基于洪澇災害特征分析的萬州區洪澇防災減災智慧系統構建

吳邦和

（重慶市萬州區水旱災害防御中心 重慶萬州 404100）

萬州以“萬川匯畢”得名，貫穿全境的長江與境內多條支流形成了“一干九支，三區分水”的局面。豐沛的水資源帶來了頻發的洪澇災害，歷史上洪水多次對萬州的農業造成了破壞。2020年，萬州先后發生10次強降雨過程，均出現不同程度的洪澇災害損失，特別是“7.16”“7.26”超強暴雨引發的嚴重洪澇災害，涉及了五橋、甘寧、走馬、分水等30多個鎮鄉街道，五橋河、瀼渡河等8條長江支流堤防受到破壞。面臨如此頻發的洪災，城市的綜合防洪能力是保障城市社會經濟發展的前提條件，建立智慧高效的防災系統是十分必要且迫切的。

一、萬州的洪澇災害時間特性

在萬州地方志的記載中洪澇災害幾乎每年都有發生，尤其1955年到1975年平均每年發生的洪澇災害高達6次，且發生時間較為集中在4到9月，與雨季同步。其中，主要為本地降雨導致的原發性洪水，部分為上游降雨、泄洪導致的過境洪水。

（一）萬州年內洪澇災害特性

根據《萬縣地區五百年災害研究》《中國氣象災害大典—重慶卷》《重慶氣象災害年鑒》統計，如圖1所示，從1955年到2013年萬州區的洪澇災害總數為288次，平均每年發生4.88次，萬州的暴雨發生了204次，平均每年3.46次，主要發生在5～9月。其中，大雨暴雨引發的洪澇災害為190次，占到65.9%；非大雨暴雨產生的洪澇災害為98次，平均每年1.66次，占34.1%。

圖1 降雨與洪澇災害的年內分布情況圖

（二）萬州年際洪澇災害情況

從圖2中可以看出洪澇災害的發生頻率近59年呈現幾個不同階段，除了1970年后期可能因為干旱等原因沒有出現過洪澇外，在1980年及之前洪澇災害比較頻繁，1990年之后洪澇災害逐漸減少，但是2005年后洪澇災害又有所增加。

圖2 近59年洪澇災害發生頻率分布圖

二、萬州洪澇多發空間特性

萬州區降水豐沛，且年份將與分配不均，“八分山地，二分丘陵”的多山地貌是洪澇災害頻發的一大原因。萬州區境內河流（不含長江）為山區性河流，河谷深切，山坡陡峭。其地形特點導致洪水具有匯集快，過程陡漲陡落，峰頂持續時間短，洪峰值呈現年際變化大的特點。

（一）萬州與鄰近區縣間的洪澇特性分析

對于氣候、降雨接近的重慶各區縣，洪澇災害分布卻呈現明顯地域性。根據相關洪澇發生頻率統計，忠縣—涪陵—萬盛—江津—潼南一線丘陵、低山地區洪澇發生頻率較低，一般都在25%以下；東北部低山、中山地區是洪澇多發區，梁平、開縣、城口、云陽、巫溪、萬州發生頻率都在45%以上。萬州山地面積超過80%，城區也建立在丘陵地帶，即使整體降雨量不足以對萬州產生超標洪水，匯水區域的排水設施實際承受的壓力也已經遠遠超過設計工況，形成城市內澇，在鄉鎮降水則容易形成坡面徑流，匯集在河谷地區形成山洪，即使雨量不大的情況下也可能造成嚴重的災害。

（二）萬州區內洪澇空間特性

萬州區整體降雨豐沛、時間集中，復雜的地形造也給防洪防澇造成很大壓力：一是山地地形造成的空氣對流和阻隔會增強局地降水，迎風坡和背風坡氣象上就有差異，區內各處降水呈現不均勻的分布；二是萬州的行政面積較大，氣象站尚未監測到降雨，可能某些鎮鄉街道已經泛濫成災。近幾年氣候變化造成的暴雨的增多，洪澇易發點也呈現出來轉移的趨勢，2020年的大暴雨中原本重點監測的地點沒有發生洪澇，反而是不做重點監測的地點受災，長嶺水文站距受災點有11.4公里，當災情里監控范圍還有0.8米時五橋已受災嚴重。

三、常規洪澇災害防災手段及現狀

作為農耕文明的產物，洪澇災害對古代中國產生了很大的威脅。為此誕生的水政制度和治水技術至今影響著人們防御洪澇災害的基本思路——以修建堤防、渠道一類的工程手段為主[1-3]。

（一）傳統防災備災方法

先秦至今，應對洪水采取過各種工程的手段進行阻塞。據2015年對良渚古城水利工程遺址的發掘，5000年前的良渚先民使用草包泥塊筑壩，可對抗當地百年一遇的洪水；漢代的“茨防洪水”和宋代的“埽工”是以蘆葦、茅草一類的植物包裹碎石塊筑堤，這種方法一直沿用到了清代中葉。現在，預防洪澇災害主要是堤防的修建，根據河段重要性采取不同工況驗算，確定出設計標高。相較于古代的方法，施工手段和材料上有了飛躍，但本質與古代的防災思路相同，都是一種靜態的、被動的防災手段，氣候變化、人類活動、河道改道等客觀環境發生改變時，其防災能力也受到制約[4]。

圖3 良渚古城水利工程遺址及現代防洪堤防

現在，大規模工程手段存在修建周期長和資金、用地涉及矛盾多等一些類問題，尤其是財政困難地區。針對地形復雜的萬州，還存在安全冗余的考量，比如五橋、新田等易澇地區，如果按照城市統一規劃，局部的超標洪水時有發生，給國民經濟和居民人身安全都造成威脅；如果對安全冗余進行放量，在平時就會造成浪費。因此，提升防災抗災能力就要從非工程手段入手[5]。

（二）萬州洪澇防災系統現狀

萬州區目前的防災手段以工程手段為主，除長江外，包括龍寶河、五橋河、苧溪河在內的9條支流均已修建堤防，但因為資金問題，堤防系統尚未形成閉環，且由于歷史原因，老城區建設未經統一規劃，為增加城市建設用地、城市水景，老建筑依河而建，普遍存在程度不同的不合理占用州灘、設置行洪障礙現象，影響過洪能力，沿河建筑防洪能力普遍較低。

圖4 沿河建筑侵占行洪斷面

四、構建智慧城市防災減災系統

智慧城市指的并不是具體的某一項技術，而是指利用各種信息技術或創新概念，將城市的系統和服務打通、集成，以提升資源運用的效率，優化城市管理和服務，以及改善市民生活質量的城市信息化高級形態。智慧城市在空間技術、信息交互和物流轉運方面的優勢都是防災備災系統所亟需的，因此必須抓住智慧城市之契機，充分利用其先進技術和資源，使洪澇防災備災系統智慧化。對于政府部門，建立智慧的防災系統不僅是這一系列高新科技的利用，關鍵在于各個部門信息的交互和聯動，以及從被動到主動，從靜態到動態的防災思路的轉變[6]。

（一）完善災情監測系統

在系統組織方面，我國已建立起了災害監測系統、山洪災害防治系統、應急會商系統等信息化系統。智慧城市的防災系統則需要搭建災情監測數據共享平臺，實現不同要素、部門之間的數據整合與共享使用，洪澇災害突發的情況下可以實現氣象站、水文站、水利系統、城市管理系統和應急管理系統與街道鄉鎮之間的快速響應[7]。

在設施硬件方面，萬州目前在幾個重點觀測區采用了視頻監控的方式，其缺點有兩個：一是監測范圍固定，過于被動，受人類活動影響和氣候環境變化受災地點產生轉移時無法發揮作用；二是自動化程度不夠，這種方式無疑還屬于“眼睛看，喇叭喊”的高級形態。水情監控上，萬州目前僅有的5個水文站數據量過小，沒有形成立體框架哦，資料成果不足以作為洪澇災害的參考指標。使用3S技術、水下機器人等高新監測技術對萬州區域全河道進行監測，增設水文站點是完善災情監測系統的重要一步。

（二）構建洪澇災害數據模型

信息科技對于防災系統的演化關鍵作用在于利用已有的監測數據做出災情的預判和最優救災方案，對于洪澇災害，致災信息不能只局限于水利部門、氣象部門或應急管理部門，并整合利用各類城市運行數據、地理空間數據、結構化數據、情感和文本信息數據等多源異構數據，支撐對人口流動、自然、社會和經濟等空間要素的分析評價、綜合模擬和預測。

（三）探索規劃構建，補足城市保障短板

萬州老城區洪澇多發，很大原因是其缺乏規劃所致，今年正值“十四五”期間，智慧城市和防洪都是規劃的重點內容，嘗試把兩者有機結合起來，從規劃出發，做頂層設計是保障國民生產補足城市短板的一次創舉，對萬州保障城市水安全，促進產業發展，提升城市競爭力，是一次有意義的探索。

（四）保障經濟發展，力爭提上規劃

目前，國外一些城市在防災系統智慧化上已經取得了不小的成就。萬州受多方面的影響，目前無法構建起能與發達城市相較的防災系統，在現有基礎上著力于實體經濟發展和科技研發，力爭將智慧化的防災系統提上下一個五年規劃。

五、結束語

（1）萬州區洪澇災害時間特性表現為：年際變化趨勢上，1980年及之前洪澇災害比較頻繁，1990年之后洪澇災害逐漸減少，2005年后洪澇災害又呈現出所增加的趨勢；年內變化趨勢上，5～8月洪水或特大洪水常發，平均每年發生4.88次，大雨暴雨引發的洪澇災害占到65.9%，非大雨暴雨產生的洪澇災害占34.1%。萬州區洪澇災害空間特性表現為：洪水具有匯集快，過程陡漲陡落，峰頂持續時間短，洪峰值呈現年際變化大的特點；萬州處于東北部低山、中山地區洪澇多發區，洪澇災害發生頻率在45%以上，與梁平、開縣、城口、云陽、巫溪相當。

（2）萬州區目前的洪澇災害防災手段以工程手段為主，區域內主要河流已修建防洪堤，但是沿河建筑防洪能力普遍偏低；防災非工程手段基本完備但仍有待加強。

（3）通過完善災情監測系統、構建洪澇災害數據模型、探索規劃構建、保障經濟發展等多種措施結合的方式，構建萬州區洪澇防災減災智慧系統，有利于提高萬州區洪澇災害防控能力。