城市流域洪水风险影响因素的比较分析

毛梅

（贵州东方世纪科技股份有限公司，贵州 贵阳 550003）

0 引言

此研究提出了一种利用基于GIS 的洪水灾害预测模型（FDPM）对洪水风险因素的影响进行比较评估的方法。FDPM使用模拟软件XP-SWMM计算洪水淹没深度，并使用任何给定区域条件的洪水损失估算模型估算洪水损失。在这种情况下，洪水风险定义为洪水损害及其发生概率的乘积。

1 洪水风险评估方法

使用FDPM 模拟的结果，为洪水风险评估提供基础，以计算洪水风险成本和FRIF。FDPM 是一种基于GIS 的洪水损害预测模型，由模型1 和模型2 两部分组成。模型1 计算输入水文图的二维淹没深度。模型2 估计任何给定淹没深度的经济损失。洪水风险分析使用三条曲线：洪水概率曲线、潜在损失曲线和年度洪水风险密度曲线。这三条曲线描述了集水区的洪水风险特征。

2 洪水风险评估的应用

2.1 FDPM仿真设计

FDPM 使用一组具有不同重现期的设计暴雨雨量图来进行模拟。模拟设计暴雨的重现期为3、5、15、30、50、70、100、150、200、300 和500 年。由FDPM 模拟计算过程可知，利用模型1和模型2可以计算集水区条件变化和全球气候变化下的洪水淹没深度和损失。

2.2 当前集水区条件的变化

城市集水区条件的变化可能会给城市及其居民带来更多的洪水和社会影响。在文中对影响进行了广泛分类和处理，以量化城市排水区域的洪水风险。

如果采取措施改善洪水，该研究流域的洪水损害可能会减少。该研究流域的城市化程度极高，有65%的不透水面积。采取相关的防洪工程，可以将不透水面积从65%减少到较低的比率，如55%和45%。这两种不透水面积的比率都可以通过FDPM进行模拟。

2.3 全球气候变化引起的暴雨特征变化

文章使用了全球变暖前后设计暴雨重现期之间的关系来估算气候变化发生时的淹没面积，该方法很容易从当前的洪水特征曲线创建一条新的洪水特征曲线，该曲线表示全球气候变化后的条件。

3 结果和讨论

3.1 淹没和损坏特性曲线

图1显示了洪水淹没损害特性曲线，该曲线将淹没损害与淹没深度联系起来。该曲线由淹没特性曲线和损害特性曲线相乘得出。可以很容易地看到，大多数损坏发生在1.10 m的淹没深度。

图1 不同情况下的洪水损害特性曲线图

3.2 潜在损失曲线和年度洪水风险密度曲线

图2 显示了排水区域的潜在损失曲线和暴雨概率曲线。洪水损失的经济成本以无量纲形式表示。图2 中的BFP 是洪水损失经济成本的无量纲单位。

年度洪水风险密度曲线是通过图2 所示的损害可能性和暴雨概率曲线计算得到的。潜在损失曲线表明每次洪水造成的损失是如何增加或减少的。图3显示了当前集水区条件、防洪项目、减少资产、增加资产和全球气候变化的年度洪水风险密度曲线。风险密度曲线在2 年时最高。风险密度随着资产的增加和气候变化而增加，而在增加防洪项目和防洪措施时，风险密度会下降。在这些因素中，气候变化曲线的影响最大。

图2 不同情况下的暴雨潜在损失和概率密度曲线图

图3 不同情况下的洪水风险密度曲线图

3.3 风险成本与风险成本变动

洪水风险成本通过整合五种条件（FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2 和当前）的年度洪水风险密度曲线计算得出。FC45%和FC55%意味着防洪项目分别达到55%和45%的不透水面积，低于目前的65%。DRM0.8表示可减少20%伤害的防洪措施。AI1.2表示可使资产增加20%的防洪措施。由于全球变暖，当前集水区条件的风险成本显著增加70%，而其他集水区条件（FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2）的风险成本也有类似的趋势。

3.4 洪水风险影响系数（FRIF）

使用图4中给出的计算风险成本可以轻松计算FRIF。图5显示了各种集水区条件下的风险成本和相关FRIF值。实心圆和空心圆分别表示有和无全球气候变化的条件。以斜体书写时，FC45%、FC55%、DRM0.8、AI1.2表示气候变化的条件。FRIF值表示城市化、防洪项目、减少损害措施和气候变化的影响。

图4 不同条件下的洪水风险成本图

图5 不同条件下的风险成本和FRIF值图

当前条件下的年度风险成本约为1 BFP，FRIF为0.0。资产增加20%（AI1.2）的效果与建设防洪项目（将不透水面积降低至55%）并结合全球变暖（FC55%）的效果相同，FRIF 为0.25。防洪项目将不透水区域降低至45%（FC45%），超过因全球变暖而增加的风险成本，因为FRIF会变为负值。当资产增加20%且假设气候变化时，FRIF 上升至1.0（AI1.2）。总而言之，气候变化应该是增加洪水风险的最重要因素。

4 结论

①提出了一种基于FDPM 和XP-SWMM 程序的洪水风险评估方法。该方法可以评估增加和减少城市洪水风险的因素，作为城市洪水管理的理论基础。②通过该风险评估方法得到了防洪项目和减少损失措施会使得洪水风险降低，以及研究流域资产增加和全球气候变化会使得洪水风险增加。③重现期变化法作为一种简单的方法可以被应用于估算全球变暖对洪水风险造成的潜在影响。FRIF 作为一个指数，可以评估各种防洪措施对洪水淹没风险的影响。