弱，造成漬害。因此，利用降水強度和降水頻次2個因子對暴雨災害危險性進行表征。根據早稻的生理生長特點及浦城暴雨洪澇災害情況，將暴雨災害的研究時段確定為分蘗始期-抽穗普期(5月1日至6月30日)這個時段的降水情況進行研究。首先，統計浦城縣歷年5月1日至6月30日時間段1 d、2 d、3 d、……10 d(含10 d以上)暴雨過程降水量；將所有臺站的過程降水量作為一個序列，建立不同時間長度的10個降水過程序列；分別計算不同序列的第98百分位數、第95百分位數、第90百分位數、第80百分位數、第60百分位數的降水量值，該值即為初步確定的臨界致災雨量；然后利用不同百分位數將暴雨強度分為5個等級，即 60%～80%位數對應的降水量為1級，80%～90%位數為對應的降水量為2級，90%～95%位數對應的降水量為3級，95%～98%位數對應的降水量為4級，大于等于98%位數對應的降水量為5級。根據暴雨強度等級越高,對洪澇形成所起的作用越大的原則，確定降水致災因子權重，將暴雨強度5、4、3、2、1級權重分別取作5/15、4/15、3/15、2/15、1/15。計算出致災因子，利用GIS中自然斷點分級法繪制5月1日至6月30日早稻暴雨災害致災因子危險性區劃圖。

3) 孕災環境的敏感性。從洪澇形成的背景與機理分析，浦城縣暴雨洪澇災害孕災環境主要考慮地形和水系2個因子的綜合影響。地形因子：主要包括高程和地形變化(高程標準差)。高程越低，高程標準差越小，則綜合地形因子影響值越大；高程越低表示地勢越低，高程標準差越小表示地形變化越小，地勢越平坦；綜合地形因子影響值越大表示越不利于洪水的排泄，越易形成澇災。從浦城縣1∶25萬GIS數據中提取出高程數據，地形起伏變化則采用高程標準差表示，對GIS中某一格點，計算其與周圍8個格點的高程標準差，從浦城縣1∶25萬GIS中數據采用25 m×25 m的網格計算地形高程標準差。根據浦城縣地形地貌特點得出浦城縣的地形高程及高程標準差的組合賦值(表2)，進而得到浦城縣地形影響指數的分布狀況。水系因子：主要考慮浦城縣的河網密度，河網越密集的地方，遭受洪澇災害的風險越大。將一定半徑范圍內的河流總長度作為中心格點的河流密度，半徑大小使用系統缺

表2浦城縣地形高程及高程標準差的組合賦值

Table 2 Combination assignment of topographic elevation and elevation standard deviation in Pucheng County

地形高程/m Topographic elevation地形標準差/m Elevation standard deviation 1級(≤9)2級(9～26)3級(≥26)1級(≤436)0.850.750.652級(436～676)0.750.650.603級(676～971)0.650.600.504級(≥971)0.500.500.40

省值，從浦城縣1∶25萬GIS數據中采用25 m×25 m的網格計算河網密度，從而得到浦城縣河網密度，對其規范化處理后得到浦城縣水系影響指數的分布狀況。

綜合考慮孕災環境中地形和水系對暴雨洪澇災害的影響程度，根據專家打分法確定的指標因子權重，利用GIS自然斷點分級法，將孕災環境敏感性指數(地形影響指數和水系影響指數)按高敏感區、次高敏感區、中敏感區、次低敏感區和低敏感區5個等級劃分，基于GIS繪制浦城縣孕災環境敏感性指數區劃圖。

4) 承災體易損性及防災抗災能力。承災體易損性：暴雨洪澇災害對農業造成的危害程度與承受暴雨洪澇災害的載體直接相關，其造成的損失大小一般取決于發生地的農業經濟、農業人口密集程度和耕種方式等因素。農業經濟越發達，承災體所遭受的潛在災害損失就越大；農業人口越密集，環境遭受破壞、生態惡化的可能性也就越大。根據浦城縣農村經濟統計數據，得到農業人口密度、復種指數、農業地均GDP和水田比重4個指標易損性評價指數分布情況。然后再對農業人口密度、復種指數、農業地均GDP和水田比重4個指標易損性評價指數進行規范化處理，利用加權法計算其綜合承災體的易損性指數，最后采用GIS自然斷點分級法將綜合承災體易損性指數按高易損性區、次高易損性區、中等易損性區、次低易損性區和低易損性區5個等級得出其綜合承災體易損性指數的分布狀況。防災抗災能力：防災減災能力描述為應對暴雨洪澇災害所造成的損害而進行的工程和非工程措施。這些措施和工程建設必須要當地政府的經濟支持，主要考慮了旱澇保收面積和森林覆蓋率2個抗災因素。將旱澇保收面積和森林覆蓋率2個防災減災因子規范化后，采用加權法計算其綜合防災減災能力指數，利用GIS中自然斷點分級法劃分得到高抗災能力區、次高抗災能力區、中等抗災能力區、次低抗災能力區和低抗災能力區5個等級防災減災能力指數的分布狀況。綜合考慮承災體易損性及防災抗災能力指數的分布狀況，基于GIS繪制早稻暴雨洪澇災害防災減災能力區劃圖。

1.3.2 浦城縣早稻暴雨洪澇災害風險的區劃 綜合考慮孕災環境敏感性、致災因子危險性、承災體易損性和防災減災能力4個因子，根據各級指標因子權重，計算出各地早稻暴雨災害風險指數，利用GIS中自然斷點分級法將早稻暴雨洪澇風險指數按高風險區、中等風險區和低風險區3個等級劃分，繪制浦城縣早稻暴雨洪澇災害風險區劃圖。

2 結果與分析

2.1 浦城縣早稻暴雨災害致災因子的風險等級

2.1.1 致災因子的危險性 浦城縣早稻暴雨災害致災因子危險性等級分為低危險區、次低危險區、中等危險區、次高危險區和高危險區(封2圖Ⅰ)。低危險區：主要分布在楓溪鄉和山下鄉西部；次低危險區：主要分布在盤亭鄉、古樓鄉、石陂鎮西部和山下鄉中部；中等危險區：主要分布在官路鄉、盤亭鄉東部、九牧鎮、忠信鎮北部、古樓鄉東部、水北街鎮南部、石陂鎮東部、濠村鄉和永興鎮中部；次高危險區：主要分布在忠信鎮中南部、仙陽鎮中部、管厝鄉東北部、富嶺鎮中部、水北街鎮北部、臨江鎮中部；高危險區：主要分布在仙陽鎮東南部、管厝鄉東北部、富嶺鎮西部、河濱街道、萬安鄉、蓮塘鎮和南浦街道。

2.1.2 致災環境的敏感性 浦城縣早稻暴雨災害孕災環境敏感性等級分為低敏感區、次低敏感區、中等敏感區、次高敏感區和高敏感區(封2圖Ⅱ)。低敏感區：主要分布在九牧鎮、忠信鎮、古樓鄉、管厝鄉和楓溪鄉的部分區域；次低敏感區：主要分布在官路鄉、盤亭鄉、九牧鎮、仙陽鎮、古樓鄉、管厝鄉、富嶺鎮、河濱街道、萬安鄉、水北街鎮、蓮塘鎮、臨江鎮、石陂鎮、濠村鄉、山下鄉、永興鎮和南浦街道的部分區域；中等敏感區：主要分布在盤亭鄉、九牧鎮、忠信鎮、仙陽鎮、水興鎮、石陂鎮、臨江鎮、水北街鎮、富嶺鎮和管厝鄉的部分區域。次高敏感區：主要分布在管厝鄉、富嶺鎮、臨江鎮、水北街鎮和石陂鎮的部分區域；高敏感區：主要分布在盤亭鄉、南浦街道、萬安鄉、河濱街道和臨江鎮的部分區域。

2.1.3 承災體的易損性及其抗災能力等級 1) 承災體的易損性。浦城縣早稻暴雨災害承災體易損性的等級分為低易損區、次低易損區、中等易損區、次高易損區和高易損區(封2圖Ⅲ)。低易損區：主要分布在河濱街道和水北街鎮；次低易損區：主要分布在九牧鎮、忠信鎮、古樓鄉、濠村鄉和楓溪鄉；中等易損區：主要分布在萬安鄉、管厝鄉、山下鄉、永興鎮和官路鄉；次高易損區：主要分布在盤亭鄉、仙陽鎮和富嶺鎮；高易損區：主要分布在蓮塘鎮、臨江鎮、南浦街道和石陂鎮。2) 抗災能力。浦城早稻暴雨災害抗災能力的等級分為低抗災能力區、次低抗災能力區、中等抗災能力區、次高抗災能力區和高抗災能力區(封2圖Ⅳ)。低抗災能力區：主要分布在南浦街道；次低抗災能力區：主要分布在官路鄉、盤亭鄉、九牧鎮、古樓鄉、河濱街道、萬安鄉、濠村鄉、山下鄉和楓溪鄉；中等抗災能力區：主要分布在管厝鄉和臨江鎮；次高抗災能力區：主要分布在忠信鎮、水北街鎮、蓮塘鎮和永興鎮；高抗災能力區：主要分布在仙陽鎮、富嶺鎮和石陂鎮。

2.2 浦城縣早稻暴雨洪澇災害風險等級的分布

浦城早稻暴雨洪澇災害風險的等級分為低風險區、中等風險區和高風險區(封2圖Ⅴ)。低風險區：主要分布在楓溪鄉和河濱街道全區域，濠村鄉、古樓鄉、忠信鎮、山下鄉、永興鎮、水北街鎮和九牧鎮的部分區域，官路鄉、盤亭鄉、仙陽鎮、管厝鄉和富嶺鎮的少部分區域；中等風險區：主要分布在官路鄉、盤亭鄉、九牧鎮、忠信鎮、仙陽鎮、管厝鄉、富嶺鎮、萬安鄉、水北街鎮、蓮塘鎮、臨江鎮、石陂鎮、永興鎮和南浦街道的部分區域，古樓鄉、山下鄉和濠村鄉的少部分區域；高風險區：主要分布在南浦街道的中部區域，萬安鄉的西部區域，臨江鎮的中部區域和富嶺鎮的少部分區域。

3 小結與建議

研究主要針對浦城縣地形地貌和早稻的生長特性，影響因子的選取對山地縣區的早稻暴雨洪澇災害風險區劃有一定的借鑒意義，但受資料限制，未考慮上游來水、中小型水庫水電站、水位高度與寬度等對區劃研究結果的影響。在后續工作中應結合各地實際進行深入研究，以提高防御應用的準確性和針對性。

浦城早稻暴雨洪澇災害風險的等級分為低風險區、中等風險區和高風險區，其中，低風險區主要分布在楓溪鄉和河濱街道全區域，濠村鄉、古樓鄉、忠信鎮、山下鄉、永興鎮、水北街鎮和九牧鎮的部分區域，官路鄉、盤亭鄉、仙陽鎮、管厝鄉和富嶺鎮的少部分區域；中等風險區主要分布在官路鄉、盤亭鄉、九牧鎮、忠信鎮、仙陽鎮、管厝鄉、富嶺鎮、萬安鄉、水北街鎮、蓮塘鎮、臨江鎮、石陂鎮、永興鎮和南浦街道的部分區域，古樓鄉、山下鄉和濠村鄉的少部分區域；高風險區主要分布在南浦街道的中部區域，萬安鄉的西部區域，臨江鎮的中部區域和富嶺鎮的少部分區域。根據浦城早稻暴雨洪澇災害風險等級在不同區域的分布狀況，各地區應根據風險等級的實際有針對性地部署防汛工作，加強氣象、水利和農業相關部門間聯動。應加強暴雨天氣預警監測和農業氣象服務工作，及時點對點地發布災害性天氣預報預警信息，為預防工作爭取時間。具體措施：對高風險區域，應加強防汛應急響應機制與加大河堤修建的力度、提高森林覆蓋率、加強農業人口的教育普及程度和加強排澇減損的農業科普知識宣傳工作等。早稻受淹后，及時排水，洗泥露苗。清理疏通排水系統，盡快搶排積水。受淹稻田在排水過程中要邊排邊澆邊沖洗，及時沖洗掉莖、葉上的泥沙，使稻株出水后葉片氣孔不受阻塞，較快地恢復光合及呼吸等生理功能。在排水先后順序上，應先排常規稻田，再排雜交稻田；先排位置高田塊再排低田塊。受澇的稻田更怕旱，若遇陰天，可采取一次性排水；若遇烈日高溫天氣，應先使稻株上部露出水面后，于下午排掉稻田積水，可避免稻株受到曝曬，有利于恢復生長。排水時，還應注意清除飄浮雜物，以減少其壓傷稻苗和致死苗葉腐爛。稻田積水退去后，田間水分仍處于飽和狀態，應開溝排水，盡快降低田間含水量，使淹水而形成的浮泥逐漸沉實，以促進新根的生長。