城市流域洪水風險影響因素的比較分析

毛梅

（貴州東方世紀科技股份有限公司，貴州 貴陽 550003）

0 引言

此研究提出了一種利用基于GIS 的洪水災害預測模型（FDPM）對洪水風險因素的影響進行比較評估的方法。FDPM使用模擬軟件XP-SWMM計算洪水淹沒深度，并使用任何給定區域條件的洪水損失估算模型估算洪水損失。在這種情況下，洪水風險定義為洪水損害及其發生概率的乘積。

1 洪水風險評估方法

使用FDPM 模擬的結果，為洪水風險評估提供基礎，以計算洪水風險成本和FRIF。FDPM 是一種基于GIS 的洪水損害預測模型，由模型1 和模型2 兩部分組成。模型1 計算輸入水文圖的二維淹沒深度。模型2 估計任何給定淹沒深度的經濟損失。洪水風險分析使用三條曲線：洪水概率曲線、潛在損失曲線和年度洪水風險密度曲線。這三條曲線描述了集水區的洪水風險特征。

2 洪水風險評估的應用

2.1 FDPM仿真設計

FDPM 使用一組具有不同重現期的設計暴雨雨量圖來進行模擬。模擬設計暴雨的重現期為3、5、15、30、50、70、100、150、200、300 和500 年。由FDPM 模擬計算過程可知，利用模型1和模型2可以計算集水區條件變化和全球氣候變化下的洪水淹沒深度和損失。

2.2 當前集水區條件的變化

城市集水區條件的變化可能會給城市及其居民帶來更多的洪水和社會影響。在文中對影響進行了廣泛分類和處理，以量化城市排水區域的洪水風險。

如果采取措施改善洪水，該研究流域的洪水損害可能會減少。該研究流域的城市化程度極高，有65%的不透水面積。采取相關的防洪工程，可以將不透水面積從65%減少到較低的比率，如55%和45%。這兩種不透水面積的比率都可以通過FDPM進行模擬。

2.3 全球氣候變化引起的暴雨特征變化

文章使用了全球變暖前后設計暴雨重現期之間的關系來估算氣候變化發生時的淹沒面積，該方法很容易從當前的洪水特征曲線創建一條新的洪水特征曲線，該曲線表示全球氣候變化后的條件。

3 結果和討論

3.1 淹沒和損壞特性曲線

圖1顯示了洪水淹沒損害特性曲線，該曲線將淹沒損害與淹沒深度聯系起來。該曲線由淹沒特性曲線和損害特性曲線相乘得出。可以很容易地看到，大多數損壞發生在1.10 m的淹沒深度。

圖1 不同情況下的洪水損害特性曲線圖

3.2 潛在損失曲線和年度洪水風險密度曲線

圖2 顯示了排水區域的潛在損失曲線和暴雨概率曲線。洪水損失的經濟成本以無量綱形式表示。圖2 中的BFP 是洪水損失經濟成本的無量綱單位。

年度洪水風險密度曲線是通過圖2 所示的損害可能性和暴雨概率曲線計算得到的。潛在損失曲線表明每次洪水造成的損失是如何增加或減少的。圖3顯示了當前集水區條件、防洪項目、減少資產、增加資產和全球氣候變化的年度洪水風險密度曲線。風險密度曲線在2 年時最高。風險密度隨著資產的增加和氣候變化而增加，而在增加防洪項目和防洪措施時，風險密度會下降。在這些因素中，氣候變化曲線的影響最大。

圖2 不同情況下的暴雨潛在損失和概率密度曲線圖

圖3 不同情況下的洪水風險密度曲線圖

3.3 風險成本與風險成本變動

洪水風險成本通過整合五種條件（FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2 和當前）的年度洪水風險密度曲線計算得出。FC45%和FC55%意味著防洪項目分別達到55%和45%的不透水面積，低于目前的65%。DRM0.8表示可減少20%傷害的防洪措施。AI1.2表示可使資產增加20%的防洪措施。由于全球變暖，當前集水區條件的風險成本顯著增加70%，而其他集水區條件（FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2）的風險成本也有類似的趨勢。

3.4 洪水風險影響系數（FRIF）

使用圖4中給出的計算風險成本可以輕松計算FRIF。圖5顯示了各種集水區條件下的風險成本和相關FRIF值。實心圓和空心圓分別表示有和無全球氣候變化的條件。以斜體書寫時，FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2表示氣候變化的條件。FRIF值表示城市化、防洪項目、減少損害措施和氣候變化的影響。

圖4 不同條件下的洪水風險成本圖

圖5 不同條件下的風險成本和FRIF值圖

當前條件下的年度風險成本約為1 BFP，FRIF為0.0。資產增加20%（AI1.2）的效果與建設防洪項目（將不透水面積降低至55%）并結合全球變暖（FC55%）的效果相同，FRIF 為0.25。防洪項目將不透水區域降低至45%（FC45%），超過因全球變暖而增加的風險成本，因為FRIF會變為負值。當資產增加20%且假設氣候變化時，FRIF 上升至1.0（AI1.2）。總而言之，氣候變化應該是增加洪水風險的最重要因素。

4 結論

①提出了一種基于FDPM 和XP-SWMM 程序的洪水風險評估方法。該方法可以評估增加和減少城市洪水風險的因素，作為城市洪水管理的理論基礎。②通過該風險評估方法得到了防洪項目和減少損失措施會使得洪水風險降低，以及研究流域資產增加和全球氣候變化會使得洪水風險增加。③重現期變化法作為一種簡單的方法可以被應用于估算全球變暖對洪水風險造成的潛在影響。FRIF 作為一個指數，可以評估各種防洪措施對洪水淹沒風險的影響。