环江县暴雨灾害风险评估与区划分析.pdf

233农业灾害研究 2023,13(8)环江县暴雨灾害风险评估与区划分析陈耀飞1，陈燕丽2*，谢 映2，肖鸿祥1，韦德宝11.广西河池市环江县气象局，广西环江 547100；2.广西壮族自治区气象科学研究所，广西南宁 530022摘要 基于19782020年环江县国家气象观测站资料和20142020年区域自动气象站资料以及环江县地理信息、暴雨灾情及其社会经济资料，利用GIS技术和多因子叠加的统计方法，分别综合分析了环江县的暴雨致灾因子危险性、承灾体易损性及防灾减灾能力，得出环江县暴雨灾害风险评估与区划。关键词 暴雨灾害；致灾危险性；风险评估；风险区划中图分类号：P426.616 文献标识码：B 文章编号：20953305(2023)080233-04环江毛南族自治县隶属广西河 池 市（107 51 108 43 N，24 44 E 25 33 E），地处桂西北云贵高原南部边缘的斜坡地带，总面积约45.7万hm2，喀斯特面积约32.9万hm2，占国土面积的72.2%，属于生态脆弱的岩溶山区1。该县属亚热带季风气候，受东南季风的影响，降水充沛，每年出现暴雨的次数较多，具有降水历时短、降水集中、暴雨量大等特点，县内河流水位变幅大，山区排水不畅2-3。遇暴雨易引发山洪、泥石流、城市内涝等次生灾害，威胁极大，属于影响力较严重的气象灾害之一。在全球气候变暖背景下，全球和区域尺度的暴雨洪涝灾害频率升高和强度不断增加4-6。尤其是在生态脆弱和抗灾能力较弱的环江县，一旦发生暴雨洪涝灾害，将会给环江县带来了极大的危害，如2022年6月19日晚至20日上午环江县部分乡镇出现暴雨洪涝灾害。据不完全统计，全县共受灾25 365人，农作物受灾总面积约 11 451 hm2，家禽牲畜、路基和房屋等均遭受不同程度灾害，直接经济损失高达 5 526.2万元。目前，针对评估暴雨灾害风险评估，诸多学者对此开展相关研究，多以层次分析法（AHP）和地理信息系统（GIS）等方法进行分析为主，GIS方法关于暴雨灾害风险评估体系主要包括暴雨致灾危险性、承灾体脆弱性和承灾体暴露度6-9。陆芊芊等10以2022年广西“龙舟水”暴雨灾害风险为例，从危险性、暴露度和脆弱性3个维度开展精细化暴雨灾害风险评估，结果表明此次过程河池市的暴雨致灾危险性及人口、GDP、水稻风险等级相对较高。但目前针对环江县暴雨灾害评估和区划研究和报道仍未见。因此，通过探讨该地区的暴雨风险区划，一方面是为相关人员提供更详实、可靠的县域暴雨精细化区划结果，另一方面是为环江县植被生态保护、防灾减灾提供科学依据。1 资料来源与研究方法1.1 研究区概况环江县下辖12个乡镇，环江县境内主要河流有大环江、小环江，发源于贵州省，从北向南流过。其中，大环江从驯乐乡途经明伦镇、洛阳镇、大安乡、思恩镇贯穿南北，位于县域中部；小环江途经驯乐乡、龙岩乡、明伦镇、东兴镇、长美乡，位于县域东部。全县土地类型以山地、丘陵为主，水稻、玉米等农作物主要分布在南部、西部和中部等地势相对低的地区。研究时段内环江县共33个气象站点，其中1个为环江Rainstorm Disaster Risk Assessment and Regionalization Analysis in Huanjiang CountyChen Yao-fei et al(Huanjiang County Meteorological Bureau,Hechi City,Guangxi,Huanjiang,Guangxi 547100)Abstract Based on the data of Huanjiang National Meteorological Observation Station from 1978 to 2020,the data of regional automatic meteorological stations from 2014 to 2020,and the geographic information,rainstorm disaster situation and socio-economic data of Huanjiang County,using GIS technology and the statistical method of multi factor superposition,the risk of rainstorm disaster causing factors,the vulnerability of disaster bearing bodies,and the ability of disaster prevention and reduction in Huanjiang County were comprehensively analyzed,and the risk assessment and zoning of rainstorm disaster in Huanjiang County were obtained.Key words Rainstorm disaster;Disaster causing risk;Risk assessment;Risk zoning作者简介 陈耀飞（1994），男，广西武鸣人，助理工程师，主要从事农业气象研究。*通信作者：陈燕丽，E-mail：。收稿日期 2023-05-12234Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8县国家气象观测站，建站于1957年，32个区域自动气象站于2012年后相继建设完成，分布在各个乡镇。图1 环江县乡镇、河流、站点分布图1.2 资料来源所用的降水资料为19782020年环江县国家气象观测站资料和20142020年区域自动气象站资料；县级行政区划边界矢量数据来源于国务院普查办；乡镇边界及行政点数据来源于广西自然资源厅；数字高程数据则采用SRTM的30 m DEM数据。人口、GDP、农作物（水稻）、房屋建筑、道路等承灾体网格数据均来源于国务院普查办；1978年1月12020年12月31日 历 史灾害数据来源于环江气象灾情数据库、及其他相关部门提供的灾情数据等。1.3 研究方法基于日降水量和小时降水量资料进行统计分析，其中年际变化等有关时间变化的分析采用19782020年环江县国家气象观测站（单站）资料统计分析，空间分布特征分析采用20142020年国家气象观测站和区域自动气象站资料。多年平均指19912020年的平均值，也称为“常年值”；研究中如无特别注明，国家站数据平均值的统计时段均指19782020年。环江县的暴雨降水基本特征，主要通过统计多年平均月降水量，19782020年历年的暴雨日数、不同日数（1、3、5、10日）累积最大降水量、不同历时（1、3、6、12、24 h）累积最大降水量等因子进行分析。根据“风险致灾危险性承灾体暴露度承灾体脆弱性”的风险理论模型，考虑暴雨孕灾环境的影响，基于单个气象站点开展精细化暴雨灾害风险评估。暴雨致灾危险性反映了暴雨可能产生的危害大小，主要考虑暴雨强度（IR）和孕灾环境（Ic）的影响，采用自然断点法将致灾危险性划分为高、较高、较低、低等级，致灾危险性指数ID由下式计算：ID=（1+Ic）IR（1）将单个气象观测站的日降雨量（20:00至翌日20:00）50 mm的降雨日定义为单站暴雨日；当降水过程中，单站暴雨日持续天数1 d，或2个暴雨日相隔1 d、其中断日有中到大雨（10 mm日降雨量50 mm），则定义为一个单站暴雨过程。参考区域性暴雨过程综合强度算法，构建暴雨过程强度指数IR，公式如下：IR=aI1 pre+bI3 pre+cI6 pre+dI24 pre+eIpre+fIday（2）式（2）中，I1 pre为过程中1 h降雨量最大值，I3 pre为过程中3 h降雨量最大值，I6 pre为过程中6 h降雨量最大值，I24 pre为过程中日降雨量最大值，Ipre为过程的累积降雨量，Iday为过程的开始日至结束日总天数，a、b、c、d、e、f为权重 系数。暴雨孕灾环境指在暴雨影响下对形成洪涝、泥石流、滑坡、城市内涝等次生灾害起作用的自然环境，包括地形、水系、土壤类型、植被分布等要素，以孕灾环境影响系数Ic表征，并将Ic缩放至-0.3，0.3；当Ic值越大，表明孕灾环境加重暴雨致灾危险的可能性越大。选取人口、经济、水稻、玉米作为承灾体，分别进行暴露度和脆弱性分析。建立风险评估模型对不同承灾体（人口、GDP、水稻、玉米）进行风险评估，模型如下：R=T weE whV ws（3）式（3）中，R为 暴 雨 灾 害 风 险 指数，用于表示暴雨灾害风险程度，值越大，则暴雨灾害风险程度越大；T、E、V分别表示致灾危险性指数、承灾体暴露度指数、承灾体脆弱性指数；we、wh、ws是致灾危险性、承灾体暴露度和脆弱性指数的权重，权重的大小依据专家打分法确定。由于缺少乡镇级的暴雨过程灾情，不考虑承灾体脆弱性，仅将致灾危险性和承灾体暴露度进行加权求积，得到风险评估结果。依据对人口、经济和水稻的暴雨灾害风险评估结果，采用自然断点分级法，根据暴雨灾害造成的风险进行评估，利用自然断点法对风险指数R由大到小进行分类，将暴雨灾害风险划分为高、较高、较低、低等级；并绘制风险区划图，得到暴雨灾害对不同承灾体风险分区划图。2 结果与分析2.1 暴雨致灾因子的特征分析2.1.1 降水环江县19782020年的年降水量在996.0（2009年）2 025.4 mm（1994年）之间，平均年降水量为1 439.4 mm，长期线性变化趋势不明显（图2）。310月为环江县降水集中期，累计降水量1 284.0 mm，占全年降水量的88%；各月降水量在76.8296.3 mm之间，呈单峰分布，以6月降水最多、3月最少（图3）。2.1.2暴雨日数环江县43年暴雨日235农业灾害研究 2023,13(8)数在1（1995年）11 d（1994年）之间，平均每年5.02 d，长期线性变化趋势不明显（图4）；410月暴雨日数占年暴雨日数的94.8%以上，平均每年4.76 d。环江县410月各月的多年平均暴雨日数在0.161.23 d之间，呈单峰分布，以6月最多，与其月降水量变化一致。2.1.3 不同日数累计降水量极值1978 2020年，环江县最大日降水量为221.4 mm；3 d累计最大降水量为299.6 mm；5 d累计最大降水量为394.8 mm；10 d累计最大降水量为409.1 mm。从长期变化趋势上看，1 d累计最大降水量呈明显上升趋势；3、5、10 d累计最大降水量的变化趋势不明显（图5）。2.1.4 不同历时累计降水量极值1978 2020年，环 江 县1、3、6、12、24 h累计降水量最大值分别为75.4（2020年）、124.9（2016年）、164.3（2016年）、220.4（2020年）、221.4 mm（2020年）。从 长 期变化趋势上看，1、3 h累计最大降水量的变化趋势不明显；6、12、24 h累计最大降水量具有明显的上升趋势。（图6）。2.2 暴雨致灾危险性评估综合雨涝指数和孕灾环境影响指数，评估环江县暴雨致灾危险性，按危险性指数大小依次划分为高、较高、较低、低等级，危险性较高的地区主要位于洛阳镇中南部、驯乐乡中部、水源镇东北部、大安乡西部、思恩镇、大才乡南部、长美乡东部、东兴镇西部、龙岩乡西部等地；其余大部地区的危险性较低（图7）。图7 环江县暴雨致灾危险性等级图2.3 暴雨风险评估与区划2.3.1 人口风险评估环江县的暴雨灾害人口风险大环江和小环江流域高于其他区域，城镇高于乡村，较高和高风降水量/mm年份y=4.161x-6877.66R2=0.0405图2 19782020年环江县年降水量变化降水量/mm月份图3 310月环江县多年平均月降水量变化月份暴雨天数/d图4 19782020年环江县年暴雨日数变化年份降水量/mm图5 19782020年环江县1、3、5、10d降水量年极值变化降水量/mm年份图6 19782020年环江县1、3、6、12、24h降水量年极值变化236Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8险区主要位于大环江和小环江流域一带，其余地区风险较低（图8）。2.3.2 GDP风险评估环江县的暴雨灾害GDP风险与人口风险分布相似，大环江和小环江流域的GDP风险高于其他区域，城镇高于乡村，较高和高风险区主要位于大环江和小环江流域一带，其余地区风险较低（图9）。图8 环江县暴雨灾害人口风险等级图图9 环江县暴雨灾害GDP风险等级图2.3.3农作物风险评估环江县的暴雨灾害水稻中等以上风险区主要位于环江县中南部和偏东中部，以城镇中心较为集中，主要分布在驯乐乡西北部、川山镇的北部和东部、下南乡的北部、水源镇的东部、洛阳镇、大安乡、思恩镇、大才乡、明伦镇东部、东兴镇西部和南部、长美乡北部和东南部、龙岩乡西部，其余地区风险较低（图10）。环江县的暴雨灾害玉米中等以上风险区主要位于驯乐乡西北部、川山镇的北部和东部、下南乡的北部、水源镇的东部、洛阳镇、大安乡、思恩镇、大才乡、明伦镇东部、东兴镇西部和南部、长美乡北部和东南部、龙岩乡西部，其余地区风险较低（图11）。图10 环江县暴雨灾害水稻风险等级图图11 环江县暴雨灾害玉米风险等级图3 结论与讨论选取19782020年环江县气象观测站降水资料、基础地理信息、当地暴雨实情灾情及其他社会经济资料，对致灾因子、危险性、承灾体暴露性和脆弱性等开展精细化暴雨灾害风险评估开展分析和研究，得出以下结论：（1）19782020年，环江县年降水量在996.02 025.4 mm之间，平均每年 1 439.4 mm，长期线性变化趋势不明显。310月为降水集中期，占全年降 （下转第273页）273农业灾害研究 2023,13(8)偏小的区域有2个：大通中部湟中北部湟源北部（北部一线）、湟中南部，即模式在这2个地区的预报能力较强。就不同模式来看，ECMWF模式预报平均绝对偏差较小，即ECMWF模式对降水量的预报效果更好。5 结论与讨论针对20202021年西宁强降水过程，用ECMWF和GFS全球模式检验其发生的环境背景场，以大气状态指数检验强降水物理量参数，并进行了降水量检验，主要结论如下：（1）ECMWF和GFS模式对500 hPa、北方天气系统所在区域预报效果最好。2种模式对500 hPa风向风速预报均有指示意义，ECMWF模式效果更好，对200 hPa风向预报效果很好，风速预报趋向于偏弱。无论是ECMWF还是GFS模式，均对700 hPa湿度场预报能力较好。针对500 hPa温度场预报，2种模式均效果很好，针对700 hPa温度场2种模式均预报强度偏弱、范围偏小，即趋向于系统偏弱。整体上ECMWF模式优于GFS模式。（2）ECMWF模式整体上将强降水过程的大气状态指数预报趋向于略偏大，GFS模式则预报趋向于偏小；GFS模式与实况的偏差值更小，预报效果更好。（3）模式预报降水量平均绝对偏差较大的区域有3个，分别在湟中中部、大通北部、湟源南部；预报平均绝对偏差偏小的区域有2个，位于北部一线、湟中南部。ECMWF模式对降水量的预报效果更好。参考文献1 周顺武,王传辉,吴萍,等.青藏高原强降水日数的时空分布特征J.干旱区地理,2012,35(1):23-31.2 张 峰.2016年35月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验J.气象,2016,42(8):1020-1025.3 任宏昌.2018年3-5月T639、ECMWF及 日本模式中期预报性能检验J.气象,2018,44(8):1104-1109.4 金 巍,刘 卫 华,高 凌 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h累计最大降水量均呈显著上升趋势。（3）环江县暴雨致灾危险性、暴雨灾害人口风险和GDP风险相类似，大环江和小环江流域的致灾危险性、人口风险和GDP风险高于其他区域，城镇高于乡村，较高和高风险区主要位于大环江和小环江流域一带，其余地区风险较低。（4）环江县的暴雨灾害与农作物水稻、玉米中等以上风险区大体相同，主要位于环江县中南部和偏东中部，以城镇中心较为集中，其余地区风险较低。近年来，环江县石漠化现象加剧，发生暴雨灾害频次高，造成的经济损失严重，因此开展精细化暴雨灾害风险评估为当地防灾减灾和植被生态保护等决策部署工作提供科学依据显得尤为必要。暴雨灾害风险评估涉及气象、自然环境、社会经济等多方面因素影响，所涉及的因子及其权重也各不相同，还有待深入研究所建立的风险评估模型及其区划的准确性，在后期的研究中将进一步增加承灾体数据的种类，提高相应数据的精度，构建更加精细化的暴雨风险评估模型，进一步提高当地应对和防御灾害的能力。参考文献1 赵佳,赵宇鸾.19502010年岩溶山区农作物结构演变的时空特征:以广西环江县为例J.贵州师范大学学报(自然科学版),2023,41(3):73-83.2 陆华静,彭勇刚,蒙召桂.19762010年环江县汛期暴雨特征分析J.现代农业科技,2011,40(15):281-282.3 廖春贵,熊小菊,胡宝清.2015年广西暴雨洪涝灾害的时空格局与危险性评价J.安徽农学通报,2017,23(6):21-24.4 宋怡轩,何永青,陈晋.基于GIS的四川省暴雨洪涝灾害风险评估J.绿色科技,2022,24(18):33-37.5 黄冬梅,黄卓帆,黄肖寒.基于GIS的河池市暴雨洪涝灾害风险评估与区划J.气象研究与应用,2016,37(1):21-24,130.6 傅永超,朱宇蓉,马俊卿.基于GIS的海北州祁连县暴雨灾害风险评估J.农业灾害研究,2022,12(10):49-51.7 莫建飞,陆甲,李艳兰,等.基于GIS的广西农业暴雨洪涝灾害风险评估J.灾害学,2012,27(1):38-43.8 莫建飞,陆甲,李艳兰,等.基于GIS的广西洪涝灾害孕灾环境敏感性评估J.灾害学,2010,25(4):33-37.9 周幼婵,何林宴,林雪香,等.广西贵港市暴雨过程综合强度评估及分析J.气象研究与应用,2020,41(3):27-31.10 陆 芊 芊,黄 卓,郑 凤 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