渭河下游洪水灾害的降水危险性评估与区划

渭河下游洪水灾害的降水危险性评估与区划*
作者：李景宜
来源：《中国人口·资源与环境》2011年第02期
摘要：大气降水的不规则运动是引发洪水灾害的重要因素。

通过对“小洪水、大灾情”特性显著的渭河下游洪泛区的洪水特性、降水规律以及二者的关系进行分析，利用插值计算法进行降水量和降水变率空间分析，评估并区划了研究区汛期洪灾风险的降水危险性。

主要结论为：①季节性的强降水过程是引发渭河下游洪水灾害的重要因素，连续暴雨或大范围暴雨往往带来洪水灾害；②汛期降雨量呈现出显著的南多北少特征，且从东南到西北依次递减，咸阳、高陵县、大荔县西北部降水量偏低，而秦岭北麓的华县、华阴及西安市区降水相对丰富；③汛期降水变率虽然呈现出相间分布的特征，但降水量变化较大的区域（西安市区、华县以及潼关县东南部）都集中于南部的秦岭北麓；④根据降水量越大，影响度越高，降水变率越大，降水量越不稳定，洪水危险性越高的原则，进行洪灾的降水危险性评估与区划，结果显示降水危险性较高与较低区域呈环状相间分布，危险性较高的区域更多地分布于渭河干流南岸。

关键词渭河下游；洪灾危险性；降雨量；降雨变率
中图分类号 P333 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2011）02-0106-06
洪水灾害主要是指由于大气降水的不规则运动所引起的洪水给人类正常生活、生产活动带来的损失与祸患［1］，具有高维性、复杂性、不确定性、开放性、动态性和非线性等特点［2］。

近年来，渭河下游“小洪水、大灾情”的洪灾特征日趋显著，直接威胁着民众安危并制约了区域社会经济的可持续发展［3］。

而诱发洪灾的首要因素是夏季西太平洋副热带高压带来的高强度季节性降水，较长时间的连阴雨、连续暴雨或大范围暴雨往往引发洪水，加之渭河下游泥沙淤积严重，且淤积的重心不断向上游延伸，范围也不断向上游扩展［4］，“地上悬河”导致汛期洪灾损失严重。

渭河下游泥沙淤积［5］、河道变迁［6-7］、潼关高程［8］等问题已经成为学术界和流域管理部门的研究焦点，许多学者在渭河流域洪涝灾害的成因分析和防汛对策、水沙变化的水文特性和趋势分析等方面进行了大量的研究和探讨。

赵景波等对较长尺度的渭河洪水变化及其影响进行了深入研究［9-10］；胡安焱等利用近50年来降水、水土保持措施、水利措施及工业生活用水等方面的资料，分析了降水和人类活动对渭河流域水沙变化的影响［11］；王雁林等系统地分析了陕西省渭河流域生态环境需水量的界定范围［12］；李景宜等对渭河中下游洪水特性及其所引发的景观变化、土地风险、洪水资源化潜力等问题进行了分析评估［3，13-17］。

洪水危险性分析是研究受洪水威胁地区可能遭受洪水影响的强度和频度，具体到渭河下游洪泛区，分析并定量评估汛期（7-10月）降水的空间分布强度（即洪灾风险的降水危险性评估与区划）是开展洪水危险性评估、科学有效地防灾减灾的重要基础工作。

1 渭河下游洪水与流域降水
1.1 洪水特性及其成因
渭河流域绝大部分为开阔的平原，河道比降小。

由于上游来水和下泄能力的矛盾突出，加之受季风气候影响，降水集中的7-10月，长时间的连阴雨、连续暴雨或大范围暴雨往往带来洪水灾害。

近年来渭河下游泥沙淤积严重，淤积的重心不断向上游延伸，范围也不断向上游扩展，使渭河几乎每年汛期都有不同程度的洪灾出现。

经过对20世纪50年代以来渭河流域洪水灾害有关资料的统计分析，发现1954-2002年共出现洪灾45次，年平均近1次，其中，50年代3次，60年14次，占总次数的31％，70年代、80年代和90年代均为9次。

同一年内出现3次洪灾的有1962、1966、1970和1996年，以60年代最多，究其原因，除了降雨本身偏多外，水利防洪设施较差，河道防洪能力较弱也是重要原因：同一年内出现2-3次洪灾的年份数除80年代为2次外，60年代、70年代和90年代均为3次。

45次个例中有8次是全流域性的严重洪涝，其中70年代出现最多为3次，90年代次之为2次，其余均为1次。

从洪水年内发生的时间方面分析，最早出现在5月上旬，汛期出现频率最高值集中在7月和8月，均为18次，其中7月下旬最高达11次，以后逐旬减少，最迟出现在10月中旬。

从洪水发生的区间方面分析，由于中下游的北部分别有泾河与北洛河两条主要支流，加之秦岭北麓渭河的南山支流较多，所以中下游发生洪灾的几率较高，占总数的60％，且中游多于下游。

三门峡水库建库前，渭河主河槽的泄洪能力为-5 000 m3／s，1960年三门峡水库蓄水运行后，渭河水流流速变缓，河道比降变缓，冲淤平衡失控，造成下游河道的大量淤积，导致下游河道主槽过流断面逐年萎缩，河道过流能力大幅度降低，使渭河下游由一条冲淤平衡的地下河逐渐沦为一条“地上悬河”，直接影响着渭河的行洪能力。

渭河下游洪泛区包括河流沿线的9个县（区）（即：咸阳市区、西安市区、高陵县、临潼区、渭南市区、华县、华阴市、大荔县和潼关县），总面积7 997 km2，纬度34.17-，经度108.56°-110.42°（见图1）。

Fig.1 Distribution of weather stations hydrological stations[HJ*3/5][HT9.5SS]
20世纪90年代以来，渭河下游河槽淤积加剧，洪水过程线由尖瘦逐渐变得矮胖，洪峰出现明显推后，洪水历时显著延长，峰现时刻比20世纪70年代滞后了许多（见表1）。

李景宜：渭河下游洪水灾害的降水危险性评估与区划中国人口•资源与环境 2011年第2期表1 华县站历史洪水特征值及灾情
54031342.81606.031.921928.0×108元华县站1977年最大洪峰流量为4 470 m3/s ，洪水过程陡涨陡落，从900 m3/s 起涨到回落，总历时56 h；1992年洪峰比1977年洪峰小520 m3/s，洪峰却比1977年推后了约48 h，洪水历时延长了50 h；2003年最大流量为，洪峰流量比1977年小930 m3/s，峰现时刻却比1977年推后了大约88 h，洪水涨落时间为219 h，洪水历时延长了2.92倍，洪水的涨落水段上都有明显的平台段，其洪水历时之长为历史罕见。

由此可见，渭河下游洪水随着时间推移呈现出历时变长、水位变高和峰现时间错后以及灾害严重的显著特点［18］。

河道淤积、河槽泄洪能力下降是上述洪水过程特征变化的根本原因。

三门峡水库建库前，渭河主河槽的泄洪能力为4 500-5 000 m3/s，1960年三门峡水库蓄水运行后，渭河水流流速变缓，河道比降变缓，冲淤平衡失控，造成下游河道的大量淤积，导致下游河道主槽过流断面逐年萎缩，河道过流能力大幅度降低，使渭河下游由一条冲淤平衡的地下河逐渐沦为一条“地上悬河”，直接影响渭河的行洪能力，因而引发了“1992.8”、“1996.7”、“2003.8”等小流量、高水位洪水，形成小水大灾的洪灾特性（见图2）。

图2 渭河下游华县站历年主槽过洪能力
Fig.2 Flooding capacity of huaxian station [HJ*3/5][HT9.5SS]
1.2 洪水水量特征
暴雨洪涝是渭河中下游地区的主要自然灾害。

据统计，1960-2000年渭河下游咸阳站洪峰流量大于的洪水共116次，华县站洪峰流量大于的洪水共108次。

干流各站多年平均洪水水量与多年平均径流总量进行比较（见表2），洪水水量均值占径流总量均值的33.1%-36.7%，说明洪水在年径流总量中所占比例是比较大的，而洪水发生的时间与每年7-10月的降雨集中时段相吻合，因此，可以说，渭河下游季节性的强降水过程是引发洪水灾害的重要因素。

2 汛期降水危险性评估与区划
2.1 研究区降水特征
渭河流域属大陆性气候，具有冬季雨雪少、无霜期短、春季升温快、昼夜温差大的特点，多年平均降水量．6 mm，局部可达。

流域降水量及其年内分配受东亚大气环流和流域特殊地形的影响，形成每年10月至次年3月冬春少雨的特点，降水量仅占年总量的20％；夏秋季随着太平洋副热带高压北展西延，西南季风盛行，降水量大增，4-9月降水量占年总量的80％。

流域内的降水量分布极不均匀，由东南向西北递减。

渭河流域内较长时间的连阴雨，连续暴雨或大范围暴雨往往带来洪水灾害，而降水量年内分配不均和年际变化强烈是形成渭河流域洪水的主要原因。

研究区降水具有区域性和季节性的特点：区域性是指陕南洪水，多由大面积暴雨形成，产流率高，峰体较胖，一次洪水过程一般在-7天左右；陕北洪水多由局地暴雨形成，峰体尖瘦，洪峰陡涨陡落，一次洪水一般维持1-2天，甚至几个小时；而渭河下游洪泛区由于地势较缓，洪水特性呈陕南、陕北过渡状。

季节性是指发生在不同季节的洪水各有差异，春秋两季降雨一般持续时间长，范围广，形成的春汛和秋汛洪水一般峰体胖，峰值小，洪量大，持续时间长；而盛夏洪水往往持续时间较短，峰值大，洪量小。

两者形成鲜明对照，但单次洪水都具有短历时，高流速，大含沙的共性。

2.2 降水量、降水变率插值分析
降水量和降水变率是影响洪水特性的主要气象因素。

降水量是诱发洪水的首要因素，降水量越大则形成洪水的可能性越大、灾情也越严重，降水量可以用年降水深度来表征。

降水变率是降水平均偏差与多年平均降水量的百分比，是衡量降水稳定程度的指标。

降水变率越小，说明降水年际变化越小，降水量越稳定；降水变率越大，降水量年际变化大，往往引起旱涝灾害［19］。

由于研究区的降水量主要集中在7-10月，这一时段降水量约占全年降水量的60%以上，因此，本次研究中采用9个区的多年平均汛期雨季（7-10月）降水量和降水变率来综合表征降水对洪水危险性的影响。

空间化的降雨信息对区域水文、水资源分析以及区域水资源管理、旱涝灾害管理、生态环境治理意义重大，这些研究大多需要空间化的降雨数据作为环境因子参数，而站点外区域的降雨信息通常由临近站点的观测值来估算，即进行降雨信息的空间插值［20］。

降水资料主要来自研究区内的17个气象站和水文站（见图1）1961-2005年的降水数据。

首先计算多年平均汛期雨季（7-10月）的降水量和降水变率，再通过各测站的经纬度坐标定位到地图上，形成平均汛期雨季降雨量和降水变率点状图，然后以该点状图为基础，在ArcGIS 9的桌面软件ArcMap中采用以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均的反距离权重（IDW—Inverse Distance Weighted）插值法进行空间插值，并采样得到分辨率为90 m×90 m的面状栅格图，空间分析中的范围以研究区的政区边界图为基准，投影也与边界文件相同。

最后，将多年平均汛期雨季降雨量和降水变率插值图进行联合，通过其所属级别赋予不同的影响因子，从而制作得到综合降水因子对洪水灾害可能形成的影响度区划图。

对于不同量纲和不同级别的数据，标准化过程中综合了公式法（公式1）和专家分级赋值法［21］。

-I--0.1)+0.1（1）
式中，I是原始系列数据，和分别为其中的最小值和最大值，是标准化后的值。

经过标准化后的值在［0.1，0.9］之间。

当处理后的数据分布不均匀时，采用分级赋值法尽量使数据呈正态分布。

图3和图4分别为分辨率为90 m×90 m的多年平均汛期雨季降雨量和降水变率插值图。

可以看到，研究区汛期降雨量呈现出显著的南多北少特征，从东南到西北依次递减，咸阳大部、高陵县、大荔县西北部降水量偏低，而秦
图3 汛期降雨量插值图
Fig.3 Interpolative picture on rainfall[HJ*3/5][HT9.5SS]
图4 汛期降水变率插值图
Fig.4Interpolative picture on rainfall change rate[HJ*3/5][HT9.5SS]
岭北麓的华县、华阴及西安市区降水相对丰富；汛期降水变率虽然呈现出相间分布的特征，但降水量变化较大的区域（西安市区、华县以及潼关县东南部）都集中于研究区南部的秦岭北麓。

2.3 降水危险性区划
根据降水量越大，影响度越高，降水变率越大，降水量越不稳定，洪水危险性越高的原则，确定出降水因子对洪灾形成的影响度划分标准，影响度的值域定义在（0，1）之间（见表3）。

在ArcToolbox中首先利用Combine函数将多年平均汛期雨季降雨量和降水变率插值图进行联合，并将属性数据输出，然后利用IDL语言按照影响度划分标准编写程序，最后将赋值计算结果存为dbf格式，在ArcMap中进行属性合并，通过分类符号设置，从而得到分辨率为的洪水的降水危险性区划图（见图5）。

图中，影响度值越高的区域，其降水引发洪水灾害的发生几率就越高、灾情就越严重，洪灾的危险性就越大。

可以看出，降水危险性较高与较低区域呈现出环状相间分布的特点，同时，危险性较高的区域更多地分布于渭河干流南岸，这个结论与近年来渭河下游每遇洪水则南岸支流更易溃堤泛滥的现实情况较为吻合。

表3 降水影响度划分标准
Tab.3 Dividing standard for the affecting degrees
of precipitation factors
项目Item[ZB(][BHDG6mm,WK49mmW]降水量(mm)
Precipitation[BHDWG6mm,WK8mm,WK11mm。

3，WKW]< 329329-340340-355355-377>
377[ZB)W][BHDG21mm,WK15mm,WKW]降水变
率(%)[ZB(]< 28.30.30.40.50.60.728.3-28.60.40.50.60.70.8>28.60.50.60.70.80.9[ZB)W]3 结论大气降水的不规则运动是引发洪水灾害的重要影响
图5 综合降水影响因子图
Fig.5 AFfecting factor’s image of the
integrated precipitation[HJ*3/5][HT9.5SS]
因素，这一特点在降水季节性较强的季风气候区尤为显著。

本次研究以“小洪水、大灾情”的渭河下游洪泛区为例，对洪水特性、降水规律以及二者的关系进行分析，通过降水量和降水变率的插值计算，定量评估并区划了研究区汛期洪灾风险的降水危险性。

主要结论为：季节性的强降水过程是引发渭河下游洪水灾害的重要因素；汛期降雨量呈现出显著的南多北少特征，且从东南到西北依次递减，咸阳、高陵县、大荔县西北部降水量偏低，而秦岭北麓的华县、华阴及西安市区降水相对丰富；汛期降水变率虽然呈现出相间分布的特征，但降水量变化较大的区域（西安市区、华县以及潼关县东南部）都集中于南部的秦岭北麓；降水危险性较高与较低区域环状相间分布，危险性较高的区域更多地分布于渭河干流南岸。

当然，洪水风险的影响因素除了降水之外，还包括水系、地形、水利设施以及各项洪水管理措施等因素，后续的研究工作会不但要进一步提高数据点的采集密度，减少由于插值分析而产生的误差，更要综合考虑洪水危险性的其他影响因素，为流域洪水危险性评估以及防灾减灾规划的制定提供参考。

(编辑：于杰)
参考文献（References）
［1］左大康. 现代地理辞典［M］. 北京: 商务印书馆, 1990：304-305. ［Zuo Dakang. A Dictionary of Modern Geography［M］. Beijing: Commercial Press, 1990:304-305.］
［2］魏一鸣, 杨存建, 金菊良，等. 洪水灾害分析与评估的综合集成方法［J］.水科学进展, 1999, 10(1): 25-30. ［Wei Yiming, Yang Cunjian, JIN Juliang, et al. A Comprehensive Methodology
with Analysis and Evaluation Integration for Flood Disaster［J］. Advances in Water Science, 1999, 10(1): 25-30.］
［3］李景宜, 石长伟, 傅志军，等. 渭河关中段洪水资源化潜力评估［J］. 地理研究, 2008, 27(5):1 203-1 211. ［Li Jingyi, Shi Changwei, Fu Zhijun, et al. Evaluation of Potential of Floodwater Utilization in the Middle and Lower Reaches of Weihe River［J］. Geographical Research, 2008,
27(5):1 203-1 211.］
［4］张琼华, 赵景波. 渭河流域洪水灾害关键因素分析及防治对策［J］. 干旱区研究, 2005, 22(4):485-490. ［Zhang Qionghua, Zhao Jingbo. Analysis on the Main Factors Resulting in Flood Disasters in the Weihe River Watershed and the Control Measures［J］. Arid Zone Research, 2005, 22(4):485-490.］
［5］张根广, 赵克玉, 杨红梅，等. 渭河下游河床演变特征及其淤积上延分析［J］. 西北水资源与水工程, 2003, 14(3): 35-37. ［Zhang Genguang, Zhao Keyu, Yang Hongmei, er al. Riverbed Evolution and Deposit Extension Headwater in Lower Reaches of Weihe River［J］. Northwest Water Resources & Water Engineering, 2003, 14(3): 35-37.］
［6］陈建国, 胡春宏, 戴清. 渭河下游近期河道萎缩特点及治理对策［J］. 泥沙研究, 2002,(2):45-52. ［Chen Jianguo, Hu Chunhong, Dai Qing. River Shrinkage and Harnessing Countermeasures of the Lower Weihe River in Recent Period［J］. Journal of Sediment Research, 2002,(2):45-52.］
［7］杨武学, 唐先海, 石长伟. 黄渭洛河汇流区河势演变及其带来的影响［J］. 泥沙研究, 2002,(4): 35-41. ［Yang Wuxue, Tang Xianhai, Shi Changwei. Changes of Channel Configuration and Its Influences on Confluence Area of the Yellow River, the Weihe and Beiluohe Rivers［J］.
-41.］
［8］李昌志, 王兆印, 吴保生，等. 潼关高程下降对渭河下游防洪的影响［J］. 水利学报, 2005,36(2): 147-154. ［Li Changzhi, Wang Zhaoyin, Wu Baosheng, et al. Effect of Descending
［J］. Journal of Hydraulic Engineering, 2005,36(2): 147-154.］
［9］赵景波, 蔡晓薇, 王长燕. 西安高陵渭河近120年来的洪水演变［J］. 地理科学, 2007, 27(2):225-230. ［Zhao Jingbo, Cai Xiaowei, Wang Changyan. Flood Evolution of Weihe River in Rencent 120 Years in Gaoling of Xi’an［J］. Scientia Geographica Sinica, 2007, 27(2):225-230.］
［10］张琼华, 赵景波. 近50a渭河流域洪水成因分析及防治对策［J］. 中国沙漠, 2006,
26(1):117-121. ［Zhang Qionghua, Zhao Jingbo. ［Causes of Floods in Past Fifty Years in Weihe River Basin and Their Control MeasuresJ］. Journal of Desert Research, 2006, 26(1):117-121.］
［11］胡安焱, 刘燕, 郭生练，等. 渭河流域水沙多年变化及趋势分析［J］. 人民黄河, 2007, 29(2):39-41. ［Hu Anyan, Liu Yan, Guo Shenglian, et al. Analysis on Trend and Change of Water and Soil in Weihe River Valley［J］. Yellow River, 2007, 29(2):39-41.］
［12］王雁林, 王文科, 杨泽元. 陕西省渭河流域生态环境需水量探讨［J］. 自然资源学报, 2004, 19(1):69-78. ［al water demand in Weihe River Basin of Shaanxi Province［J］. Journal of Natural Resources, 2004, 19(1):69-78.］
［13］李景宜,李谢辉,傅志军，等. 流域生态风险评价与洪水资源化［M］. 北京: 北京师范大学出版社, 2008: 1-262. ［Li Jingyi, Li Xiehui, Fu Zhijun, et al. Watershed Ecological Risk Assessment and Floodwater Utilization:Taking Weihe River Basin in Shaanxi Province as an Example ［M］. Beijing: Beijing Normal University Publishing Group, 2008: 1-262.］
［14］Li Jingyi, Shi Changwei, Xu Xibao, et al. Mechanism and Effect of Channel Evolution at Estuary of Weihe River to Huanghe River ［J］. Chinese Geographical Science, 2006, 16(2):122-126.
［15］李景宜. 渭河下游洪泛区土地景观格局变化及驱动力研究［J］. 干旱区研究, 2007,
24(5): 618-624. ［Li Jingyi. Study on the Change of Landscape Pattern and Its Driving Forces in the Flood Area Along the Lower Reaches of the Weihe River ［J］. Arid Zone Research, 2007, 24(5): 618-624.］
［16］李景宜.陕西渭河下游湿地环境风险因素浅析［J］. 地理科学, 2007, 27(3):371-375. ［Li Jingyi. Analysis on Environmental Risk of Wetland Along the Lower Weihe River. Scientia Geographica Sinica. 2007, 27(3):371-375.］
［17］李景宜. 黄渭洛三河汇流区湿地景观变化研究［J］. 干旱区地理, 2008, 31(2): 375-380. ［Li Jingyi. Landscape Changes of Wetland in Confluent Area of the Yellow River,Weihe River and Beiluohe River［J］. Arid Land Geography, 2008, 31(2): 375-380.］
［18］屠新武, 王烨, 丁宪宝，等. 渭河下游冲淤与洪水变化分析［J］. 人民黄河, 2006,
28(1):26-28. ［Tu Xinwu, Wang Ye, Ding Xianbao, et al. Analysis on Scouring and Silting and Variations of Floods of the Lower Weihe River［J］. Yellow River, 2006, 28(1):26-28.］
［19］黄民生, 黄呈橙. 洪灾风险评价等级模型探讨［J］. 灾害学, 2007, 22(1):1-5. ［Huang Minsheng, Huang Chengcheng. Research on Grade Model of Flood Risk Assessment［J］. Journal of Catastrophology, 2007, 22(1):1-5.］
［20］朱会义, 贾邵凤. 降雨信息空间插值的不确定性分析［J］. 地理科学进展, 2004,
23(2):34-42. ［Zhu Huiyi, Jia Shaofeng. Uncertainty in the Spatial Interpolation of Rainfall Data ［J］. Progress In Geograp, 2004, 23(2):34-42.］
［21］赵鹏大. 定量地学方法及应用［M］. 北京: 高等教育出版社, 2004, 1-464. ［Zhao Pengda. Quantiative Geoscience: Methods and Its Applications［M］. Beijing: Higher Education -464.］
Evaluation and Regionalization of Precipitation Fatalness for Flood
in Lower Reacher of Weihe River
(1. Key Laboratory of Disaster Survey & Mechanism Simulation of Shaanxi Province, Baoji Shaanxi 721013,China;2.Key
Laboratory of Western China’s Environmental Systems (Lanzhou University） Ministry of Education, Lanzhou Gansu 731000, China)
Abstract Erratic behavior of precipitation is the important factor which causes flood
disaster.Flood characteristics, precipitation variation and their relationship were analyzed. By interpolating algorithm for precipitation and its change rate, precipitation fatalness in flood season was evaluated and zoned. Seasonal strong precipitation is the important factor that causes flood disater in lower reacher of Weihe River. Continuous torrential rain and wide range rainstorm usually fetch flood disaster. Precipitation in flood season shows descending remarkably from southeast to northwest by turns. It is on the low side in Xianyang, Gaoling and northwest of Dali. And it is abundant comparatively in northern slope of Qinling, such as Huaxian, Huayin and Xi’an. Change rate of precipitation shows interphase distribution. Remarkable variation regions all converge in northern slope of Qinling, such as Xi’an, Huaxian and southeast of Tongguan. Based on the principle between precipitation and its change rate, higher fatalness of precipitation regions alternate with the lower regions, and the higher regions usually distribute circlewise on the southness shore of mainstream watershed of the Weihe River.
Key words lower reaches of Weihe River; flood fatalness; precipitation; change rate of precipitation。