浦城县早稻暴雨洪涝灾害的风险评估

应 达， 蔡河章， 郑君亮， 唐 刚， 刘 隽， 李 丹

(1.福建省气象灾害防御技术中心， 福建 福州 350000； 2.福建省气象科学研究所， 福建 福州 350000; 3.浦城县气象局， 福建 南平 353400 )

暴雨洪涝是浦城县常见的气象灾害之一，常导致城市内涝、农田渍涝和山体滑坡等次生灾害，而浦城经济素以农业为主，主产稻谷，有“闽北粮仓”之盛名，暴雨洪涝灾害对浦城县农业生产影响极大。由于全球气温趋暖导致极端天气频发，特别是2010年6月17-21日，浦城出现5天连续性暴雨、大暴雨天气，总降水量达468.1 mm，全县直接经济损失36 592万元，其中，农业直接经济损失7 949万元。其降水时间之长、强度之强、范围之广和灾情之重为历史罕见。近年来，政府各部门高度重视暴雨洪涝灾害，如何做好浦城县农业防汛减灾服务工作，并为其提供技术支持，对浦城进行暴雨洪涝灾害风险评估工作具有重要意义。

目前，国内外学者在暴雨灾害风险评估理论、指标体系和技术方法等方面做了大量的研究工作[1-5]，我国部分地区已经开展了暴雨灾害风险区划研究[6-16]。但由于地形地貌、气候条件、农业人口和农作物生长特性的差异较大，各影响因子的权重不一，针对某种特定农作物生长特性的暴雨灾害风险评估鲜有研究报道。福建省内开展暴雨洪涝灾害评估的相关工作起步较晚，相关工作较少，且早稻生长的关键时期(分蘖始期-抽穗普期)正值暴雨多发的时期。为此，基于气象与气候学、农业气象学、灾害学及自然灾害风险管理等基本理论，采用风险指数法、GIS自然断点法和加权综合评价法等量化方法[17-20]，利用ArcGIS技术，评估浦城县早稻暴雨洪涝灾害的风险等级，并对风险等级进行区划，以期为浦城县及类似地区早稻暴雨洪涝灾害天气的预警监测和农业气象服务工作提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

1.1.1 地理概况 浦城县位于福建省最北端，踞八闽上游，界闽浙赣三省。境内面积3 383.02 km2，为福建省第三大县。辖19个乡镇，40万人口。耕地面积3.70万hm2，是全国商品粮基地县之一，自古就有“福建第一粮仓”之称。林业用地面积27.19万hm2，森林覆盖率达73.1%。浦城地貌的总特征是多山地，北、东、西三面环山，中、南部低平宽广，地势自北往南下降，南浦溪纵贯南北，地表径流呈树枝状，山间盆地串珠状错落，垩口地形突出。从县境中部到东西边缘，依次分布着河谷盆地、丘陵、低山和中山4种地貌，其高差显著，层次分明。

1.1.2 气候与暴雨灾害特征 浦城县属亚热带湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量充沛，季风气候显著。雨量充沛但分布不均，年平均降水量1 719.6 mm，汛期为3-9月，平均降雨量1 377.0 mm，占全年降雨量的80.1%。主要气象灾害有高温、干旱、洪涝、冰雹、大风、低温冻害、寒潮和雷暴。其中，暴雨集中出现在5-6月，每年平均出现暴雨日数5.8 d(包括台风暴雨)，暴雨时空分布不均匀，受地形地貌影响，从历史灾情严重程度看，致灾强度最强的是中南部乡镇，北部致灾强度中等。

1.2 数据来源

1.2.1 气象资料 选择浦城县气象站1986-2015年逐日降水量和逐日气温等数据。

1.2.2 地理信息资料 选择浦城县2018年1∶25万GIS数据中的地理高程数据(DEM)和水系数据。

1.2.3 农业经济资料 选择2018年以乡(镇)为单位的浦城县行政区土地面积、耕地面积、农作物播种面积、农业人口、农业生产总值(GDP)、复种指数、水田比重、旱涝保收面积和森林覆盖率等数据。

1.3 方法

在气象灾害风险区划中，危险性是前提，易损性是基础，风险性是结果。

气象灾害风险=气象灾害危险性×承灾体潜在易损性

式中，气象灾害危险性是自然属性，包括孕灾环境和致灾因子，承灾体潜在易损性是社会属性，其形成既取决于致灾因子的强度与频率，也取决于自然环境和社会经济环境。

1.3.1 浦城县早稻暴雨灾害各因子风险等级区划 气象灾害风险区划是为反映灾害风险分布的地区差异性，在对各级风险指标因子进行定量分析评价的基础上，根据风险指数的大小，将风险区划分为若干个等级。研究引入气象灾害风险评估指标体系，首先对致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个因子进行定量分析评估。

1) 各级指标因子权重的确定。考虑到各评价因子对风险的构成起作用并不完全相同，在征求气象、气候、水利、国土和农业等多方专家意见后，根据专家打分得到浦城县早稻暴雨灾害风险所涉及的各级指标因子权重(表1)。然后根据浦城县早稻暴雨灾害风险指数公式求算暴雨灾害风险指数，计算公式：

FDRI=VEwe×VHwh×VSws×(10-VR)wr

式中，FDRI为早稻暴雨灾害风险指数，用于表示风险程度，其值越大，则灾害风险程度越大，VE、VH、VS和VR分别表示风险评价模型中的孕灾环境的敏感性、致灾因子的危险性、承灾体的易损性和防灾减灾能力各评价因子指数；we、wh、ws和wr分别表示各评价因子的权重。

表1 浦城县早稻暴雨灾害风险各级指标因子及其权重

2) 降水致灾因子权重的确定。强降水致灾主要表现为雨势猛、强度大，冲毁农田水利设施，淹没农田，摧毁作物；或是累积雨量大，积水难排，形成内涝；还会导致地墒饱和，下垫面对雨水的渗透力弱，造成渍害。因此，利用降水强度和降水频次2个因子对暴雨灾害危险性进行表征。根据早稻的生理生长特点及浦城暴雨洪涝灾害情况，将暴雨灾害的研究时段确定为分蘖始期-抽穗普期(5月1日至6月30日)这个时段的降水情况进行研究。首先，统计浦城县历年5月1日至6月30日时间段1 d、2 d、3 d、……10 d(含10 d以上)暴雨过程降水量；将所有台站的过程降水量作为一个序列，建立不同时间长度的10个降水过程序列；分别计算不同序列的第98百分位数、第95百分位数、第90百分位数、第80百分位数、第60百分位数的降水量值，该值即为初步确定的临界致灾雨量；然后利用不同百分位数将暴雨强度分为5个等级，即 60%～80%位数对应的降水量为1级，80%～90%位数为对应的降水量为2级，90%～95%位数对应的降水量为3级，95%～98%位数对应的降水量为4级，大于等于98%位数对应的降水量为5级。根据暴雨强度等级越高,对洪涝形成所起的作用越大的原则，确定降水致灾因子权重，将暴雨强度5、4、3、2、1级权重分别取作5/15、4/15、3/15、2/15、1/15。计算出致灾因子，利用GIS中自然断点分级法绘制5月1日至6月30日早稻暴雨灾害致灾因子危险性区划图。

3) 孕灾环境的敏感性。从洪涝形成的背景与机理分析，浦城县暴雨洪涝灾害孕灾环境主要考虑地形和水系2个因子的综合影响。地形因子：主要包括高程和地形变化(高程标准差)。高程越低，高程标准差越小，则综合地形因子影响值越大；高程越低表示地势越低，高程标准差越小表示地形变化越小，地势越平坦；综合地形因子影响值越大表示越不利于洪水的排泄，越易形成涝灾。从浦城县1∶25万GIS数据中提取出高程数据，地形起伏变化则采用高程标准差表示，对GIS中某一格点，计算其与周围8个格点的高程标准差，从浦城县1∶25万GIS中数据采用25 m×25 m的网格计算地形高程标准差。根据浦城县地形地貌特点得出浦城县的地形高程及高程标准差的组合赋值(表2)，进而得到浦城县地形影响指数的分布状况。水系因子：主要考虑浦城县的河网密度，河网越密集的地方，遭受洪涝灾害的风险越大。将一定半径范围内的河流总长度作为中心格点的河流密度，半径大小使用系统缺

表2浦城县地形高程及高程标准差的组合赋值

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

地形高程/m Topographic elevation地形标准差/m Elevation standard deviation 1级(≤9)2级(9～26)3级(≥26)1级(≤436)0.850.750.652级(436～676)0.750.650.603级(676～971)0.650.600.504级(≥971)0.500.500.40

省值，从浦城县1∶25万GIS数据中采用25 m×25 m的网格计算河网密度，从而得到浦城县河网密度，对其规范化处理后得到浦城县水系影响指数的分布状况。

综合考虑孕灾环境中地形和水系对暴雨洪涝灾害的影响程度，根据专家打分法确定的指标因子权重，利用GIS自然断点分级法，将孕灾环境敏感性指数(地形影响指数和水系影响指数)按高敏感区、次高敏感区、中敏感区、次低敏感区和低敏感区5个等级划分，基于GIS绘制浦城县孕灾环境敏感性指数区划图。

4) 承灾体易损性及防灾抗灾能力。承灾体易损性：暴雨洪涝灾害对农业造成的危害程度与承受暴雨洪涝灾害的载体直接相关，其造成的损失大小一般取决于发生地的农业经济、农业人口密集程度和耕种方式等因素。农业经济越发达，承灾体所遭受的潜在灾害损失就越大；农业人口越密集，环境遭受破坏、生态恶化的可能性也就越大。根据浦城县农村经济统计数据，得到农业人口密度、复种指数、农业地均GDP和水田比重4个指标易损性评价指数分布情况。然后再对农业人口密度、复种指数、农业地均GDP和水田比重4个指标易损性评价指数进行规范化处理，利用加权法计算其综合承灾体的易损性指数，最后采用GIS自然断点分级法将综合承灾体易损性指数按高易损性区、次高易损性区、中等易损性区、次低易损性区和低易损性区5个等级得出其综合承灾体易损性指数的分布状况。防灾抗灾能力：防灾减灾能力描述为应对暴雨洪涝灾害所造成的损害而进行的工程和非工程措施。这些措施和工程建设必须要当地政府的经济支持，主要考虑了旱涝保收面积和森林覆盖率2个抗灾因素。将旱涝保收面积和森林覆盖率2个防灾减灾因子规范化后，采用加权法计算其综合防灾减灾能力指数，利用GIS中自然断点分级法划分得到高抗灾能力区、次高抗灾能力区、中等抗灾能力区、次低抗灾能力区和低抗灾能力区5个等级防灾减灾能力指数的分布状况。综合考虑承灾体易损性及防灾抗灾能力指数的分布状况，基于GIS绘制早稻暴雨洪涝灾害防灾减灾能力区划图。

1.3.2 浦城县早稻暴雨洪涝灾害风险的区划 综合考虑孕灾环境敏感性、致灾因子危险性、承灾体易损性和防灾减灾能力4个因子，根据各级指标因子权重，计算出各地早稻暴雨灾害风险指数，利用GIS中自然断点分级法将早稻暴雨洪涝风险指数按高风险区、中等风险区和低风险区3个等级划分，绘制浦城县早稻暴雨洪涝灾害风险区划图。

2 结果与分析

2.1 浦城县早稻暴雨灾害致灾因子的风险等级

2.1.1 致灾因子的危险性 浦城县早稻暴雨灾害致灾因子危险性等级分为低危险区、次低危险区、中等危险区、次高危险区和高危险区(封2图Ⅰ)。低危险区：主要分布在枫溪乡和山下乡西部；次低危险区：主要分布在盘亭乡、古楼乡、石陂镇西部和山下乡中部；中等危险区：主要分布在官路乡、盘亭乡东部、九牧镇、忠信镇北部、古楼乡东部、水北街镇南部、石陂镇东部、濠村乡和永兴镇中部；次高危险区：主要分布在忠信镇中南部、仙阳镇中部、管厝乡东北部、富岭镇中部、水北街镇北部、临江镇中部；高危险区：主要分布在仙阳镇东南部、管厝乡东北部、富岭镇西部、河滨街道、万安乡、莲塘镇和南浦街道。

2.1.2 致灾环境的敏感性 浦城县早稻暴雨灾害孕灾环境敏感性等级分为低敏感区、次低敏感区、中等敏感区、次高敏感区和高敏感区(封2图Ⅱ)。低敏感区：主要分布在九牧镇、忠信镇、古楼乡、管厝乡和枫溪乡的部分区域；次低敏感区：主要分布在官路乡、盘亭乡、九牧镇、仙阳镇、古楼乡、管厝乡、富岭镇、河滨街道、万安乡、水北街镇、莲塘镇、临江镇、石陂镇、濠村乡、山下乡、永兴镇和南浦街道的部分区域；中等敏感区：主要分布在盘亭乡、九牧镇、忠信镇、仙阳镇、水兴镇、石陂镇、临江镇、水北街镇、富岭镇和管厝乡的部分区域。次高敏感区：主要分布在管厝乡、富岭镇、临江镇、水北街镇和石陂镇的部分区域；高敏感区：主要分布在盘亭乡、南浦街道、万安乡、河滨街道和临江镇的部分区域。

2.1.3 承灾体的易损性及其抗灾能力等级 1) 承灾体的易损性。浦城县早稻暴雨灾害承灾体易损性的等级分为低易损区、次低易损区、中等易损区、次高易损区和高易损区(封2图Ⅲ)。低易损区：主要分布在河滨街道和水北街镇；次低易损区：主要分布在九牧镇、忠信镇、古楼乡、濠村乡和枫溪乡；中等易损区：主要分布在万安乡、管厝乡、山下乡、永兴镇和官路乡；次高易损区：主要分布在盘亭乡、仙阳镇和富岭镇；高易损区：主要分布在莲塘镇、临江镇、南浦街道和石陂镇。2) 抗灾能力。浦城早稻暴雨灾害抗灾能力的等级分为低抗灾能力区、次低抗灾能力区、中等抗灾能力区、次高抗灾能力区和高抗灾能力区(封2图Ⅳ)。低抗灾能力区：主要分布在南浦街道；次低抗灾能力区：主要分布在官路乡、盘亭乡、九牧镇、古楼乡、河滨街道、万安乡、濠村乡、山下乡和枫溪乡；中等抗灾能力区：主要分布在管厝乡和临江镇；次高抗灾能力区：主要分布在忠信镇、水北街镇、莲塘镇和永兴镇；高抗灾能力区：主要分布在仙阳镇、富岭镇和石陂镇。

2.2 浦城县早稻暴雨洪涝灾害风险等级的分布

浦城早稻暴雨洪涝灾害风险的等级分为低风险区、中等风险区和高风险区(封2图Ⅴ)。低风险区：主要分布在枫溪乡和河滨街道全区域，濠村乡、古楼乡、忠信镇、山下乡、永兴镇、水北街镇和九牧镇的部分区域，官路乡、盘亭乡、仙阳镇、管厝乡和富岭镇的少部分区域；中等风险区：主要分布在官路乡、盘亭乡、九牧镇、忠信镇、仙阳镇、管厝乡、富岭镇、万安乡、水北街镇、莲塘镇、临江镇、石陂镇、永兴镇和南浦街道的部分区域，古楼乡、山下乡和濠村乡的少部分区域；高风险区：主要分布在南浦街道的中部区域，万安乡的西部区域，临江镇的中部区域和富岭镇的少部分区域。

3 小结与建议

研究主要针对浦城县地形地貌和早稻的生长特性，影响因子的选取对山地县区的早稻暴雨洪涝灾害风险区划有一定的借鉴意义，但受资料限制，未考虑上游来水、中小型水库水电站、水位高度与宽度等对区划研究结果的影响。在后续工作中应结合各地实际进行深入研究，以提高防御应用的准确性和针对性。

浦城早稻暴雨洪涝灾害风险的等级分为低风险区、中等风险区和高风险区，其中，低风险区主要分布在枫溪乡和河滨街道全区域，濠村乡、古楼乡、忠信镇、山下乡、永兴镇、水北街镇和九牧镇的部分区域，官路乡、盘亭乡、仙阳镇、管厝乡和富岭镇的少部分区域；中等风险区主要分布在官路乡、盘亭乡、九牧镇、忠信镇、仙阳镇、管厝乡、富岭镇、万安乡、水北街镇、莲塘镇、临江镇、石陂镇、永兴镇和南浦街道的部分区域，古楼乡、山下乡和濠村乡的少部分区域；高风险区主要分布在南浦街道的中部区域，万安乡的西部区域，临江镇的中部区域和富岭镇的少部分区域。根据浦城早稻暴雨洪涝灾害风险等级在不同区域的分布状况，各地区应根据风险等级的实际有针对性地部署防汛工作，加强气象、水利和农业相关部门间联动。应加强暴雨天气预警监测和农业气象服务工作，及时点对点地发布灾害性天气预报预警信息，为预防工作争取时间。具体措施：对高风险区域，应加强防汛应急响应机制与加大河堤修建的力度、提高森林覆盖率、加强农业人口的教育普及程度和加强排涝减损的农业科普知识宣传工作等。早稻受淹后，及时排水，洗泥露苗。清理疏通排水系统，尽快抢排积水。受淹稻田在排水过程中要边排边浇边冲洗，及时冲洗掉茎、叶上的泥沙，使稻株出水后叶片气孔不受阻塞，较快地恢复光合及呼吸等生理功能。在排水先后顺序上，应先排常规稻田，再排杂交稻田；先排位置高田块再排低田块。受涝的稻田更怕旱，若遇阴天，可采取一次性排水；若遇烈日高温天气，应先使稻株上部露出水面后，于下午排掉稻田积水，可避免稻株受到曝晒，有利于恢复生长。排水时，还应注意清除飘浮杂物，以减少其压伤稻苗和致死苗叶腐烂。稻田积水退去后，田间水分仍处于饱和状态，应开沟排水，尽快降低田间含水量，使淹水而形成的浮泥逐渐沉实，以促进新根的生长。