基于洪涝灾害特征分析的万州区洪涝防灾减灾智慧系统构建

吴邦和

（重庆市万州区水旱灾害防御中心 重庆万州 404100）

万州以“万川汇毕”得名，贯穿全境的长江与境内多条支流形成了“一干九支，三区分水”的局面。丰沛的水资源带来了频发的洪涝灾害，历史上洪水多次对万州的农业造成了破坏。2020年，万州先后发生10次强降雨过程，均出现不同程度的洪涝灾害损失，特别是“7.16”“7.26”超强暴雨引发的严重洪涝灾害，涉及了五桥、甘宁、走马、分水等30多个镇乡街道，五桥河、瀼渡河等8条长江支流堤防受到破坏。面临如此频发的洪灾，城市的综合防洪能力是保障城市社会经济发展的前提条件，建立智慧高效的防灾系统是十分必要且迫切的。

一、万州的洪涝灾害时间特性

在万州地方志的记载中洪涝灾害几乎每年都有发生，尤其1955年到1975年平均每年发生的洪涝灾害高达6次，且发生时间较为集中在4到9月，与雨季同步。其中，主要为本地降雨导致的原发性洪水，部分为上游降雨、泄洪导致的过境洪水。

（一）万州年内洪涝灾害特性

根据《万县地区五百年灾害研究》《中国气象灾害大典—重庆卷》《重庆气象灾害年鉴》统计，如图1所示，从1955年到2013年万州区的洪涝灾害总数为288次，平均每年发生4.88次，万州的暴雨发生了204次，平均每年3.46次，主要发生在5～9月。其中，大雨暴雨引发的洪涝灾害为190次，占到65.9%；非大雨暴雨产生的洪涝灾害为98次，平均每年1.66次，占34.1%。

图1 降雨与洪涝灾害的年内分布情况图

（二）万州年际洪涝灾害情况

从图2中可以看出洪涝灾害的发生频率近59年呈现几个不同阶段，除了1970年后期可能因为干旱等原因没有出现过洪涝外，在1980年及之前洪涝灾害比较频繁，1990年之后洪涝灾害逐渐减少，但是2005年后洪涝灾害又有所增加。

图2 近59年洪涝灾害发生频率分布图

二、万州洪涝多发空间特性

万州区降水丰沛，且年份将与分配不均，“八分山地，二分丘陵”的多山地貌是洪涝灾害频发的一大原因。万州区境内河流（不含长江）为山区性河流，河谷深切，山坡陡峭。其地形特点导致洪水具有汇集快，过程陡涨陡落，峰顶持续时间短，洪峰值呈现年际变化大的特点。

（一）万州与邻近区县间的洪涝特性分析

对于气候、降雨接近的重庆各区县，洪涝灾害分布却呈现明显地域性。根据相关洪涝发生频率统计，忠县—涪陵—万盛—江津—潼南一线丘陵、低山地区洪涝发生频率较低，一般都在25%以下；东北部低山、中山地区是洪涝多发区，梁平、开县、城口、云阳、巫溪、万州发生频率都在45%以上。万州山地面积超过80%，城区也建立在丘陵地带，即使整体降雨量不足以对万州产生超标洪水，汇水区域的排水设施实际承受的压力也已经远远超过设计工况，形成城市内涝，在乡镇降水则容易形成坡面径流，汇集在河谷地区形成山洪，即使雨量不大的情况下也可能造成严重的灾害。

（二）万州区内洪涝空间特性

万州区整体降雨丰沛、时间集中，复杂的地形造也给防洪防涝造成很大压力：一是山地地形造成的空气对流和阻隔会增强局地降水，迎风坡和背风坡气象上就有差异，区内各处降水呈现不均匀的分布；二是万州的行政面积较大，气象站尚未监测到降雨，可能某些镇乡街道已经泛滥成灾。近几年气候变化造成的暴雨的增多，洪涝易发点也呈现出来转移的趋势，2020年的大暴雨中原本重点监测的地点没有发生洪涝，反而是不做重点监测的地点受灾，长岭水文站距受灾点有11.4公里，当灾情里监控范围还有0.8米时五桥已受灾严重。

三、常规洪涝灾害防灾手段及现状

作为农耕文明的产物，洪涝灾害对古代中国产生了很大的威胁。为此诞生的水政制度和治水技术至今影响着人们防御洪涝灾害的基本思路——以修建堤防、渠道一类的工程手段为主[1-3]。

（一）传统防灾备灾方法

先秦至今，应对洪水采取过各种工程的手段进行阻塞。据2015年对良渚古城水利工程遗址的发掘，5000年前的良渚先民使用草包泥块筑坝，可对抗当地百年一遇的洪水；汉代的“茨防洪水”和宋代的“埽工”是以芦苇、茅草一类的植物包裹碎石块筑堤，这种方法一直沿用到了清代中叶。现在，预防洪涝灾害主要是堤防的修建，根据河段重要性采取不同工况验算，确定出设计标高。相较于古代的方法，施工手段和材料上有了飞跃，但本质与古代的防灾思路相同，都是一种静态的、被动的防灾手段，气候变化、人类活动、河道改道等客观环境发生改变时，其防灾能力也受到制约[4]。

图3 良渚古城水利工程遗址及现代防洪堤防

现在，大规模工程手段存在修建周期长和资金、用地涉及矛盾多等一些类问题，尤其是财政困难地区。针对地形复杂的万州，还存在安全冗余的考量，比如五桥、新田等易涝地区，如果按照城市统一规划，局部的超标洪水时有发生，给国民经济和居民人身安全都造成威胁；如果对安全冗余进行放量，在平时就会造成浪费。因此，提升防灾抗灾能力就要从非工程手段入手[5]。

（二）万州洪涝防灾系统现状

万州区目前的防灾手段以工程手段为主，除长江外，包括龙宝河、五桥河、苎溪河在内的9条支流均已修建堤防，但因为资金问题，堤防系统尚未形成闭环，且由于历史原因，老城区建设未经统一规划，为增加城市建设用地、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滩、设置行洪障碍现象，影响过洪能力，沿河建筑防洪能力普遍较低。

图4 沿河建筑侵占行洪断面

四、构建智慧城市防灾减灾系统

智慧城市指的并不是具体的某一项技术，而是指利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量的城市信息化高级形态。智慧城市在空间技术、信息交互和物流转运方面的优势都是防灾备灾系统所亟需的，因此必须抓住智慧城市之契机，充分利用其先进技术和资源，使洪涝防灾备灾系统智慧化。对于政府部门，建立智慧的防灾系统不仅是这一系列高新科技的利用，关键在于各个部门信息的交互和联动，以及从被动到主动，从静态到动态的防灾思路的转变[6]。

（一）完善灾情监测系统

在系统组织方面，我国已建立起了灾害监测系统、山洪灾害防治系统、应急会商系统等信息化系统。智慧城市的防灾系统则需要搭建灾情监测数据共享平台，实现不同要素、部门之间的数据整合与共享使用，洪涝灾害突发的情况下可以实现气象站、水文站、水利系统、城市管理系统和应急管理系统与街道乡镇之间的快速响应[7]。

在设施硬件方面，万州目前在几个重点观测区采用了视频监控的方式，其缺点有两个：一是监测范围固定，过于被动，受人类活动影响和气候环境变化受灾地点产生转移时无法发挥作用；二是自动化程度不够，这种方式无疑还属于“眼睛看，喇叭喊”的高级形态。水情监控上，万州目前仅有的5个水文站数据量过小，没有形成立体框架哦，资料成果不足以作为洪涝灾害的参考指标。使用3S技术、水下机器人等高新监测技术对万州区域全河道进行监测，增设水文站点是完善灾情监测系统的重要一步。

（二）构建洪涝灾害数据模型

信息科技对于防灾系统的演化关键作用在于利用已有的监测数据做出灾情的预判和最优救灾方案，对于洪涝灾害，致灾信息不能只局限于水利部门、气象部门或应急管理部门，并整合利用各类城市运行数据、地理空间数据、结构化数据、情感和文本信息数据等多源异构数据，支撑对人口流动、自然、社会和经济等空间要素的分析评价、综合模拟和预测。

（三）探索规划构建，补足城市保障短板

万州老城区洪涝多发，很大原因是其缺乏规划所致，今年正值“十四五”期间，智慧城市和防洪都是规划的重点内容，尝试把两者有机结合起来，从规划出发，做顶层设计是保障国民生产补足城市短板的一次创举，对万州保障城市水安全，促进产业发展，提升城市竞争力，是一次有意义的探索。

（四）保障经济发展，力争提上规划

目前，国外一些城市在防灾系统智慧化上已经取得了不小的成就。万州受多方面的影响，目前无法构建起能与发达城市相较的防灾系统，在现有基础上着力于实体经济发展和科技研发，力争将智慧化的防灾系统提上下一个五年规划。

五、结束语

（1）万州区洪涝灾害时间特性表现为：年际变化趋势上，1980年及之前洪涝灾害比较频繁，1990年之后洪涝灾害逐渐减少，2005年后洪涝灾害又呈现出所增加的趋势；年内变化趋势上，5～8月洪水或特大洪水常发，平均每年发生4.88次，大雨暴雨引发的洪涝灾害占到65.9%，非大雨暴雨产生的洪涝灾害占34.1%。万州区洪涝灾害空间特性表现为：洪水具有汇集快，过程陡涨陡落，峰顶持续时间短，洪峰值呈现年际变化大的特点；万州处于东北部低山、中山地区洪涝多发区，洪涝灾害发生频率在45%以上，与梁平、开县、城口、云阳、巫溪相当。

（2）万州区目前的洪涝灾害防灾手段以工程手段为主，区域内主要河流已修建防洪堤，但是沿河建筑防洪能力普遍偏低；防灾非工程手段基本完备但仍有待加强。

（3）通过完善灾情监测系统、构建洪涝灾害数据模型、探索规划构建、保障经济发展等多种措施结合的方式，构建万州区洪涝防灾减灾智慧系统，有利于提高万州区洪涝灾害防控能力。